DE4340745C2

DE4340745C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Brauchwasser aus verunreinigten Wässern

Info

Publication number: DE4340745C2
Application number: DE4340745A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Prof Dr Sizmann; Dietrich Dr Jung
Original assignee: Dietrich Dr Jung
Current assignee: JUNG, DIETRICH, DR., 88167 STIEFENHOFEN, DE
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-12-01
Also published as: DE4340745A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Brauchwasser aus verunreinigten Wässern durch mit Niedertemperatur bewirkte Aufheizung der verunreinigten Wässer, Verdunstung eines Teiles der über eine Mehrzahl von Vlies- oder Gewebebahnen herabströmenden, verunreinigten Wässer in einem geschlossenen Gehäuse und Kondensation des gebildeten Wasser dampfes durch Wärmeaustausch mit zuströmenden, verunreinigten Wässern in dem Gehäuse sowie getrennte Abführung des erhaltenen Kondensates und der zurückbleibenden und aufkonzentrierten, verunreinigten Wässer aus dem Gehäuse.

Es sind bereits solargetriebene Meerwasserentsalzungsanlagen bekannt, welche auf dem Verdunsterprinzip beruhen. Diese be kannten Anlagen haben den Nachteil, daß die Kapazität der Brauchwassergewinnung - abgesehen von den gegebenen Parametern der Aufheizung, der Verdunsteroberfläche und der Kondensator oberfläche - durch den Transport des Wasserdampfes von den Ver dunsteroberflächen zu den Kondensatoroberflächen begrenzt ist. Zur Verbesserung dieses Transportes wurde bereits eine Zwangs umwälzung der mit Wasserdampf angereicherten oder gesättigten Luft vorgeschlagen, siehe den Aufsatz in "Solar World Congress", Perth, 14-19. August 1983, Pergamon Press, Volume 2, S. 836-841, wo zur Verbesserung der Kapazität ein sogenanntes Zweikammer system bei Verwendung eines Füllkörperverdunsters angewandt wurde. Ferner sind in der DE 30 10 208 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei welchen keine Zwangsumwälzung der zum Transport des Wasserdampfes benutzten Luft angewandt wird und die Verdunstung des Wasserdampfes aus einem mit dem verunreinigten Wasser benetzten Vlies erfolgt. Bei dieser Anlage wird jedoch das Vlies auf einer Seite mittels eines getrennten Wärmetauschers aufgeheizt und das Wasser verdampft nur auf der anderen Seite des Vlieses, so daß die Kapazität einer solchen Vorrichtung begrenzt ist.

