NL1018558C2 - Inrichting voor het bereiden van zoet water uit (niet drinkbaar) water. - Google Patents

Description

Titel: Inrichting voor het bereiden van zoet water uit (niet drinkbaar) water.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bereiden van zoet water uit niet drinkbaar water, omvattend een op zonne-energie werkende verdamper met een waterbassin en tenminste één ventilator voor het toevoeren van bevochtigde lucht aan een een grondkoelunit omvattende 5 koelinrichting.

Een inrichting van de boven beschreven soort is bekend uit het Zwitserse octrooi CH 672 227. De bekende inrichting omvat een aantal door een gegolfde bodemplaat gevormde naast elkaar liggende goten die afgedekt zijn met een transparante folie. Door de goten wordt zeewater gevoerd, 10 terwijl in de ruimte boven het door de goten stromende water in bedrijf een luchtstroom wordt gecreëerd met behulp van een ventilator. De luchtstroom neemt waterdamp op en wordt aan één einde van het gotenstelsel afgevoerd en vervolgens toegevoerd aan een onder de grond aangebracht stelsel van poreuze buizen. De waterdamp condenseert althans deels tegen de relatief 15 koele wanden van de poreuze buizen en het verkregen zoete water kan vervolgens via de poreuze buiswanden in de aarde dringen ter irrigatie van gewassen. De door de poreuze buizen gevoerde, met waterdamp verzadigde, lucht wordt aan het boven de grond reikende vrije einde van de poreuze buizen in de buitenlucht geblazen.

20 De bekende inrichting is niet geschikt om een voorraad van zoet water te vormen, die voor later gebruik opgevangen en bewaard kan worden. Voorts heeft de bekende inrichting een relatief gering rendement, omdat de gebruikte lucht, die nog steeds waterdamp bevat niet benut wordt. Ook is deze inrichting door zijn aard kleinschalig. Bovendien is een 25 probleem dat de condensatie vooral in het begin van de poreuze buizen optreedt en dat de mate van bevloeiing van de gewassen daardoor plaatsafhankelijk is.

1 01 8553· 2

Voor het bereiden van drinkwater zijn voorts uit de praktijk verdampingsinrichtingen bekend, waarbij condensaat tegen een glas-, folie-, of kunststof dek gevormd wordt en in een goot wordt opgevangen en dan afgetapt.

5 Ook zijn primitieve uitvoeringen bekend waarbij een stuk doorzichtige folie gespannen wordt over bijvoorbeeld een kuil.

Andere technieken om zoet water te produceren zijn destillatie, met als nadeel een hoge brandstof inzet, en technieken als membraamfiltratie. Deze technieken zijn minder simpel en zijn minder 10 geschikt voor primitieve omstandigheden. Dergelijke technieken hebben hoewel zij reeds lang bekend zijn nooit de oplossing geboden om tot een duurzame zoetwaterproductie te komen in gebieden met een tekort aan zoet water.

Een belangrijk voordeel van de in het volgende beschreven 15 uitvinding is dat er geen eisen gesteld worden aan de kwaliteit van het uitgangswater (behalve dan dat dit moet willen verdampen).

De onderhavige uitvinding beoogt de geschetste bezwaren te ondervangen en een doeltreffende tegen wind en storm bestendige, eenvoudige, en goedkoop te construeren inrichting ter beschikking te stellen 20 die geen fossiele brandstoffen nodig heeft voor de in het systeem beoogde verdamping en een hoog rendement heeft.

Volgens de uitvinding wordt hiertoe een inrichting voor het bereiden van zoet water uit niet drinkbaar water gekenmerkt doordat het waterbassin overkapt is door een luchthal van zonnestraling doorlatende 25 folie, die door een ten opzichte van de omgevingsdruk verhoogde luchtdruk in de opgerichte gebruikstoestand gebracht en gehouden wordt en dat de koelinrichting is voorzien van wateraftapmiddelen, en van een retourleiding voor het terugvoeren van de koelinrichting verlatende lucht aan de luchthal.

In de verdamper wordt de lucht door de zonnewarmte verhit en 30 bevochtigd waarna de lucht middels de ventilator de (grond)koelunit wordt 101 855 8 *' 3 ingeblazen. Het natuurkundige principe dat verwarmde lucht bij toenemende temperatuur exponentieel meer vocht kan vasthouden dan koude lucht wordt middels de bedoelde constructie ten volle benut (zie figuur 4).

