DE4341273A1 - Solarbetriebene Meerwasserentsalzungs- oder Brackwasseraufbereitungsanlage zur Herstellung von Trinkwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser, vorzugsweise aus Medien wie Meerwasser oder Brackwasser, in erster Linie zur Wasserentsalzung, wobei das Medium mit Sonnenenergie in Sonnenkollektoren erwärmt wird, ein Teil der Kondensationsenergie zurückgewonnen und dem zu demineralisierenden Medium zugeführt wird.

Anlagen und Verfahren, im wesentlichen zur solaren Meerwasserentsalzung, sind z. B. aus der DE 34 35 614, der DE 37 36 282, der DE 32 42 581 und der DE 38 19 124 bekannt. Das zu demineralisierende Medium wird mittels Sonnenenergie in sogenannten Sonnenkollektoren auf idealerweise 70-80°C aufgewärmt und daraufhin verdunstet. Die Kondensation des erzeugten Wasserdampfes erfolgt an gekühlten Oberflächen, wie es z. B. der DE 38 19 124 C2 zu entnehmen ist. Die Rückführung der Kondensationsenergie an das zu demineralisierende Medium ist dabei realisiert.

Auch in der DE-OS 37 36 282 wird eine Vorrichtung beschrieben, die zur Erwärmung des Salzwassers Sonnenkollektoren verwendet, das erwärmte Salzwasser einem Verdunster, hier einem sogenannten Dorngradierwerk, zuführt, wo das Wasser verrieselt und verdunstet. Aus der unvollständigen Beschreibung geht allerdings nicht hervor, auf welche Weise die Vorrichtung mit Rohwasser versorgt wird. Die DE 38 19 124 ordnet den Rohwasserbehälter, der gleichzeitig dem Sammeln des Destillats dient, gezielt in gleicher Höhe des Kondensators an.

Die DE 34 35 614 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser unter Verwendung von Sonnenenergie. Die Versorgung mit Rohwasser geschieht hier mittels Pumpen.

Die Versorgung einer Vorrichtung zur Demineralisierung bzw. Entsalzung mit Rohwasser durch Pumpen bedarf einer zusätzlichen Versorgung mit in der Regel elektr. Energie, was die Vorrichtung verkompliziert und auch nicht immer möglich ist, besonders, wenn es um den Einsatz der Vorrichtung in entlegenen Gebieten ohne Strom­ versorgungsnetz geht
Verfahren und Vorrichtung aus der DE 34 35 614 sind zudem zu komplex, um Bau und Wartung einem ungeübten Personal zu überlassen.

Die Dorngradierwerke zur Verdunstung des Rohwassers aus der DE 37 36 282 A1 unterliegen einem Verschleiß, so daß das organische Material, die Dornbüsche, regelmäßig ausgetauscht werden müssen.

Das Problem der Zersetzung der Leitungen und Wandungen einer derartigen Vorrichtung sowie der Bildung von Ablagerungen beim Betrieb mit dem recht aggressiven Medium wie Salzwasser wird in der Patentliteratur nur ungenügend berücksichtigt. Auf eine kompakte Bauweise von kleinen Anlagen zur Meerwasserentsalzung mit Tagesproduktion von ca. 100 Litern Frischwasser, wie sie für den Transport und den Betrieb in entlegenen Gebieten notwendig ist, wird nicht eingegangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art mit vereinfachter Handhabbarkeit, geringem Verschleiß wie auch kompakter Bauweise zu entwickeln.

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß das zu demineralisierende flüssige Medium wie z. B. Meerwasser in einen Vorratsbehälter befördert wird, der sich oberhalb des Verdunsters und oberhalb des Kondensators befindet, und strömt infolge Schwerkraft zuerst durch den Kondensator, dann durch den Sonnenkollektor bis zum Verdunster. Dies macht eine technisch einfache Gestaltung der Vorrichtung möglich und erübrigt den Einsatz von Pumpen zur Beförderung des flüssigen Mediums.

Weitere Vorteile liegen in der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 bis 17.

