DE3122312A1

DE3122312A1 - Vorrichtung zum entsalzen von meerwasser

Info

Publication number: DE3122312A1
Application number: DE19813122312
Authority: DE
Inventors: Bernd 5630 Remscheid Melchior; Peter Dr. Melchior
Original assignee: MELCHIOR ENTWICKLUNGSGESELLSCH
Current assignee: MELCHIOR ENTWICKLUNGSGESELLSCH
Priority date: 1981-06-05
Filing date: 1981-06-05
Publication date: 1982-12-23

Description

Vorrichtung zum Entsalzen von Meerwasser
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entsalzen von Meerwasser, mit einem Raum, in dem das Meerwasser verdampft und der Wasserdampf zu einer kühlen Fläche gelangt, an der er kondensiert, wobei das Kondensat gesammelt wird.
Zur Entsalzung von Meerwasser sind die unterschiedlichsten Destillationsanlagen, insbesondere auch Sonnendestillationsanlagen bekannt. Bei einfachen Konstruktionen weisen diese eine geringe Leistung auf und bauen sehr groß. Bei komplizierteren Verfahren ist die Leistung zwar höher, aber dafür ist der konstruktive Aufwand sehr groß, und es werden erhebliche Energiemengen verbraucht.
Ferner sind auch die Abmessungen der komplizierteren Vorrichtungen groß, und darüber hinaus sind diese Anlagen störanfällig. Einfacheren und komplizierteren Entsalzungsanlagen ist gemeinsam, daß die Kosten pro Kubikmeter Wasser sehr hoch sind und die Vorrichtungen sehr schnell durch Ablagerungen verschmutzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache Vorrichtung zum Entsalzen von Meerwasser zu schaffen, die bei geringem Energieverbrauch eine hohe Leistung erzielt und klein baut.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Raum ein Schwingungszerstäuber angeordnet ist, durch den das Meerwasser in kleinste Tröpfchen zerstäubt wird.
Durch das Zerstäuben des Meerwassers in kleinste Tröpfchen wird die Wasseroberfläche derart vergrößert, daß ein sehr schneller Übergang in Wasserdampf erfolgt.
Der Energieverbrauch ist gering, und, da keine zusammenhängende Wasseroberfläche besteht, kann die Vorrichtung sehr klein bauen.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß der Schwingungszerstäuber eine im Ultraschallbereich schwingende Zer-.
stäuberfläche aufweist. Ferner wird vorgeschlagen, daß die Zerstäuberfläche durch einen piezoelektrischen Koppelschwinger angetrieben wird. Auch kann die Zerstäuberfläche nur mit einem Rand am Antrieb oder am zum Antrieb führenden Tragteil befestigt sein und die freie, schräg nach unten vorkragende Fläche die Schwingungen durch Eigenbiegung verstärken. Eine solche Vorrichtung erzielt bei einem geringen Energieverbrauch eine besonders hohe Leistung. So werden bei 10 Watt 150 Liter pro Stunde zerstäubt und zu Süßwasser destilliert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zerstäuberfläche nur mit einem Rand am Antrieb oder am zum Antrieb führenden Tragteil befestigt ist und die freie, schräg nach unten vorkragende Fläche die Schwingungen durch Eigenbiegung verstärkt. Da die freien Enden stärker schwingen als die übrige Fläche, kann das von oben kommende, auf dem befestigten Rand auftreffende Salzwasser sich zuerst über die Fläche gleichmäßig verteilen, um dann vom vorkragenden, stärker schwingenden Teil zerstäubt zu werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zerstäuberfläche zur Waagerechten in einem Winkel von 45 Grad steht, da dann die Tröpfchen einen langen parabelförmigen Weg beschreiten und damit sich sehr lange in der Luft aufhalten.
Eine in bezug auf den Antrieb und das zufließende Salzwasser als auch die Tröpfchenverteilung sehr günstige Form ist dann gegeben, wenn die Zerstäuberfläche kegelförmig ist. Dabei kann die Flüssigkeit im Bereich eines Schwingungsknotens oder eines Schnelleknotens auf die Zerstäuberfläche gebracht werden. Ferner wird vorgeschlagen, daß das Salzwasser von oben im Bereich des befestigten Randes auf die Zerstäuberfläche aufgebracht wird.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß die den Raum seitlich und/oder oben begrenzende kühle Fläche sonnenstrahlendurchlässig ist. Hierdurch reicht es aus, die Energie allein durch die Sonnenstrahlung zuzuführen, die den Raum unterhalb der begrenzenden kühlen Fläche erwärmt.
