DE2650482A1

DE2650482A1 - Verdampfungsanlage zur meerwasserentsalzung durch sonnenwaerme

Info

Publication number: DE2650482A1
Application number: DE19762650482
Authority: DE
Inventors: Reinhold Hock
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-04
Filing date: 1976-11-04
Publication date: 1978-05-11
Also published as: IL53163A0; ZA776307B; AU503118B2; ES463875A1; AU2950977A; GR63995B; DE2650482C3; DE2650482B2

Description

Verdampfungsanlage zur Meerwasserentsalzung durch Sonnenwärme Bekannte Sonnendestillationsanlagen gehen von einem Prinzip aus, das anhand der Figur 1 erlMutert wird: Durch eine Wanne 10, deren Boden Sonnenwärme gut absorbiert, flieht langsam eine dünne Schicht Meerwasser 11. Die Wanne ist mit einer schrägen Glasscheibe 12 abgedeckt, die Sonnenlicht durchlaßt, was durch die schrägen, von oben rechts kommenden Pfeile dargestellt ist.
Der aufsteigende Wasserdampf kondensiert an der Unterseite der Glasscheibe 12, die durch die Außenluft relativ kalt ist. Das niedergeschlagers Wasser fließt an der Unterseite der Glasscheibe 12 in eine Rinne l), die das Wasser liefert. Der Nachteil dieser Anlage ist1 daß sie bei relativ geringer Leistung relativ große Flächen braucht; als zusätzlicher Nachteil kommt hinzu, daß die Kondensationswänne die Glasscheibe 12 geringfllgig erwärmt und damit die fUr die Kondensation notwendige Temperaturdifferenz noch herabgesetzt und verlangsamt wird. Da die Kondensation um so schneller bzw.
reichhaltiger erfolgt, Je hoher die Temperaturdifferenz ist, kann der Nachteil der bekannten Anlage dadruch verringert werden, daß man erfindunsgemäß die Temperaturdifferenz zwischen durchlaufendem Meerwasser und Wasserdampf und der Glasplatte, an der die Kondensation erfolgt, vergrößert.
Die Ausbeute wird dadurch bei gleicher Fläche größer bzw. die Fläche bei gleicher Ausbeute geringer, Das dem Meer entnommene Kaltwasser wird vor Durchlaufen der Erhitzungswanne lo oben an der Glasplatte, an der der Niederschlag erfolgt, entlanggeleitet, wodurch die Glasplatte wesentlioh kühler gehalten wird als unter Normalumständen durch die Auenluft. Zusätzlich nimmt sie die bei der Kondensation frei werdende Wärme von der Unterseite der Glasplatte weg.
Zweclanäßig wird gemäß Fig. 2 die Glasplatte verdoppelt und das Meerwasser wird durch den Raum 16 zwischen den beiden Glasplatten 14, 15 geführt.
Abstand und Lage der beiden Glasplatten 14 und 15 sollte so sein, daß nicht soviel Wärmestrahlung reflektiert oder vom oberen Durchlaufwaser absorbiert wird, daß die Temperaturverringerung an der Glasplatte durch eine gleich große Temperaturverringerung an der Erhitzungswanne wettgemacht wird und die Temperaturdifferenz gleich bleibt. Diese Gefahr der gleichbleibenden Temperaturdifferenz wird vermieden, wenn der durchlaufende Kaltwasserfilm mdglichst dUnn gehalten wird. Einer "Wärmeinsel" innerhalb des KUhlwassers durch unkontrollierbare Strömungen im Innern der Doppeiplatte kann durch mehrere Ein-und Ausflußstellen am Anfang und Ende der Doppelplatte oder durch kemmerweises Durchlaufen entgegengewirkt werden; siehe Figuren 3 und 4.
Man wird diese Art Verdampfungsanlage am besten dort einsetze, wo eine hohe Lufttemperatur und kaltes Meerwasser, also kalte Strdmungen bzw.
kalte Auftriebswasser und tropisch-subtropisches Wtlstenklima zusammen treffen. Dies ist bei den meisten W5sten in Kstennähe der Fall, z.B. KUste von Marokko, Mauretanien, Nord-Chile, Süd-Peru. Da bel zu langsamem Durchlauf durch die Doppelglasplatte eine die Temperaturdifferenz verringernde Erwärmung des Ktlhlwassers stattfindet, kann zusätzlich so vorgegangen werden, daß nur ein Teil des kühlwassers der Erwärmungswanne zugefUhrt und der andere Teil ins Meer zurückgdleitet wird; siehe hierzu Figur 5.
Da durchlaufende Sonnenkollektoren weniger WärEsestrahlung reflektieren als die soweit erörterte Einrichtung, können Temperaturdifferenz und Durch laufgeschwindigkeit (und damit die Ausbeute) dadurch erhöht werden, daß man die zuvor dargestellte Einrichtung mit einem "Sonnenkollektor'¢ 17 verbindet; siehe Figur 6. Mit 18 sind ggfs. nötige Pumpen bezeichnet.
Es kann ein beliebiger Sonnenkollektor verwendet werden. Bei Durchlauf von Meerwasser spielen Korrosion und Ablagerung eine Rolle: Zur Gering.