5 De constructie van verdamper en (grond)koelunit leidt ertoe dat met lage investeringen en de inzet van eenvoudige materialen een makkelijk te onderhouden systeem ontstaat dat betrouwbaar water produceert. Aangezien het een op zonne-energie berustend verdamper-principe betreft zal de verdamper productiever zijn op plaatsen met veel 10 zon.

Een verdamper volgens de uitvinding kan afmetingen van vele honderden of zelfs vele duizenden m2 hebben. Door de enorme schaalgrootte ontstaat een belangrijke doorbraak in het gebruik van zonne-energie ten behoeve van de zoet-water productie. Condensatie treedt zowel in de 15 verdamper zelf als in de koelunit op en derhalve kan desgewenst op beide plaatsen zoet water worden gewonnen. Indien gewenst kan condensatie in de verdamper grotendeels vermeden worden door anti-condensfolie toe te passen.

Om zoveel mogelijk van de ingestraalde zonne-energie te gebruiken 20 om het lucht/waterdamp mengsel te verwarmen kan gedacht worden aan toepassing van folie-typen met infrarood-blok die de uitstraling van warmte uit de luchthal verminderen. Een hoeveelheid water van 1 kg omzetten in een hoeveelheid damp van 1 kg bij 0 graden Celsius kost bijvoorbeeld 2500 KJ verdampingsenergie. Hoe minder warmte er derhalve verloren gaat 25 hoe beter het rendement.

Beschrijving van het verdamper-principe.

Zonne-energie wordt opgevangen in de luchthal waardoor de temperatuur in de binnenruimte van de luchthal toeneemt. Een eigenschap van lucht is dat naarmate de lucht warmer is deze meer waterdamp kan 30 bevatten (zie figuur 4). Omdat in de binnenruimte van de verdamper de 1018558· 4 temperaturen hoog kunnen oplopen kan de lucht sterk opwarmen. De aldus gevormde warme lucht, die onder Nederlandse omstandigheden temperaturen van meer dan 60 graden Celsius kan bereiken, wordt middels de door één of meer ventilatoren veroorzaakte stuwing doorgevoerd naar een 5 (grond)koelunit waar de lucht door de relatief koele grond gekoeld wordt. Naarmate de lucht verder door de luchthal, die tunnelvormig kan zijn gevoerd wordt neemt zowel de temperatuur als de luchtvochtigheid toe.

Zowel tegen de folie van de luchthal als in de (grond)koelunit treedt condensvorming op, zodat op beide plaatsen zoet water afgetapt kan 10 worden. De materialen om de installatie te maken zijn goedkoop en eenvoudig en gemakkelijk hanteerbaar waardoor een kostprijs per m3 geproduceerd water bereikt wordt die voor de geldende begrippen laag is, terwijl het water kwalitatief hoogwaardig is. De toepasbaarheid van het systeem in zonnig/warme landen met een waterprobleem is dan ook zeer 15 groot.

Uitvoeringsvormen van de verdamper.

In de Nederlandse octrooiaanvrage nr. 1007941 is een luchthal omschreven die, na aanpassingen dienst kan doen als verdamper. Ook bekend zijn uitvoeringen van luchthallen waarbij de langsranden van de 20 folie aan beton verankerd zijn, of hallen die aan de grond verankerd zijn middels grondankers en netten.

De bekende luchthallen/luchttunnels dienen te worden uitgebreid met een luchtcirculatie systeem, een waterbassin, een achterluchtuitlaat in de constructie, een koelinrichting als in deze aanvraag beschreven met 25 luchtrecirculatie voor een hoger rendement, alsmede opvang- en aftapmiddelen voor condenswater in de luchthal en/of in de koelinrichting, afhankelijk van de uitvoeringsvorm.

Essentieel is het opwarm/bevochtigings/doorstroom/afkoelings/condensatie/recirculatie 101 8558 * 5 principe dat een synergie effect genereert in de waterproducerende inrichting.

In het volgende zal de uitvinding nader worden beschreven met een verwijzing naar de bijgevoegde tekening.