Der Einsatz von Faservliesmatten im Verdunster bewirkt eine Erhöhung der Verdunstungsoberfläche und somit des Tagesdurchsatzes. Sind diese Faservliesmatten zudem aus Polypropylen (PP) gefertigt, so ist der Verdunster sehr wartungsfreundlich. Das PP wird nicht von salzhaltigem Wasser angegriffen. Salzablagerungen, die sich auf diesem Material bei der Verdunstung bilden, können leicht durch manuelles Ausschlagen entfernt werden. Dementsprech­ end ist es günstig, sämtliche Wandungen und Leitungen der Vorrichtung aus PP zu fertigen.

Zwischen Verdunsterraum und Kondensationsraum findet durch Eigenkonvektion der darin befindlichen Luft ein zirkulierender Luftaustausch statt. Eine kompakte Bauweise dieser beiden Einheiten erübrigt Rohrverbindungen zum Luftaustausch. Erfindungsgemäß sind die Luftaus- und Einlässe des Verdunsters (V) und des Kondensators (K) in gleicher Bauhöhe angeordnet, was ein Verbinden der beiden Elemente (K + V) vereinfacht.

Der Kondensationsraum wird von Kanälen durchzogen, durch die das zu demineralisierende Medium geleitet wird. Auf diese Weise wird ein Teil der Kondensationsenergie für den Aufwärmprozeß des flüssigen Mediums wieder­ gewonnen und gleichzeitig wird die Temperaturdifferenz zwischen flüssigem Medium, wie es aus dem Vorrats­ behälter kommt, und dem Wasserdampf aus dem Verdunster für die Kondensation genutzt. Der Einsatz von Doppelstegplatten aus dünnwandigem PP (ca. 0,7 mm Wanddicke), die gleichzeitig im Innern vom flüssigen Medium durchflossene Kanäle bilden, als Konden­ sationsflächen führt erfindungsgemäß dazu, daß einerseits ein guter Wärmeaustausch stattfinden kann und andererseits die Innenflächen der wasserführenden Kanäle nicht korrodieren und daß sich keine Ablagerungen im Innern bilden.

Die Führung des zu kondensierenden Wasserdampfes im Gegenstrom zum flüssigen Medium wirkt sich günstig auf die Tagesdurchsatzmenge aus.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von demineralisiertem Wasser besitzt einen Vorratsbehälter für das Medium oberhalb von Sonnenkollektor, Verdunster und Kondensator. So gelangt das Medium infolge Schwerkraft in das Rohrsystem, den Kondensator, den Sonnenkollektor und von dort in den Verdunster, ohne daß ein zusätzlicher Antrieb durch z. B. Pumpen installiert werden muß.

Handelsübliche Sonnenkollektoren aus PP können in der Vorrichtung zum Einsatz kommen.

Durch die Anordnung von Ventilatoren in den Lufteinlaß- und/oder Luftauslaßöffnungen von Kondensator und/oder Verdunster kann der Tagesdurchsatz erhöht werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung besteht darin, ein oder mehrere Kondensatoren zusammen mit ein oder mehreren Verdunstern zu einer baulichen Einheit zusammenzufassen. Die Vorrichtung wird durch diese Maßnahme kompakt, leicht und ist preisgünstig infolge Materialeinsparung zu erstellen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie deren Funktion wird anhand des schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiels beschrieben.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 Aufbau der Vorrichtung

Fig. 2 Kondensator und Verdunster in Baueinheit (schematisch)

Fig. 3 Kondensator und Verdunster in Baueinheit (Außenansicht)

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Gewinnung von demineralisiertem Wasser gemäß den genannten Patentansprüchen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das flüssige zu demineralisierende Medium einer Quelle 1 entnommen und wie hier gezeigt, mittels Pumpe 2 in den Vorratsbehälter 10 gepumpt. Das Füllen des Vorratsbehälters kann aber auch manuell erfolgen, so daß dann die Rohrleitung 3 samt Pumpe entfällt.

Der Vorratsbehälter 10 befindet sich am höchsten Punkt der Vorrichtung, so daß das flüssige Medium durch die eigene Schwerkraft den Kondensator 20 von unten nach oben durchfließt. Durch die Rohrleitung 25 gelangt das Medium in den Sonnenkollektor, wo es auf idealerweise ca. 70-80°C aufgewärmt wird. Ein Durchflußregler 31 in Verbindung mit einem Temperaturfühler, der die Temperatur des Mediums im Sonnenkollektor mißt, reduziert den Durchfluß, wenn eine Minimaltemperatur noch nicht erreicht ist.

