DE3119615A1 - Process and apparatus for seawater desalination - Google Patents

Process and apparatus for seawater desalination

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Abstract

The patent application relates to a process and a corresponding apparatus for seawater desalination, the evaporation with subsequent recondensation of seawater proceeding solely with the utilisation of solar energy. In this case, the air which is to take up the seawater to be evaporated is drawn by suction through a natural stack-draught effect between the water surface and the film serving as a cover. As a result, the air is heated because of the solar radiation with simultaneous increase of the absolute air humidity, caused by the seawater evaporated by solar radiation. This air enriched with moisture is then cooled on surfaces which are situated beneath the water level, the condensate precipitating here and running off into a collector tank, before the air passes into a stack. The air flow is driven by the continuous heating on the path from the stack entrance to the stack outlet, caused by the temperature difference between the seawater and the upper part of the stack heated by solar radiation, because the temperature level overall in the stack is higher than in the surroundings. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zur MeerwasserentsalzungMethod and device for seawater desalination

Beschreibung der Patentanmeldung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und dazugehörige Vorrichtungen zur Meerwasserentsalzung unter Ausnutzung der Sonnenenergie zur Verdunstung und Rekondensation des Meerwassers.Description of the patent application The invention relates to a method and associated devices for seawater desalination using solar energy for evaporation and recondensation of sea water.

Die Erfindung dient zur Gewinnung von Trinkwasser aus Meer- oder Schmutzwasser in trinkwasserarmen Regionen, insbesondere in solchen hoher Sonneneinstrahlung, ohne größeren zusätzlichen Fremdenergieaufwand.The invention is used to obtain drinking water from sea or waste water in regions with little drinking water, especially in those with high solar radiation, without major additional external energy expenditure.

Sowohl Verfahren als auch Vorrichtungen zur Ausnutzung der Sonnenenergie zwecks Verdunstung von Wasser und anschließender Gewinnung des Kondensats sind bekannt. Hierbei ist häufig nur eine geringe Ausbeute zu erzielen.Both methods and devices for utilizing solar energy for the purpose of evaporation of water and subsequent recovery of the condensate are known. Often only a low yield can be achieved here.

Die bekannten Anlagen müssen dabei Fremdenergie benutzen, um z. B. mit Ventilatoren den Luftdurchsatz zu erhöhen und damit eine höhere Verdunstungs- und Kondensationsrate des Wassers zu erzielen.The known systems must use external energy in order to z. B. to increase the air throughput with fans and thus a higher evaporation and condensation rate of the water to achieve.

In vielen Fällen werden absorbierende Materialien zur Abdeckung der Wasseroberfläche und somit zur Verstärkung der Verdunstung benutzt. Das sich niederschlagende Kondensat fließt aufgrund der Schwerkraft in geeigneten Sammelbehältern zusammen.In many cases, absorbent materials are used to cover the Water surface and thus used to intensify evaporation. The precipitating Due to the force of gravity, condensate flows together in suitable collecting tanks.

Ohne Einsatz von Fremdenergie läßt sich kein genügend hoher Durchsatz erreichen. Ohne Ausnutzung von ausgeprägten Luftströmungen bzw. -zirkulationen läßt sich keine gezielte Verdunstung und Rekondensation verwirkIichen. Der Bedarf an zusätzlicher Energie zur Ausbeutesteigerung ist nicht wünschenswert.A sufficiently high throughput cannot be achieved without the use of external energy reach. Without taking advantage of pronounced air currents or circulations no specific evaporation and recondensation take place. The need for additional energy to increase the yield is not desirable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Zuhilfenahme irgendeiner Fremdenergie zur Durchsatzerhöhung eine ausgeprägte Luftströmung anzutreihon und aufrechtzuerhalten, und damit gezielte Verdunstung und Rekondensation zu realisieren.The invention is based on the object without the aid of any External energy to increase throughput a pronounced air flow and to maintain, and thus to realize targeted evaporation and recondensation.

Bei diesem erfindungsgemäßen Vorschlag dient also die Sonneneinstrahlung einerseits zur Erhitzung der unter den Absorberplatten durchgezogenen Luft und andererseits zur Erzeugung des Kaminzuges.In this proposal according to the invention, the solar radiation is used on the one hand to heat the air drawn under the absorber plates and on the other hand to generate the chimney draft.

Die in den Verfahrensansprüchen 2 und 3 dargelegten Merkmale enthalten weitere Präzisierungen zur Kühlung der feuchten Luft und zur gleichzeitigen Niederschlagung des gewonnenen Kondensats.The features set out in method claims 2 and 3 contain further details on the cooling of the moist air and the simultaneous suppression of the recovered condensate.