Aus der DE-OS 24 59 935 ist eine Anlage zur Reinigung von Flüssigkeit, insbesondere zur Erzeugung von Frischwasser aus Meerwasser, bekannt, bei welcher jedoch eine sich vertikal erstreckende Teilerwand zwischen Kondensatorabschnitt und Verdampferabschnitt angeordnet ist, so daß eine Querströmung nicht über die gesamte Höhe der beiden Abschnitte erfolgen kann. Auch wird ein Gebläse als vorteilhaft zur Erzwingung einer Konvektion vorgeschlagen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei denen eine wesentlich höhere Kapazität bei gleicher Anlagengröße erreicht werden kann und keine Zwangsumwälzung der mit Wasserdampf ange reicherten oder gesättigten Luft erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es bei durch freie Konvektion hervorgerufener, freier seitlicher Querströmung des Wasserdampfes in und aus den Kanälen zwischen den Vlies- oder Gewebebahnen in jeder Höhe der Vlies- oder Gewebebahnen von deren Gesamtoberfläche oder dem größten Teil ihrer Oberflächen zu dem Kondensator-Wärmetauscher zur Kondensation des Wasser dampfes auf den Oberflächen des Kondensator-Wärmetauschers durchgeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt ein geschlossenes Gehäuse, eine Zuleitung für verun reinigte Wässer, einen Sammler und eine Ableitung für Kondensat, einen Sammler und eine Ableitung für aufkonzentrierte, verun reinigte Wässer, einen Wärmetauscher zum Erwärmen der verun reinigten Wässer, einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Kondensator-Wärmetauscher und eine Mehrzahl von innerhalb des Gehäuses senkrecht angeordneten Vlies- oder Gewebebahnen, welche als Verdunstungsflächen für die verunreinigten Wässer dienen, sowie Pumpeinrichtungen für die verunreinigten Wässer, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vlies- oder Gewebebahnen hierzwischen Kanäle für freie Konvektion von Wasserdampf und Luft aufweisen und so zu dem Kondensator- Wärmetauscher angeordnet sind, daß die zwischen den Vlies- oder Gewebebahnen gebildeten Kanäle mit ihren offenen Seiten auf den Kondensator-Wärmetauscher ausgerichtet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere zur Gewinnung von Brauchwasser oder Trinkwasser aus Meerwasser angewandt, d. h. zur Entsalzung von Meerwasser. Es ist aber auch möglich, andere verunreinigte Wässer nach dem Verfahren aufzukonzen trieren, z. B. verbrauchte Wässer von Fotoarbeiten oder aus chemischen Verfahren, sofern diese verunreinigten Wässer keine wesentlichen Anteile an Fest- oder Schwebstoffen enthalten, wodurch die Vlies- oder Gewebebahnen unzumutbar verstopft oder zugesetzt werden könnten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Aufheizung der verunreinigten Wässer mit Niedertemperatur vorzugsweise mit Solarenergie, d. h. in einem Solarwärmetauscher. Unter Niedertemperatur sind hierbei Temperaturen bis etwa 100°C zu verstehen, zumal bei über 100°C liegenden Temperaturen der Siedepunkt der verunreinigten Wässer, je nach deren Zusammen setzung oder Inhaltsstoffen erreicht sein könnte. Als Nieder temperatur-Energiequelle zum Aufheizen der verunreinigten Wässer können jedoch z. B. auch Motorenabgase oder Abfallwärme aus industriellen Anlagen benutzt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden eine Mehrzahl von senkrecht parallel zueinander unter Ausbildung von Kanälen, d. h. in einem Abstand zueinander angeordneten Vlies- oder Gewebe bahnen als Verdunstungsflächen für die zuvor aufgeheizten, ver unreinigten Wässer benutzt. Die Vliese oder Gewebe können aus beliebigen hierfür geeigneten Materialien bestehen, z. B. aus Jute, Textilien, Glasfasern, Kunststoffen. Gegebenenfalls können auch quergeriffelte durchgehende Bahnen aus Kunststoff, die eine große Oberfläche für die über sie herabströmenden verunreinigten Wässer bilden, eingesetzt werden, d. h. diese Bahnen sollen auch von dem Begriff 'Vliese oder Gewebe' umfaßt werden.

Diese Vlies- oder Gewebebahnen sind nun so angeordnet, daß die zwischen ihnen gebildeten Kanäle auf die Oberflächen des Kondensator-Wärmetauschers, an welchem die Kondensation des aus den verunreinigten Wässern entstandenen Wasserdampfes statt findet, ausgerichtet sind, wie dies in der Zeichnung noch näher dargestellt ist. Hierdurch ist eine freie Konvektion durch Querströmung des Wasserdampfes bzw. der den Wasserdampf trans portierenden Luft, d. h. Strömung in überwiegend waagerechter Richtung, in den Kanälen und aus den Kanälen zu den Oberflächen des Kondensator-Wärmetauschers möglich, und zwar in jeder Höhe der Vlies- oder Gewebebahnen. Damit ist jedoch eine wesentlich höherer Massetransport von Wasserdampf möglich als bei einem Verfahren, bei welchem die Vlies- oder Gewebebahnen nicht ent sprechend ausgerichtet wären, so daß die erste, dem Kondensator- Wärmetauscher nächstliegende Vlies- oder Gewebebahn bei Aufsicht von oben parallel zu dem Kondensator-Wärmetauscher verlaufen würde und somit eine Trennwand bilden würde, die eine freie Querströmung durch freie Konvektion unmöglich machen würde.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine Seiten-Schnittansicht der Vorrichtung;

Fig. 2 eine Aufsicht mit Ausrichtung von Vlies- oder Gewebe bahnen zum Kondensator-Wärmetauscher;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Aufsicht bei Verwendung eines Plattenwärmetauschers;

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Aufsicht bei Verwendung eines die Vlies- oder Gewebebahnen ringförmig umgebenden Kondensator-Wärmetauschers;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Strömungen von Wasserdampf bzw. mit Wasserdampf beladener Luft innerhalb einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 3.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet, in welchem sowohl die Teil-Verdunstung der über die Leitung 2 zugeführten, verunreinigten Wässer als auch die Kondensation des bei der Ver dunstung gebildeten Wasserdampfes an dem Kondensator-Wärme tauscher 8, 14 erfolgt. Die verunreinigten, über die Leitung 2 zugeführten Wässer werden zunächst durch den Kondensator- Wärmetauscher 8, 14 geführt, worin sie unter Kondensation des Wasserdampfes und entsprechendem Wärmeübergang aufgewärmt werden. Sie werden dann in einem Wärmetauscher 7, 16 weiter aufgeheizt und dann über einen geeigneten Verteiler auf die Oberseiten der Vlies- oder Gewebebahnen 9 aufgegeben. Sie strömen die senkrechten Oberflächen 10 dieser Vlies- oder Gewebebahnen 9 herab, wobei ein Teil des Wassers aus ihnen verdunstet und werden in dem Sammler 5 gesammelt und über die Ableitung 6 aus dem Gehäuse 1 entfernt. Gegebenenfalls können sie zur Zuleitung 2 ganz oder teilweise rückgeführt werden, falls eine weitere Aufkonzentrierung gewünscht wird. Mit 12 ist die Pumpeinrichtung für die verunreinigten Wässer bezeichnet. Der an dem Kondensator-Wärmetauscher kondensierte Wasserdampf wird im Sammler 3 gesammelt und über die Ableitung 4 aus dem Gehäuse geführt. Dieses Kondensat stellt das Brauchwasser dar, d. h. gereinigtes Wasser.

Das Ausmaß der Verdunstung von Wasser aus den verunreinigten, auf die Vlies- oder Gewebebahnen aufgegebenen Wassers hängt in starkem Maße von der Beschaffenheit dieser verunreinigten Wässer ab, auf jeden Fall muß verhindert werden, daß eine Abscheidung von Feststoffen, z. B. Auskristallisieren von Salz bei Einsatz von Meerwasser als verunreinigte Wässer, erfolgt.

Weitere beeinflussende Parameter sind selbstverständlich die zur Verfügung stehende Maximaltemperatur, die im Wärmetauscher 7, 16 erreicht werden kann, sowie das Verhältnis von zugeführter Menge an verunreinigten Wässern zu Oberfläche der Vlies- oder Gewebe bahnen.

In Fig. 2 ist eine Schnitt-Aufsicht auf das in Fig. 1 darge stellte Gehäuse 1 mit dem darin befindlichen Kondensator-Wärme tauscher 8. Mit 9 sind die Mehrzahl von Vlies- oder Gewebe bahnen und mit 10 deren Verdunstungsflächen bezeichnet. Zwischen den Vlies- oder Gewebebahnen 9 befinden sich die Kanäle 11, längs denen sowohl eine ungehinderte Strömung der sich zunehmend mit Wasserdampf beladenden Luft nach Oben als auch eine ungehinderte freie Konvektionsströmung in Querrichtung, d. h. weitgehend in waagerechter Richtung, von ihren Seitenflächen 13 ausgehend zu dem Kondensator-Wärmetauscher 8 ausbilden kann.

Dies ist noch ausgeprägter bei der in der Fig. 3 gezeigten Anordnung der Fall, bei welcher ein Plattenwärmetauscher 14 verwendet wird, dessen Platten in gleicher Richtung wie die Vlies- oder Gewebebahnen ausgerichtet sind, d. h. die offenen Seiten 15 des Plattenwärmetauschers 14 stehen den offenen Seiten 13 der Kanäle 11 gegenüber. Hierdurch ist eine ungehindertere Querströmung von Wasserdampf bzw. mit Wasserdampf beladener Luft möglich.

In der Fig. 4 ist noch eine weitere Anordnung in Schnitt- Aufsicht gezeigt, bei welcher der Kondensator-Wärmetauscher 17 ringförmig um die Vlies- oder Gewebebahnen 9 angeordnet ist. Hierdurch ist eine kompakte und wirkungsvolle Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.

Die Fig. 5 zeigt schematisch die Strömungen in einer erfind ungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in der Fig. 3 dargestellt ist. Dadurch, daß keine Trennwand oder ein sonstiges mechanisches Hindernis zwischen Vlies- oder Gewebebahnen 9 einerseits und Kondensator-Wärmetauscher 8, 14 andererseits vorhanden ist, können die Strömungen sich in jeder Höhe der Vlies- oder Gewebebahnen 9 bzw. des Kondensator-Wärmetauschers 8, 14 ausbilden, wie durch die mit 18 bezeichneten Strömungslinien dargestellt ist. Auf diese Weise ergibt sich ein Verdunsten und eine Kondensation von Wasserdampf in jeder Höhe der einzelnen Vlies- oder Gewebebahnen bzw. des Kondensator-Wärmetauschers. Dies gilt für alle Typen von Kondensator-Wärmetauschern, wobei der Effekt natürlich bei einer Anordnung mit Pattenwärme tauscher, wie in Fig. 3 gezeigt, besonders ausgeprägt ist.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Zuleitung für verunreinigte Wässer

3

Sammler für Kondensat

4

Ableitung für Kondensat

5

Sammler für aufkonzentrierte, verunreinigte Wässer

6

Ableitung für aufkonzentrierte, verunreinigte Wässer

7

Wärmetauscher für verunreinigte Wässer

8

Kondensator-Wärmetauscher

9

Vlies- oder Gewebebahnen

10

Verdunstungsflächen von (

9

)

11

Kanäle zwischen (

9

)

12

Pumpeinrichtung für verunreinigte Wässer

13

offene Seiten von (

11

)

14

Plattenwärmetauscher

15

offene Seiten von (

14

)

16

Solarkollektor

17

ringförmiger Kondensator-Wärmetauscher

18

Strömungslinien der mit Wasserdampf beladenen Luft

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Brauchwasser aus verunreinigten Wässern durch mit Niedertemperatur bewirkte Aufheizung der verunreinigten Wässer, Verdunstung eines Teiles der über eine Mehrzahl von Vlies- oder Gewebebahnen herabströmenden, verun reinigten Wässer in einem geschlossenen Gehäuse und Konden sation des gebildeten Wasserdampfes durch Wärmeaustausch mit zuströmenden, verunreinigten Wässern in dem Gehäuse sowie getrennte Abführung des erhaltenen Kondensates und der zurückbleibenden und aufkonzentrierten, verunreinigten Wässer aus dem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß es bei durch freie Konvektion hervorgerufener, freier seit licher Querströmung des Wasserdampfes in und aus den Kanälen zwischen den Vlies- oder Gewebebahnen in jeder Höhe der Vlies- oder Gewebebahnen von deren Gesamtoberfläche oder dem größeren Teil ihrer Oberflächen zu dem Kondensator-Wärmetauscher zur Kondensation des Wasserdampfes auf den Oberflächen des Kondensator-Wärmetauschers durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als verunreinigtes Wasser Meerwasser eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung solarthermisch durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein geschlossenes Gehäuse (1), eine Zuleitunng (2) für verunreinigte Wässer, einen Sammler (3) und eine Ableitung (4) für Kondensat, einen Sammler (5) und eine Ableitung (6) für aufkonzentrierte, verunreinigte Wässer, einen Wärmetauscher (7) zum Erwärmen der verunreinigten Wässer, einen innerhalb des Gehäuses (1) ange ordneten Kondensator-Wärmetauscher (8) und eine Mehrzahl von innerhalb des Gehäuses (1) senkrecht angeordneten Vlies- oder Gewebebahnen (9), welche als Verdunstungsflächen (10) für die verunreinigten Wässer dienen, sowie Pumpeinrichtungen (12) für die verunreinigten Wässer, dadurch gekennzeichnet, daß die Vlies- oder Gewebebahnen (9) hierzwischen Kanäle (11) für freie Konvektion von Wasserdampf und Luft aufweisen und so zu dem Kondensator-Wärmetauscher (8) angeordnet sind, daß die zwischen den Vlies- oder Gewebebahnen (9) gebildeten Kanäle (11) mit ihren offenen Seiten (13) auf den Kondensator-Wärme tauscher (8) ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator-Wärmetauscher (8) ein Plattenwärmetauscher (14) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Seiten (15) des Plattenwärmetauschers (14) auf die offenen Seiten (13) der zwischen den Vlies- oder Gewebebahnen (9) gebildeten Kanäle (11) ausgerichtet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (7) ein Solarkollektor (16) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator-Wärmetauscher (8) ein ringförmig um die Mehr zahl der Vlies- oder Gewebebahnen (9) angeordneter Konden sator-Wärmetauscher (17) ist.