5 Figuur 1 toont schematisch een voorbeeld van een bekende inrichting voor het bereiden van drinkwater;

Figuur 2 toont schematisch in langsdoorsnede een voorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding;

Figuur 3 toont in bovenaanzicht een voorbeeld van een inrichting 10 volgens de uitvinding;

Figuur 4 toont een grafiek van het mogelijke watergehalte van lucht bij verschillende temperaturen; en

Figuren 5 en 6 tonen voorbeelden van constructiedetails van een inrichting volgens de uitvinding.

15 Figuur 1 toont schematisch een bekende constructie om drinkbaar water te produceren. Onderin de constructie bevindt zich een bak met (niet drinkbaar) water 1, de zon schijnt door een (glazen) dek 2, waardoor zich een temperatuurverlaging voordoet in de gesloten ruimte 3, waarna er condensatie van water op zal treden tegen het koudere met de buitenlucht 20 in contact staande glazen dek 2 en het condensaat zal aflopen naar een opvanggoot 4. Het condensaat wordt naar een niet getoond opvangreservoir gevoerd. In plaats van een glazen dek kan ook een dek van kunststof worden toegepast.

Figuur 2 toont schematisch in langsdoorsnede een inrichting 25 volgens het doorstroomprincipe van de uitvinding met bijbehorende (grond)koelunit, en figuur 3 toont schematisch een bovenaanzicht. Het in de figuren 2 en 3 getoonde uitvoeringsvoorbeeld omvat een langwerpige tunnel 10 van een stevige folie 12, die een bassin 14 met (ondrinkbaar) water overkapt. Aan het begin van de tunnel bevinden zich ventilator units V-l en 30 V-2. Unit V-l zorgt voor luchtcirculatie door verdamper/(grond)koelunit 101 8558** 6 systeem, en unit V-2 zorgt voor overdruk in de tunnel (luchthal) ten opzichte van omgevingsdruk om de verdamper in de opgerichte gebruikstoestand te houden. Door het schijnen van de zon wordt de lucht in de binnenruimte 13 van de tunnel of hal verwarmd. De lucht beweegt zich voort in de richting 5 van de pijl 14 van punt T-l naar T-2 en wordt daarbij steeds warmer en steeds vochtiger. Tijdens het transport van de lucht door de luchttunnel 10 treedt condensatie op tegen de binnenwand van de tunnel, daar de binnenwand ten opzichte van de rest van de binnenruimte 13 relatief koud is. Deze condensatie kan echter desgewenst grotendeels vermeden worden 10 met anti-condensfolies.

Bij punt T-2 aan het eind van de luchttunnel wordt de lucht doorgevoerd naar een koelunit K. De koelinrichting kan op eenvoudige wijze worden opgebouwd uit in de grond gelegde buizen 26, die met geschikte verdeel- en verzamelstukken 21,22 zijn gekoppeld. De koelinrichting neemt 15 de warmte uit de lucht op. Grond kan met name dieper in de bodem veel warmte opnemen, naarmate de dag vordert zal de grond zelf ook enigszins in temperatuur stijgen, gedurende de nacht zal de grond deze warmte weer voornamelijk afstaan/uitstralen naar de omgeving. Afhankelijk van klimaat, bodem, verdamperuitvoering kan de dimensionering van de koelinrichting 20 variëren. De uit de koelinrichting tredende lucht wordt via één of meer retourleidingen 15 teruggevoerd naar het begin van de tunnel. Er zal zich een evenwicht instellen met betrekking tot het dag en nacht ritme waarbij de verdampingsunit steeds warmte zal toevoegen aan de bodem middels de circulerende lucht. Nadat de installatie enige tijd gedraaid heeft zal er een 25 temperatuurpendel gaan optreden, de warme lucht uit de tunnel wordt door de bodem afgekoeld en zal weer opgewarmd worden in de verdamper. Gedurende de dag wordt de bodem in temperatuur verhoogd en zal de temperatuur in de verdamper ook verder oplopen. Als de zon ondergaat gaan de heersende temperaturen inzakken en de volgende dag begint het 30 spel opnieuw.

1018558 * 7

Op het laagste punt in de koelinrichting is een wateraftappunt WT gesitueerd via welk het gecondenseerde water uit de koelinrichting kan worden afgevoerd naar een opslagreservoir en/of gebruikers. Het is niet noodzakelijk dat de koelinrichting waterpas ligt, wel dat deze tenminste één 5 laagste punt heeft.