In den Ansprüchen 4 bis 13 werden Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Zu diesen Ausgestaltungen ist darüber hinaus zu sagen: In einem auf der Meeresoberfläche befindlichen Gebilde soll ein Ringraum so abgedeckt werden, daß unter Ausnutzung der Sonneneinstrahlung erhöhte Verdunstung erzielt werden kann. Gleichzeitig gestattet die Abdeckung eine gezielte Weiterleitung der verdunsteten Wassermengen. Durch die Anordnung eines Kamins im Zentrum der Anlage, dessen unteres Ende zwecks Rekondensation ausreichend tief in kältere Wasserschichten vordringt und dessen oberes Ende aufgrund der Sonneneinstrahlung und der Verwendung entsprechend absorbierender Materialien auf erhöhtem Temperaturniveau ist, wird ein stetiger Luftstrom aufrechterhalten. Dieser Luftstrom führt aus einem ringförmigen Schlitz unter der oberen Abdeckung kühle Luft aus dem Bereich der Wasseroberfläche unter gleichzeitiger Aufwärmung entlang der Abdeckplatte.In claims 4 to 13 devices for performing the proposed method according to the invention. About these refinements is above in addition to saying: In a structure on the surface of the sea, a Annular space to be covered so that increased taking advantage of solar radiation Evaporation can be achieved. At the same time, the cover allows targeted Forwarding of the evaporated water. By arranging a fireplace in the Center of the system, the lower end of which is sufficiently deep for the purpose of recondensation in colder water layers penetrate and its upper end due to solar radiation and the use of appropriately absorbent materials at an elevated temperature level a steady flow of air is maintained. This air flow leads out of a ring-shaped slot under the top cover cool air from the area of the water surface with simultaneous warming along the cover plate.

Bei steigender Temperatur steigt die maximale Luftfeuchtigkeit überproportional an. So soll das bei Verdunstung an der Wasseroberfläche entstehende Dampfvolumen mit dem Strom dem zentralen Kanal zugeführt werden.When the temperature rises, the maximum humidity increases disproportionately at. This is how the volume of steam produced on the surface of the water when it evaporates be fed with the current to the central channel.

Der im unteren Teil doppelwandig ausgeführte Kamin Leitet mäanderförmig den Strom zunächst entlang der Außenwand bis zum unteren Kaminende. Da die Außenwand in kaltes Meerwasser eintaucht, liegt eine stetige Wärmesenke vor, so daß dem vorbeiströmenden Volumen Energie entzogen wird.The double-walled chimney in the lower part leads in a meandering manner the stream first along the outer wall to the lower end of the chimney. As the outer wall immersed in cold sea water, there is a constant heat sink, so that the flowing past Volume of energy is withdrawn.

So wird die Rekondensation ermöglicht. Das anfallende Wasser kann im unteren Kaminbereich gesammelt und einem Tank zugeführt werden. Die Luft strömt im Inneren des Kamins nach oben und entweicht aus der oberen öffnung. Antreibend für die Luftströmung ist die kontinuierliche Erwärmung entlang des inneren Kamins, bedingt durch die Temperaturdifferenz zwischen dem tieferen Meerwasser und dem durch Sonneneinstrahlung beheizten oberen Teil des Kamins, solange das Temperaturniveau insgesamt im Kamin höher als in der Umgebung ist.This enables recondensation. The resulting water can collected in the lower chimney area and fed to a tank. The air flows inside the chimney and escapes through the upper opening. Driving for the air flow is the continuous heating along the inner chimney, due to the temperature difference between the deeper sea water and the through Sunlight heated upper part of the fireplace as long as the temperature level overall in the chimney is higher than in the surrounding area.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der beigefügten schematischen Darstellungen der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.The invention is illustrated, for example, with reference to the attached schematic Representations of Figures 1 to 3 explained in more detail.

Figur 1 zeigt eine pontonartige Baueinheit, die in hexagonaler Form mit anderen baugleichen Einheiten gemäß Fig. 2 wabenförmig aneinandergereiht werden kann. Wie aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, tritt die Luft oberhalb der Schwimmer in den unter der absorbierenden Abdeckung befindlichen Ringraum ein. Unter der Abdeckung entlanggeführt, heizt sich die Luft stetig auf, so daß infolge der überproportional ansteigenden maximalen Luftfeuchtigkeit die verdunsteten Wassermengen aufgenommen werden können.Figure 1 shows a pontoon-like structural unit, which is in hexagonal shape be lined up with other structurally identical units according to FIG. 2 in a honeycomb shape can. As can be seen from Fig. 1, the air occurs above the float into the annulus located under the absorbent cover. Under the cover led along, the air heats up steadily, so that as a result of the disproportionately high The evaporated water is absorbed by increasing maximum humidity can be.

