Verfahren zum Trinkbarmachen von Salzwasser und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Das vorliegende Patent bezieht sich auf ein Verfahren zum Trinkbarmachen von Salzwasser und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Umwandlung von Meerwasser in Trinkwasser.
Es ist bekannt, dass Meerwasser durch Gefrieren gereinigt werden kann. Bis jetzt wurde keine wirtschaftlich befriedigende Anlage für diesen Zweck geschaffen. Die vorgeschlagenen Anlagen benötigen entweder ausserordentliche Energiemengen oder reinigen das Wasser ungenügend. Zum Beispiel waren die Zentrifugal-Ausscheidungsanlagen ein Misserfolg, weil selbst die grossen verwendeten Zentrifugalkräfte nicht ausreichten, um die Haftung zu überwinden, mit der die Salzlösung am fein zerteilten Eis festhält.
Waschanlagen waren wegen des ungeheuren Aufwandes von Frischwasser, das sie benötigten, erfolglos. Diese Schwierigkeiten sind besser verständlich, wenn man weiss, dass die Salzlösung nicht nur an der Oberfläche des Eises haftet, sondern sich auch in den Zwischenräumen zwischen den Eiskristallen abgelagert. Hinzu kommt, dass der Verunreinigungsgehalt des Wassers gewichtsmässig auf weniger als 800 Teile pro Million zu senken ist, um das Wasser trinkbar zu machen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Salzwasser Eis erzeugt, dieses Eis von dem verbleibenden Salzwasser getrennt und Trinkwasser auf dieses Eis gebracht wird, um das Salzwasser von der Oberfläche und aus den Zwischenräumen des Eises abzuwaschen.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe Mittel zur Bildung von Eis in Salzwasser, Mittel zum Trennen des Eises vom Salzwasser und Mittel zum Zuführen von Trinkwasser über das Eis, um die Oberfläche desselben und dessen Zwischenräume von verbleibendem Salzwasser abzuwaschen, aufweist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach der Erfindung dargestellt; im Zusammenhang damit wird das erfindungsgemässe Verfahren ebenfalls beispielsweise erläutert Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles der Einrichtung nach der Erfindung, bei der eine auf Gravitationskraft beruhende Trennwand Waschanlage und eine Absorptionskälteanlage für erstmaliges Gefrieren des Salzwassers vorgesehen sind;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung, bei der eine auf Gravitationskraft beruhende Trennwand Waschanlage und ein Kompressor für das Gefrieren des Salzwassers vorgesehen sind;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante der Einrichtung nach der Erfindung, bei der ein Kompressor für das Gefrieren und ein Zentrifugalabscheider vorgesehen sind;
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante der Einrichtung nach der Erfindung, bei der das Eis auf einer Oberfläche gebildet und von dieser durch mechanische Mittel entfernt wird, und
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante der Einrichtung nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zum Trinkbarmachen von Salzwasser, die eine Absorptionskälteanlage 2 zum Vakuum-Gefrieren von Wasser in der Salzlösung und eine kombinierte Trennwand Waschanlage 3 aufweist. Die Kälteanlage 2 arbeitet mit Wasser als Kältemittel und mit einer Lösung aus Meersalz als Absorptionslösung.
Die Absorptionskälteanlage weist einen sich waagrecht erstreckenden Behälter 7 auf, der einen Verdampfer 9 und einen Absorber 4, einen ersten Kocher 5 und einen zweiten Kocher 6 enthält.
Im oberen Teil des Behälters 7 sind Düsen 8 angeordnet, die Meerwasser in den Verdampfer 9 einleiten, der eine Längsrinne 9a aufweist, die im oberen Teil des Behälters 7 angeordnet ist. Die Rinne 9a bildet mit dem Behälter 7 zusammen den Verdampfer 9. Eine Ablassleitung 10 dient dazu, Flüssigkeit aus der Rinne 9a abzuführen. Flüssigkeitsabschneider 90 liegen an den Verdampfer 9 an, um irgendwelche Flüssigkeitstropfen im plötzlich gebildeten Wasserdampf, der zum Absorber 4 fliesst, zu entfernen.
Der Absorber 4 ist im unteren Teil des Behälters 7 angeordnet. Am unteren Teil des Behälters 7 ist eine Ablassleitung 12 für arme Absorptionslösung angeordnet. Oberhalb dieser Ablassleitung 12 sind Entgasungsleitungen 13 angeordnet, durch welche nicht kondensierbare Gase mittels eines Ejektors 14 aus dem Behälter 7 abgeführt werden können. Oberhalb der Entgasungsleitungen 13 sind Absorptions lösungs-Sprühdüsen 15 angeordnet. Unterhalb dieser Sprühdüsen ist eine Absorberschlange 16 angeordnet, durch welche reines Wasser als Kühlmittel geleitet wird, wie später eingehender beschrieben ist. Die Schlange 16 bildet mit dem Behälter 7 zusammen den Absorber 4.
Im folgenden bezeichnet der Ausdruck arme Absorptionslösung eine Lösung von geringer Absorptionskraft, also eine mit Kältemittel beinahe gesättigte Lösung. Der Ausdruck reiche Lösung bezeichnet demgegenüber eine Lösung mit grosser Absorptionskraft, also eine an Kältemittel arme Lösung.
Bei normalem Betrieb wird über die Schlange 16 reiche Absorptionslösung verteilt. Diese Absorptionslösung absorbiert den Wasserdampf und setzt so den Dampfdruck herab, der eine plötzliche Verdampfung bedingt, wenn das Meerwasser durch die Düsen 8 eingeführt wird. Der so gebildete Dampf wird in der Absorptionslösung absorbiert, was von einer Gefrierwirkung im Verdampfer begleitet ist.
Um einen fortlaufenden Betrieb zu gewährleisten, ist es notwendig, die reiche Absorptionslösung wiederzugewinnen. Dies wird erreicht, indem Kältemittel aus der armen Absorptionslösung in zwei Stufen ausgetrieben wird.
Diese zwei Stufen setzen sich aus einem ersten Kocher 5 und einem zweiten Kocher 6 zusammen.
Der erste Kocher 5 weist einen waagrechten zylindrischen Behälter 17 auf, der eine Dampfschlange 20 enthält. Der Dampfeinlass 21 fördert Heizdampf zur Schlange 20, wobei der Auslass 22 dem Kondensat gestattet, aus der Schlange 20 auszutreten. Ein Einlass 18 für arme Absorptionslösung ist am Behälter 17 vorgesehen. Ein Auslass 19 ist vorgesehen, um Absorptionslösung mittlerer Anreicherung abzulassen. Mit dem oberen Teil des Behälters 17 ist ein Wasserdampfauslass 23 verbunden. Wird Heizdampf in den ersten Kocher 5 geleitet, so verdampft ein Teil des Wassers in der Absorptionslösung, wobei der so gebildete Wasserdampf durch den Auslass 23 und die Leitung 39 zum zweiten Kocher 6 strömt.
Die Absorptionslösung mittlerer Anreicherung wird durch den Auslass 19 zum zweiten Kocher 6 befördert.
Der zweite Kocher 6 weist einen waagrechten zylindrischen Behälter 24 auf, der eine Schlange 27 enthält, die mit dem Behälter 24 zusammen den Kocher 6 bildet. Im Behälter 24 ist ein Absorptionslösungseinlass 25 vorgesehen. Die Schlange 27 nimmt durch den Auslass 23, die Leitung 39 und den Einlass 28 Wasserdampf vom ersten Kocher 5 auf. Tritt die Absorptionslösung in den zweiten Kocher 6 ein, so wird sie mit dem Wasserdampf in der Schlange 27 in Wärmeaustausch gesetzt, um zusätzliches Wasser aus der Absorptionslösung zu verdampfen. Im oberen Teil des zylindrischen Behälters 24 ist eine Rinne 30' und eine Schlange 31 angeordnet, durch welche ein Kühlmittel in Wärmeaustausch mit dem Wasserdampf, der vom Kocher 6 zum oberen Teil des Behälters 24 strömt, geleitet wird. Die Rinne 30' und die Schlange 31 bilden mit dem Behälter 6 zusammen den Kondensator 30.
Die Rinne 30' weist einen Auslass 32 auf, durch welchen das Kondensat abgelassen wird.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Absorptionskälteanlage ist die folgende:
Meerwasser wird durch die Düsen 8 in den Verdampfer 9 eingeleitet. Da der Behälter 4 unter Hochvakuum gehalten wird und im Behälter Absorptionslösung vorhanden ist, tritt eine plötzliche Verdampfung auf, wobei der Wasserdampf nach unten zum Absorber 4 strömt und von der Absorptionslösung absorbiert wird. Der Wasserdampf nimmt im Meerwasser vorhandene Wärme mit, wodurch das restliche Meerwasser auf einen solchen Grad abgekühlt wird, dass Eisbildung eintritt und eine Mischung von Eis und Salzlösung entsteht.
Um eine stark absorbierende Lösung in dem Absorber 4 zu erhalten und die Leistung desselben zu erhöhen, sind über der Absorptionslösung im Absorber Sprühdüsen 15 angeordnet, so dass reiche Absorptionslösung, die vom zweiten Kocher 6 zurückströmt, den Wasserdampf leichter aufnehmen kann.
Zur weiteren Erhöhung der Aufnahmefähigkeit der Absorptionslösung führt die Kühlschlange 16 Wärme aus dem Kältekreislauf ab. Jegliche nicht kondensierbaren Gase im Absorber 4 werden über die Entgasungsleitungen 13 mittels des Ejektors 14 aus dem Absorber 4 abgesaugt.
Die arme Absorptionslösung wird aus dem Absorber 4 durch den Auslass 12 und die Leitung 33 mittels der Pumpe 34 in die Leitung 35 gedrückt und zum Wärmeaustauscher 36 geleitet. In der Leitung 35 ist eine Abzweigmuffe 37 angeordnet, deren Zweck in der Folge erklärt wird. Der Wärmeaustauscher 36 setzt die warme, reiche Absorptionslösung, die aus dem zweiten Kocher 6 stammt, in Wärmeaustausch mit der kalten, armen Absorptionslösung, die vom Absorber 4 kommt, um der Absorptionskälteanlage zu gestatten, wirksamer zu arbeiten.
Die arme Absorptionslösung tritt bei einer höheren Temperatur aus dem Wärmeaustauscher 36 und strömt durch die Leitung 38 zum Einlass 18 des ersten Kochers 5, wo sie verdampft, wobei der Wasserdampf durch den Wasserdampfauslass 23 und die Leitung 39 zur Schlange 27 des zweiten Kochers 6 strömt. Die Absorptionslösung, die dann eine mittlere Konzentration an Kältemittel aufweist, wird vom ersten Kocher 5 durch den Auslass 19 und die Leitung 40 in den Wärmeaustauscher 36 geleitet, wo sie mit der schwachen Absorptionslösung in Wärmeaustausch gesetzt wird, wodurch die Absorptionslösung mittlerer Konzentration gekühlt wird.
Die Absorptionslösung mittlerer Konzentration wird dann durch die Leitung 41 und den Einlass 25 in den zweiten Kocher 6 geleitet, wo sie mit dem Wasserdampf in der Schlange 27 in Wärmeaustausch gesetzt wird, um Wasser aus der Absorptionslösung zu verdampfen. Dieser Wasserdampf strömt nach oben in den Kondensator 30 und wird durch das Kühlmedium, das durch die Kondensatorschlange 31 strömt, kondensiert. Das so gebildete Kondensat ist reines Wasser und wird durch die Leitung 32 aus dem Kondensator 30 abgelassen.
Gleichzeitig mit der Verdampfung des Wassers aus der Absorptionslösung im zweiten Kocher 6, kondensiert der Wasserdampf oder Dampf niedrigen Druckes aus dem ersten Kocher 5 in der Schlange 27, wobei das Kondensat durch die Leitung 29 zur Abzweigmuffe 87, welche die Leitung 32 und die Leitung 88 verbindet, strömt und so zum Kondensatstrom aus dem Kondensator 30 tritt und aus der Anlage ausgeschieden wird.
Diese Flüssigkeit ist reines Wasser.
Die Absorptionslösung mittlerer Konzentration, die durch den Einlass 25 in den zweiten Kocher 6 eingeführt wird, wird als reiche Lösung durch den Auslass 26 abgeführt und durch die Leitung 42 zum Wärmeaustauscher 36 geleitet, wo sie gekühlt wird.
Die reiche Lösung wird durch die Leitung 43 dem Absorber 4 zugeführt. In der Leitung 43 ist eine Abzweigmuffe 44 angeordnet. Eine Leitung 45 mit einem Steuerventil 46 verbindet die Abzweigmuffe 44 und die Abzweigmuffe 37. Diese Anordnung gestattet, wenn gewünscht, die Wiederumwälzung der Absorptionslösung. Die Absorptionslösung in der Leitung 43 strömt zu den Düsen 15 ; es ist offensichtlich, dass, wenn arme Lösung aus dem Absorber 4 austritt, ständig wieder reiche Lösung eingeführt wird.
Die Trennwand Waschanlage 3 weist einen senkrechten zylindrischen Behälter 47 mit einem gewölbten Boden 48 auf. Am Grund dieser Wölbung ist ein Salzlösungsauslass 49 angeordnet. Ein Gitter 50 ist unmittelbar oberhalb des gewölbten Bodens 48 angeordnet, und oberhalb des Gitters 50 ist ein Eisund Salzlösungseinlass 51, der einen Rohrteil aufweist, der in den Behälter 47 hineinragt und geeignet ist, die Eis- und Salzlösung zu verteilen, wenn sie in den Behälter 47 eintritt. Beim Eintritt der vom Verdampfer 9 kommenden Mischung von Eis- und Salzlösung in den Behälter 47 wird die Salzlösung wegen der Schwerkraft und ihrer grösseren Dichte bestrebt sein, durch das Gitter 50 zu strömen und durch den Auslass 49 auszutreten.
Das Gitter 50 stellt eine Konstruktion dar, die bestrebt ist, das eingeführte Eis im oberen Teil des Behälters 47 zu halten, wo es normalerweise hinsteigt. Der obere Teil des Behälters 47 weist ein offenes Ende 52 auf. Um dieses offene Ende herum ist eine ringförmige Rinne 53 angeordnet. Der Zweck dieser Rinne ist das Sammeln und Schmelzen gewaschenen Eises. In dieser Rinne ist ein Auslass 54 angeordnet, durch welchen reines Wasser abgelassen werden kann. Die äussere Wand der Rinne erstreckt sich nach oben und bildet die Seitenwand einer Haube 55, die über der Rinne und dem offenen Ende 52 des Behälters 47 angeordnet ist. In dieser Haube sind Waschdüsen 56 angebracht, die über dem offenen Ende des Behälters 47 angeordnet sind. Düsen 57 über der Rinne 53 lassen Wasser über das Eis in der Rinne 53 fliessen, um so das Eis zu schmelzen.
Über dem offenen Ende 52 des Behälters 47 ist ein Rührer 58 angeordnet. Dieser Rührer weist eine Anzahl Platten auf (nicht dargestellt), die geeignet sind, das Eis nach aussen zu stossen, wenn es aus dem Behälter 47 austritt. Im Behälter 47 sind weitere Rührer 59 angebracht. Die Rührer 58 und 59 sind an einer Welle 60 befestigt, die durch einen Motor 61 angetrieben wird, der ausserhalb der Haube 55 angebracht ist.
Beim Betrieb der Einrichtung wird Meerwasser durch die Leitung 64 in den Wärmeaustauscher 65 geleitet. Die Temperatur des Wassers wird durch seinen Durchtritt in Wärmeaustausch mit dem reinen Wasser, das aus der Trennwand Waschanlage 3 abgelassen wird, und der konzentrierten Salzlösung, die aus der Trennkammer 3 abgelassen wird, nahe an seinen Gefrierpunkt gebracht. Das Wasser aus dem Wärmeaustauscher wird durch die Leitung 66 in einen Entlüfter 67 geleitet. Im Entlüfter 67 werden nicht kondensierbare Gase mittels eines Ejektors 69 über die Leitung 68 abgelassen. Das Meerwasser wird mittels einer Pumpe 71 über die Leitung 70 aus dem Entlüfter 67 abgeführt und durch die Leitung 72 an die Düse 8 des Verdampfers 9 der Absorptionskälteanlage befördert. Die Düsen 8 sprühen das Meerwasser in den Verdampfer.
Der Gefriervorgang, der die plötzliche Verdampfung begleitet, bildet eine Eis- und Salzlösung, die in die Rinne 9a des Verdampfers 9 fällt.
Die Mischung aus Eis und Salzlösung wird durch die Pumpe 73 aus dem Verdampfer 9 entfernt und durch den Einlass 51 in den Behälter 47 eingeführt.
Wegen der verschiedenen Dichten des Eises und der Salzlösung findet ein natürlicher Trennvorgang statt, wobei die Salzlösung nach unten durch das Gitter 50 tritt, durch den Auslass 49 aus dem Behälter 47 ent fernt und durch die Leitung 74 zum Wärmeaustauscher 65 befördert wird.
Das Eis, das mit der Salzlösung durch den Einlass 51 in den Behälter 47 tritt, ist bestrebt, aufzusteigen, weil es die kleinere Dichte aufweist. Um sicherzustellen, dass das Eis nicht mit der Salzlösung durch den Auslass 49 austritt, hält das Gitter feste Eisteilchen im oberen Teil des senkrechten Behälters zurück. Der Pegel der Eis- und Salzlösung kann auf einem bei 75 gezeigten Stand gehalten werden. Dieser Stand kann durch irgend ein passendes Steuersystem (nicht gezeigt), zum Beispiel eine Schwimmer Steuervorrichtung, die mit der Pumpe 73 zusammen arbeitet, aufrecht erhalten werden.
Tritt das Eis in den oberen Teil des senkrechten Behälters 47, so beginnt es leicht zusammenzubakken und um diesen unerwünschten Vorgang zu vermeiden, ist der Rührer 58 vorgesehen, welcher die Bildung von Eismassen verhindert.
Wegen dem Dichtenunterschied zwischen der Eisund Salzlösung wird das Eis durch Schwimmkräfte über den Flüssigkeitsstand 75 gehoben, was der freien Flüssigkeit gestattet, vom Eise abzufliessen.
Frisches Wasser wird durch die Düsen 56 über das zu waschende Eis gesprüht und entfernt kleinste Salzlösungsteilchen, die an den Oberflächen und in den Zwischenräumen des Eises haften. Solche kleine Teilchen von Salzlösung können irgend ein aus dem Eis hergestelltes Wasser ausreichend unrein machen, um es untrinkbar zu machen.
Das frische Wasser, das durch die Eissäule über dem Wasserstand 75 strömt, erreicht diesen mit einer verhältnismässig schwachen Salzlösungskonzentration. Da diese Flüssigkeit weniger dicht ist als die Salzlösung, ist sie bestrebt, am obern Ende der Flüssigkeits- und Eissäule zu bleiben, und sobald mehr Wasser in das Eis geleitet wird, wird sie langsam durch die Säule aus Eis und Flüssigkeit absinken, was eine Gegenströmung zum Eis darstellt, das in der Flüssigkeitssäule nach oben steigt. Fliesst das Wasser abwärts, wird die konzentrierte Salzlösung, die an der Oberfläche der Eisteilchen haftet und in den Zwischenräumen der Eismasse eingeschlossen ist, ausgelaugt. Fliesst das Eis aufwärts, so ist es durch Flüssikeit mit abnehmender Salzlösungs-Konzentration umgeben.
So nimmt das frische Wasser mehr und mehr Salzlösung auf, wenn es sich nach unten durch die Säule bewegt und schafft so eine ständige Waschwirkung, die einer wesentlichen Anzahl von Was chsch ritten gleichwertig ist. Erreicht diese sich nach unten bewegende Salzlösung den Stand des Einlasses 51, so weist es eine nur um weniges geringere Konzentration als die Salzlösung, die in den Behälter 47 eingeleitet wird, auf und wird somit die konzentrierte Salzlösung nur leicht verdünnen. Durch diesen Vorgang steigert sich die Konzentration der Salzlösung des zum Waschen verwendeten Wassers ständig, wenn es nach unten strömt, so dass nur ein kleiner Anteil Frischwasser nötig ist, um einen vollständigen Waschvorgang zu vollenden.
Steigt die Eismasse, die aus der Salzlösung hervorgegangen ist, ständig weiter, so kommt sie mit dem sich drehenden Rührer 58 in Berührung, der durch den Motor 60 angetrieben ist. Kommt das Eis mit den Rührerplatten in Berührung, so wird es nach aussen in die Rinne 53 geschleudert. Durch Düsen 57 wird, wie vorbeschrieben, ständig frisches Wasser in die Rinne 53 geleitet, wodurch das Eis zum Schmelzen und zum Durchtritt von der Rinne 53 durch die Leitung 76 aus der Trennwand Waschanlage heraus veranlasst wird.
Es ist klar, dass das Wasser, das durch den Auslass 54 und die Leitung 76 aus der Rinne 53 austritt, sehr nahe an seinem Gefrierpunkt liegt. Beim Erreichen der Abzweigmuffe 77 strömt ein Teil des trinkbaren Wassers durch die Leitung 78 zum Wärmeaustauscher 65, wo es, wie vorbeschrieben, über die Leitung 64 eintretendes Meerwasser kühlt.
In der Leitung 78 ist das Ventil 79 angeordnet, das die Wassermenge reguliert, die durch die Leitung 78 strömt.
Ein Teil des auf der beschriebenen Weise gebildeten trinkbaren Wassers strömt von der Abzweigmuffe 77 durch die Leitung 80 in die Schlange 16 des. Absorbers 4. Dieses Wasser dient als Kühlmittel für die Absorptionslösung in dem Absorber 4. Das Wasser strömt von der Schlange 16 durch die Leitung 81 in eine Kompressions-Kälteanlage, die allgemein mit 82 bezeichnet ist. Diese Kälteanlage weist einen Kühler 83, einen Zentrifugalkompressor 84 und einen Kondensator 85 auf. Das Wasser aus der Schlange 16 wird durch den Kühler 83 und die Leitung 86 zu den Düsen 56 und 57 der Trennwand Waschanlage geleitet und anschliessend versprüht, um das Eis zu waschen und zu schmelzen.
Mit der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung wird Meerwasser unter Verwendung einer Absorptionskälteanlage gefroren, welche die Erzeugung grosser Wasserdampfmengen gestattet, die anschliessend kondensieren und zum Waschen und Schmelzen des Eises verwendet werden. Bei der beschriebenen Absorptionskälteanlage werden zwei Kocher verwendet, trotzdem es klar ist, dass eigentlich nur ein Kocher nötig ist. Die Verwendung des zweiten Kochers verbessert den Wirkungsgrad der Einrichtung.
In Fig. 2 wird eine Variante der Einrichtung dargestellt, wobei ein Vakuumkühlapparat 102 und eine Trennwand Wascheinheit 103 verwendet werden.
Der Vakuumkühlapparat weist einen waagrechten Behälter 104 auf. Sprühdüsen 105 führen Meerwasser in den Behälter 104 ein. Der Behälter 104 wird mittels eines Rotations-Kompressors 109 unter einem gewünschten Vakuum gehalten, so dass das durch die Düsen 105 in den Behälter 104 eintretende Meerwasser sehr rasch diesem zufliesst, wobei der plötzlich entstehende Wasserdampf Wärme in solcher Menge abführt, dass eine Mischung aus Eis und Salzlösung im Behälter 104 entsteht. Der Wasserdampf wird durch den Auslass 107 und die Leitung 108 durch den Rotations-Kompressor 109 aus dem Behälter 104 abgeführt. Die Eis- und Salzlösung fällt in den unteren Teil des Behälters 104 und wird durch den Auslass 106 abgelassen.
Der Rotations-Kompressor 109 ist durch den Motor 110 angetrieben.
Jedes System, bei dem plötzlich Verdampfung auftritt, liegt im Rahmen des hierin verwendeten Ausdruckes Vakuumgefrieren . Plötzliche Verdampfung wird durch den Unterschied des Dampfdruckes des eintretenden Meerwassers und dem in dem Verdampfungsapparat aufrechterhaltenen reduzierten Druck bedingt, so dass ein Teil des zerstäubten Meerwassers plötzlich verdampft, wodurch vorhandene Wärme abgeführt und die Temperatur des zurückbleibenden Teiles auf einen Punkt abgekühlt wird, bei welcher die Mischung aus Eis und Salzlösung gebildet wird.
Die Trennwand Wascheinheit 103 nach Fig. 2 weist einen senkrechten, im wesentlichen zylindrischen Behälter 113 auf. Nahe dem unteren Ende dieses Behälters ist ein Eis- und Salzlösungseinlass 114 angeordnet, der durch eine Leitung 133 mit dem Auslass 106 des Behälters 104 verbunden ist. Der Behälter 113 weist einen unteren Teil 115 auf, der einen Salzlösungsauslass 116 aufweist. Das obere Ende des Behälters 113 ist offen, wie bei 117 gezeigt. Um dieses offene Ende herum erstreckt sich eine ringförmige Rinne 118, die eine Auslassöffnung 119 aufweist. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist im wesentlichen derjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ähnlich.
Wenn die Mischung aus Eis und Salzlösung durch den Einlass 114 eingeführt wird, sinkt die Salzlösung wegen ihrer grösseren Dichte in den Teil 115 des Behälters 113 und tritt durch den Auslass 116 aus.
Die Seitenwände der Rinne 118 erstrecken sich nach oben und bilden die Seitenwand einer Haube 120 über der Rinne und dem offenen Ende des Behälters 113, das mit dem Auslass des Kompressors 109 verbunden ist.
Ein Rührer 121, der dem im zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel der Trennwand Waschanlage verwendeten ähnlich ist, ist am oberen Ende des Behälters angeordnet und wird durch einen Motor 122 angetrieben.
Eine Kondensationsschlange 123 ist aus in der Folge zu beschreibenden Gründen in der Haube 120 angeordnet. Eine Ableitung 124 erstreckt sich in die Haube 120 und ist mit einem Ejektor 125 verbunden, um alle nicht kondensierbaren Gase, die sich in der Haube 120 angesammelt haben, zu entfernen.
Im Betrieb wird Meerwasser durch die Leitung 130 zum Wärmeaustauscher 131 geleitet, wo es sowohl mit der kalten Salzlösung, die wie weiter hinten näher erläutert wird, aus dem Behälter 113 abgelassen wird, als auch mit dem kalten, aus der Rinne 118 kommenden Trinkwasser (siehe weiter hinten), das zu seinem Verwendungsort strömt, in Wärmeaustausch gesetzt wird. Die Temperatur des Meerwassers wird im Wärmeaustauscher 131 auf wenige Grade über dem Gefrierpunkt des Wassers erniedrigt. Das gekühlte Meerwasser wird vom Wärmeaustauscher 131 durch die Leitung 132 zur Vakuumgefriereinheit 102 geleitet, worin es durch die Düsen 105 zerstäubt wird. Wie vorgängig beschrieben, tritt wegen dem hohen Vakuum im Behälter 104 plötzlich Verdampfung auf, wodurch eine Mischung aus Eis und Salzlösung entsteht.
Der so gebildete Wasserdampf wird durch den Auslass 107 und die Leitung 108 durch den Rotationskompressor 109 abgesogen. Der komprimierte Wasserdampf wird dann in die Haube 120 befördert.
Gleichzeitig wird die während des Vakuumgefrierens im Behälter 104 gebildete Eis- und Salzlösungs Mischung durch den Auslass 106 und die Leitung 133 abgesogen und durch den Einlass 114 in den Behälter 113 befördert. Die schwerere Salzlösung strebt gegen den gewölbten Unterteil 115 des Behälters und wird anschliessend durch den Auslass 116 abgesogen und durch die Leitung 134 zum Wärmeaustauscher 131 befördert. Nach dem Durchtritt durch den Wärmeaustauscher 131 wird die Salzlösung aus der Anlage abgelassen.
Setzt sich die Salzlösung im Behälter 113, so steigt das Eis gleichzeitig, und wegen seiner kleineren Dichte findet eine natürliche Trennung zwischen dem Eis und der Salzlösung statt. Bei der vorliegenden Variante des Ausführungsbeispieles ist die Eis- und Salzlösung bei einem der Höhe des Behälters 113 gleichen Stand gezeigt, wobei der Stand 135 der Salzlösung im wesentlichen mit dem offenen Ende des Behälters 113 zusammenfällt.
Wie vorgängig erwähnt, ist in der Haube 120 eine Kühlschlange 123 angeordnet, durch welche ein Kühlmittel geleitet wird, das mit dem Wasserdampf der über die Aussenoberflächen der Schlange 123 streicht, in Wärmeaustausch steht. Bei der vorliegenden Variante der Ausführung der Einrichtung kann das Kühlmittel durch eine Kälteanlage, die im Ganzen mit 138 bezeichnet wird, geliefert werden, die einen Kühler 139, einen Kompressor 140 und einen Kondensator 141 aufweist. Das Kühlmittel, das durch die Schlange 123 geleitet wird, wird durch die Leitung 137 abgesogen, im Kühler 139 gekühlt und dann durch die Leitung 136 an die Schlange 123 geliefert.
Der vom Vakuumgefrierapparat 102 kommende Wasserdampf, der in die Haube 120 tritt, wird mit dem Kühlmittel, das durch die Schlange 123 strömt, in Wärmeaustausch gesetzt, wodurch die Uberhitzung im Wasserdampf vermindert und dieser teilweise kondensiert.
Der komprimierte Wasserdampf in der Haube 120 kommt mit dem Eis am oberen Ende des Behälters 113 in Berührung. Ein Teil des Dampfes kondensiert auf dem Eis, wodurch das für das Waschen notwendige Wasser geliefert wird. Ein Schirm 121', der oberhalb des Rührers 121 angeordnet ist, beschränkt den Zutritt von Dampf zum Eis am oberen Ende des Behälters 113, wodurch die Menge des auf dem Eis kondensierenden Wasserdampfes beschränkt wird. Da der Flüssigkeitsstand 135 beim oberen Teil des Behälters 113 gehalten wird, ist es wünschbar, dass, wenn zuviel Wasser aus dem Dampf kondensiert, dieses in die ringförmige Rinne 118 überfliesst.
In diesem Fall kann die Wassermenge, die vom oberen Teil des Behälters 113 hinunterfliesst, durch passendes Drosseln des Salzlösungsstromes in der Leitung 133 mittels einer von der Dichte des Salzgehaltes abhängigen Steuerung (nicht gezeigt) geregelt werden. Steigt die Eis- und Salzlösung im senkrechten Behälter 113 nach oben, so bildet sich nahe dem Flüssigkeitsstand 135 eine poröse Masse aus Eis. Von der Schlange 123 wird Kondensat an das Eis geliefert und zwischen dem Eis, wenn es nach oben schwimmt, und dem trinkbaren Wasser, das angeliefert wird, findet eine entgegengesetzte Strömung statt. Strömt dieses trinkbare Wasser nach unten, so wäscht es die Salzlösung von den Oberflächen der Eisteilchen und aus den Zwischenräumen des Eises heraus.
Findet eine Gegenströmung statt, so tritt ständig Eis über den Flüssigkeitsstand 135, worauf der Rührer 121 einen Eisteilchennebel erzeugt, der den Dampf kondensiert und sich in der Rinne 118 ablagert, wo das Wasser und das restliche Eis gesammelt werden und das Eis im wesentlichen geschmolzen wird, indem es in den Dampfraum zurückgesprüht wird. Dieses geschmolzene Eis besteht aus frischem Wasser und wird durch den Auslass 119 aus der Rinne 118 abgelassen und durch die Leitung 142 zum Wärmeaustauscher 131 befördert, wo das Wasser zur Kühlung des eintretenden Meerwassers verwendet wird.
Die Variante der Einrichtung nach Fig. 3 weist eine Einheit 202 auf, welche die kombinierten Vorgänge des Gefrierens, des Trennens und des Waschens des Meerwassers ausführt, nachdem dieses in eine Eis- und Salzlösung umgewandelt wurde. Mit dieser Einheit arbeitet ein Kompressor 203 zusammen, der den Gefriervorgang in der Einheit veranlasst.
Die Einheit 202 weist einen senkrechten zylindrischen Behälter 204 auf, der in einen Gefrierteil 205 und einen Trennteil 206 unterteilt ist. Eine Trennwand in Form eines Kegelstumpfes 207 trennt die Teile 205, 206, wobei im Konus eine Öffnung 208 vorgesehen ist, die die Teile verbindet.
Der Gefrierteil 205 ist im oberen Teil des Behälters 204 angeordnet. Innerhalb des oberen, geschlossenen Teiles des Behälters sind Düsen 209 in einem Kreise so schräg angeordnet, dass dem Meerwasser, wenn es in den Gefrierteil 205 eingeleitet wird, eine Wirbelbewegung erteilt wird. Der Kegelstumpf 207 bildet zusammen mit der Wand des Behälters 204 eine ringförmige Rinne, wie dies bei 210 im Gefrierteil 205 ersichtlich ist. In dieser Rinne 210 angeordnet ist ein Salzlösungsauslass 211 vorgesehen. Ein Dampfauslass 212 ist im oberen Teil des Gefrierteils 205 angeordnet. Im Betrieb wird Meerwasser durch die Düsen 209 in den Gefrierteil 205 eingeleitet, der wie bei den vorgängig beschriebenen Verdampfern unter Vakuum gehalten wird.
Meerwasser, das in den Gefrierteil 205 geleitet wird, wird plötzlich abgekühlt, so dass eine Mischung Gefrierteil 205 eingeführt, wobei zufolge des Hochvakuums innerhalb des Behälters 204 plötzlich Verdampfung auftritt und Wasserdampf gebildet und durch den Dampfauslass 212 über die Leitung 228 zum Kompressor 203 geleitet wird. Gleichzeitig tritt wegen des Entzuges der im Meerwasser vorhandenen Wärme Gefrieren auf, so dass die entstehende Mischung aus Eis und Salzlösung in die Rinne 210 fällt. Wegen der schrägen Anordnung der Düsen 209 entsteht in der Rinne 210 eine Wirbelschicht, deren Oberflächen im wesentlichen aus Eis bestehen; die Flüssigkeit in der Rinne besteht im wesentlichen aus Salzlösung. Die Salzlösung wird durch den Salzlösungsauslass 211 aus der Rinne 206 abgelassen, und das Eis fällt durch die Öffnung 208 auf den Propeller 213.
Das Eis befindet sich jetzt in dem Trennteil 206. Der Propeller 213 drückt das Eis und etwaige begleitende Salzlösung, die durch die Öffnung 208 fällt, nach aussen, wobei die schwerere Salzlösung durch den Auslass 221 abgelassen wird und das übrigbleibende Eis nach unten fällt. Gleichzeitig wird der aus dem Gefrierteil 205 abgesogene Wasserdampf vom Kompressor 203 durch die Leitung 229 in den Wasserdampfeinlass 220 dem Trennteil 206 befördert. Der Wasserdampf wird ungefähr in der Mitte des Trennteiles 206, auf ungefähr derselben Höhe, auf welcher sich der Propeller 213 befindet, abgelassen. Trifft der Wasserdampf auf das Eis, so kondensiert das Eis einen Teil des Wasserdampfes. Dieses Kondensat wäscht die Salzlösung von der Oberfläche der Eisteilchen. und aus den Zwischenräumen im Eis heraus und wird zusammen mit dem Hauptteil der Salzlösung durch den Auslass 221 abgesogen.
Die Ströme der Salzlösung aus den Auslässen 221 und 211 werden in der Leitung 230 zusammengeführt, wobei die Salzlösung zum Wärmeaustauscher 226 strömt, wo ihre tiefe Temperatur zur Erniedrigung der Temperatur des in die Einrichtung eintretenden Meerwassers verwendet wird, wie vorbeschrieben. Pumpen 246 und 247 in den Leitungen 230 und 243 fördern die Salzlösung bzw. das Trinkwasser durch den Wärmeaustauscher 226.
Im wesentlichen ist der oben beschriebene Trennvorgang dem Trennvorgang der vorgängig beschriebenen zwei Varianten gleich, ausser dass eine Zentrifugalflüssigkeitssäule anstelle einer Schwerkraftflüssigkeitssäule, wie sie bei den beiden vorgängig beschriebenen Varianten vorgesehen ist, verwendet wird. Der aus dem Dampfauslass 222 austretende, nicht kondensierte Wasserdampf wird zusammen mit anderen, nicht kondensierbaren Gasen in eine Kälteanlage 233 geführt, die zur Kondensierung des Wasserdampfes verwendet wird.
Diese Kälteanlage weist bei der vorliegenden Variante der Einrichtung einen Verdampfer 232, einen Kompressor 234 und einen Kondensator 235 auf. Der Verdampfer 232 besitzt einen waagrechten, zylindrischen Behälter, der eine Schlange 237 enthält, durch die Kältemittel geleitet wird. Wasserdampf tritt vom Trennteil 206 durch die Leitung 231 zum Dampfeinlass 236 des Verdampfers 232. Der Wasserdampf wird mit der Kältemittelschlange 237 in Wärmeaustausch gesetzt und kondensiert, wobei das Kondensat durch deul Auslass 238 und die Leitung 242 aus dem Behälter abgelassen wird. Nicht kondensierbare Gase werden durch die Ableitung 239 mittels eines Ejektors 240 aus dem Verdampfer 232 abgesogen.
Das Eis im Trennteil 206 schmilzt und bildet, wie vorbeschrieben, Trinkwasser, das durch den Auslass 223 aus dem Trennteil 206 abgelassen wird.
Das Wasser strömt aus dem Auslass 223 durch die Leitung 241 und trifft mit dem Wasser des Verdampfers 232, das durch die Leitung 242 strömt, in der Leitung 243 zusammen, die das frische Wasser zum Wärmeaustauscher 226 führt, wo die tiefe Temperatur des trinkbaren Wassers zur Kühlung des eintretenden Meerwassers verwendet wird. Das Trinkwasser strömt dann zu einem Verwendungsoder Lagerplatz.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante der Einrichtung dargestellt, die eine Einheit 302 aufweist, welche die Vorgänge des Gefrierens, des Trennens und des Waschens des gebildeten Eises kombiniert, um trinkbares Wasser herzustellen. Diese Einheit 302 weist drei Teile auf: einen Gefrierteil 303, einen Salzlösungsabsetzteil 304 und einen Waschteil 305.
Der Gefrierteil 303 besitzt einen senkrechten, zylindrischen Behälter 306, der eine innere zylin drische Wand 307 aufweist. Dieser Behälter ist mit einem Mantel 308 versehen, der mit dem Behälter zusammen einen für eine erste Kompressionskälteanlage 345 und eine zweite Kompressionskälteanlage 346 gemeinsamen Überlauf-Verdampfer bildet, um die Wand 307 zu kühlen. Das Kältemittel wird durch den Einlass 309 in den Verdampfer eingeführt und durch den Auslass 310 aus dem Mantel abgelassen.
Die primäre Kälteanlage weist einen Kompressor 347 und einen Kondensator 348 auf. Der Kondensator 348 besitzt einen Behälter 349, der ein Rohrbündel 350 enthält, durch das Kältemittel geleitet wird. Der Behälter 349 weist einen Einlass 351 für Trinkwasser und einen Trinkwasserauslass 352 auf.
Die sekundäre Kälteanlage 346 ist mit einem Kompressor 353 und einem Kondensator 354 versehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann Meerwasser als Kühlmittel für den Kondensator der sekundären Kälteanlage verwendet werden.
Gasförmiges Kältemittel verlässt den Verdampfer durch den Auslass 309 und fliesst durch die Ansaugleitung 356 zu einer Abzweigmuffe 357. Von der Abzweigmuffe 357 wird das Kältemittel durch die Leitung 358 in den Kompressor 347 der primären Kälteanlage und durch die Leitung 359 in die sekundäre Kälteanlage gesogen. Der Kompressor 347 gibt über die Leitung 360 komprimiertes, gasförmiges Kältemittel an die Kondensatorschlange 350 ab, wobei das gasförmige Kältemittel durch Wärmeaustausch mit Trinkwasser kondensiert wird, das in der Trennwand Waschanlage, die nachstehend erläutert ist, hergestellt wird. Flüssiges Kältemittel strömt durch die Leitung 361 zur Abzweigmuffe 362.
Gleichzeitig komprimiert der Kompressor 353 der sekundären Kälteanlage Kältemittel, das durch die Leitung 359 angeliefert wird, und liefert das komprimierte, gasförmige Kältemittel durch die Leitung 363 an den Kondensator : 354, in welchem es durch Wärmeaustausch mit Meerwasser kondensiert wird.
Flüssiges Kältemittel wird vom Kondensator 354 durch die Leitung 364 zur Abzweigmuffe 362 geleitet. In der Abzweigmuffe 362 strömen die Ströme flüssigen Kältemittels aus der primären und sekundären Kälteanlage zusammen und werden durch die Leitung 366 zum Einlass 310 des Verdampfers geleitet. Ein Ventil 367, zum Beispiel ein Schwimmerventil oder Ahnliches, regelt den Zufluss des flüssigen Kältemittels zum Verdampfer.
Unmittelbar oberhalb des zylindrischen Behälters 306 ist ein Ring 311 angeordnet. Unmittelbar oberhalb des Ringes 311 befindet sich ein Meerwassereinlass 312. Wird das Meerwasser durch den Einlass 312 eingeführt, so strömt es auf den Ring 311, der dasselbe verteilt, so dass es längs der gekühlten Wand 307 nach unten fliesst und auf dieser Eis bildet. Das gebildete Eis wird durch einen sich drehenden Schaber 313 im zylindrischen Behälter 306 von der Behälteroberfläche entfernt. Dieser Schaber 313 ist auf einer Welle 315 befestigt, die mit einem Motor 322 verbunden ist. Eine eingehendere Beschreibung der Vorgänge im Gefrierteil 303 wird in der Folge gegeben.
Direkt unterhalb des Gefrierteiles 303 ist der Salzlösungsabsetzteil 304 angeordnet, der ein schalenförmiges Gehäuse 316 aufweist, das durch die Wände 317 gebildet wird. In der Nähe des Grundes des Gehäuses 316 ist ein Salzlösungsauslass 318 angeordnet.
Über dem Gefrierteil 303 ist ein Waschteil 305 vorgesehen. Dieser Waschteil weist einen Waschraum 323 und einen anliegenden Schmelzraum 324 auf.
Beide Räume werden durch eine Haube 325 umschlossen. Zwischen dem Schmelzraum und dem Waschraum ist eine Trennwand 326 angeordnet.
Düsen 327 sind oberhalb des Waschraumes 323 und Düsen 328 oberhalb des Schmelzraumes 324 angeordnet. Der Schmelzraum 324 weist einen unteren Teil 329 mit einem Trinkwasserauslass 330 auf.
Wird das Eis im Gefrierteil 303 gebildet, so entfernt der Schaber 313 das Eis von der gekühlten Wand 307 und drängt es langsam nach oben. Während sich das Eis nach oben bewegt, sprühen die Düsen 327 Trinkwasser über dieses Eis, um dasselbe zu waschen; bewegt sich das Eis weiter nach oben, so fällt es in den unteren Teil 329, wo durch die Düsen 328 Trinkwasser über dieses gesprüht wird, um das Eis zu schmelzen. Das Trinkwasser wird durch den Auslass 330 vom unteren Teil 329 abgelassen.
Im Betrieb wird Meerwasser durch die Leitung 331 in den Wärmeaustauscher 332 geliefert, wo das Meerwasser gekühlt und seine Temperatur in die Nähe des Gefrierpunktes gebracht wird. Das gekühlte Wasser strömt durch die Leitung 333 zum Einlass 312 der Einheit 302. Dabei wird das Wasser auf den Ring 311 abgegeben. Die Ebene des Ringes 312 steht senkrecht zur Achse des zylindrischen Behälters 306, wobei der Ring 312 als Verteilorgan zum Verteilen von Meerwasser über die gekühlte Oberfläche 307 wirkt. Das verteilte Meerwasser gefriert zum Teil, wenn es die gekühlte Oberfläche 307 berührt, und bildet eine Eisschicht auf derselben, während restliche Salzlösung nach unten in den Salzlösungsabsetzteil 304 fliesst. Der Schaber 313 entfernt das Eis von der gekühlten Oberfläche 307, und die Salzlösung verdrängt das Eis nach oben.
Gleichzeitig sinkt die Salzlösung in den Salzlösungsabsetz- teil 304. Die Salzlösung, die sich im schalenförmigen Gehäuse 316 absetzt, wird durch den n Auslass 318 abgelassen und strömt durch die Leitung 334 zum Wärmeaustauscher 332. Im Wärmeaustauscher wird diese Salzlösung von tiefer Temperatur zur Kühlung des eintretenden Meerwassers verwendet. Die Salzlösung wird dann aus dem System abgelassen.
Das Eis steigt über den Salzlösungsstand 335.
Dieser Salzlösungsstand befindet sich gemäss der Fig. 4 wesentlich über dem Stand des Meerwassereinlasses 312. Auf das aus der Salzlösung heraustretende Eis wird trinkbares Wasser aus den Düsen 327 gesprüht und wäscht die Salzlösung von der Oberfläche der Eisteilchen und aus den Zwischenräumen des Eises heraus. Steigt das Eis weiter, so tritt es in den Teil 329, wo frisches Wasser aus den Düsen 328 über das Eis gesprüht wird, um das Eis zu schmelzen. Das so erhaltene Trinkwasser wird durch den Auslass 330, die Leitung 336 und den Kondensator 348 abgelassen, wo es gekühlt und dann durch die Pumpe 368 zum Wärmeaustauscher 332 befördert wird. Im Wärmeaustauscher 332 wird das trinkbare Wasser wieder verwendet, um die Temperatur des eintretenden Meerwassers zu senken.
In der Leitung 336 ist vor dem Wärmeaustauscher 332 die Abzweigmuffe 337 angeordnet, die einen Teil des trinkbaren Wassers an den Wärmeaustauscher 332 und dann zu einem Verbrauchs- oder Lagerplatz leitet, während das restliche Trinkwasser durch die Leitung 339 zu den Düsen 327, 328 zurückgeleitet wird. In der Leitung 339 ist das Ventil 340 angeordnet, um die Menge des zurückgeleiteten Wassers zu regeln.
Die Ausführungsvariante der Einrichtung nach Fig. 5 verwendet eine Gefriereinheit 402 und eine Trennwand Wascheinheit 403. Bei dieser Variante erzeugt die Gefriereinheit eine Suspension von Eis und in der Trennwand Wascheinheit wird das Eis gewaschen, zu welchem Zweck es teilweise geschmolzen wird, worauf Salzlösung von der Oberfläche und aus den Zwischenräumen des Eises herausgewaschen wird.
Die Gefriereinheit 402 weist einen senkrechten, zylindrischen Behälter 404 auf, der eine innere Oberfläche 405 besitzt, in der ein schraubenlinienförmiges Blech 406 auf einer Welle befestigt ist. Das Blech und die Förderwelle sind koaxial im senkrechten zylindrischen Behälter 404 angeordnet und bilden mit der Oberfläche 405 einen schraubenlinienförmig verlaufenden Durchlass 408 im Behälter 404. Der zylindrische Behälter 404 bildet mit einem Mantel 409, der den Behälter 404 umgibt, einen tJberlauf- Verdampfer. Durch den Einlass 411 wird flüssiges Kältemittel in den Verdampfer geführt und durch den Auslass 410 das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfer abgelassen.
Das Kältemittel für den Verdampfer wird durch eine primäre Kälteanlage 440 und eine sekundäre Kälteanlage 441 geliefert. Die primäre Kälteanlage weist einen Kompressor 442 und einen Kondensator 443 auf. Der Kondensator 443 ist dem in Fig. 4 gezeigten Kondensator ähnlich, indem er einen waagrechten zylindrischen Behälter 444, ein Rohrbündel 445, einen Kühlwassereinlass 446 und einen Kühlwasserauslass 447 aufweist. Die senkundäre Kälteanlage ist mit einem Kompressor 448 und einem Kondensator 449 versehen. Gasförmiges Kältemittel strömt durch den Auslass 410 zur Abzweigmuffe 450 und durch die Leitung 451 zum Kompressor 442 der primären Kälteanlage.
Komprimiertes Kältemittel wird durch die Leitung 452 zum Kondensator 443 geliefert, wobei es durch das Rohrbündel 445 tritt und darin durch trinkbares Wasser niedriger Temperatur, das von der Trennwand Wascheinheit 403 geliefert wird, kondensiert. Das kondensierte, flüssige Kältemittel wird durch die Leitung 453 aus dem Rohrbündel 445 zur Abzweigmuffe 454 geleitet.
Gleichzeitig tritt gasförmiges Kältemittel, das die Abzweigmuffe 450 verlässt, durch die Leitung 455 zum Kompressor 448 der sekundären Kälteanlage 441, worauf das komprimierte Kältemittel durch die Leitung 456 zum Kondensator 449 geleitet wird. Das gasförmige Kältemittel wird im Kondensator 449 kondensiert, strömt durch die Leitung 458 und trifft bei der Abzweigmuffe 454 mit dem aus der Leitung 453 kommenden kondensierten Kältemittel zusammen. Die zusammengefassten Ströme strömen durch die Leitung 459 weiter zum Einlass 411 des Verdampfers. In der Leitung 459 ist ein Ventil 460 zum Zwecke der Regelung des Kältemittelstromes zum Verdampfer angeordnet.
Am oberen Teil der Gefriereinheit 402 ist ein Meerwassereinlass 312 angebracht, durch welchen Meerwasser in den schraubenlinienförmigen Durchlass 408 geleitet wird. Tritt das Meerwasser durch den Durchlass 408, so wird es gekühlt und bildet eine Eis- und Salzlösungs-Mischung. Bewegt sich die Salzlösung mit dem Eis durch den Durchlass 408, so strebt das Eis gegen die Mittelachse desselben, während die Salzlösung nah bei der gekühlten innern Oberfläche 405 verbleibt. Die so gebildete Eis- und Salzlösungs-Mischung wird durch den Auslass 413, der am Grund des zylindrischen Behälters 404 angeordnet ist, aus der Gefriereinheit 404 abgelassen.
Die Trenn- und Wascheinheit 403 weist einen senkrechten, zylindrischen Behälter 414 auf, dessen oberes Ende 415 offen und dessen unteres Ende 416 geschlossen ist. Zwischen diesen Enden ist ein Eisund Salzlösungseinlass 417 angeordnet. Die in den zylindrischen Behälter 414 eingeführte Eis- und Salzlösungs-Mischung trennt sich zufolge der Schwerkräfte, wobei die schwerere Salzlösung nach unten strömt. Gleichzeitig steigt das leichtere Eis auf und ragt später aus der Salzlösung heraus. Der Stand der Salzlösung in der Einheit wird durch eine Salz lösungsstand-Regelvorrichtung, die in der Folge beschrieben wird, höher als der Eis- und Salzlösungseinlass 417 gehalten.
Bündig mit dem offenen Ende des zylindrischen Behälters 414 ist ein Rührer 421 angeordnet, der dem in Fig. 1 gezeigten entspricht. Der Rührer 421 wird durch einen Motor 422 angetrieben. Ragt das Eis über die Salzlösung und schliesslich über den zylindrischen Behälter 414 hinaus, so wird es durch den Rührer 421 in eine Rinne 423 geworfen, die sich koaxial um das offene Ende des zylindrischen Be hälters 414 erstreckt. Die Wandungen der Rinne 423 erstrecken sich nach oben und bilden mit einem Deckelteil eine über dem offenen Ende des Behälters 414 liegende Haube 424. Düsen 425 sind in der Haube 424 über der Rinne 423 angeordnet. Trinkwasser wird durch die Düsen 425 gesprüht, um das Eis in der Rinne 423 zu schmelzen.
Schmilzt das Eis in der Rinne, so tritt das trinkbare Wasser von der Trennwand Wascheinheit durch den Auslass 426 aus.
Im Betrieb wird Meerwasser durch die Leitung 427 in den Wärmeaustauscher 428 geleitet. Das Meerwasser im Wärmeaustauscher 428 wird auf eine dem Gefrierpunkt nahe Temperatur abgekühlt. Das Meerwasser strömt dann durch die Leitung 429 zur Ge friereinheit 402, wird durch den Einlass 412 in diese eingeführt, tritt in den schraubenlinienförmigen Durchlass 408 ein und wird dabei gekühlt, da es mit dem Kältemittel im Verdampfer in Wärmeausltausch steht, wobei eine Eis- und Salzwasserlösung gebildet wird. Bildet sich das Eis am zylindrischen Behälter 404 (an der gekühlten Oberfläche 405), so bewirkt die Drehbewegung der Salzlösung beim Durchtritt durch den schraubenlinienförmigen Durchlass eine Bewegung des gebildeten Eises gegen das Zentrum des Durchlasses 408, was auf seine kleinere Dichte zurückzuführen ist.
Gleichzeitig wird das Eis von der gekühlten Behälterinnenfläche 405 verdrängt und durch Salzlösung ersetzt, die eine grössere Dichte als das leichtere Eis aufweist. Das gebildete Eis schwimmt in der Salzlösung und durchläuft die Gefriereinheit 402, ohne zusammenzubacken, weil das Eis unmittelbar nach seiner Bildung von der gekühlten Innenfläche 405 wegbewegt wird.
Die so gebildete Eis- und Salzlösungs-Mischung wird mittels einer Pumpe 431 durch den Auslass 413 und die Leitung 430 aus der Gefriereinheit 402 entfernt. Die Pumpe 431 arbeitet mit der weiter hinten näher erläuterten Salzlösungsstand-Regelvorrichtung 420 zusammen. Die Eis- und Salzlösungs-Mischung wird durch die Pumpe 431 über die Leitung 432 zur Trenn- und Wascheinheit 403 befördert und durch den Auslass 417 in den zylindrischen Behälter 414 derselben eingeführt. Tritt die Eis- und Salzlösungs-Mischung in den Behälter 414, so findet eine natürliche Trennung, wie vorgängig beschrieben, statt, wobei die schwerere Salzlösung auf den Grund des Behälters 414 fällt und durch den Auslass 418 abgelassen wird. Die abgelassene Salzlösung strömt durch die Leitung 433 und den Wärmeaustauscher 428 und wird aus der Einrichtung abgelassen.
Die Salzlösung weist eine sehr tiefe Temperatur auf ; folglich wird sie das eintretende Meerwasser, das durch den Wärmeaustauscher 428 zur Gefriereinheit 402 strömt, kühlen.
Fällt die Salzlösung im zylindrischen Behälter 414 nach unten, so steigt gleichzeitig das leichtere Eis nach oben gegen den Salzlösungsstand 419. Dieser Salzlösungsstand wird gut unterhalb des offenen Endes 415 des senkrechten Behälters gehalten. Der gewünschte Stand wird durch die Regelvorrichtung 420 eingehalten, die mit der Pumpe 431 zusammenarbeitet, um die Menge des Eises und der Salzlösung zu regeln, die in den senkrechten Behälter 414 gepumpt wird.
Wird weiter Eis und Salzlösungs-Mischung in den senkrechten Behälter 414 abgegeben, so ist das Eis bestrebt, wegen des durch die schwerere Salzlösung bedingten Auftriebes, sich über den Salzlösungsstand zu erheben. Mit Vorteil wird die Temperatur in der Haube 424 so gewählt, dass ein teilweises Schmelzen des Eises auftritt. Das so gebildete Wasser ergibt eine Waschwirkung, die derjenigen ähnlich ist, die in den vorgängigen Ausführungsvarianten beschrieben ist, indem die Salzlösung von der Oberfläche der Eisteilchen und aus den Zwischenräumen des Eises herausgewaschen wird.
Es ist klar, dass das Eis, das aus der Oberfläche der Salzlösung heraussteigt, dabei mit dem Rührer 421 in Berührung gelangt. Die Drehbewegung des Rührers 421 bewegt das Eis nach aussen vom offenen Ende des Behälters 414 weg. Das Eis fällt in die Rinne 423. Gleichzeitig geben die Düsen 425 warmes Trinkwasser ab, wodurch das Eis schmilzt und das gebildete Wasser durch den Auslass 426 austritt.
Aus dem Auslass 426 strömt das Wasser durch die Leitung 434 und den Kondensator 443, wo es zur Kühlung von Kältemittel dient, und wird dann mittels einer Pumpe (nicht gezeigt) durch den Wärmeaustauscher 428 befördert, wo es zur Kühlung des eintretenden Meerwassers verwendet wird. Das Trinkwasser wird dann an einem Verwendungs-oder Lagerplatz gesammelt. Die Leitung 434 weist eine Abzweigmuffe 436 auf, mit der die Leitung 437 verbunden ist. Die Leitung 437 liefert Wasser an die Düsen 425 der Wasch- und Schmelzeinheit. Ein Regelventil 438 ist in der Leitung 437 angeordnet, um die Menge des wieder umgewälzten Wassers zu regeln.
Es sei festgestellt, dass die Düsen 425 einen zweifachen Zweck haben. Ein erster Zweck ist die Schaffung von Trinkwasser, indem das Eis, das sich in der Rinne 423 angesammelt hat, geschmolzen wird; ihr zweiter Zweck ist die Beibehaltung der Temperatur in der Haube 424 auf einer solchen Höhe, dass das im Behälter gebildete Eis teilweise schmilzt, so dass das Eis gewaschen wird, wenn es über die Salzlösung hinaussteigt.
Die verschiedenen Ausführungsarten des hierin beschriebenen Verfahrens nach der Erfindung weisen im wesentlichen drei Schritte auf, nämlich Gefrieren von Meerwasser, Trennung der so gebildeten Eisund Salzlösung und schliesslich die Entfernung der Salzlösung von der Oberfläche der Eisteilchen und aus den Zwischenräumen des Eises, wobei wieder umgewälztes Trinkwasser in einer Menge zwischen 5 % bis 15 % des Gewichtes des so gebildeten Eises verwendet wird.
Method for making salt water drinkable and device for carrying out the method
The present patent relates to a method for making salt water drinkable and to a device for carrying out the method, in particular to a method and a device for converting sea water into drinking water.
It is known that sea water can be purified by freezing. To date, no economically satisfactory facility has been created for this purpose. The proposed systems either require extraordinary amounts of energy or do not adequately clean the water. For example, the centrifugal separation systems were a failure because even the large centrifugal forces used were insufficient to overcome the adhesion with which the salt solution adheres to the finely divided ice.
Washing plants were unsuccessful because of the tremendous amount of fresh water they needed. These difficulties can be better understood when one knows that the salt solution not only adheres to the surface of the ice, but is also deposited in the spaces between the ice crystals. In addition, the pollution content of the water has to be reduced to less than 800 parts per million by weight in order to make the water potable.
The method according to the invention is characterized in that ice is produced in the salt water, this ice is separated from the remaining salt water and drinking water is brought onto this ice in order to wash the salt water from the surface and from the interstices of the ice.
The device according to the invention is characterized in that it comprises means for forming ice in salt water, means for separating the ice from the salt water and means for supplying drinking water over the ice in order to wash off the surface thereof and its interstices from remaining salt water.
In the drawing, exemplary embodiments of the device according to the invention are shown; in connection therewith, the method according to the invention is also explained, for example
1 shows a schematic view of a first exemplary embodiment of the device according to the invention, in which a partition wall washing system based on gravitational force and an absorption refrigeration system are provided for initial freezing of the salt water;
Fig. 2 is a schematic view of a second embodiment of the device according to the invention, in which a separating wall washing installation based on gravitational force and a compressor for freezing the salt water are provided;
3 shows a schematic view of a further variant embodiment of the device according to the invention, in which a compressor for freezing and a centrifugal separator are provided;
4 shows a schematic view of a further embodiment of the device according to the invention, in which the ice is formed on a surface and removed therefrom by mechanical means, and
5 shows a schematic view of a further embodiment variant of the device according to the invention.
1 shows a device for making salt water drinkable, which has an absorption refrigeration system 2 for vacuum freezing water in the salt solution and a combined partition wall washing system 3. The refrigeration system 2 works with water as the refrigerant and with a solution of sea salt as the absorption solution.
The absorption refrigeration system has a horizontally extending container 7 which contains an evaporator 9 and an absorber 4, a first cooker 5 and a second cooker 6.
In the upper part of the container 7, nozzles 8 are arranged, which introduce seawater into the evaporator 9, which has a longitudinal channel 9 a which is arranged in the upper part of the container 7. The channel 9a together with the container 7 forms the evaporator 9. A discharge line 10 is used to discharge liquid from the channel 9a. Liquid separators 90 lie against the evaporator 9 in order to remove any liquid droplets in the suddenly formed water vapor which flows to the absorber 4.
The absorber 4 is arranged in the lower part of the container 7. At the lower part of the container 7 there is a discharge line 12 for poor absorption solution. Above this discharge line 12, degassing lines 13 are arranged, through which non-condensable gases can be discharged from the container 7 by means of an ejector 14. Above the degassing lines 13 absorption solution spray nozzles 15 are arranged. An absorber coil 16 is arranged below these spray nozzles, through which pure water is passed as a coolant, as will be described in more detail later. The snake 16 together with the container 7 forms the absorber 4.
In the following, the expression poor absorption solution denotes a solution with low absorption power, i.e. a solution that is almost saturated with refrigerant. The expression rich solution, on the other hand, denotes a solution with great absorption power, i.e. a solution that is poor in refrigerant.
In normal operation, rich absorbent solution is distributed through the coil 16. This absorption solution absorbs the water vapor and thus lowers the vapor pressure which causes sudden evaporation when the sea water is introduced through the nozzles 8. The vapor thus formed is absorbed in the absorption solution, which is accompanied by a freezing effect in the evaporator.
In order to ensure continued operation, it is necessary to recover the rich absorption solution. This is achieved by driving refrigerant out of the poor absorption solution in two stages.
These two stages consist of a first cooker 5 and a second cooker 6.
The first cooker 5 has a horizontal cylindrical container 17 which contains a steam coil 20. The steam inlet 21 conveys heating steam to the coil 20, with the outlet 22 allowing the condensate to exit the coil 20. A poor absorption solution inlet 18 is provided on the container 17. An outlet 19 is provided to discharge medium enrichment absorbent solution. A water vapor outlet 23 is connected to the upper part of the container 17. If heating steam is passed into the first digester 5, some of the water in the absorption solution evaporates, the water vapor thus formed flowing through the outlet 23 and the line 39 to the second digester 6.
The medium enrichment absorption solution is conveyed through the outlet 19 to the second digester 6.
The second digester 6 has a horizontal cylindrical container 24 which contains a coil 27 which together with the container 24 forms the digester 6. An absorption solution inlet 25 is provided in the container 24. The coil 27 receives water vapor from the first cooker 5 through the outlet 23, the line 39 and the inlet 28. When the absorption solution enters the second digester 6, it is put into heat exchange with the water vapor in the coil 27 in order to evaporate additional water from the absorption solution. In the upper part of the cylindrical container 24 there is a channel 30 'and a coil 31 through which a coolant is conducted in heat exchange with the water vapor flowing from the cooker 6 to the upper part of the container 24. The channel 30 ′ and the coil 31 together with the container 6 form the condenser 30.
The channel 30 'has an outlet 32 through which the condensate is drained.
The mode of operation of the absorption refrigeration system described is as follows:
Sea water is introduced into the evaporator 9 through the nozzles 8. Since the container 4 is kept under high vacuum and there is absorption solution in the container, sudden evaporation occurs, the water vapor flowing down to the absorber 4 and being absorbed by the absorption solution. The water vapor takes heat present in the sea water with it, whereby the remaining sea water is cooled to such a degree that ice formation occurs and a mixture of ice and salt solution is created.
In order to obtain a strongly absorbing solution in the absorber 4 and to increase the performance of the same, spray nozzles 15 are arranged above the absorption solution in the absorber, so that the rich absorption solution flowing back from the second digester 6 can more easily absorb the water vapor.
To further increase the absorption capacity of the absorption solution, the cooling coil 16 removes heat from the cooling circuit. Any non-condensable gases in the absorber 4 are sucked out of the absorber 4 via the degassing lines 13 by means of the ejector 14.
The poor absorption solution is pressed from the absorber 4 through the outlet 12 and the line 33 by means of the pump 34 into the line 35 and passed to the heat exchanger 36. In the line 35, a branch sleeve 37 is arranged, the purpose of which is explained below. The heat exchanger 36 puts the warm, rich absorption solution coming from the second digester 6 into heat exchange with the cold, poor absorption solution coming from the absorber 4 to allow the absorption chiller to operate more efficiently.
The poor absorption solution exits the heat exchanger 36 at a higher temperature and flows through the line 38 to the inlet 18 of the first digester 5, where it evaporates, the water vapor flowing through the water vapor outlet 23 and line 39 to the coil 27 of the second digester 6. The absorption solution, which then has a medium concentration of refrigerant, is passed from the first digester 5 through the outlet 19 and the line 40 into the heat exchanger 36, where it is put into heat exchange with the weak absorption solution, whereby the absorption solution of medium concentration is cooled.
The medium concentration absorption solution is then passed through line 41 and inlet 25 into the second digester 6, where it is placed in heat exchange with the water vapor in coil 27 to evaporate water from the absorption solution. This water vapor flows up into the condenser 30 and is condensed by the cooling medium flowing through the condenser coil 31. The condensate thus formed is pure water and is drained from the condenser 30 through line 32.
Simultaneously with the evaporation of the water from the absorption solution in the second digester 6, the water vapor or low pressure steam from the first digester 5 condenses in the coil 27, with the condensate flowing through the line 29 to the branch socket 87 which connects the line 32 and the line 88 connects, flows and so enters the condensate stream from the condenser 30 and is eliminated from the system.
This liquid is pure water.
The medium concentration absorption solution introduced into the second digester 6 through inlet 25 is discharged as a rich solution through outlet 26 and passed through line 42 to heat exchanger 36 where it is cooled.
The rich solution is fed to the absorber 4 through the line 43. In the line 43 a branch sleeve 44 is arranged. A line 45 with a control valve 46 connects the branch socket 44 and the branch socket 37. This arrangement allows the absorption solution to be recirculated if desired. The absorption solution in line 43 flows to nozzles 15; it is evident that when poor solution emerges from absorber 4, rich solution is constantly reintroduced.
The partition wall washing installation 3 has a vertical cylindrical container 47 with a curved base 48. A saline solution outlet 49 is arranged at the base of this bulge. A grid 50 is arranged immediately above the arched bottom 48, and above the grid 50 is an ice and saline solution inlet 51, which has a tube portion which protrudes into the container 47 and is suitable for distributing the ice and saline solution when it enters the Container 47 enters. When the mixture of ice and salt solution coming from the evaporator 9 enters the container 47, the salt solution will tend to flow through the grille 50 and exit through the outlet 49 because of the force of gravity and its greater density.
The grid 50 is a construction which aims to keep the introduced ice in the upper part of the container 47 where it normally rises. The upper part of the container 47 has an open end 52. An annular groove 53 is arranged around this open end. The purpose of this gutter is to collect and melt washed ice. An outlet 54, through which pure water can be drained, is arranged in this channel. The outer wall of the channel extends upwards and forms the side wall of a hood 55 which is arranged over the channel and the open end 52 of the container 47. Washing nozzles 56, which are arranged over the open end of the container 47, are fitted in this hood. Nozzles 57 above the channel 53 allow water to flow over the ice in the channel 53 so as to melt the ice.
A stirrer 58 is arranged over the open end 52 of the container 47. This stirrer has a number of plates (not shown) which are suitable for pushing the ice outwards when it emerges from the container 47. In the container 47 further stirrers 59 are attached. The stirrers 58 and 59 are attached to a shaft 60 which is driven by a motor 61 which is attached outside the hood 55.
During operation of the device, sea water is passed through line 64 into heat exchanger 65. The temperature of the water is brought close to its freezing point by its passage in heat exchange with the pure water drained from the partition washer 3 and the concentrated saline solution drained from the partition chamber 3. The water from the heat exchanger is passed through line 66 into a vent 67. In the ventilator 67, non-condensable gases are discharged by means of an ejector 69 via the line 68. The sea water is discharged from the ventilator 67 by means of a pump 71 via the line 70 and conveyed through the line 72 to the nozzle 8 of the evaporator 9 of the absorption refrigeration system. The nozzles 8 spray the sea water into the evaporator.
The freezing process accompanying the sudden evaporation forms an ice and salt solution that falls into the gutter 9a of the evaporator 9.
The mixture of ice and saline solution is removed from the evaporator 9 by the pump 73 and introduced into the container 47 through the inlet 51.
Because of the different densities of the ice and the salt solution, a natural separation process takes place, with the salt solution passing down through the grille 50, removed from the container 47 through the outlet 49 and conveyed through the line 74 to the heat exchanger 65.
The ice that enters the container 47 with the salt solution through the inlet 51 tends to rise because it has the lower density. To ensure that the ice does not escape through the outlet 49 with the saline solution, the grid retains solid ice particles in the upper part of the vertical container. The level of the ice and brine solution can be maintained at a level shown at 75. This level can be maintained by any suitable control system (not shown), for example a float control device, which works in conjunction with the pump 73.
If the ice enters the upper part of the vertical container 47, it begins to cake up easily and in order to avoid this undesirable process, the stirrer 58 is provided, which prevents the formation of ice masses.
Because of the difference in density between the ice and salt solution, the ice is lifted above the liquid level 75 by swimming forces, allowing the free liquid to drain from the ice.
Fresh water is sprayed through the nozzles 56 over the ice to be washed and removes the smallest particles of salt solution that adhere to the surfaces and in the interstices of the ice. Such small particles of saline solution can render any water made from ice sufficiently impure to be undrinkable.
The fresh water that flows through the ice column above water level 75 reaches this with a relatively weak concentration of saline solution. Since this liquid is less dense than the saline solution, it tends to stay at the top of the column of liquid and ice, and as more water is passed into the ice it will slowly sink through the column of ice and liquid, creating a countercurrent represents the ice that rises in the column of liquid. If the water flows downwards, the concentrated salt solution, which adheres to the surface of the ice particles and is trapped in the spaces between the ice mass, is leached out. If the ice flows upwards, it is surrounded by liquid with a decreasing salt solution concentration.
Thus, the fresh water absorbs more and more saline solution as it moves down through the column, creating a constant wash equivalent to a substantial number of wash cycles. When this downwardly moving salt solution reaches the level of the inlet 51, it has only a slightly lower concentration than the salt solution which is introduced into the container 47 and will therefore only slightly dilute the concentrated salt solution. As a result of this process, the concentration of the saline solution in the water used for washing increases continuously as it flows downwards, so that only a small amount of fresh water is required to complete a complete washing process.
If the ice mass that has emerged from the salt solution continues to rise, it comes into contact with the rotating stirrer 58, which is driven by the motor 60. If the ice comes into contact with the agitator plates, it is thrown outwards into the channel 53. As described above, fresh water is constantly fed through nozzles 57 into the channel 53, causing the ice to melt and to pass from the channel 53 through the line 76 out of the partition wall washing installation.
It is clear that the water exiting channel 53 through outlet 54 and conduit 76 is very close to its freezing point. On reaching the branch socket 77, part of the potable water flows through the line 78 to the heat exchanger 65, where, as described above, it cools the seawater entering via the line 64.
In the line 78, the valve 79 is arranged, which regulates the amount of water which flows through the line 78.
Part of the potable water formed in the manner described flows from the branch sleeve 77 through the line 80 into the coil 16 of the absorber 4. This water serves as a coolant for the absorption solution in the absorber 4. The water flows from the coil 16 through the Line 81 into a compression refrigeration system, which is designated generally by 82. This refrigeration system has a cooler 83, a centrifugal compressor 84 and a condenser 85. The water from the coil 16 is passed through the cooler 83 and the line 86 to the nozzles 56 and 57 of the partition wall washing system and then sprayed in order to wash and melt the ice.
With the device shown in Fig. 1, seawater is frozen using an absorption refrigeration system, which allows the generation of large amounts of water vapor, which then condense and are used for washing and melting the ice. Two cookers are used in the absorption refrigeration system described, although it is clear that only one cooker is actually necessary. The use of the second cooker improves the efficiency of the facility.
In Fig. 2 a variant of the device is shown, wherein a vacuum cooling apparatus 102 and a partition washing unit 103 are used.
The vacuum cooling apparatus has a horizontal container 104. Spray nozzles 105 introduce seawater into container 104. The container 104 is kept under a desired vacuum by means of a rotary compressor 109 so that the seawater entering the container 104 through the nozzles 105 flows very quickly to the container 104, the suddenly generated water vapor dissipating heat in such an amount that a mixture of ice and saline solution is formed in container 104. The water vapor is discharged from the container 104 through the outlet 107 and the line 108 by the rotary compressor 109. The ice and salt solution falls into the lower part of the container 104 and is drained through the outlet 106.
The rotary compressor 109 is driven by the motor 110.
Any system in which evaporation occurs suddenly is within the scope of the term vacuum freezing as used herein. Sudden evaporation is caused by the difference in the vapor pressure of the incoming seawater and the reduced pressure maintained in the evaporation apparatus, so that part of the atomized seawater suddenly evaporates, dissipating existing heat and cooling the temperature of the remaining part to a point at which the Mixture of ice and saline is formed.
The partition wall washing unit 103 according to FIG. 2 has a vertical, essentially cylindrical container 113. Near the lower end of this container is an ice and saline solution inlet 114 which is connected by a line 133 to the outlet 106 of the container 104. The container 113 has a lower portion 115 that has a saline solution outlet 116. The top of the container 113 is open as shown at 117. An annular channel 118, which has an outlet opening 119, extends around this open end. The operation of the device is essentially similar to that of the exemplary embodiment according to FIG.
When the mixture of ice and saline solution is introduced through the inlet 114, the saline solution sinks, because of its greater density, into the part 115 of the container 113 and exits through the outlet 116.
The side walls of the chute 118 extend upward to form the side wall of a hood 120 over the chute and the open end of the container 113 which is connected to the outlet of the compressor 109.