Ein Abfließen der kondensierten Tröpfchen wird dadurch erreicht, daß die Fläche schräg geneigt ist und den Raum dachförmig begrenzt. Dabei kann die Fläche von einer Kuppel gebildet sein. Auch wird vorgeschlagen, daß am unteren Rand der Fläche innen eine Rinne zum Sammeln des kondensierten Wassers angeordnet ist.
Ein Erwärmen des Salzwassers vor dem Zerstäuben als auch ein Kühlen der Fläche, an der die Tröpfchen des destillierten Wassers kondensieren, wird dadurch erreicht, daß die Fläche zweischalig ist und im Raum zwischen den beiden Schalen das Salzwasser fließt, ehe es zerstäubt wird.
Ferner wird vorgeschlagen, daß unterhalb des Zerstäubers eine Auffangwanne für das Salz, insbesondere die Sole angeordnet ist. Ferner oder alternativ kann auch die Rückseite der kühlen Fläche von der Außenluft gekühlt werden. Auch wird vorgeschlagen, daß die Rückseite der kühlen Fläche von einer Flüssigkeit, insbesondere Salzwasser, gekühlt wird.
Eine besonders effektive Kühlung der Fläche, an der das Wasser kondensiert und damit eine hohe Arbeitsleistung wird dadurch erreicht, daß die kühle Fläche von dem Verdampfer einer Wärmepumpe gebildet wird. Dabei kann unterhalb des Verdampfers ein Auffangblech oder eine Auffangschale für das kondensierte Wasser befestigt sein.
Ein großer Luftdurchsatz, eine große Aufnahme von Wasserdampf in der Luft und eine kleine Bauweise werden dadurch erreicht, daß die den Wasserdampf aufnehmende Luft von unten nach oben den Zerstäubungsbereich durchströmt.
Dies kann auch dadurch verbessert werden, daß die den Wasserdampf aufnehmende Luft zuvor erwärmt wird. Ferner wird hierzu vorgeschlagen, daß die Luft durch den Verflüssiger (Kondensator) der Wärmepumpe erwärmt wird.
Auch kann hierzu der Verdampfer oberhalb des Zerstäubers und der Verflüssiger unterhalb des Zerstäubers angeordnet sein. Ferner wird hierzu vorgeschlagen, daß die Luft durch ein Gebläse dem Zerstäuber zugeführt wird.
Eine von der Außenatmosphäre unabhängige und genau steuerbare Arbeitsluft wird dadurch erreicht, daß die dem Zerstäuber zugeführte Luft nach der kühlen Fläche im Kreislauf zurückgeführt wird.
Ein besonders geringer Energieverbrauch wird dadurch erreicht, daß der Zerstäuber elektrisch durch Solarzellen betrieben wird. Hierzu kann auch das Gebläse und/oder der Verdichter der Wärmepumpe elektrisch durch Solarzellen betrieben werden.
Eine weitere Erhöhung der Entsalzungsleistung wird dadurch erreicht, daß das Salzwasser vor der Zerstäubung durch einen Sonnenkollektor und/oder den Verflüssiger einer Wärmepumpe erwärmt wird.
Eine weitere Erhöhung der Effektivität wird dadurch erreicht, daß im Raum Unterdruck, insbesondere Vakuum besteht.
Von besonderem Vorteil ist auch, daß diese Vorrichtungen auch als kleine Einheiten wirtschaftlich arbeiten.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine durch Sonnenstrahlung erwärmte Entsalzungsvorrichtung und Fig. 2 eine Entsalzungsvorrichtung mit Wärmepumpe.
In beiden Ausführungsbeispielen wird ein Schwingungszerstäuber verwendet, bei dem das Salzwasser auf eine schwingende Fläche gegeben wird, die mit hoher Frequenz vibriert. Ein besonders feiner Zerstäubungsnebel entsteht dann, wenn die Schwingungen im Ultraschallbereich liegen, insbesondere bei einer Frequenz zwischen 20000 Hz und 1 MHz. Die Zerstäuberfläche 1 wird dabei durch einen piezoelektrischen Koppelschwinger angetrieben. Über einen senkrechten Stab 2 ist die in einem Winkel von 450 angeordnete Zerstäuberfläche 1 mit der Piezokeramik eines Resonators 3 verbunden, wobei der höhere Bereich der Fläche 1 am Stab 2 befestigt ist. Die mit 45° nach unten gerichtete und nur mit ihrem oberen Rand am Stab 2. befestigte Zerstäuberfläche 1 schwingt mit ihrem freien Ende stärker als der senkrecht schwingende Stab 2, so daß das von oben ankommende Salzwasser 4 zuerst auf den weniger schwingenden Teil der Zerstäuberfläche 1 (Schnelleknoten) trifft, von dort sich verteilend herunterfließt und einen mittleren und unteren Teil der Zerstäuberfläche erreicht, von wo die Tröpfchen 5 weggeschleudert werden und eine parabelförmige Flugbahn einnehmen, wenn nicht eine nach oben gerichtete Strömung und/oder ein elektrisches Feld die Flugbahn verlängern oder einen Schwebezustand erzeugen. Der Tröpfchendurchmesser beträgt vorzugsweise 1 mm bis 1 m. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann der Stab 2 zwei Zerstäuberflächen tragen.
Alternativ kann der Stab 2 aber auch in einer konusförmigen Zerstäuberfläche münden. In diesem Fall wird auf die Konus- bzw. Kegelspitze nur ein einziger senkrechter Salzwasserstrom gerichtet.
Der Raum 6, in dem die Fläche 1 das Salzwasser 4 zerstäubt, ist von einer dachförmigen Schale überdeckt, die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 halbkugelförmig ist und von zwei Halbschalen 7, 8 gebildet wird, von denen die innere Schale 7 einen geringeren Radius aufweist als die dazu konzentrisch angeordnete Schale 8.
Hierdurch wird zwischen den Schalen 7, 8 ein Zwischenraum 9 gebildet, der von Salzwasser durchflossen sein kann. Hierdurch wird das Salzwasser erwärmt und die innere Schale 7 gekühlt. Beide Schalen 7, 8 bestehen aus Glas, insbesondere Acrylglas, so daß die Sonnenstrahlung den Raum 6 und den Zwischenraum zwischen den Schalen erwärmt.
Der Zerstäuber ist mittig unter den Schalen 7, 8 angeordnet. Unterhalb der oder den Zerstäuberfläche(n) 1 ist eine waagerechte Auffangschale 11 gelagert, in der sich die Sole sammelt. Die Auffangschale reicht nicht ganz bis zum unteren Ende der Halbschale 7, so daß in diesem Ringspalt Platz für eine ringförmige Rinne 12 bleibt, in der sich das von der Innenwandung der Schale 7 abfließende Wasser sammelt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Resonator ist mittig innerhalb eines senkrechten Zylinders 14 angeordnet, der den Raum 6 bildet. Das Salzwasser wird wiederum durch eine Leitung 13 der Zerstäuberfläche 1 zugeführt, durch die das Salzwasser im Raum 6 zerstäubt wird. Dem Raum 6,und damit dem Zerstäubungsbereich, wird Luft von unten zugeführt, wobei die von unten nach oben gerichtete Luftströmung durch einen Ventilator 15 verstärkt werden kann. Die oben abströmende Luft kann durch eine rot gestrichelt dargestellte Rückführung 16 nach unten zurückgeführt sein.
Die von unten zugeführte Luft wird im unteren Bereich des Zylinders 14 durch den Verflüssiger (Kondensator) 17 einer Wärmepumpe erwärmt und strömt darauf durch den Zerstäubungsbereich, um dort Wasserdampf aufzunehmen.
Die einen hohen Wasserdampfgehalt aufweisende Luft gelangt dann oben an die Außenwandungen eines Verdampfers 18, der vom Kühlkreislauf derselben Wärmepumpe betrieben wird. An den kalten Außenwandungen des Verdampfers 18 kondensiert der Wasserdampf-der hochsteigenden Luft, so daß die dort entstehenden Tropfen in eine Auffangschale 19 fallen, die unterhalb des Verdampfers angeordnet ist und zu einer Abgangsleitung oder einem Sammelbehälter 20 führt, der in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.
Im Kreislauf des Kältemittels der Wärmepumpe ist, wie an sich bekannt, in der vom Verflüssiger 17 zum Verdampfer 18 führenden Leitung 21 eine Drossel 22 angeordnet, hinter der sich die Flüssigkeit entspannt und in der vom Verdampfer zum Verflüssiger führenden Leitung 23 ein Verdichter (Kompressor) 24, durch den das Kältemittel verdichtet wird.
