DE4217802C2 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Kondensats aus einer zu reinigenden Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung ei­ nes Kondensats aus einer zu reinigenden Flüssigkeit, ins­ besondere zur Herstellung von Trinkwasser aus Meer- und/ oder Brack- und/oder Schmutzwasser, mit wenigstens einem evakuierbaren Raum, in dem wenigstens eine mittels einer aus der Umgebung Primärenergie entnehmenden Heizein­ richtung beheizbare, über wenigstens eine absperrbare Versorgungsleitung mit zu reinigender Flüssigkeit beauf­ schlagbare Verdampfungspfanne angeordnet ist und von dem wenigstens eine absperrbare Entnahmeleitung abgeht.

Bei Anordnungen dieser Art besteht die Gefahr, daß sich beim Öffnen der Versorgungsleitung und/oder Entnahmeleitung ein Verlust an Vakuum ergeben kann. Hieraus resultiert ein vergleichsweise schlechter Gesamt­ wirkungsgrad. Bei der bekannten Anordnung wird zur Vermeidung dieses Nachteils ein großer Aufwand in Form einer Mehrfachanordnung von alternativ auf- und absteuerbaren Behältern in Kauf genommen. Trotz dieses Aufwands sind aber Vakuumverluste nicht ausschließbar, da eine Belüftung der Behälter nicht vermeidbar ist. Abgesehen davon erweist sich diese Anordnung auch als nicht bedienungsfreundlich genug.

Die DE 37 38 704 C2 zeigt eine Anordnung zur thermischen Dekontaminierung von durch chemische Schadstoffe verseuchter Bodenmasse, wobei diese in einem Druckkessel unter Unterdruck beheizt und dabei die Schadstoffe verdampft werden. Die Außenwand des Druckkessels wird dabei gekühlt und fungiert somit als Kondensator. Das Kondensat wird in einem sog. Kondensatsumpf gesammelt und in einem Sammelbehälter abgepumpt. In der Leitung zwischen Kondensatsumpf und Sammelbehälter ist keine Druckschleuse vorgesehen. Es besteht daher die Gefahr eines Unterdruckverlusts.

Die DE-PS 8 10 392 zeigt eine Anordnung zur Destillation von wärmeempfindlichen Stoffen mit einem Vakuumbehälter, dem zuleitungsseitig eine Vakuumschleuse vorgeordnet ist. Das im Vakuumbehälter anfallende Kondensat wird aus diesem abgezogen, wobei keine Schleuse vorgesehen ist. Auch hierbei besteht die Gefahr eines Unterdruckverlusts.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln und unter Vermeidung ihrer Nachteile so zu verbessern, daß nicht nur eine kontinuierliche Betriebsweise, sondern auch ein guter Wirkungsgrad erreichbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Versorgungsleitung und jede Entnahmeleitung mit wenigstens einer jeweils zugeordneten, vakuumdichten Eingangsschleuse bzw. Ausgangsschleuse versehen ist, wobei die Ausgangsschleuse in einem absperrbaren Auslaufast der Entnahmeleitung angeordnet ist, der von einem Kondensatauffangbehälter abgeht, der einem Kondensator nachgeordnet und an den Saugstutzen einer Evakuiereinrichtung angeschlossen ist und wobei der Kondensator als Kühlschlange der Entnahmeleitung gebildet ist, die einen mit zu reinigender Flüssigkeit beaufschlagbaren Vorratsbehälter durchsetzt, der über einen absperrbaren, die Eingangsschleuse enthaltenden Zulaufast der Versorgungsleitung mit dem evakuierbaren Raum verbunden ist.

Diese Maßnahmen ergeben eine höchst einfache und kompakte Bauweise. Über die erfindungsgemäßen Schleusen kann jede gewünschte Substratmenge nachgefüllt bzw. jede gewünschte Kondensatmenge abgenommen werden, ohne daß die Gefahr einer unerwünschten Belüftung des evakuierbaren Raums besteht. Die Evakuiereinrichtung nimmt daher in vorteilhafter Weise nur vergleichsweise wenig Leistung auf. Infolgedessen bieten die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch die Möglichkeit, als Evakuiereinrichtung eine Vakuumpumpe vorzusehen, wodurch der bei den bekannten Anordnungen für die Erzeugung einer barometrischen Wassersäule erforderliche Aufwand entfallen kann. Der Energieverbrauch der Vakuumpumpe bleibt dennoch in Grenzen und läßt sich ohne weiteres durch sogenannte Alternativenergie, beispielsweise in Form von durch Selenzellen erzeugtem Strom, decken. Außerdem bietet die Möglichkeit zur Verwendung einer Vakuumpumpe auch die Gewähr dafür, daß das Vakuum stets auf einem hohen Niveau gehalten werden kann. Dennoch ist eine hohe Bedienungsfreundlichkeit gewährleistet. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird daher die eingangs gestellte Aufgabe auf höchst einfache und kostengünstige Weise gelöst.