Het grondkoelsysteem omvat een leidingstelsel 20 t/m 22 dat bij voorkeur zodanig is ingericht dat iedere grondkoel-leiding in hoofdzaak evenveel doorstromende lucht te verwerken krijgt en derhalve de warmteopname door het grondkoelsysteem gelijkmatig zal verlopen. De 10 (grond)koelinrichting kan grootschalig worden uitgevoerd. De leidingen kunnen in een praktische uitvoeringsvorm een aanzienlijke lengte hebben, bijvoorbeeld 80 meter of meer, zodat een lange transportweg voor de doorstromende lucht ontstaat. Dit bevordert het neerslaan van de waterdamp in die lucht.

15 Zoals reeds opgemerkt vindt in de luchthal of luchttunnel zelf ook condensatie plaats tegen de binnenzijde van het foliedek. Het in de luchthal of -tunnel gecondenseerde water stroomt langs de wand naar beneden en wordt opgevangen in geschikte goten. Enkele constructieve uitvoeringsvoorbeelden zijn schematisch getoond in de figuren 5 en 6.

20 Figuur 5 toont een uitvoeringsvoorbeeld waarin een goot 30 is toegepast, die van kunststof of metaal kan zijn vervaardigd en die zich in de binnenruimte 13 van de luchthal of -tunnel bevindt. De onderrand van de dekfolie 12 hangt in de goot en is aan de buitenste rand van de goot bevestigd. In het getoonde voorbeeld is hiertoe een hulpstrip 31 toegepast, 25 die inscheuren van de rand van de dekfolie tegengaat. De hulpstrip en de dekfolierand zijn met bouten of blindklinknagels aan de goot 30 bevestigd. De goot zelf is weer met een aantal ankerstrips 32 bevestigd aan grondankers 33, die bijvoorbeeld een draadeind 34 en een ankerplaat 35 kunnen omvatten. De ankerstrips 32 kunnen op elke geschikte wijze aan de 30 goot zijn bevestigd, bijvoorbeeld door lassen, solderen, met klinknagels, 101 8558 y 8 bouten etc.. Eventueel kan de bevestiging van de ankerstrips gecombineerd worden met de bevestiging van de dekfolie. Ook zou de ankerstrip met een omgebogen uiteinde om de rand van de goot 30 kunnen grijpen.

Figuur 6 toont schematisch een constructie die van die van figuur 5 5 afwijkt doordat de goot 30 ligt op een de goot omhullende rand van een kunststof bodemfolie 36, die tevens de bodem van het waterbassin in de luchthal vormt. In het getoonde voorbeeld is langs de binnenzijde van de goot een aarden wal 37 gevormd, die een begrenzing van het waterbassin 14 vormt. Ter hoogte van het waterbassin kan zich onder de bodemfolie 36 10 isolatiemateriaal 38 bevinden om afkoeling van het water 39 tegen te gaan.

Een bezwaar van het opvangen van condenswater dat tegen de folie is gecondenseerd kan zijn dat de tunnel vrij hoog moet zijn, anders stromen de druppels niet langs de folie. Door de hoogte is de tunnel relatief kwetsbaar bij stormen. Met inzet van anti-condensfolie (acrid) kan de 15 tunnel relatief plat blijven. De folie kan dan een hellingshoek van rond de 10° hebben zodat de wind/storm er geen vat op kan krijgen. Een ander voordeel is dan dat de tunnel in de nacht plat mag liggen. Immers, als de folie met zout verontreinigd raakt heeft dat geen invloed op de uiteindelijke water kwaliteit. Condensatie vindt dan uitsluitend in de koelinrichting 20 plaats.

De hier geschetste uitvinding kent grote pluspunten: • goedkoop per m2; • energetisch zeer efficiënt per m2; • uitsluitend zonne-energie is de motor achter de verdamping 25 vanuit het bassin; • er zijn geen minimum eisen ten aanzien van het uitgangswater, (zolang dit water maar wil verdampen en niet afgedekt is door vuilsluiers); • de installatie is ook door doe-het-zelvers te bouwen en te 30 onderhouden; 101 8558* 9 • de prijs van de installatie is laag en de kostprijs van het geproduceerde water is dit ook; • er zijn vele mogelijkheden om in te spelen op de lokale omstandigheden, dubbel of tripel folie-dek op de verdamper, 5 dimensionering van tunnellengte en dimensionering van (grond)koelunit; • de inrichting is zeer stormbestendig, doordat de luchthal eenvoudig kan worden neergelaten door de ventilator(en) uit te zetten.

10 Op gemerkt wordt dat na het voorgaande diverse modificaties voor de deskundige voor de hand liggen. Zo kan het aantal ventilatoren wijzigen of kunnen de ventilatoren voor luchtcirculatie respectievelijk verhoogde luchtdruk geheel of deels gecombineerd zijn. Voorts kan de koelinrichting bijvoorbeeld geheel of deels onder de verdamper aangebracht worden. Ook 15 kan de lengte/breedte/hoogte verhouding wijzigen of kan de opstelling van de installatie wijzigen van bijvoorbeeld land naar zee of meer. Bij toepassing op het water wordt de verdamper drijvend op bijvoorbeeld isolatiemateriaal en/of luchtkussen uitgevoerd en kan de koelunit gebruik maken van (zee)water dat zich onder de verdamper bevindt. De 20 grondkoelunit kan desgewenst gecombineerd of vervangen worden door het plaatsen van een condensatie-inrichting, bijvoorbeeld een unit met een zeer groot aantal glazen buisjes waar koel zeewater door stroomt, waarop condensatie plaatsvindt. Ook kan het vulwater voor dat het het basin bereikt opgevangen worden door een condensor om energetische winst, dus 25 rendementsverbetering te boeken. Deze en soortgelijke modificaties worden geacht binnen het kader van de uitvinding te vallen.

1018558"

Claims (14)

1. Inrichting voor het bereiden van zoet water uit niet drinkbaar 5 water, omvattend een op zonne-energie werkende verdamper met een waterbassin en tenminste één ventilator voor het toevoeren van bevochtigde lucht aan een een grondkoelunit omvattende koelinrichting, met het kenmerk, dat het waterbassin overkapt is door een luchthal van zonnestraling 10 doorlatende folie, die door een ten opzichte van de omgevingsdruk verhoogde luchtdruk in de opgerichte gebruikstoestand gebracht en gehouden wordt en dat de koelinrichting is voorzien van wateraftapmiddelen, en van een retourleiding voor het terugvoeren van de koelinrichting 15 verlatende lucht aan de luchthal.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de luchthal is voorzien van een aantal opvanggoten voor het opvangen en afvoeren van tegen de binnenzijde van de wand van de luchthal gevormd condensaat.

3. Inrichting volgens conclusies 1, met het kenmerk, dat de luchthal aan de binnenzijde en anti-condens oppervlak heeft.

4. Inrichting volgens één der conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat de luchthal tunnelvormig is uitgevoerd met aan één uiteinde tenminste één ventilatorunit en aan het andere 25 uiteinde een verbinding met de koelinrichting.

5. Inrichting volgens één der conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat het waterbassin uit kunststof folie is gevormd.

6. Inrichting volgens één der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat de randen van het waterbassin gevormd worden 30 door verhogingen, die met kunststof folie zijn afgedekt. 101 855 8 ·'

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de verhogingen aarden wallen zijn.

8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies 1 t/m 7, met het kenmerk, dat onder het waterbassin isolerend materiaal is 5 aangebracht.

9. Inrichting volgens conclusie 2 of één der voorgaande conclusies 3 t/m 8 voor zover verwijzend naar conclusie 2 , met het kenmerk, dat de opvanggoten een buitenste langsrand hebben waaraan de onderrand van de de luchthal vormende folie is 10 bevestigd.

10. Inrichting volgens één der conclusies 5 t/m 9, met het kenmerk, dat de buitenrand van de het waterbassin vormende folie onderlangs om de opvanggoten is geslagen.

11. Inrichting volgens conclusie 2 of één der conclusies 3 t/m 10 15 voor zover verwijzend naar conclusie 2, met het kenmerk, dat de opvanggoten zijn voorzien van ankerstrips voor bevestiging aan grondankers.

12. Inrichting volgens één der conclusies 1 t/m 6 of 8 t/m 11, met het kenmerk, dat de inrichting is uitgevoerd als een drijvende 20 inrichting, waarbij de grondkoelinrichting zich in het water bevindt.

13. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de grondkoelinrichting tenminste deels onder het waterbassin is gepositioneerd.

14. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de koelinrichting een aantal buizen omvat door welke in bedrijf relatief koel water wordt gevoerd. 30 1018558”