DE2650482A1

DE2650482A1 - Solar heated, sea water desalination plant - using artificially cooled inclined covers on evaporation trays

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: ZA776307B; AU503118B2; IL53163A0; GR63995B; DE2650482C3; DE2650482B2; AU2950977A; ES463875A1

Abstract

Plant comprises a tray which is transparent to light and through which the water flows at a very slow rate. The inclined transparent cover is artificially cooled; the condensate collected at its underside runs into a gutter and to a reservoir. The lower temp. of the artificially cooled cover results in a higher condensation rate and in less space requirements for a given output.

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.Evaporation plant for seawater desalination using solar heat, acquaintances Solar distillation systems are based on a principle that is explained using FIG. 1 is: slowly flees through a tub 10, the bottom of which absorbs solar heat well a thin layer of sea water 11. The tub is covered with an inclined pane of glass 12 covered, the sunlight lets through what comes through the oblique, from the top right Arrows is shown.

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.The rising water vapor condenses on the underside of the glass pane 12, which is relatively cold due to the outside air. The precipitated water flows on the underside of the glass pane 12 in a channel l), which supplies the water. Of the The disadvantage of this system is that it is relatively large with a relatively low output Needs space; an additional disadvantage is that the condensation heats the glass pane 12 is slightly heated and thus the temperature required for condensation Temperature difference is still reduced and slowed down. Because the condensation the faster resp.

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.richer takes place, the higher the temperature difference, can the disadvantage of the known system can be reduced by the fact that according to the invention the temperature difference between continuous Sea water and water vapor and the glass plate on which the condensation takes place, enlarged.

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.As a result, the yield is greater or the area is the same for the same area with the same yield lower, the cold water taken from the sea is before passing through the heating tank lo at the top of the glass plate on which the precipitation occurs, guided along, whereby the glass plate is kept substantially cooler than below Normal circumstances through the outside air. In addition, it takes the in the condensation released heat away from the underside of the glass plate.

Zweclanäßig wird gemäß Fig. 2 die Glasplatte verdoppelt und das Meerwasser wird durch den Raum 16 zwischen den beiden Glasplatten 14, 15 geführt.According to FIG. 2, the glass plate and the sea water are doubled is passed through the space 16 between the two glass plates 14, 15.

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.The distance and position of the two glass plates 14 and 15 should be that not so much thermal radiation is reflected or absorbed by the upper run-through water is that the temperature decrease on the glass plate by an equally large temperature decrease is compensated for at the heating vat and the temperature difference remains the same. This risk of a constant temperature difference is avoided if the continuous Cold water film is kept as thin as possible. A "heat island" within of Cooling water through uncontrollable currents inside the double plate can through several inflow and outflow points at the beginning and end of the double plate or by kemmerweises Run through to be counteracted; see Figures 3 and 4.

Man wird diese Art Verdampfungsanlage am besten dort einsetze, wo eine hohe Lufttemperatur und kaltes Meerwasser, also kalte Strdmungen bzw.This type of evaporation system is best used wherever a high air temperature and cold sea water, i.e. cold currents or

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.cold upwelling waters and tropical-subtropical desert climate together meet. This is the case with most of the deserts near the coast, e.g. coast of Morocco, Mauritania, Northern Chile, Southern Peru. Because of the slow passage through the double glass plate the cooling water is heated to reduce the temperature difference, you can also proceed in such a way that only part of the cooling water of the heating tank and the other part is slid back into the sea; see Figure 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.Since passing solar collectors reflect less heat radiation than the device discussed so far, temperature difference and flow rate (and thus the yield) can be increased by using the device shown above with a "solar collector" ¢ 17 connects; see Figure 6. With 18 are possibly. Necessary Pumps called.

Es kann ein beliebiger Sonnenkollektor verwendet werden. Bei Durchlauf von Meerwasser spielen Korrosion und Ablagerung eine Rolle: Zur Gering.Any solar collector can be used. At pass play by sea water Corrosion and Deposition a Role: To Small amount.

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.corrosion resistance is a corresponding metal or metallurgy (Copper / nickel, brass, aluminum etc.) to be used; the deposit can through physically or chemically effective additives (acid, fine sludge for condensation nuclei) be reduced. Since the sedimentation increases with the rise in temperature and the slowdown of the As the rate of circulation increases, this problem can also be influenced by the rate of circulation will.

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.Corrosion and deposits are also kept lower if the entire cycle from the extraction of the seawater to its entry; in the Wanne la @ ffrel is held for dissolved in sea water, within the circuit A vent is advisable for released gases. Reduces corrosion and deposits also has the effect that, because of the high temperature difference, heating in the collector Above loo C is not necessary and - if it threatens - at any time by increasing it the circulation speed can be prevented.

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.For better utilization of the radiant heat and for easier mechanical cleaning of deposits should - regardless of the possible use Any collector - the following collector can be provided: Collector 17 consists of a base with a rim, a heat-absorbing lid and two spirally or at right angles winding metal strips (foils), which serve to guide the water (aur alignment of the water flow) in such a way that cold and heated water flow in the first coarser part of the flow if possible have a lot of common wall area, and what strips or foils of -high thermal conductivity are firmly connected to the lid with superimposed heat (but detachable for cleaning) and have constant contact with the ground; see Figure 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.The heat radiation is better used that once cold and heated flow areas in the predominant area of the collector in countercurrent run side by side and also the film separating the streams from the lid Further transfers heat.

Die Trennfolie oder der Trennstreifen ermöglichen zugleich eine einfache mechanische Reinigung von Ablagerungen.The separating film or the separating strip enable a simple one at the same time mechanical cleaning of deposits.