Vorteilhaft ist dabei insbesondere auch, daß die Ausgangsschleuse in einem absperrbarem Auslaufast der Entnahmeleitung angeordnet ist, der von einem Konden­ satauffangbehälter abgeht, der einem Kondensator nachge­ ordnet und an den Saugstutzen einer Evakuiereinrichtung angeschlossen ist, da dies eine gleichzeitige Evakuierung und Abzapfung von Kondensat aus dem Kondensatauffangbehälter ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Kondensators in einem mit Substrat beaufschlagbaren Vorratsbehälter, der über einen absperrbaren, vorzugsweise die Eingangsschleuse enthaltenden Zulaufast der Versorgungsleitung mit dem evakuierbaren Raum verbunden ist ermöglicht in vorteilhafter Weise die Nutzung der Kondensationswärme zur Vorwärmung des Substrats, was sich günstig auf den erzielbaren Gesamtwirkungsgrad auswirkt. Gleichzeitig ge­ währleisten die genannten Maßnahmen auch eine schnelle Kondensation.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So können die Ein- und Ausgangsschleusen zweckmäßig als Zellradschleusen ausgebildet sein. Hierbei handelt es sich um besonders kompakte und zuverlässige Elemente, die bereits vielfach erprobt sind und kostengünstig zur Verfügung stehen.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn mehrere, übereinander angeordnete Verdampfungspfannen vorgesehen sind, von denen die oberste mittels des Zulaufasts und die darunterliegenden jeweils durch Überlauf aus der darüber angeordneten Verdampfungspfanne beaufschlagbar sind, wobei der untersten Verdampfungspfanne ein Schwimmerschalter zugeordnet ist, mittels dessen die Absperrung des Zulaufasts auf steuerbar ist. Diese Maßnah­ men ermöglichen trotz kompakter Bauweise einen hohen Mas­ sedurchsatz.

Vorzugsweise weisen die Verdampfungspfanne bzw. -pfannen jeweils eine durch eine Einlegefolie gebildete Ausklei­ dung auf. Dies vereinfacht die Entfernung von Rück­ ständen.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, daß der evakuierbare Raum als Autoklav mit auf einen Bo­ den aufsetzbarer, randseitig abdichtbarer Haube ausgebil­ det ist. Dies ergibt eine hohe Bedienungs- und Wartungs­ freundlichkeit.

Trotz Verwendung sogenannter Alternativenergien, wie Son­ nenenergie, läßt sich dadurch eine hohe Unabhängigkeit und ein von der Tageszeit unabhängiger Betrieb gewährlei­ sten, daß die Heizeinrichtung einen Speicher aufweist, der in Serie mit der vorzugsweise als Durchlaufabsorber ausgebildeten Einrichtung zur Aufnahme von Primärenergie und/oder mit den Heizorganen der Verdampfungspfanne bzw. -pfannen schaltbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den restli­ chen Unteransprüchen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Anlage zur Herstellung von Trinkwasser und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Verdamp­ fungspfanne der genannten Anlage.

Die der Fig. 1 zugrundeliegende Anlage enthält einen Autoklaven 1, der mittels einer Vakuumpumpe 2 evakuierbar ist. Der evakuierbare Innenraum des Autoklavs 1 wird durch eine auf eine Bodenplatte 3 aufsetzbare, randseitig durch umlaufende Dichtprofile 4 abdichtbare Haube 5 be­ grenzt. Diese kann so ausgebildet sein, daß sie mittels eines Hebezeugs von der Bodenplatte 3 abgehoben werden kann, was hier durch Kranösen angedeutet ist. Im eva­ kuierbaren Innenraum des Autoklavs 1 ist eine hier mehre­ re, übereinander angeordnete Verdampfungspfannen 6 umfas­ sende Pfannenanordnung vorgesehen. Die Verdampfungspfan­ nen 6 sind so ausgebildet und angeordnet, daß einerseits genügend Abdampffläche vorhanden ist und andererseits ein wasserüberlauf von einer oberen Verdampfungspfanne 6 in die jeweils darunterliegende Verdampfungspfanne 6 unge­ stört stattfinden kann, wie bei 7 angedeutet ist.