haltung der Korrosion ist ein entsprechendes Metall oder Metalleglerung (Kupfer/Nickel, Messing, Aluminium etc.) zu venqenden; die Ablagerung kann durch physikalisch oder chemisch wirksame Beigaben (Sure, feine Schlämme für Kondensationskerne) herabgesetzt werden. Da die Ablagerung mit Temperaturanstieg und Versangsamung des Umlaufs steigt, kann dies Problem auch durch die Umlaufsgeschwindigkeit beeinflußt werden.
Korrosion und Ablagerung werden auoh dadurch geringer gehalten, wenn der gesamte Kreislauf von der Entnahme des Meerwassers bis zum Eintritt; in die Wanne la@ffrel gehalten wird Für im Meerwasser gelöste, innerhalb des Kreislaufs freiwerdende Gase ist eine Entlüftung zweckmäßig. Korrosions- und ablagerungsmindernd wirkt auch, daß wegen der hohen Temperaturdifferenz eine Erhitzung im Kollektor Uber loo C nicht notwendig wird und - wenn sie droht - Jeder zeit durch Erhöhung der Umlaufsgeschtindigkeit verhindert werden kann.
Zur besseren Ausnutzung der Einstrahlungswärme und zur leichteren mechanischen Reinigung von Ablagerungen soll - unbeschadet der Verwendungsmöglichkeit beliebiger Kollektors - folgender Kollektor vorgesehen werden: Der Kollektor 17 besteht aus einem Boden mit Rand, einem wärmeabsorbierenden Deckel und zwei spiralig oder rechtwinklig sich aufwickelnden Metallstreifen (-folien), die zur Wasserführung (aur Ausrichtung des Wasserflusses) dergestalt dienen, daß kalter und erhitzter Wasserstrom im ersten groberen Teil des Durchflusses möglichst viel gemeinsame Wandfläche haben, und welche Streifen oder Folien von-hoher Wärmeleitfähigkeit mit dem Deckel fest und wärmeüberlagernd (aber zur Reinigung lösbar) verbunden sind und mit dem Boden durchgehend Berührung haben; siehe hierzu Figur 7.
Die Wärmeeinstrahlung wird dadurch besser ausgenutzt, daß einmal kalte und erhitzte Strombereiche im Uberwiegenden Bereich des KoLlektors im Gegenstrom nebeneinander laufen und ferner die die Ströme trennende Folie vom Deckel her die Wärme weiter überträgt.
Die Trennfolie oder der Trennstreifen ermöglichen zugleich eine einfache mechanische Reinigung von Ablagerungen.
Der Metallstreifen ist hochelastisch, die Ablagerungen (hauptsächlich Kalzium- und Magnesiumsulfate und -karbonate) sind starr und brüchig, so daß leichte Bewegungen oder Biegungen der zur Reinigung entnommenen Metallstreifen den angesetzten Belag abspringen lassen, ohne den metallstreifen zu beschädigen. Da der Streifen fest aber lösbar mit dem Deckel verbunden ist, ist auch an der Ansatzstelle am Deckel eine blagerungsfreie Linie, von der aus die Ablagerung leichter beseitigt werden kann Die soweit beschriebene Anlage funktioniert nur bei Tag, d.h. bei Sonneneinstrahlung (auch bei lbedeektem Himmel wegen Durchtritts der Infrarotstrahlung durch die Bewölkung).
Zum Zweck der Heißwasserreserve in der Nacht ist aus diesem Grund in die Anlage ein (möglichst temperaturisolierter) lZroßbehElter 19 zur Aufbewahrung @rwärmten und zu erwärmenden Meerwassers vorgesehen; siehe hierzu Fig. 8 a + b. Er muß genug Inhalt haben, um den Betrieb in der Nacht aufrechterhalten zu können, l. Mögllchkeit: Der Großbehälter 19 wird aus dem KUhlwasser gespeist, das durch die Doppelglasplatte 14, 15 fließt, und er gibt sein später erwärmtes Meerwasser ab an den Kollektor 17 zur Weitergabe an die Verdampfungswanne lo (Tagesbetrieb und/ oder Nachtbetrieb) oder ggfs. unmittelbar an die Verdampfungswanne (Nachtbatrieb); siehe wieder Fig. 8 a + b.
Der Behälter 19 sollte wegen der räumlichen Ausdehnung einer Sonn.nwneverdampfungsanlage unterirdisch unter der Anlage angebracht werden; dies bringt den zusätzllchen Vorteil, daß die Wärmeabgabe aus dem Behälter nach oben teilweise an den Kollektor 17 oder die Verdampfungewanne lo erfolgt.
Der Behalter 19 wird tagsüber durch Sonnenkollektoren 17 beheizt, die in einer Heizschlange 20 ihre Warme an das Meerwasser des Behälter 19 abgeben; siehe Fig. 9 Zusätzlich kann das Meerwasser des Behälters in Meeresgegenden mit häufigem Wind (viele Küstenwulsten sind in der Passatregion) durch Windenergie elektrisch beheizt werden (oder durch zeitweilig nicht anders ven7endbare Abfallenergie, wobei das Transportproblem zu bedenlcen ist).
Die Flüssigkeit, die die Wärme von den Kollektoren 17 in den Großbehälter überträgt, ist normales Wasser; der Weg vom Kollektor 17 bis zur Heizschlange 20 im Behälter 19 ist ein geschlossener Kreislauf; das Problem von Korrosion und Ablagerung tritt hier nur geringer und nur anäder Außenseite der wärmeaustauschenden Heizspirale 20 auf; dem Problem der l!armeaustauschverringerung durch Ablagerung läßt sich durch entsprechende Länge der Spirale entgegenwirken.
Der Behälter sollte in mehrere Kammern (aufstelgend oder nebeneinander) zerfallen, um bis zum Ende des Nachtbetriebes Warmwasser zu bringen; siehe Fig. lo.
Um innerhalb des Behälters diejenige Kammer, aus der das Meerwasser in den Kollektor und/oder in die Verdampfungswanne tritt, am intensivsten zu heizen, soll die wärmeaustauschende Heizschlange zuerst die wärmste Kammer und danach die übrigen bis zur kältesten, in die das Meerwasser eintritt, durchlaufen.
2. Mögllchkeit Da die geographischen Zonen, in denen das System wirtschaftlich arbeiten kann, sehr wenig Bewölkung haben und dadurch bei Nacht die Atmosphäre sehr schnell abkühlt, (so daß dann die Lufttemperatur sehr schnell niedriger sein kann als die Temperatur des einflieenden zur Kühlung benutzten Meerwassers) kann die Kondensationsfläche der Verdampfungswanne auch folgender maßen konstruiert werden: die doppelte Glasplatte, durch die das kühlende Meerwasser läuft, wird ersetzt durch eine einfache Metallfolie 21, die an Stelle der leichten Absehrägung der Deck- und Kondensationsplatte (wie in Figuren 1 und 2) wesentlich steiler aufgerichtet ist in Form einer aufeinander folgen.
den Reihe von Spitzdächern, an deren untersten Kante sich die Rinnen 13 zur Wegführung des Kondenswassers befinden; siehe Fig. 11.
Dies hat den Vorteil, daß die Kondensationsfläche (hier also gegenüber der kalten Außenluft) von wesentlich größerer Oberfläche ist; hinzu kommt, daß die dünne Metallfolie (-platta) eine höhere Temperaturleitfähigkeit als eine glasplatte hat.
3. Kombinierte Mdglichkeit Es sind sowohl die Verdampfungswanne nach Figur 2 als auch nach Figur 11 nebeneinander geschaltet zu abwechselndem Betrieb. Sobald das Meerwasser wärmer wird als die Atmosphäre (nach Einbruch der Nacht), wird von einem Verdampfer gem. Fig. 2 auf eInen solchen nach Fig. 11 umgeschaltet; nach Sonnenaufgang wird zurückgeschaltet; siehe hierzu Fig, 12 mit dortigem Schaltsehema.
Die Anlage kann im Vakuumprinzip wie z.B. die Flashverdampfer arbaiten; dies wäre aber wesentlich aufwendiger; es kann darauf verzichtet werden; das System soll unter normalem atmosphärischem Druck arbeiten. Der dann mit dem abfließenden Kondenswasser und der Sole gemainsam austretende, sich nicht niederschlagende Dainpfkann -zusätzlich durch eine liondensat,ionsspirale, bei der das umgebende Kühlwasser das eintretende Meerwasser ist, niedergeschlagen werden, L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Verdampfungsanlage zur Meerwasserentsalzung durch Sonnenlicht, bestehend aus einer für Sonnenlicht durchlässig schräg abgedeckten Wanne oder dergleiehen, auf deren moden das zu verdampfende Wasser steht bzw. langsam fließt, mit einem Sammler ftlr an der Unterseite der Abdeckung niedergeschlagenes Kondensat, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (14,15) kühlbar ausgebildet ist.
2. Verdampfungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (14, î5) einen Hohlraum (16) aufweist, der vom Sonnenlicht durchflutet ist und ein Teil des Zulaufsystenis ftlr das zu entsalzende (kalte) Meerwasser ist.
3. Verdampfungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des zur XUhlung der Abdeckung dienenden Meerwassers dem eigentlochen Verdampfer (11) zuführbar ist.
4. Verdampfungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (16) mehrere parallel (Fig, 3) oder in Reihe (Fig.

4) von Meerwasser durchflossene Bereiche aufweist.
5. Verdampfungsanlage nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fließweg des Meerwassers zwischen den Hohlraum in der Abdeckung und den Boden der Wanne eine weitere ggfs. bekannte sonnenbestrahlte Heizeinrichtung (17) geschaltet ist.
6. Verdampfungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Vorlauf-und Rtlcklaufberelche der als Sonnenkollektor ausgebildeten Heizeinrichtung (17) im Gegenstrom-3etrieb arbeiten (Fig. 7)