Das erwärmte Medium gelangt durch die Rohrleitung 35 von oben in den Verdunster 40, wo das Medium teilweise verdunstet und teilweise von den Faservliesmatten 42 abtropft und nach außen in das Soleauffangbecken 50 abfließt. Die im Verdunster mit Wasserdampf angereicherte Luft gelangt in den direkt neben dem Verdunster angeordneten Kondensator 20. Kondensator und Verdunster bilden eine Baueinheit. Das Destillat fließt in den Sammelbehälter 60 ab.

Fig. 2 zeigt die Baueinheit von Kondensator 20 und Verdunster 40.

Das erwärmte flüssige Medium gelangt oben am Zulauf 41 in den Verdunster 40 und wird in die im Verdunstungsraum 43 aufgehängten Faservliesmatten 42 eingeleitet. Nicht verdunstetes Medium tropft ab und wird am Soleauslaß 44 nach außen geleitet.

Am Durchlaß 45, der einen Ventilator enthalten kann, tritt die mit Wasserdampf angereicherte Luft vom Verdunstungsraum 43 in den Kondensationsraum 23 über. An den Doppelstegplatten 24, die von dem zu demineralisierenden Medium durchflossen und somit gekühlt werden, kondensiert der Wasserdampf, gibt einen Teil der Kondensationsenergie durch die Wandungen der Doppelstegplatten 24 an das flüssige Medium ab, fließt als Destillat am Abfluß 29 ab und kann hier in einen Sammelbehälter abgefüllt werden. Die wasserdampfarme Luft tritt im unteren Bereich des Kondensationsraumes 23 durch den Durchlaß 46, der einen Ventilator enthalten kann, in den Verdunstungsraum 43 über. Einander entsprechende Lufteinlaß- und Luftauslaßöffnungen von Verdunster und Kondensator liegen auf gleicher Bauhöhe und bilden die Durchlässe 45 und 46. Die Trennwand 47 zwischen Verdunster 40 und Kondensator 20 kann bei der baulichen Vereinigung von Kondensator und Verdunster durch eine einfache Platte mit Durchgangslöchern an den Stellen der Durchlässe 45 und 46 realisiert werden.

Das zu demineralisierende Medium gelangt unter Druck, der durch die Füllhöhe im Vorratsbehälter 10 bestimmt ist, am Zufluß 21 zunächst in den Verteilerraum 22 des Kondensators, wird in die Kanäle der Doppelstegplatten 24 eingeleitet, steigt in den Kanälen der Doppelstegplatten bis in den Sammelraum 26 auf und und fließt am Ablauf 27 weiter zum Sonnenkollektor.

Fig. 3 zeigt die Außenansicht zweier Kondensatoren 20 mit zwei Verdunstern 40 in Baueinheit und den dazu­ gehörigen Anschlüssen.

Die zwei Abläufe 27 der Kondensatoren münden gemeinsam in die Rohrleitung 25. Die Rohrleitung 35 versorgt die zwei Verdunster mit dem erwärmten flüssigen Medium.

Im unteren Bereich der Baueinheit befinden sich der Abfluß 29 für das Destillat, der hier doppelt ausgeführte Zufluß 21 für das flüssige Medium aus dem Vorratsbehälter und der hier doppelt ausgeführte Soleauslaß 44.

Bezugszeichenliste

1 Quelle
2 Pumpe
3 Rohrleitung
10 Vorratsbehälter
20 Kondensator
21 Zufluß
22 Verteilerraum
23 Kondensationsraum
24 Doppelstegplatten
25 Rohrleitung
26 Sammelraum
27 Ablauf
29 Abfluß
30 Sonnenkollektor
31 Durchflußregler
35 Rohrleitung
40 Verdunster
41 Zulauf
42 Faservliesmatten
43 Verdunstungsraum
44 Soleauslaß
45 Durchlaß
46 Durchlaß
47 Trennwand
50 Soleauffangbecken
60 Sammelbehälter

Claims (17)