Die Verdampfungspfannen 6 bestehen aus einem gut wärme­ leitenden Material, beispielsweise Kupfer. Jede Verdamp­ fungspfanne 6 ist mit einem integrierten Heizorgan ver­ sehen. Im dargestellten Beispiel ist hierzu, wie am besten aus Fig. 2 erkennbar ist, der Pfannenboden mit an ihm anliegenden Heizkanälen 8 bestückt, die in Serie oder parallel zueinander mit einem Heizmedium, beispielsweise warmem Wasser, beschickt werden können. Der Innenraum der Verdampfungspfannen 6 ist durch eine dünne Folie 9, bei­ spielsweise in Form eines dünnen Gummituchs etc., ausge­ kleidet. Diese Auskleidung schützt die Pfannenwandung und ermöglicht eine einfache Entfernung von Verdampfungsrück­ ständen, beispielsweise Salz.

Die Verdampfungspfannen 6 werden im dargestellten Bei­ spiel mit Meerwasser beaufschlagt. Dieses kann beispiels­ weise mittels einer Pumpe 10 einem Vorratsbehälter 11 zu geführt werden, der über eine mittels eines Ventils 12 absperrbare Versorgungsleitung 13 mit dem Autoklaven 1 verbunden ist. Der Vorratsbehälter 11 ist hier einfach als oben offener Topf ausgebildet. In Bodennähe kann ein absperrbarer Schmutzauslaß 14 vorgesehen sein. Der An­ schlußquerschnitt der Versorgungsleitung 13 befindet sich auf etwas höherem Niveau, so daß über die Versorgungslei­ tung 13 nur geklärtes Meerwasser abgeführt wird. Der Vor­ ratsbehälter 11 fungiert dementsprechend gleichzeitig als Klärbecken.

Die Versorgungsleitung 13 ist über die stationäre Boden­ platte 3 in den Autoklav 1 eingeführt, so daß die Haube 5 unbehindert abgehoben werden kann. Das Ventil 12, das als Generalabsperrventil beim Stillsetzen der Anlage fun­ giert, kann ebenfalls im Autoklav 1 angeordnet sein. Das autoklavseitige Ende der Versorgungsleitung 13 ist als in die oberste Verdampfungspfanne 6 mündender Rohrkrümmer ausgebildet.

Das Absperrventil 12 ist mittels eines am besten aus Fig. 2 erkennbaren Schwimmerschalters 15 auf- und ab­ steuerbar, der den Wasserstand in der untersten Ver­ dampfungspfanne 6 abtastet. Der Schwimmerschalter 15 ist dabei so angeordnet, daß ein Überlaufen der untersten Verdampfungspfanne 6 unterbleibt. Im dargestellten Bei­ spiel ist der Schwimmerschalter 15 direkt mit dem im Autoklav 1 angeordneten Absperrventil 12 verbunden. Es wäre aber auch eine elektrische Befehlsübertragung denk­ bar. In diesem Fall könnte das Absperrventil auch außer­ halb des Autoklavs angeordnet sein. Um einen zuverlässi­ gen Überlauf von der jeweils oberen zur darunterliegenden Verdampfungspfanne 6 zu gewährleisten, können die Ver­ dampfungspfannen 6 einen nach oben sich erweiternden Querschnitt aufweisen. Es wäre aber auch denkbar, Ver­ dampfungspfannen mit unterschiedlichem, nach unten zuneh­ mendem Durchmesser vorzusehen. In jedem Fall ist die unterste Verdampfungspfanne gegenüber den anderen etwas größer, um eine zuverlässige Nachlaufregelung sicher­ zustellen und ein Überlaufen zuverlässig zu vermeiden.