Der durch die Sprühzone bzw. den Salzwassernebel geführte Luftstrom nimmt somit den Wasserdampf 2 der von einer Wärmepumpe gekühlten Fläche mit, die der Luft die Wärme entzieht, so daß der Wasserdampf kondensiert.
Die dabei vom Verflüssiger abgegebene Wärmeenergie wird zum Erwärmen des Luftstroms und/oder des ankommenden Salzwassers verwendet. In dem Fall, in dem die Vorrichtung und das gesamte System gut isoliert sind, braucht nur die Energie für die Wärmepumpe zugeführt zu werden.
Dabei kann die Wärmepumpe elektrisch durch Solarzellen angetrieben werden. Aufgrund der im unteren Bereich vorgesehenen Erwärmung der Luft strömt diese auch ohne einen Ventilator durch den Raum 6 von unten nach oben.
Wird aber zusätzlich ein Ventilator 15 vorgesehen, so kann auch dieser durch Sonnenzellen angetrieben werden.
Das Verdampfen des Salzwassers kann dadurch beschleunigt werden, daß der Behälter 14 bzw. der Raum 6 unter Unterdruck oder sogar Vakuum gesetzt wird.
L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche: 1. Vorrichtung zum Entsalzen von Meerwasser, mit einem Raum, in dem das Meerwasser verdampft und der Wasserdampf zu einer kühlen Fläche gelangt, an der er kondensiert, wobei das Kondensat gesammelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in dem Raum (6) ein Schwingungszerstäuber angeordnet ist, durch den das Meerwasser in kleinste Tröpfchen zerstäubt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Schwingungszerstäuber eine im Ultraschallbereich schwingende Zerstäuberfläche (1) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Zerstäuberfläche (1) durch einen piezoelektrischen Koppelschwinger (3) angetrieben wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zerstäuberfläche (1) nur mit einem Rand am Antrieb oder am zum Antrieb führenden Tragteil (2) befestigt ist und die freie, schräg nach unten vorkragende Fläche die Schwingungen durch Eigenbiegung verstärkt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zerstäuberfläche (1) zur Waagerechten in einem Winkel von 45 Grad angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zerstäuberfläche (1) kegelförmig ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Flüssigkeit (3) im Bereich eines Schwingungsknotens oder eines Schnelleknotens auf die Zerstäuberfläche (1) gebracht wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Flüssigkeit (3) von oben im Bereich des befestigten Randes auf die Zerstäuberfläche (1) aufgebracht wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die den Raum seitlich und/oder oben begrenzende kühle Fläche sonnenstrahlendurchlässig ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Fläche schräg geneigt ist und den Raum dachförmig begrenzt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fläche von einer Kuppel (7, 8) gebildet wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß am unteren Rand der Fläche innen eine Rinne (12) zum Sammeln des kondensierenden Wassers angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fläche zweischalig ist und im Raum zwischen den beiden Schalen (7, 8) das Salzwasser fließt, ehe es zerstäubt wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß unterhalb des Zerstäubers eine Auffangwanne (11) für das Salz, insbesondere die Sole, angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rückseite der kühlen Fläche von der Außenluft gekühlt wird.-
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rückseite der kühlen Fläche (7) von einer Flüssigkeit, insbesondere Salzwasser, gekühlt wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die kühle Fläche von dem Verdampfer (18) einer Wärmepumpe gebildet wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß unterhalb des Verdampfers (18) ein Auffangblech (19) oder eine Auffangschale für das kondensierte Wasser befestigt ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die den Wasserdampf aufnehmende Luft von unten nach oben den Zerstäubungsbereich durchströmt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die den Wasserdampf aufnehmende Luft zuvor erwärmt wird.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Luft durch den Verflüssiger (Kondensator) (17) der Wärmepumpe erwärmt wird.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, d adu r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Verdampfer (18) oberhalb des Zerstäubers und der Verflüssiger (17) unterhalb des Zerstäubers angeordnet sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Luft durch ein Gebläse (15) dem Zerstäuber zugeführt wird.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die dem Zerstäuber zugeführte Luft nach der kühlen Fläche im Kreislauf (16) zurückgeführt wird.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Zerstäuber elektrisch durch Solarzellen betrieben wird.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gebläse (15) und/oder der Verdichter (24) der Wärmepumpe elektrisch durch Solarzellen betrieben werden.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Salzwasser vor der Zerstäubung durch einen Sonnenkollektor und/oder den Verflüssiger (17) einer Wärmepumpe erwärmt wird.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Raum (6) Unterdruck, insbesondere Vakuum, besteht.