1. Verfahren zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser, vorzugsweise aus Medien wie Meerwasser oder Brackwasser, in erster Linie zur Wasserentsalzung, wobei das Medium mit Sonnenenergie in Sonnenkollektoren erwärmt wird, ein Teil der Kondensationsenergie zurück­ gewonnen und dem zu demineralisierenden flüssigen Medium zugeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - Das zu demineralisierende flüssige Medium wie z. B. Meerwasser wird in einen Vorratsbehälter befördert, der sich oberhalb des Verdunsters und oberhalb des Kondensatores befindet, und strömt infolge Schwerkraft zuerst durch den Kondensator, dann durch den Sonnenkollektor bis zum Verdunster.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Das aufgewärmte flüssige Medium wie z. B. Meerwasser wird im Verdunster in Faservliesmatten von oben her eingeleitet, verrieselt in den Faservliesmatten und verdunstet teilweise.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Zwischen Verdunsterraum und Kondensationsraum findet durch Eigenkonvektion der darin befindlichen Luft ein zirkulierender Luftaustausch statt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - Die mit Wasserdampf angereicherte Luft kondensiert im Kondensationsraum an den Außenwänden von Kanälen, die von dem zu demineralisierenden flüssigen Medium durchflossen werden.
• - Die dabei freiwerdende Kondensationsenergie wird zum Teil an das flüssige Medium abgegeben.
• - Das kondensierte Wasser fließt an den Außenwänden der Kanäle ab und wird einem Sammelbehälter zugeführt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Der zu kondensierende Wasserdampf wird im Kondensator in Gegenstromrichtung zur Stromrichtung des flüssigen Mediums außen an den Kanälen, wo die Kondensation stattfindet, vorbeigeführt.

6. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser, vorzugsweise aus Medien wie Meerwasser oder Brackwasser, in erster Linie zur Wasserentsalzung, wobei das Medium mit Sonnenenergie in Sonnenkollektoren erwärmt wird, ein Teil der Kondensationsenergie zurückgewonnen und dem zu demineralisierenden Medium zugeführt wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Ein Vorratsbehälter für das zu demineralisierende flüssige Medium ist oberhalb von Sonnenkollektor, Verdunster und Kondensator angeordnet, so daß das flüssige Medium infolge Schwerkraft durch die Vorrichtung bis in den Verdunster gedrückt wird.

7. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Der Verdunster wird gebildet aus im Verdunstungsraum hängenden oder aufgespannten Faservliesmatten, in die von oben das zu entmineralisierende Medium geleitet wird, wobei das flüssige Medium in den Faserfliesmatten verrieselt und teilweise verdunstet.

8. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - Der Verdunster besitzt im oberen Bereich einen Einlaß für das zu demineralisierende Medium sowie einen Auslaß für die mit Wasserdampf angereicherte Luft und im unteren Bereich einen Auslaß für die abtropfende Sole sowie einen Einlaß für die einströmende Luft.
• - Der Kondensationsraum besitzt an seinem oberen Bereich einen Einlaß und in seinem unteren Bereich einen Auslaß für die zirkulierende Luft.

9. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser nach einem der Ansprüche 7 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Die Wandungen und die Ein- bzw. Auslässe des Verdunsters bestehen aus Polypropylen.

10. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Der Kondensator wird gebildet aus einem Verteilerraum, einem Sammelraum und einem Kondensationsraum.

11. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgen­ des Merkmal:

• - Verteilerraum und Sammelraum sind durch mehrere Doppelstegplatten miteinander verbunden, so daß ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Verteilerraum und Sammelraum durch die Hohlräume der Doppelstegplatten hindurch stattfinden kann.

12. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser nach Anspruch 10 und/oder 11 , gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Verteilerraum, Sammelraum und Kondensationsraum sind zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt.

13. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Die Wandungen, die Ein- und Auslässe des Kondensators bestehen aus Polypropylen.

14. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Die Doppelstegplatten des Kondensators bestehen aus dünnwandigem Polypropylen mit einer Wanddicke von ca. 0,7 mm oder dünner.

15. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Der Lufteinlaß des Verdunsters und der Luftauslaß des Kondensators wie auch der Luftauslaß des Verdunsters und der Lufteinlaß des Kondensators sind in jeweils gleicher Bauhöhe angeordnet.

16. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser nach Anspruch 8 und/oder 15, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - In den Lufteinlaß- und/oder Luftauslaßöffnungen von Kondensator und/oder Verdunster sind Ventilatoren zur Beschleunigung der Luftzirkulation angeordnet.

17. Vorrichtung zur Gewinnung von entmineralisiertem Wasser nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 16, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• - Ein oder mehrere Verdunster und ein oder mehrere Kondensatoren sind nebeneinander angeordnet und zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt.