NO314619B1

NO314619B1 - Anordning og framgangsmåte for destillasjon av for eksempel ferskvann fra saltvann

Info

Publication number: NO314619B1
Application number: NO20016256A
Authority: NO
Inventors: Olav E Sandstad
Original assignee: Gnd Water As
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-04-22
Also published as: ATE356086T1; US20050061653A1; PT1456128E; JP4790217B2; DK1456128T3; KR100858669B1; NO20016256D0; AU2002348538A1; DE60218735D1; MA26296A1; CN1604873A; KR20040088480A; ES2281552T3; NO20016256A; US7594980B2; JP2005514200A; WO2003057630A1; EP1456128A1; CN1278944C; EP1456128B1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for destillasjon, for eksempel utvinning av ferskvann fra saltvann, samt en framgangsmåte for samme, henholdsvis i samsvar med patentkrav 1 og 5.

Bakgrunn

I mange situasjoner kan man ha liten tilgang på ferskvann, men stor tilgang på saltvann. Eksempler på dette kan være små øysamfunn, skip på lange reiser uten land-kontakt, og platt-former eller lignende installasjoner på havet.

Det finnes per i dag mange ulike avsaltnings-anlegg for å framskaffe ferskvann fra saltvann, for eksempel som beskrevet i US 4,391,676 og WO 93/10048. Begge anleggene benytter et system som minner om vanlige varmevekslere, idet saltvann fordampes, og dampen komprimeres og kondenseres.

De fleste kjente avsaltnings-anlegg er forholdsvis kompliserte i oppbygning, og derfor dyre både i innkjøp og drift. En del av anleggene krever også hyppig drifts-stans og vedlikehold, hvilket medfører ytterligere kostnader. Saltvann korroderer ofte på de ulike delene i anlegget, og noen deler må derfor erstattes med jevne mellomrom.

Formål

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å framskaffe en anordning og en framgangsmåte som er stabil i drift, krever lite vedlikehold og som er rimelig i innkjøp, samt energibesparende.

Oppfinnelsen

Formålet nås med en anordning og en framgangsmåte i samsvar med den karakteriserende delen av henholdsvis patentkrav 1 og 5. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de tilhørende uselvstendige krav.

Foreliggende oppfinnelse bygger på det gamle prinsippet om koking av saltvann, og kondensering av dampen, for utvinning av ferskvann. I samsvar med foreliggende oppfinnelse benyttes en ny anordning, og en ny framgangsmåte for å oppnå dette. Anordningen og framgangsmåten kan også benyttes for andre destillasjons-formål, men vil i dette patentskriftet beskrives med hensyn på destillasjon av saltvann.

Anordningen i samsvar med foreliggende oppfinnelse omfatter i hovedsak to rørsystemer hvor det første systemet omfatter en inngang og en nedre og en øvre utgang, og det andre systemet omfatter en inngang og en utgang, idet den øvre utgangen av det første systemet er koblet til inngangen av det andre, via en kompressor. I det første rørsystemet fordampes deler av destillasjonsvæsken, og i det andre rørsystemet kondenseres dampen til destillat, idet fluidene i rørsystemene varmeveksles med hverandre.

Det andre rørsystemet, idet damp kondenseres til destillat, er utformet som ei rekke vertikale kammer. Innløpene til kamrene er parallell-koblete, slik at dampen bare passerer gjennom ett kammer.

Med uttrykket parallellkoblet er det i denne teksten ment at objekter som er parallellkoblet er koblet slik at det er like sannsynlig at fluidet skal strømme inn i hvert av objektene. Fluid som kommer inn i ett objekt skal ikke kunne komme inn i flere av objektene som er parallellkoblete.

Det første rørsystemet omfatter i hovedsak en inngang for destillasjonsvæske, en øvre utgang for damp, idet utgangen er forbundet med inngangen til det andre rørsystemet, samt en andre utgang for destillasjonsresten, ettersom bare en del av destillasjonsvæsken vil fordampe. Mellom inngangen og utgangene omslutter det første rørsystemet det andre rørsystemet. I sin enkleste utførelse er det første rørsystemet et rom med en inngang og en øvre og en nedre utgang, i hvilket rom det andre rørsystemet er plassert. Rommet må da selvsagt være slik utformet at damp-utgangen av rommet er i forbindelse med inngangen til det andre rørsystemet, som er plassert inne i rommet, for eksempel ved et rør som går gjennom veggen i rommet og inn til inngangen av det andre rørsystemet, og tilsvarende for utgangen av det andre rørsystemet. I en fordelaktig utførelse av foreliggende oppfinnelse, kan et første rørsystem omslutte et antall andre rørsystem, hvor innløpene til de andre rørsystemene er parallell-koblete.

Temperaturen i inngående destillasjonsvæske og utgående destillat bør ligge i nærheten av kokepunktet, stik at varmevekslingen mellom rørsystemene hovedsakelig fører tit fordampning og kondensering.

Eksempel

Oppfinnelsen vil i det følgende beskrives som en prosess for utvinning av ferskvann fra saltvann, med henvisning til vedlagte figurer, hvor

figur 1 viser et vertikalt, langsgående snitt gjennom et andre rørsystem i anordningen i samsvar med foreliggende oppfinnelse,

figur 2 viser et vertikalt tverrgående snitt gjennom et andre rørsystem, langs linje I-l i figur 1,

figur 3 viser et horisontalt tverrsnitt et andre rørsystem i samsvar med figur 1 og 2, tatt langs linjen 11-11 i figur 2,

figur 4 viser en foretrukket utførelse av anordningen i samsvar med oppfinnelsen, sett fra sida, og

figur 5 viser anordningen i samsvar med figur 4, ovenfra.

Figur 1 viser et vertikalt langsgående tverrsnitt av det andre rørsystemet 2 av anordningen i samsvar med foreliggende oppfinnelse, idet damp kondenseres til ferskvann. Det andre rørsystemet 2 omfatter et antall kammer 3 i ei rekke, antallet må optimaliseres med hensyn til

prosessen som skal kjøres, anleggets totale utforming og mengden som skal destilleres. Av tegnetekniske årsaker er det i figur 1 vist et tilfeldig antall. Hvert kammer 3 i rekka er utformet med et innløp 4 for damp i øvre ende og et utløp 5 for kondensat / ferskvann i nedre ende, idet innløpene er parallellkoblet slik at damp kommer parallelt inn i hvert kammer 3, og utløpene er koblet slik at ferskvannet forlater hvert kammer parallelt. Kamrene 3 er montert i en avstand i en rekke, idet dybden d av hvert kammer, og avstanden mellom kamrene utgjør lengden 1 av det andre rørsystemet 2.

I figur 2 er det vist et tverrsnitt langs linje I-l i figur 1, og tverrsnittet viser en vertikal vegg 6 i ett av kamrene. Hvert kammer 3 omfatter to fortrinnsvis identiske, vertikale vegger 6 av varme-ledende materiale, idet veggene 6 utgjør høyde h og bredde b i kammeret 3. Hvert kammer 3 har fortrinnsvis vertikal utstrekning, idet høyde h er større enn bredde b og begge er vesentlig større enn dybde d. Den vertikale veggen 6 er utformet med et øvre innløp 4 for damp og et nedre utløp 5 for kondensat. I det viste tilfellet er veggen 6 utformet med korrugeringer 7. Dette er ikke nødvendig for at anordningen skal fungere, men utgjør en særlig fordelaktig utførelse. Med disse korrugeringene 7 vil saltvannet mellom kamrene 3, på utsiden av det andre rørsystemet 2, få en bevegelse mellom kamrene 3, slik at varmeoverføringen på tvers av platene 6 blir optimal, og vannet fordamper raskere. I den viste utførelsen er den øvre delen av veggen 6 utformet som en avrundet spiss, idet innløpet 4 for damp er plassert i spissen. Dette er ikke påkrevet for at anordningen skal fungere, men vil medføre en bedre utskilling av dampen samtidig som medrevet vann vil bøye av og falle tilbake til overflata av saltvannet i det første rørsystemet 1.

De vertikale veggene 6, som danner høyde h og bredde b i et kammer, er fortrinnsvis festet til hverandre med to vertikale skille-vegger 8 langs de vertikale side-kantene, og en horisontal skille-vegg langs den nedre kanten, som danner bunn i kammeret. Også i øvre ende vil veggene 6 være festet til hverandre med skille-vegger. Hvorvidt sistnevnte skille-vegg vil være horisontal eller skrånende, vil avgjøres av formen på den øvre kanten av veggene 6, da skilleveggen fortrinnsvis følger denne. Bredden på skille-veggene 8 som skiller veggene 6 bør/må selvsagt være lik, slik at et kammer 3 får samme dybde-utstrekning d i hele kammeret 3, både horisontalt og vertikalt. Skille-veggene 8 kan med fordel også være av et varme-ledende materiale.

En vertikal vegg 6 kan med fordel være stanset ut sammen med i det minste en skillevegg 8 og bøyd til. På denne måten oppnås færre deler og sammenføyninger for hvert kammer. De ulike delene er fortrinnsvis festet sammen permanent, så som ved sveising.

De ulike kamrene 3 er som nevnt anordnet i rekke, og både innløpene 4 og utløpene 5 er parallell-koblete. Kamrene 3 er i det viste tilfellet i figur 1, festet til hverandre ved at damp-innløpet 4 og kondensat-utløpet 5 hver er et rør som går gjennom alle kamrene 3, fra det første til det siste, idet rørene er åpene gjennom hvert kammer. Dette kan selvsagt løses på andre måter.

Figur 3 viser det andre rørsystemet sett ovenfra, delvis i horisontalt tverrsnitt. På den venstre sida av linja III-III i figuren er rørsystemet gjennomskåret, og på den høyre sida av linja er rørsystemet sett ovenfra. Av tegnetekniske årsaker er bare de første og siste kamrene 3 med hensyn til damp-innløpet 4, tegnet inn. Av figuren framgår det at innløpet 4 er i åpen forbindelse med alle kamrene 3, og at kamrene 3 er stengt i øvre ende. De er selvsagt også stengt på tilsvarende måte i nedre ende, med unntak av utløpet for kondensat 5, som forklart ovenfor.

Som vist i figurene er innløpet for damp 4 og utløpet 5 for kondensat plassert direkte ovenfor hverandre, sentrert i bredde-retningen av kamrene 3. Dette er ikke nødvendig, men på denne måten oppnås best fordeling av damp over kammeret 3, samt best oppsamling av kondensat.

Det andre rørsystemet 2, beskrevet ovenfor, plasseres inne i det første rørsystemet 1, og fluidene i rørsystemene 1, 2 varmeveksles med hverandre, idet dampen i kamrene 3 i det andre rørsystemet 2 vil varme opp saltvannet i det første systemet 1, inntil koking. I sin enkleste utførelse omfatter det første rørsystemet 1 et stort rom 9, med innløp 10 og utløp 11, 12. Saltvann føres inn via innløpet 10, og ut via et nedre utløp 11. I rommet 9 vil saltvannet varmeveksles med dampen i kamrene 3 i det andre rørsystemet 2, gjennom veggene 6, idet saltvannet vil strømme inn mellom kamrene 3, og en del av saltvannet vil fordampe. Det andre rørsystemet 2 vil altså stå 1 saltvann, idet innløpet 4 for damp vil være over vannoverflata, mens utløpet 5 for kondensat vil være under vannoverflata.

Mellom den øvre utgangen 12 av det første rørsystemet 1 og inngangen 4 av den andre rørsystemet er det plassert en kompressor 13, som komprimerer dampen slik at temperaturen økes og varmevekslingen vil fungere. Den vil også heve trykket, slik at trykket i det andre rørsystemet 2 er høyere enn trykket i det første rørsystemet 1.

Saltvann som kommer inn gjennom inngangen 10 i det første rørsystemet 1, kommer i kontakt med utsida det andre rørsystemet 2. Saltvannet vil varmes opp av dampen i kamrene 3 i det andre rørsystemet 2, og en del av vannet i saltvannet vil fordampe og stige oppover. I mange tilfeller vil dampen også rive med seg dråper av saltvann. I den øvre enden av det første rørsystemet 1 finnes en damp-utgang 12, og dampen strømmer ut av det første rørsystemet 1 gjennom denne. De saltvanns-dråpene som rives med av dampen vil falle ned til saltvanns-overflata igjen. Dampen som strømmer ut gjennom den øvre utgangen 12 i det første rørsystemet, føres inn i en kompressor 13 hvor trykk og temperatur heves. Deretter føres den komprimerte dampen inn inngangen 4 i det andre rørsystemet 2, og avkjøles av saltvannet som ligger på utsida av det andre rørsystemet 2. Dampen kondenseres og kan tas ut som ferskvann. Det første rørsystemet 1 har også en utgang for saltvann 11, og den delen av saltvannet som ikke fordamper vil føres ut gjennom denne. Dette saltvannet vil ha høyere salt-konsentrasjon enn inngående saltvann, på grunn av fordampningen. Denne forskjellen bør imidlertid holdes lav, fordi en forhøyning i salt-konsentrasjonen vil øke koke-punktet for vannet, og korrosjonen på rørsystemene.

