DE3447060A1 - Verfahren zum ueberfuehren von wasser oder dergleichen fluid aus der fluessigphase in die gasfoermige phase und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zum Uberführen von Wasser oder dergleichen Fluid
• aus der Flüssigphase in die gasförmige Phase und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Verfahren zum Ueberführen von Wasser oder dergleichen Fluid aus der Flüssigphase in die gasförmige Phase und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überführen von Wasser oder dergleichen Fluid aus der Flüssigphase in die gasförmige Phase mittels einer die verdunstete Komponente des Fluids fördernden und aufnehmenden Trägergasströmung, bei dem die Kontaktoberfläche zwischen der Flüssigphase des Fluids und dem Trägergas möglichst groß ausgebildet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einem geschlossenen kleinvolumigen Behälter mit wenigstens einem Einlaß und einem Auslaß für das Trägergas sowie einer Öffnung zum Einbringen des zu verdunsten den Fluids, wobei dieses nur einen Teil des Behälters ausfüllt und der Trägergasstrom durch den Behälter hindurchführbar ist.
• Bei den bisher bekannten Verfahren dieser Art wird die zur Verdunstung erforderliche große Oberfläche des Fluids mit porösen flüssigkeitssaugenden Matten verschiedenster Ausgangsstoffe, wie Papier, Holz, Gewebe, Schaumgummi und dergleichen erzeugt. Der Nachteil dieser das zu verdunstende Fluid aufsaugen Materialien besteht darin, daß sie nach relativ kurzer Zeit durch Ablagerungen verschlammen und ihre saugende Wirkung zumindest teilweise verlieren, so daß die ursprüngliche Verdunstungsfläche erheblich reduziert wird. Weiterhin ist es häufig von Nachteil, daß Geräte, die zum Aufsaugen des zu verdunstenden Fluids dienende Materialien verwenden, zur Einhaltung einer bestimmten Verdunstungsleistung großvolumig ausgebildet werden müssen. Diese Geräte sind daher für viele Anwendungsfälle ungeeignet. Auch erreicht in solchen Geräten die Anreicherung des Trägergases mit dem Fluid nicht annähernd die Sättigungsgrenze, so daß diese Geräte unwirtschaftlich arbeiten.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Uberführen von Wasser oder dergleichen Fluid aus der Flüssigphase in die gasförmige Phase zu entwickeln sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei denen ein Trägergas möglichst stark, vorzugsweise bis zur Sättigungsgrenze mit dem verdunsteten Fluid angereichert wird, wobei eine Abnahme der Verdunstungsleistung mit zunehmender Betriebsdauer vermieden wird.
• Außerdem soll die Vorrichtung möglichst kleinvolumig ausgebildet sein.
• Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Verfahren erfindungsqernäß dadurch gelöst, daß das Fluid im wesentlichen homogen über die Gesamtheit eines vorgegebenen und von ihm bedeckten Bereiches derart von der Trägergasströmung beaufschlagt und/oder durchsetzt wird, daß es in einen Zustand sprudelnder Aufwallung gebracht wird, und daß das so mit dem Fluid in Berührung gebrachte und mit dessen gasförmiger Phase angereicherte Trägergas von der Oberfläche des Fluids abgeführt wird. Weiterhin wird die Aufgabe bei der anfangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mindestens eine Einlaß für das Trägergas innerhalb des Behälters nach Art von Rohrverzweigungen in einer Vielzahl von Öffnungen im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche endet.