Zum Zwecke der Rekondensation gelangt diese Luft in einen den zentralen Kamin ringförmig umgebenden Schacht, der unter der Wasseroberfläche in kältere Zonen führt. Die der Luft entzogene Wärme ermöglicht Rekondensation. Unter Schwerkraft trennt sich das Kondensat, welches dem Sammelbehälter zufließt, von dem im Kamin wieder aufsteigenden Luftstrom. Dieser Luftstrom wird auf dem Weg zum Kaminaustritt kontinuierlich aufgeheizt, so daß sich eine natürliche Kaminzugwirkung einstellt, die gleichzeitig das Ansaugen von Luft an der Eintrittsöffnung ermöglicht. Für alle baugleichen Einheiten kann ein gemeinsamer Auffangbehälter genutzt werden.For the purpose of recondensation this air gets into a central one Chimney ring-shaped surrounding shaft, which is below the water surface in colder zones leads. The heat extracted from the air enables recondensation. Under gravity the condensate that flows into the collecting tank separates from that in the chimney again rising airflow. This air flow is on the way to the chimney outlet continuously heated so that a natural chimney draft occurs, which at the same time enables air to be sucked in at the inlet opening. For all identical units can be used a common collecting container.

Figur 3 unterscheidet sich in folgenden Merkmalen von Figur 1: Anstelle der Schwimmer ist die Anlage fest durch Pfeiler am Meeresboden verankert.FIG. 3 differs from FIG. 1 in the following features: Instead the swimmer is firmly anchored to the seabed by pillars.

Weiterhin ist durch eine doppelwandige Ausführung des unteren, den Kamin umschließenden Ringraumes eine größere Austauschoberfläche mit dem kälteren Meerwasser als Wärmesenke gegeben. Einzelne Auslegungsparameter wie Kaminhöhe, absorbierende Oberfläche, Eintauchtiefe sowie die Konstruktion der Sockel- oder Schwimmeinrichtung können je nach Gegebenheiten aufeinander abgestimmt werden.Furthermore, by a double-walled design of the lower, the The annular space surrounding the chimney has a larger exchange surface with the colder Sea water given as a heat sink. Individual design parameters such as chimney height, absorbing Surface, immersion depth and the construction of the base or floating device can be coordinated depending on the circumstances.

Andere konstruktive Ausführungen, wie zum Beispiel eine asymmetrische Anordnung des Kamins, sind ebenso denkbar. In diesem Falle wird am entgegengesetzten Ende des Kamins die Luft in den Raum unter den Absorberplatten gezogen. Damit hat die Luft einen längeren Weg zurückzulegen, und es steht eine längere Zeitspanne zur Verdunstung des von der Luft aufgenommenen Wassers zur Verfügung.Other constructive designs, such as an asymmetrical one Arrangement of the chimney are also conceivable. In this case, the opposite is the case At the end of the chimney the air is drawn into the space under the absorber panels. So has the air to travel a longer distance, and it stands a longer period of time available for evaporation of the water absorbed by the air.

Darüber hinaus sind weitere konstruktive Änderungen möglich, z. B., indem der Auffangbehälter unterhalb der wabenförmig aneinandergereihten Baueinheiten bzw. unterhalb einer Baueinheit fest im Meeresboden verankert ist, wobei ein exzentrisch am Auffangbehälter angeordnetes Entnahmerohr aus dem Meerwasser herausragt.In addition, other design changes are possible, e.g. B., by placing the collecting container underneath the honeycomb lined up building units or is firmly anchored below a structural unit in the sea floor, one eccentric The extraction pipe arranged on the collecting container protrudes from the seawater.

Zum Ausgleich von zu starken Wellenbewegungen ist in den Baueinheiten unterhalb der Meerwasseroberfläche jeweils ein Sieb vorgesehen.To compensate for excessive wave movements is in the units a sieve is provided below the surface of the sea water.

Bei allen konstruktiven Ausführungen sind am oberen Rand des den Kamin umgebenden Ringraumes Absperrvorrichtungen angebracht, die bei zu hohem Wellengang eine Verunreinigung des Trinkwassers mit Meerwasser verhindern und ansonsten als Abschaltvorrichtung des Verfahrens dienen.In all structural designs, the chimney is at the top of the The surrounding annulus is fitted with shut-off devices in the event of too high a swell prevent contamination of the drinking water with seawater and otherwise as Shutdown device of the process are used.