I figur 4 og 5 er det vist en fordelaktig utførelse av foreliggende oppfinnelse, henholdsvis fra sida og ovenfra. Det første rørsystemet 1 omfatter fire andre rørsystemer 2, vist med stiplete linjer, idet innløpene 4 til de fire andre rørsystemene 2 er parallellkoblet.

Det første rørsystemet 1 har fremdeles en inngang 10 og en utgang for sjøvann 11, og en øvre utgang for damp 12. Som vist i figur 4, er det plassert en dråpefanger 14 i øvre ende av det første rørsystemet 1, før den utgangen 12 for damp. Denne dråpefangeren 14 vil føre til at saltvanns-dråper som er i dampen vi! skilles ut, og dermed at destillasjonen blir bedre. Dampen samles opp og føres inn en kompressor 13, før den fordeles over de fire andre rørsystemene 2, som i figur 4 og 5 er vist som stiplete bokser. De fire andre rørsystemene 2 har hver en inngang 4 for damp, og en utgang 5 for kondensat, idet inngangene og parallellkoblete, og utgangene samles slik at det fra anlegget bare blir en utgang totalt.

I de viste utførelsene er innløp 4 for damp og utløp 5 for kondensat vist på samme lengde-ende av det andre rørsystemet, henholdsvis i øvre og nedre ende. Rørsystemet kan selvsagt også utformes slik at innløp 4 og utløp 5 er plassert på motstående lengde-ender.

Det første og det andre rørsystemet skal fortrinnsvis framstilles av et materiale som er sjø-vannsbestandig, for eksempel titan. I de tilfeller anordningen benyttes for andre destillasjons-formål, bør rørsystemene framstilles av et materiale som er bestandige overfor de væskene som skal destilleres. Det er videre en fordel at det andre rørsystemet er framstilt av et materiale som er varmeledende, slik at varmevekslingen mellom det første og andre rørsystemet skal fungere optimalt. Det første rørsystemet kan med fordel framstilles av et materiale som ikke leder varme så godt, for eksempel kompositt-materialer, slik at varmetapet til omgivelsene blir minimalt.

Claims

1. Anordning for destillasjon, for eksempel utvinning av ferskvann fra saltvann, omfattende et antall kammer (3) i det minste i ei rekke, et innløp (10) for destillasjonsvæske, et utløp (11) for destillasjonsresten, et utløp (5) for destillatet, og en gasskompressor (13), karakterisert ved at - anordningen omfatter to rørsystemer (1,2), hvor - det første rørsystemet (1) omfatter et innløp (10) for destillasjonsvæske og et utløp (11) for destillasjonsresten, samt et udøp for damp (12), og - det andre rørsystemet (2) omfatter et antall kammer (3) i ei rekke, hvert kammer (3) har et øvre innløp (4) for damp og et nedre utløp (5) for destillat, idet innløpene (4) er parallellkoblete, og utløpene (5) er parallellkoblete, - damp-utløpet (12) i det første rørsystemet (1) er i forbindelse med innløpet (4) på det andre rørsystemet (2), via kompressoren (13), og - det første rørsystemet (1) omslutter det andre rørsystemet (2) mellom innløpet (10) for destillasjonsvæske, utløpet (11) for destillasjonsresten, og damp-utløpet (12).

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det første rørsystemet (1) omfatter to eller flere andre rørsystem (2), idet innløpene (4) til de andre rørsystemene (2) er parallell-koblete.

3. Anordning i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at hvert kammer (3) i det andre rørsystemet (2) omfatter to vertikale vegger (6), som danner høyde (h) og bredde (b) i kammeret (3), hvor veggene (6) er av et varmeledende materiale.

4. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at innløpet (4) for damp og utløpet (5) for destillat i det andre rørsystemet (2) er sentrert i bredde-utstrekningen i hvert kammer (3).

5. Framgangsmåte for destillasjon, for eksempel utvinning av ferskvann fra saltvann, ved bruk av en anordning i samsvar med foregående krav, karakterisert ved at - destillasjonsvæske føres inn i et første rørsystem (1), hvor det strømmer inn mellom kammer (3) i et andre rørsystem (2), destillasjonsvæska varmeveksles med damp i kamrene (3), slik at en del av væska fordamper, og en del av dampen i kamrene (3) kondenseres, - dampen av væska tas ut via et øvre utløp (12) i det første rørsystemet (1), og føres inn i en gasskompressor (13), • dampen føres ut av gasskompressoren (13), og inn i kamrene (3) i det andre rørsystemet (2), hvor den varmeveksles med destillasjons-væske og kondenseres, og at - kondensert damp tas gjennom utløpet (5) for destillat og fjernes fra anordningen.