• Wegen seiner hohen Verdampfungswärme eignet sich Wasser für die Erzeugung von Verdungstungskälte besonders gut. Bei Verwendung von Luft als Trägergas läßt sich ein durch die Vorrichtung geleiteter Luftstrom beachtlich abkühlen, und zwar je nach Feuchtigkeitsgrad der einströmenden Luft bei 30% relativer Feuchte beispielsweise von 500 C auf ca. 310 C und bei 40% relativer Luftfeuchte beispielsweise von 400 C auf ca. 270 C. Dabei verbraucht das Gebläse zur Erzeugung des durch die Vorrichtung geleiteten Luftstroms nur ca. 1/20 der Energie, die an Wärmeenergie durch die Verdunstung in der Luft gebunden wird. Vergleichbare Kühlleistungen beispielsweise von Verdichter-Kondensator-Kühlanlagen erfordern einen erheblich höheren Energieeinsatz, weshalb zum Beispiel die Kühlaggregate von Klimaanlagen in Personenkraftwagen in der Regel nur bei laufendem Fahrzeugmotor betrieben werden können.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Befeuchtung und Kühlung von Luft; Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1; und Fig. 3 eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form einer Meerwasserentsalzungsanlage in Querschnittsdarstellung.
• Die Vorrichtung nach denFig. 1 und 2 zeigt einen geschlossenen Behälter 1, der mit Einlaßöffnungen 2 für die zuzuführende warme Luft und einer Auslaßöffnung 3 für die Abführung der mit Wasserdampf stark angereicherten und gekühlten Luft versehen ist. Es sind insgesamt vier Einlaßöffnungen 2 vorhanden. Jede der Einlaßöffnungen 2 verzweigt sich in zwölf einzelne Rohre 4, die mit zunehmendem Abstand von der Behälteroberfläche auseinanderlaufen. Die den Einlaßöffnungen 2 entgegengesetzt liegenden Enden der Rohre 4 tauchen in den Boden des Behälters 1 bedeckendes Wasser 5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt der Behälter 1 keine besondere Öffnung für das Einbringen des Wassers 5, sondern dieses kann über die Einlaßöffnungen 2 in den Behälter gefüllt werden. Die von den Einlaßöffnungen 2 ausgehenden Rohre 4 laufen in der Weise auseinander, daß ihre unter die Wasseroberfläche ragenden Enden etwa gleiche Abstände voneinander aufweisen, wobei der von ihnen erfaßte Bereich im wesentlichen der ges##nten Wasseroberfläche entspricht. Oberhalb des Wassers 5 befindet sich ein Zwischensieb 6, das im Bereich der Einlaßöffnungen 2 ausgespart ist.
• Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Durch die Einlaßöffnungen 2 des Behälters 1 wird relativ warme und trockene Luft eingeblasen. Diese wird über die einzelnen Rohre 4 in das Wasser 5 gedrückt und/oder gesaugt. Hierdurch wird die Luft in engen Kontakt mit dem Wasser gebracht, wobei durch das Aufwallen des Wassers infolge der einströmenden Luft die Berührungsfläche zwischen diesen vergrößert wird. Das Aufwallen des Wassers führt zu einer erheblichen Vergrößerung der Verdunstungsoberfläche, so daß die das in das Wasser gedrückte Luft mit Wasserdampf stark angereichert wird. Weiterhin findet eine beträchtliche Abkühlung der Luft infolge des für die Verdunstung benötigten Wärmeverbrauchs ein. Die aus dem Wasser austretende Luft gelangt durch das Zwischensieb 6 zur Auslaßöffnung 3.
• Das Zwischensieb 6 fängt von der Luft mitgerissene, nicht verdunstete Wasserteilchen ab, die sich am Zwischensieb sammeln und in Tropfenform wieder herabfallen.
• Für die angestrebte größtmögliche Vergrößerung der Verdunstungsoberfläche ist es vorteilhaft, die Gesamtfläche der in das Wasser 5 ragenden Enden der Rohre 4 kleiner zu halten als die zwischen den Rohren verbleibende Wasseroberfläche.
• Der Boden des Behälters 1 ist gegenüber den Enden der ins Wasser 5 eintauchenden Rohre 4 vorzugsweise mit mit Durchbrüchen versehenen Rippen oder Vorsprüngen versehen, so daß sich für das Aufwallen des Wassers günstige Strömungsverhältnisse von Luft und Wasser einstellen.