Zweckmäßigerweise ist auch an der Entnahmeöffnung der Auffangbehälter jeweils eine geeignete Absperrvorrichtung installiert zur Vermeidung von Verschmutzungen im Trinkwasser.The collecting container is also expediently at the removal opening A suitable shut-off device is installed in each case to prevent contamination in drinking water.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (13)

Verfahren und Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung Patentansprüche 1. Verfahren zur Meerwasserentsalzung unter Ausnutzung der Sonnenenergie zur Verdunstung und Rekondensation des Meerwassers, dadurch gekennzeichnet, daß die verdunstendes Meerwasser aufnehmende Luft durch eine Kaminzugwirkung zwischen der Wasseroberfläche und abdeckenden Absorberplatten durchgezogen wrrd und die Absorberplatten sowie die darunter durchgezogene Luft durch die Sonneneinstrahlung erwärmt werden, und daß die feuchte Luft anschließend in einem Behälter indirekt durch das Meerwasser gekühlt wird und das Kondensat sich niederschlägt, bevor die Luft in den Kamin gelangt.Method and device for seawater desalination Patent claims 1. Process for seawater desalination using solar energy for evaporation and recondensation of sea water, characterized in that the evaporating Air absorbing seawater through a chimney draft between the water surface and covering absorber plates wrrd wrrd and the absorber plates as well the air drawn underneath is warmed by solar radiation, and that the moist air is then in a container indirectly through the sea water is cooled and the condensate precipitates before the air enters the chimney. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchte Luft zur indirekten Kühlung und Trocknung in Bereiche unterhalb der Meerwasseroberfläche gezogen und anschließend nach oben ins Freie entlassen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the moisture Air for indirect cooling and drying in areas below the sea water surface is pulled and then released up into the open air. 3. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das anfallende Kondensat in einen unterhalb der Meerwasseroberfläche liegenden Auffangbehälter abläuft.3. The method according to the preceding claims, characterized in, that the resulting condensate in a lying below the sea water surface The collecting container runs out. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberplatten aus einem schwarzen Körper bestehen, mit am äußeren Rand angeordneten Eintrittsöffnungen für die Luft und einem zentralen, inneren Kühlbehälter, der im Wasser unterhalb der Meerwasseroberfläche angeordnet ist, und der mit einem daran angeschlossenen, aus dem Wasser herausragenden Kamin verbunden ist.4. Device for performing the method according to the claims 1 to 3, characterized in that the absorber plates consist of a black body exist, with inlet openings for the air and one arranged on the outer edge central, inner cooling tank, which is in the water below the seawater surface is arranged, and with an attached, protruding from the water Fireplace is connected. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlbehälter aus zwei senkrechten, ineinander geschachtelten eckigen oder runden Rohren besteht, wobei das äußere Rohr unten den Ablauf mit Anschluß an einen Auffangbehälter besitzt und das innere Rohr unten nicht ganz in das äußere Rohr hineinragt und einen oben aus dem Wasser herausragenden Kamin bildet.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the cooling container consists of two vertical, nested square or round tubes, with the outer tube below the drain with connection to a collecting container owns and the inner tube does not protrude completely into the outer tube at the bottom and one forms a chimney protruding from the water at the top. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohre im Ringspalt durch als Kühlrippen ausgebildete Streben miteinander verbunden sind.6. Device according to claims 4 and 5, characterized in that that the two tubes in the annular gap with each other by struts designed as cooling fins are connected. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaminrohr unten in eine umlaufende Rinne mit Ablauf zum Auffangbehälter hineinragt.7. Apparatus according to claim 5, characterized in that the chimney pipe protrudes below into a circumferential channel with a drain to the collecting container. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberplatten an der Außenseite des Kamins angebracht sind.8. Device according to claims 4 to 7, characterized in that that the absorber plates are attached to the outside of the chimney. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Vorrichtung mit dem Kühlbehälter, den Absorberplatten und dem Kamin nur am äußeren Rand der Absorberplatten abgestützt ist.9. Device according to claims 4 to 8, characterized in that that the entire device with the cooling container, the absorber plates and the chimney is only supported on the outer edge of the absorber plates. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen auf Schwimmern abgestützt sind.10. The device according to claim 9, characterized in that the devices are supported on floats. II. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen auf festen Pfeilern abgestützt sind.II. Device according to claim 9, characterized in that the devices are supported on solid pillars. 12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von baugleichen, wabenförmigen Einheiten zusammengefaßt wird mit Anschluß an einen Auffangbehälter.12. Device according to claims 4 to 11, characterized in that that a number of structurally identical, honeycomb units is combined with Connection to a collecting container. 13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin zur besseren Aufheizung aus absorbierendem Material gefertigt ist.13. Device according to claims 4 to 12, characterized in that that the fireplace is made of absorbent material for better heating.
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