Die Verdampfungspfannen 6 bzw. deren Heizkanäle 8 werden hier mit Warmwasser beheizt. Diese wird durch Solarener­ gie aufgewärmt. Hierzu ist ein Durchlaufabsorber 16 vor­ gesehen, der über eine ebenfalls über die Bodenplatte 3 in den Autoklav 1 ein- und ausgeführte Ringleitung 17 mit den pfannenseitigen Heizkanälen 8 zusammengeschlossen ist. Im Rücklaufast der Ringleitung 17 befindet sich eine Umwälzpumpe 18. Der Durchlaufabsorber 16 kann auf einem hier nicht näher dargestellten Drehgestell aufgenommen und mittels dieses dem Sonnenstand nachgeführt werden. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, anstelle des Durchlaufabsorbers 16 eine andere Art von Kollektor bzw. eine Wärmepumpe etc. vorzusehen. Im dargestellten Bei­ spiel ist zusätzlich noch ein Boiler 19 vorgesehen, der in Serie mit dem Durchlaufabsorber 16 oder in Serie mit den pfannenseitigen Heizkanälen 8 gebracht werden kann. Hierzu sind geeignete Bypass-Leitungen 20 und Absperr­ ventile 21 vorgesehen. In jedem Falle fungiert die Um­ wälzpumpe 18 als Umwälzorgan. Der Boiler 19 kann beispielsweise in Zeiten guter Sonneneinstrahlung aufgeladen und später, beispielsweise nachts, entleert werden. Hierdurch ergibt sich dementsprechend trotz Verwendung von Solarenergie eine tageszeitunabhängige Betriebsweise.

Das in die Verdampfungspfannen 6 eingeleitete Meerwasser wird in direktem Kontakt durch die Heizkanäle 8 aufge­ heizt. Um die Verdampfungstemperatur so weit abzusenken, daß die durch die Heizkanäle 8 erzielbare Erwärmung zur Verdampfung ausreicht, wird der die Verdampfungspfannen 6 aufnehmende Innenraum des Autoklavs 1 mittels der Vakuum­ pumpe 2 evakuiert. Hierzu geht vom Autoklav 1 eine einen vergleichsweise großen Querschnitt aufweisende Entnahme­ leitung 22 ab, die in Form einer Kühlschlange 23 den mit Meerwasser beaufschlagbaren Vorratsbehälter 11 durchsetzt und anschließend in einen geschlossenen Kondensatauffang­ behälter 24 mündet, der deckelseitig an einen durch den Saugstutzen der Vakuumpumpe 2 gebildeten Evakuierast 22a der Entnahmeleitung 22 und bodenseitig an einen mittels eines Absperrventils 25 absperrbaren Auslaufast 22b der Entnahmeleitung 22 angeschlossen ist. Die Kühlschlange 23 fungiert als Kondensator, in welchem der Wasserdampf des über die Entnahmeleitung 22 angesaugten Luft-Dampfgemi­ sches kondensiert. Die dabei frei werdende Kondensations­ wärme wird an das im Vorratsbehälter 11 gespeicherte Meerwasser abgegeben, das dadurch eine Vorwärmung er­ fährt. Das Kondensat fließt in Form von sauberem Wasser in den Kondensatauffangbehälter 24 ab. Eventuell noch vorhandener Restdampf kann über den Evakuierstutzen 22a zur Vakuumpumpe 2 abströmen, der ein Wasserabscheider 26 vorgeordnet sein kann. Sofern die Vakuumpumpe 2 so ausge­ legt ist, daß die Schmierung durch Wasser erfolgt, kann auf den Wasserabscheider 26 verzichtet werden.

In der Versorgungsleitung 13 ist eine hier dem Absperr­ ventil 12 vor- oder nachgeordnete, als Eingangsschleuse 27 fungierende Zellradschleuse angeordnet. Im Ablaufast 22b der Entnahmeleitung 22 ist eine dem Absperrventil 25 nachgeordnete, als Ausgangsschleuse 28 fungierende Zellradschleuse vorgesehen. Die in einem vakuumdichten Gehäuse angeordneten Zellräder der Zellradschleusen bilden voneinander getrennte Kammern 29, die abwechselnd mit dem Ein- bzw. Ausgang des zugeordneten Gehäuses kommunizieren, so daß die gewünschte Vakuumabdichtung bestehen bleibt. Die Zellräder der Zellradschleusen können angetrieben oder so ausgebildet sein, daß ein Selbstantrieb durch das sie durchströmende Medium erfolgt. Sofern der Wasserabscheider 26 mit einem separaten Wasserausgang versehen ist, kann diesem ebenfalls eine Schleusenanordnung oben geschilderter Art zugeordnet sein. Dasselbe gilt selbstverständlich auch für alle weiteren Systemein- und -ausgänge.

Im dargestellten Beispiel ist neben dem warmes Wasser er­ zeugenden Durchlaufabsorber 16 auch ein Selenzellenkol­ lektor 30 vorgesehen, der den Strom erzeugt, der zum Be­ trieb der Vakuumpumpe 2 und/oder der Versorgungspumpe 10 und/oder der Umwälzpumpe 18 und/oder gegebenenfalls der den Zellradschleusen zugeordneten Antriebsmotoren und/ oder der den Ventilen zugeordneten Stellorgane benötigt wird. Der Selenzellenkollektor 30 kann zusammen mit dem Durchlaufabsorber 16 auf dem oben erwähnten Drehgestell aufgenommen sein. Der Ausgang 31 des Selenzellenkollek­ tors 30 kann an einer hier nicht näher dargestellten Steuer- und Speichereinrichtung liegen, von der aus die einzelnen Verbraucher in Form der Motoren, Steuerelemente etc. versorgbar sind.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Kondensats aus einer zu reinigenden Flüssigkeit, insbesondere zur Her­ stellung von Trinkwasser aus Meer- und/oder Brack­ und/oder Schmutzwasser, mit wenigstens einem evakuierbaren Raum, in dem wenigstens eine mittels einer aus der Umgebung Primärenergie entnehmenden Heizeinrichtung beheizbare, über wenigstens eine ab­ sperrbare Versorgungsleitung (13) mit zu reinigender Flüssigkeit beaufschlagbare Verdampfungspfanne (6) angeordnet ist und von dem wenigstens eine absperr­ bare Entnahmeleitung (22) abgeht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Versorgungsleitung (13) und jede Entnahmeleitung (22) mit wenigstens einer jeweils zugeordneten, vakuumdichten Eingangsschleuse (27) bzw. Ausgangsschleuse (28) versehen ist, wobei die Ausgangsschleuse (28) in einem absperrbaren Auslaufast (22b) der Entnahmeleitung (22) angeordnet ist, der von einem Kondensatauffangbehälter (24) abgeht, der einem Kondensator nachgeordnet und an den Saugstutzen einer Evakuiereinrichtung angeschlossen ist und wobei der Kondensator als Kühlschlange (23) der Entnahmeleitung (22) ausgebildet ist, die einen mit zu reinigender Flüssigkeit beaufschlagbaren Vorratsbehälter (11) durchsetzt, der über einen absperrbaren, die Eingangsschleuse (27) enthaltenden Zulaufast der Versorgungsleitung (13) mit dem evakuierbaren Raum verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangsschleuse (27 bzw. 28) als Zellradschleusen ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuiereinrichtung als Vakuumpumpe (2) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuiereinrichtung mit vorgeordnetem Kondensatabscheider (26) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (11) mit einem absperrbaren Schmutzauslaß (14) versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, übereinander angeordnete Verdampfungspfannen (6) vorgesehen sind, von denen die oberste mittels der Versorgungsleitung (13) und die darunterliegenden jeweils durch Über­ lauf beaufschlagbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der untersten Verdampfungspfanne (6) ein Schwim­ merschalter (15) zugeordnet ist, mittels dessen die Absperrung des Zulaufasts der Versorgungsleitung (13) auf- bzw. absteuerbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verdampfungspfanne (6) ein Heizorgan aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizorgan in Form von bodenseitig angeordneten Heizkanälen (8) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verdampfungspfanne (6) jeweils eine durch eine Einlegefolie (9) gebil­ dete Auskleidung aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der evakuierbare Raum als Autoklav (1) mit auf einen Boden (3) aufsetzba­ rer, randseitig abdichtbarer Haube (5) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizein­ richtung wenigstens einen mittels einer vorgeordne­ ten Umwälzpumpe (18) beaufschlagbaren Kollektor aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor in Form eines Durchlaufabsorbers (16) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Selen­ zellenkollektor (30) vorgesehen ist, durch den we­ nigstens ein Stromverbraucher der Anlage mit Strom versorgbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Selenzellenkollektor (30) dem Durchlaufabsorber (16) benachbart ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ei­ nen Boiler (19) aufweist, der in Serie mit der Einrichtung zur Aufnahme von Primärenergie und/oder mit den Heizorganen der Verdampfungspfanne bzw. -pfannen (6) schaltbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufnahme von Primärenergie als Durchlaufabsorber (16) ausgebildet ist.