DE3435614A1

DE3435614A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von frischwasser durch entsalzung von meerwasser

Info

Publication number: DE3435614A1
Application number: DE19843435614
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing.(FH) 5040 Brühl Longerich
Original assignee: LONGERICH BERNHARD DIPL ING FH
Current assignee: LONGERICH BERNHARD DIPL ING FH
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1986-04-10

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von
Frischwasser durch Entsalzung von Meerwasser Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Frischwasser durch Entsalzung unter Verwendung von Sonnenenergie, wobei die Sonnenenergie in einem Kollektorsystem mindestens ein Kollektormedium auf eine Arbeitstemperatur aufheizt.
Aus der französischen Patentschrift 1 261 066 ist eine Meerwasserentsalzungsanlage bekannt, die nach dem Verdampfungs-/ Kondensationsprinzip arbeitet, wobei allerdings die Verwendung von Sonnenenergie nicht vorgesehen ist. Ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser unter Verwendung von Sonnenenergie beschreibt hingegen die deutsche Offenlegungsschrift 31 23 409. Diese Meerwasserentsalzungsanlage arbeitet nach dem Prinzip der Spaltverdampfung, wobei Wasser aus einem porösen Kcrper in einen Gasspalt verdampft und anschließend mittels einer Kondensationseinrichtung kondensiert wird. Die gezeigte Anlage ist durch die Integration von Verdampfungs- und Kondensationseinrichtung in einem einzigen Aggregat technisch aufwendig und wartungsunfreundlich verbunden mit hohen Investitionskosten. Eine Produktionssteigerung der Frischwassermengen ist nur in geringem Umfang möglich, abhängig von den besonderen geometrischen Gegebenheiten einer solchen integrierten Anlage. Der genannte Stand der Technik zeigt ferner keine Möglichkeiten auf, wie die Wasserabtrennrate gesteigert werden kann. Die Verwendung eines speziellen Trägergases ist ebenfalls nicht vorgesehen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Entsalzungsanlage vorzustellen, die mittels Sonnenenergie betrieben werden kann und mit der Frischwasser, vorzugsweise Trinkwasser, kostengünstig bereitgestellt werden kann, insbesondere in Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung. Ferner soll das Verfahren unabhängig von der jeweiligen Salzkonzentration des Meer- oder Brackwassers arbeiten und nur unkomplizierte Maschinen- Aggregate aufweisen, die weitgehend wartungsfrei beziehungsweise wartungsfreundlich sind.
Ferner besteht eine Teilaufgabe auch darin, den Energieaufwand zu verringern und die Wasserabtrennrate den jeweiligen Betiebserfordernissen optimal anpassen zu können.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß Meerwasser bei in etwa der Arbeitstemperatur in direktem Kontakt mit einem Trägergas zumindest teilweise verdunstet, wobei sich das Trägergas mit Wasserdampf anreichert und anschließend abgekühlt wird, wobei das Frischwasser auskondensiert. Das Frischwasser kann als Brauchwasser für die Bewässerung in der Landwirtschaft oder auch als Kühlwasser für Maschinehaggregate verwendet werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Arbeitstemperatur in etwa 80 Grad Celsius beträgt. Es hat sich durch zahlreiche Versuchsreihen herausgestellt, daß bei dieser Temperatur besonders wirtschaftlich Frischwasser gewonnen werden kann. Allerdings waren höhere Temperaturen wünschenswert, sofern die Kcilektorsysteme diesbezüglich verbessert werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Kollektormedium Meerwasser verwendet wird. Diese einfache Verfahrensweise bewirkt einen besonders hohen Wärmenutzungsgrad bei verhältnismäßig geringem apparativem Aufwand.
Mit Vorteil wird als Trägergas Luft verwendet, da Luft keine besonderen Kosten verursacht. Es können aber auch andere Gase im Kreislauf geführt werden, beispielsweise Gase, die einen höheren spezifischen Wärmeinhalt besitzen wie Helium oder Wasserstoff.
Darüberhinaus ist es denkbar auch andere Gase zu verwenden, wenn dies aus verfahrenstechnischen Gründen geboten ist.
In weiterer Ausgestaltung wird in einem getrennten Kollektorsystem Meerwasser und/oder Luft als Kollektormedium aufgeheizt. Durch diese Maßnahme kann die Arbeitstemperatur im Verdampfer erhöht werden.
Ferner ist mit der Erfindung vorgesehen, daß das Meerwasser verdüst und im Gleichstrom mit dem Trägergas während der Verdunstung geführt wird. Hierdurch kann die Verdunstung beziehungsweise Verdampfung verbessert werden.
Zweckmäßigerweise kann die Erfindung auch zur Herstellung von Trinkwasser verwendet werden, wobei es erforderlich sein kann, die Trinkwasserqualität durch Zusatz von Chlor und/oder Fluor sowie Mineralsalzen in bekannter Weise zu gewährleisten.
Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung auch zur Gewinnung von Salz verwenden, insbesondere an solchen Standorten, an denen Salz ein teures Importprodukt darstellt. Die Salzsole wird dabei in geeigneter Weise weiterverarbeitet, beispielsweise in flache Becken eingeleitet, wobei durch Sonneneinstrahlung das restliche Wasser verdunstet und schließlich das reine Salz gewonnen werden kann.
Eine besonders bevorzugte Vorrichtung zur Uurchführung des Verfahrens zur Gewinnung von Frischwasser durch Entsalzung von Meerwasser unter Verwendung von Sonnenenergie, wobei die Sonnenergie in einem Kollektorsystem mindestens ein Kollektormedium auf eine Arbeitstemperatur aufheizt, sieht vor, daß das Kollektorsystem auslaufseitig mit einem Verdunster verbunden ist, der in seinem unteren Bereich einen Verdunster- Einlaß für das Trägergas und im oberen Teil einen Verdunster- Auslaß für das mit Wasserdampf angereicherte Trägergas aufweist, wobei der Verdunster- Auslaß über eine Rohrleitung, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist, mit dem Kondensator-Einlaß im unteren Teil eines Kondensators verbunden ist, an dessen oberem Teil sich der Kondensator-Auslaß für das weitgehend vom Wasserdampf befreite Trägergas befindet, der mit dem Verdunster- Einlaß über eine Rohrleitung mit zwischengeschaltetem Lüfter verbunden ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Auslauf des Wärmetauschers mit dem Kondensatorauslauf verbunden Weiterhin ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß der Verdunster Auslauf der Meerwassersole über einen Abzweig mit dem Kollektorzulauf verbunden ist. Der Abzweig dient der Regelung der Arbeitstemperatur, beziehungsweise um auf diese Weise die Restwärmekapazität der Meerwassersole zumindest teilweise auszunutzen In weiterer Ausgestaltung der Gestaltung der Erfindung steht der Frischwasserablauf mit dem Kondensator- Einlauf über eine Leitung in technisch- funktioneller Verbindung.
Vorteilhaft wird die Erfindung dadurch weitergebildet, daß Verdunster und Kondensator Füllkörpermaterialien aufweisen, bestehend aus formgleichen Keramikteilen, vorzugsweise kurzen Rohrstücken. Hiermit wurden gute Ergebnisse erzielt, es können aber auch Ziegelsteine, Kieselschüttungen oder Kunststoffkörper eingesetzt werden, oder andere korrosionsbeständige Füllkörper.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Verdunster Düsen, vorzugsweise im unteren Bereich der Wandung und/oder im Böden des Verdunsters angeordnet sind. Mit dieser Maßnahme wird eine gleichmäßige und feine Verteilung des Meerwassers erreicht, wodurch der Verdunstungsgrad gesteigert werden kann.
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß zwischen Lüfter und Verdunster-Einlaß in der Rohrleitung ein Kollektorsystem angeordnet ist. Auf diese Weise kann zur Verbesserung der Frischwasserausbeute das Trägergas vor Eintritt in den Verdunster entweder direkt oder indirekt erwärmt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Kondensator- Einlaß im oberen Teil und der Kondensator- Auslaß im unteren Teil des Kondensators angeordnet sind. Dabei wird unter Ausnutzung der natürlichen Konvektion das mit Wasserdampf angereicherte Trägergas von oben in den Kondensator eingegeben, wobei es im Gleichstrom mit dem ebenfalls von oben eingeführten Frischwasser abgekühlt wird und Wasser auskondensiert. Aus dem unteren Teil des Kondensators wird dann das weitgehend vom Wasser befreite Trägergas dem Verdunster zugeleitet. Bei dieser Verfahrensweise kann ein Lüfter im Gaskreislauf entfallen Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung erheben sich aus der nachfolgenden Erläuterung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Die ih der Zeichnung dargestellte Anlage als Beispiel zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung weist als wesentliche Aggregate ein Kollektorsystem 1, einen Verdunster 2 und einen Kondensator 3 auf, sowie mehrere Wärmetauscher 10, 11, 12, wobei die Aggregate miteinander über Rohrleitungen 20 - 29 verbunden sind, mit dazwischen geschalteten Pumpen 40, 41, 42 und einem Lüfter 43. Der Verdunster 2 weist einen Verdunster Einlaß 50, einen Verdunster- Auslaß 51, einen Verdunster- Einlauf 52 und einen Verdunster-Auslauf 53 auf. Der Kondensator 3 besitzt einen Kondensator- Einlaß 54, einen Kondensator- Auslaß 55, einen Kondensator- Einlauf 56 und einen Kondensator-Auslauf 5#.
Bei Betrieb der Anlage gelangt Meerwasser über den Meerwasser- Zulauf 60, gefördert mit den Versorgungspumpen 40, 41 ueber die Wärmetauscher 11, 10 in der Rohrleitung 23 zum Kollektorzulauf 62. Ein Teilstrom des Meerwasser- Zulaufs 60 dient nur der Kühlung des Frischwassers im Kühler 12 und verläßt diesen über den Meerwasserablauf 61. Im Kollektorsysteim 1 wird das Meerwasser erwärmt und verläßt es über den Kollektorablauf 63 bei einer Arbeitstemperatur von etwa 80 Grad Celsius, um in etwa mit dieser Temperatur durch die Leitung 20 und den Einlauf 52 in den oberen Bereich des Verdunsters 2 einzutreten. Das Meerwasser trifft dabei im Gegenstrom auf über den Einlaß 50 eintretendes Trägergas, wobei das Meerwasser teilweise verdunstet beziehungsweise verdampft und mit dem Trägergas durch den Auslaß 51 zum Wärmetauscher 10 gelangt und dort abkühlt, dabei kondensiert bereits ein Teil des zu gewinnenden Frischwassers aus, das über die Rohrleitung 27 dem aus dem Kondensator 3 über den Auslauf 57 und der Leitung 28 entnommenen Frischwasser zugemischt wird. Das gewonnene Frischwasser wird über die Förderpumpe 42 in der Leitung 27 zum Frischwasserablauf 65 gefördert, wobei es iv den Wärmetauschern 11, 12 abgekühlt wird.
Die Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann die gesamte Anlage unter Druck gefahren werden, wodurch die Frischwasserausbeute verbessert würde. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann eine Verrieselung des Meerwassers auch in kühltürmen konventioneller Art erfolgen; Zur Erhitzung des Meerwassers könnten ebenfalls konventionelle Erwärmungsmethoden alternativ oder im Zusammenwirken eingesetzt werden. Es kann auch sinnvoll sein, beispielsweise Verdunster und Kondensator platzsparend übereinander anzuordnen.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Gewinnung von Frischwasser durch entsalzung von Meerwasser unter Verwendung von Sonnenenergie, wobei die Sonnenergie in einem Kollektorsystem mindestens ein Kollektormedium auf eine Arbeitstemperatur aufheizt, dadurch ekennzeichnet, daß Meerwasser bei in etwa der Arbeitstemperatur in direktem Kontakt mit einem Trägergas zumindest teilweise vetdunstet, wobei sich das Trägergas mit Wasserdampf anreichert und anschließend abgekühlt wird, ,wobei das Frischwasser auskondensiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitstemperatur in etwa 80 Grad Celsius beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kollektormedium Meerwasser verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Luft verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem getrennten Kollektorsystem Meerwasser und/oder Luft als Kollektormedium aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meerwasser verdüst und im Gleichstrom mit dem Trägergas während der Verdunstung geführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Herstellung von Trinkwasser verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Gewinnung von Salz verwendet wird.
9. Vorrichtung zur Gewinnung von Frischwasser durch Entsalzung von Meerwasser unter Verwendung von Sonnenenergie, wobei die Sonnenenergie in einem Kollektorsystem mindestens ein Kollektormedium auf eine Arbeitstemperatur aufheizt, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch, gekennzeichnet, daß das Kollektorsystem (1) über den Kollektorablauf (63) mit einem Verdunster (2) verbunden ist, der in seinem unteren Bereich einen Verdunster- Einlaß (50) für das Trägergas und im oberen Teil einen Verdunster- Auslaß (51) für das mit Wasserdampf angereicherte Trägergas aufweist, wobei der Verdunster- Auslaß (51) über eine Rohrleitung (25), in der ein Wärmetauscher (10) angeordnet ist, mit dem Kondensator- Einlaß (54) im unteren Teil eines Kondensators (3) verbunden ist, an dessen oberem Teil sich der Kondensator- Auslaß (55) für das vom Wasserdampf befreite Trägergas befindet, der mit dem Verdunster- Einlaß (50) über eine Rohrleitung (26) mit zwischengeschaltetem Lüfter (43) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf des Wärmetauschers (10) mit dem Kondensatorauslauf (57) über die Leitungen (27, 28) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdunster- Auslauf (53) über die Leitung (21), den Abzweig (22) und die Leitung (23) mit dem Kollektorzulauf (62) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischwasserablauf (65) mit dem Kondensator- Einlauf (56) über eine Leitung (29) in technisch- funktioneller Verbindung steht.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Verdunster (2) und Kondensator (3) Füllkörpermaterialien aufweisen, bestehend aus formgleichen Keramikteilen, vorzugsweise kurzen Rohrstücken.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdunster (2) Düsen zur gleichmäßigen und feinen Verteilung des Meerwassers, vorzugsweise im unteren Bereich der Wandung und/oder im Boden des Verdunsters (2) angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lüfter (43) und Verdunster- Einlaß (50) in der Rohrleitung (26) ein Kollektorsystem angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator- Einlaß (54) im oberen Teil und der Kondensator- Auslaß (55) im unteren Teil des Kondensators (3) angeordnet sind.