• Weiterhin können auch die genannten Enden der Rohre 4 entsprechende Ausbildungen beispielsweise in Form von Einkerbungen oder Leitstreifen aufweisen.
• Beim Verdunsten des Wassers wird in erster Linie diesem selbst Wärme entzogen. Demnach weist das Wasser selbst die niedrigste Temperatur auf.
• Wenn insbesondere gewünscht wird, daß die zugeführte Luft möglichst stark abgekühlt wird, dann ist es empfehlenswert, die Luft mehrmals durch das Wasser hindurchzuführen. Da die Luft bereits beim ersten Durchgang durch das Wasser weitgehend mit Wasserdampf gesättigt wird, tritt bei den nachfolgenden Durchgängen keine nennenswerte Aufnahme von Wasserdampf mehr auf.
• Es findet jedoch ein Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Wasser statt, der dazu führt, daß die Luft im wesentlichen bis auf die Temperatur des Wassers abgekühlt wird. Eine in diesem Umfang erfolgende Abkühlung der Luft wird durch die Verdunstung des Wassers allein nicht erreicht. Für diesen Zweck ist es auch von Vorteil, den das Wasser enthaltenden Behälter sowie die Rohre 4 für die Luftzuleitung aus Metall guter Wärmeleitfähigkeit herzustellen.
• Hierzu eignet sich Aluminium am besten.
• Die beschriebene Vorrichtung stellt ein leistungsstarkes Verdungstungsaggregat dar, das ein geringes Volumen besitzt und Luft mit Wasserdampf bis zur Sättigungsgrenze hin anzureichern vermag. Gleichzeitig findet eine.
• Abkühlung der Luft statt, wobei die hierfür benötigte Energie vergleichsweise gering ist.
• Die Vorrichtung eignet sich daher besonders für Klimageräte in Wohnräume oder Fahrzeugen.
• Die Verdunstungsleistung derartiger Vorrichtungen beträgt bei einer Lufttemperatur von 250 C je nach Luftfeuchtigkeit vorzugsweise ca.
• 1 bis 5 1 Wasser pro Stunde, was einer Kthlleistung in bezug auf die spezifische Verdampfungswärme von ca. 2300 kj bis 11500 kj entspricht.
• Fig. 3~zeigt eine schwimmende Wasserentsalzungsanlage. In einem Behälter 7 befindet sich ein Vorratsbehälter 8 für das zu verdunstende salzhaltige Wasser 9. Über Durchbrüche 10 ist der Vorratsbehälter 8 mit dem die Anlage umgebenden Meerwasser 11 verbunden, so daß sich die Oberfläche des Wassers 9 im Vorratsbehälter 8 auf gleicher Höhe mit der Oberfläche des Meerwassers 11 befindet. Durch seitliche Schwimmkörper 12 kann die Eintauchtiefe der Anlage und damit die Höhe des Wasserspiegels im Vorratsbehälter 8 bestimmt werden.
• Im Behälter 7 befindet sich ein Gebläse 13, das Luft von unten her ansaugt und nach oben hin ausbläst. Die ausgeblasene, sich im oberen Teil des Behälters 7 befindende Luft wird vorzugsweise durch Sonneneinstrahlung, wie durch die Pfeile oberhalb des Behälters 7 angedeutet, erwärmt. Die erwärmte Luft wird in Rohre 14 gedrückt und/oder gesaugt, die über den gesamten Bereich des Vorratsbehälters 8 gleichmäßig verteilt sind und in das in diesem befindliche Wasser 9 eintauchen. Die eingeblasene Luft bewirkt eine Aufwallung des Wassers 9 und damit eine Vergrößerung von dessen Verdunstungsoberfläche. Die aus dem Wasser 9 austretende, in Kammern 15 gelangende Luft ist somit stark, vorzugsweise bis an den Sättigungspunkt heran, mit Wasserdampf angereichert. Die Kammern 15 sind mit einem gemeinsamen Auslauf verbunden und durch einen Flüssigkeitsabscheider 16 von der Kondensationskammer 17 getrennt. Durch Unterdruck wird sichergestellt, daß die aus den Kammern 15 herausgeführte Luft Wasser nur in Form von Dampf enthält.
• Die durch den Flüssigkeitsabscheider 16 hindurchgetretene Luft wird anschließend durch eine Kondensationskammer 17 in Form eines schmalen Zwischenraumes zwischen dem Boden des Vorratsbehälters 8 und dem Boden des Behälters 7 hindurchgeführt. Dabei findet durch eine Einwirkung des Wassers 9 im Vorratsbehälter 8 sowie des Meerwassers 11, die beide jeweils relativ niedrige Temperaturen besitzen, eine Abkühlung der Luft unter den Taupunkt statt. Dabei kommt es zu einer Abscheidung des in der Luft in Form von Dampf gebundenen Wassers, das in einem Sammelbecken 18 aufgefangen wird. Die Kühlwirkung wird hier dadurch begünstigt, daß in der Kondensationskammer 17 ein geringer Unterdruck auftritt. Dieser Unterdruck ergibt sich dadurch, daß sich die Kondensationskammer auf der Ansaugseite des Gebläses 13 befindet. - Leerseite -

Claims (13)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Uberführen von Wasser oder dergleichen Fluid aus der Flüssigphase in die gasförmige Phase mittels einer die verdunstete Komponente des Fluids aufnehmenden Trägergasströmung, bei dem die Kontaktoberfläche zwischen der Flüssigphase des Fluids und dem Trägergas möglichst groß ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid (5;9) im wesentlichen homogen über die Gesamtheit eines vorgegebenen und von ihm bedeckten Bereiches derart von der Trägergasströmung beaufschlagt und/od#r durchsetzt wird, daß es in einen Zustand spruaelnder Aufwallung gebracht wird, und daß das so mit dem Fluid (5;9) in Berührung gebrachte und mit dessen gasförmiger Phase angereicherte Trägergas von der Oberfläche des Fluids (5;9) abgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas mehrfach in das Fluid (5;9) ein- und aus diesem herausgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Gasphase des Fluids anzureichernde Trägergas vorerwärmt wird und daß es nach der Anreicherung einem an sich bekannten Flüssigkeitsabscheidungs-oder Destillationsvorgang unterworfen wird.
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einem geschlossenen kleinvolumigen Behälter (1;7) mit wenigstens einem Einlaß (2) und einem Auslaß (3) für das Trägergas sowie einer Öffnung (10) zum Einbringen des zu verdunstenden Fluids (5;9), wobei dieses nur einen Teil des Behälters (1;7) ausfüllt und der Trägergasstrom durch den Behälter (1;7) hindurchtührbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (2) für das Trägergas innerhalb des Behälters (1;7) großflächig im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche endet.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (2) nach Art von Rohrverzweigungen (4,14) mit einer Vielzahl von Öffnungen endet.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Flächen der Öffnungen kleiner ist als die Differenz aus der Oberfläche des Fluids (5;9) und der Summe der Flächen der Öffnungen.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß <2,4;14) für das Trägergas unter der Oberfläche des Fluids (S;9) endet.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen am Einlaßende wenigstens annähernd gleichmäßig auf die Oberfläche des Fluids (5;9) verteilt sind.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1;7) einen Verdunstungsraum (15) aufweist, dem wenigstens eine Erwärmungskammer vorgeschaltet und mindestens ein Flüssigkeitsabscheider (16) und/oder eine Destillationsvorrichtung nachgeschaltet sind.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche a bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrverzweigungen (4;14) des Einlasses (2) aus Metall bestehen.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Behälters (1;7,8) und/oder die öffnungen am Einlaßende Strukturierungen oder entsprechende oberflächenvergrößerende Einlagen besitzen.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Behälters (1;7) gegenüber der Umgebung wenigstens im Verdunstungsbereich gehalten ist.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb und/oder außerhalb des Behälters (7) ein Vorratsbehälter (8) für das Fluid (9) vorgesehen ist.