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).The metal strip is highly elastic, the deposits (mainly Calcium and magnesium sulfates and carbonates) are rigid and brittle, making them easy Movements or bending of the metal strips removed for cleaning correspond to the attached ones Let the covering jump off without damaging the metal strip. Because the strip is firmly but detachably connected to the lid, is also at the attachment point on the lid a displacement-free Line from which the deposition is easier can be eliminated The system described so far only works during the day, i.e. when exposed to sunlight (even when the sky is cloudy because of the penetration of infrared radiation through the clouds).

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.The purpose of the hot water reserve at night is for this reason a large container 19 (if possible thermally insulated) for storage in the system @ rwarmed and heated seawater is planned; see Fig. 8 a + b. It must have enough content to keep it going through the night, l. POSSIBILITY: The large container 19 is fed from the cooling water, which is through the double glass plate 14, 15 flows, and he gives his later heated sea water off to the collector 17 to be passed on to the evaporation pan lo (daytime operation and / or night operation) or, if necessary, directly to the evaporation pan (night battery); see again 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.The container 19 should because of the spatial extent of a solar evaporation system be installed underground under the system; this has the additional advantage that the heat dissipation from the container upwards partially to the collector 17 or the evaporation pan lo takes place.

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).The container 19 is heated by solar panels 17 during the day, which give off their heat in a heating coil 20 to the sea water of the container 19; see Fig. 9 In addition, the seawater of the container can be used in sea areas frequent wind (many coastal bulges are in the trade wind region) through wind energy be heated (or by waste energy that cannot be used for other purposes at times, whereby the transport problem is to be considered).

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.The liquid that carries the heat from the collectors 17 in the bulk container transmits is plain water; the way from the collector 17 to the heating coil 20 in the container 19 is a closed circuit; the problem of corrosion and fouling occurs here only to a lesser extent and only on the outside of the heat-exchanging heating coil 20 on; the problem of the reduction in the exchange of arms through deposition can be overcome counteract the corresponding length of the spiral.

Der Behälter sollte in mehrere Kammern (aufstelgend oder nebeneinander) zerfallen, um bis zum Ende des Nachtbetriebes Warmwasser zu bringen; siehe Fig. lo.The container should be divided into several chambers (standing or side by side) disintegrate to bring hot water until the end of night operation; see 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.To inside the container that chamber from which the sea water enters the collector and / or the evaporation pan to heat most intensively, the heat-exchanging heating coil should first move to the hottest chamber and then to the rest to the coldest one that the sea water enters.

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.2. Possibility As the geographical zones in which the system is economical can work, have very little cloud cover and therefore the atmosphere at night very much cools down quickly, (so that the air temperature can then be lower very quickly than the temperature of the incoming sea water used for cooling) the The condensation surface of the evaporation pan can also be constructed as follows: the double glass plate through which the cooling sea water runs is replaced by a simple metal foil 21, which in place of the slight Absehräg the cover and Condensation plate (as in Figures 1 and 2) is erected much steeper in the form of a successive.

den Reihe von Spitzdächern, an deren untersten Kante sich die Rinnen 13 zur Wegführung des Kondenswassers befinden; siehe Fig. 11.the row of pointed roofs, at the lowest edge of which are the gutters 13 are located for the removal of the condensed water; see 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.This has the advantage that the condensation surface (here opposite the cold outside air) has a much larger surface; in addition, the thin metal foil (-platta) has a higher thermal diffusivity than a glass plate Has.

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.3. Combined possibility There are both the evaporation pan after FIG. 2 as well as according to FIG. 11 connected next to one another to alternate Operation. As soon as the sea water becomes warmer than the atmosphere (after the Night), an evaporator according to FIG. 2 is switched to one according to FIG. 11; after sunrise it is switched back; see Fig. 12 with the circuit diagram there.

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 eThe system can work in the vacuum principle like e.g. the flash evaporator; but this would be much more expensive; it can be dispensed with; the system should work under normal atmospheric pressure. The one with the draining one Condensation water and the brine can collectively escape, not precipitating water -additionally by a liondensat, ionspirale, in which the surrounding cooling water the entering sea water is to be knocked down, 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. Claims 1. Evaporation system for seawater desalination by Sunlight, consisting of an oblique cover that is transparent to sunlight Tub or the like, on whose modes the water to be evaporated stands or slowly flows down, with a collector ftlr at the bottom of the cover Condensate, characterized in that the cover (14, 15) is designed to be coolable is.

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. 2. Evaporation system according to claim 1, characterized in that the cover (14, î5) has a cavity (16) through which sunlight flows and is part of the supply system for the (cold) seawater to be desalinated.

3. Verdampfungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des zur XUhlung der Abdeckung dienenden Meerwassers dem eigentlochen Verdampfer (11) zuführbar ist. 3. Evaporation system according to claim 2, characterized in that only a part of the sea water used to cool the cover is the proper Evaporator (11) can be fed.

4. Verdampfungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (16) mehrere parallel (Fig, 3) oder in Reihe (Fig. 4. Evaporation system according to claim 2 or 3, characterized in that that the cavity (16) several parallel (Fig, 3) or in series (Fig.

4) von Meerwasser durchflossene Bereiche aufweist. 4) has areas through which sea water flows.

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.5. Evaporation system according to claim 2, 3 or 4, characterized in that that in the flow path of the sea water between the cavity in the cover and the Bottom of the tub another possibly known sun-irradiated heating device (17) is switched.

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)6. Evaporation system according to claim 5, characterized in that at least the flow and return areas of the solar collector Heating device (17) work in countercurrent mode (Fig. 7)