A stirrer 121, which is similar to that used in the first described embodiment of the partition washer, is arranged at the upper end of the container and is driven by a motor 122.
A condensation coil 123 is arranged in the hood 120 for reasons to be described below. A drain 124 extends into the hood 120 and is connected to an ejector 125 to remove any non-condensable gases that have accumulated in the hood 120.
In operation, seawater is passed through line 130 to heat exchanger 131, where it is drained from container 113 with the cold salt solution, which will be explained in more detail below, and with the cold drinking water coming from channel 118 (see FIG further back), which flows to its place of use, is put into heat exchange. The temperature of the sea water is lowered in the heat exchanger 131 to a few degrees above the freezing point of the water. The chilled seawater is passed from heat exchanger 131 through line 132 to vacuum freezing unit 102, where it is atomized through nozzles 105. As previously described, due to the high vacuum in the container 104, evaporation suddenly occurs, as a result of which a mixture of ice and salt solution is formed.
The water vapor thus formed is sucked off through the outlet 107 and the line 108 by the rotary compressor 109. The compressed water vapor is then conveyed into the hood 120.
At the same time, the ice and salt solution mixture formed in the container 104 during vacuum freezing is sucked off through the outlet 106 and the line 133 and conveyed through the inlet 114 into the container 113. The heavier salt solution strives towards the curved lower part 115 of the container and is then sucked off through the outlet 116 and conveyed through the line 134 to the heat exchanger 131. After passing through the heat exchanger 131, the salt solution is drained from the system.
When the salt solution settles in the container 113, the ice rises at the same time, and because of its lower density there is a natural separation between the ice and the salt solution. In the present variant of the exemplary embodiment, the ice and salt solution is shown at a level equal to the height of the container 113, the level 135 of the salt solution essentially coinciding with the open end of the container 113.
As mentioned above, a cooling coil 123 is arranged in the hood 120, through which a coolant is passed, which is in heat exchange with the water vapor that sweeps over the outer surfaces of the coil 123. In the present variant of the embodiment of the device, the coolant can be supplied by a cooling system, which is designated as a whole by 138, which has a cooler 139, a compressor 140 and a condenser 141. The coolant passed through coil 123 is drawn through line 137, cooled in cooler 139, and then delivered to coil 123 through line 136.
The water vapor coming from the vacuum freezer 102 and entering the hood 120 is placed in heat exchange with the coolant flowing through the coil 123, thereby reducing the overheating in the water vapor and partially condensing it.
The compressed water vapor in the hood 120 comes into contact with the ice at the top of the container 113. Some of the steam condenses on the ice, providing the water necessary for washing. A screen 121 ', which is arranged above the stirrer 121, restricts the access of steam to the ice at the upper end of the container 113, whereby the amount of water vapor condensing on the ice is restricted. Since the liquid level 135 is maintained at the top of the container 113, it is desirable that if too much water condenses from the steam, it overflows into the annular trough 118.
In this case, the amount of water that flows down from the upper part of the container 113 can be regulated by suitable throttling of the saline solution flow in the line 133 by means of a control (not shown) which is dependent on the density of the salinity. When the ice and salt solution rises in the vertical container 113, a porous mass of ice forms near the liquid level 135. Condensate is supplied to the ice by the coil 123 and there is an opposite flow between the ice as it floats up and the potable water that is supplied. When this drinkable water flows downwards, it washes the salt solution from the surfaces of the ice particles and from the interstices of the ice.
If there is a countercurrent, ice continuously passes over the liquid level 135, whereupon the stirrer 121 generates a mist of ice particles which condenses the vapor and is deposited in the channel 118, where the water and the remaining ice are collected and the ice is essentially melted by spraying it back into the steam room. This molten ice consists of fresh water and is drained from the chute 118 through the outlet 119 and conveyed through the line 142 to the heat exchanger 131, where the water is used to cool the incoming seawater.
The variant of the device according to FIG. 3 has a unit 202 which carries out the combined operations of freezing, separating and washing the seawater after it has been converted into an ice and salt solution. A compressor 203 works together with this unit and initiates the freezing process in the unit.
The unit 202 has a vertical cylindrical container 204 which is divided into a freezer part 205 and a partition part 206. A partition wall in the form of a truncated cone 207 separates the parts 205, 206, an opening 208 being provided in the cone which connects the parts.
The freezer part 205 is arranged in the upper part of the container 204. Inside the upper, closed part of the container, nozzles 209 are arranged in a circle at an incline in such a way that the seawater, when it is introduced into the freezer part 205, is given a swirling motion. The truncated cone 207 forms, together with the wall of the container 204, an annular groove, as can be seen at 210 in the freezer compartment 205. A saline solution outlet 211 is arranged in this channel 210. A steam outlet 212 is arranged in the upper part of the freezer compartment 205. During operation, seawater is introduced through the nozzles 209 into the freezer part 205, which is kept under vacuum as in the case of the evaporators described above.
Sea water, which is fed into the freezer compartment 205, is suddenly cooled, so that a mixture is introduced into the freezer compartment 205, whereby due to the high vacuum inside the container 204 suddenly evaporation occurs and water vapor is formed and is conducted through the steam outlet 212 via the line 228 to the compressor 203 . At the same time, because of the removal of the heat present in the sea water, freezing occurs, so that the resulting mixture of ice and salt solution falls into the channel 210. Because of the inclined arrangement of the nozzles 209, a fluidized bed is created in the channel 210, the surfaces of which consist essentially of ice; the liquid in the gutter consists essentially of saline solution. The saline solution is drained from the chute 206 through the saline solution outlet 211, and the ice falls through the opening 208 onto the propeller 213.
The ice is now in the partition 206. The propeller 213 pushes the ice and any accompanying saline solution falling through opening 208 outward, with the heavier salt solution being drained through outlet 221 and the remaining ice falling down. At the same time, the water vapor drawn off from the freezer section 205 is conveyed by the compressor 203 through the line 229 into the water vapor inlet 220 of the separating section 206. The water vapor is discharged approximately in the middle of the separating part 206, at approximately the same height as the propeller 213 is located. If the water vapor hits the ice, the ice condenses part of the water vapor. This condensate washes the salt solution off the surface of the ice particles. and out of the interstices in the ice and is drawn off together with the main part of the saline solution through outlet 221.
The saline streams from outlets 221 and 211 are combined in line 230, with the saline flowing to heat exchanger 226 where its low temperature is used to lower the temperature of the seawater entering the facility as previously described. Pumps 246 and 247 in lines 230 and 243 convey the salt solution or the drinking water through the heat exchanger 226.
The separation process described above is essentially the same as the separation process of the two variants described above, except that a centrifugal liquid column is used instead of a gravity liquid column, as is provided in the two variants described above. The uncondensed water vapor exiting from the steam outlet 222 is fed, together with other, non-condensable gases, into a refrigeration system 233 which is used to condense the water vapor.
In the present variant of the device, this refrigeration system has an evaporator 232, a compressor 234 and a condenser 235. The evaporator 232 has a horizontal, cylindrical container which contains a coil 237 through which refrigerant is passed. Water vapor exits from partition 206 through line 231 to vapor inlet 236 of evaporator 232. The water vapor is heat exchanged with refrigerant coil 237 and condenses, the condensate being drained from the container through outlet 238 and line 242. Non-condensable gases are sucked out of the evaporator 232 through the discharge line 239 by means of an ejector 240.
The ice in the separating part 206 melts and, as described above, forms drinking water which is drained from the separating part 206 through the outlet 223.
The water flows from outlet 223 through line 241 and meets the water from evaporator 232 flowing through line 242 in line 243, which leads the fresh water to heat exchanger 226, where the low temperature of the potable water leads to Cooling of the incoming sea water is used. The drinking water then flows to a place of use or storage.
4 shows a variant embodiment of the device which has a unit 302 which combines the operations of freezing, separating and washing the ice formed in order to produce potable water. This unit 302 has three parts: a freezing part 303, a saline solution settling part 304 and a washing part 305.
The freezer part 303 has a vertical, cylindrical container 306, which has an inner cylin drical wall 307. This container is provided with a jacket 308 which, together with the container, forms an overflow evaporator common to a first compression refrigeration system 345 and a second compression refrigeration system 346 in order to cool the wall 307. The refrigerant is introduced into the evaporator through inlet 309 and discharged from the jacket through outlet 310.
The primary refrigeration system has a compressor 347 and a condenser 348. The condenser 348 has a container 349 which contains a tube bundle 350 through which refrigerant is passed. The container 349 has an inlet 351 for drinking water and a drinking water outlet 352.
The secondary refrigeration system 346 is provided with a compressor 353 and a condenser 354.
In the present embodiment, seawater can be used as a coolant for the condenser of the secondary refrigeration system.
Gaseous refrigerant leaves the evaporator through the outlet 309 and flows through the suction line 356 to a branch socket 357. From the branch socket 357 the refrigerant is drawn through the line 358 into the compressor 347 of the primary refrigeration system and through the line 359 into the secondary refrigeration system. Compressor 347 delivers compressed gaseous refrigerant to condenser coil 350 via line 360, the gaseous refrigerant being condensed by heat exchange with potable water made in the bulkhead washer discussed below. Liquid refrigerant flows through line 361 to branch socket 362.
At the same time, the compressor 353 of the secondary refrigeration system compresses refrigerant supplied through line 359 and delivers the compressed, gaseous refrigerant through line 363 to the condenser: 354, in which it is condensed by heat exchange with seawater.
Liquid refrigerant is passed from condenser 354 through line 364 to branch socket 362. In the branch socket 362, the flows of liquid refrigerant from the primary and secondary refrigeration system converge and are conducted through the line 366 to the inlet 310 of the evaporator. A valve 367, for example a float valve or the like, regulates the flow of the liquid refrigerant to the evaporator.
A ring 311 is arranged immediately above the cylindrical container 306. Immediately above the ring 311 there is a sea water inlet 312. If the sea water is introduced through the inlet 312, it flows onto the ring 311, which distributes it so that it flows down along the cooled wall 307 and forms ice on it. The ice formed is removed from the surface of the container by a rotating scraper 313 in the cylindrical container 306. This scraper 313 is attached to a shaft 315 which is connected to a motor 322. A more detailed description of the processes in the freezer compartment 303 is given below.
Directly below the freezer part 303 is the saline solution settling part 304, which has a bowl-shaped housing 316 that is formed by the walls 317. A saline solution outlet 318 is located near the bottom of the housing 316.
A washing part 305 is provided above the freezer part 303. This washing part has a washing space 323 and an adjacent melting space 324.
Both rooms are enclosed by a hood 325. A partition 326 is arranged between the melting space and the washing space.
Nozzles 327 are arranged above the washing chamber 323 and nozzles 328 are arranged above the melting chamber 324. The melting space 324 has a lower part 329 with a drinking water outlet 330.
If the ice is formed in the freezer part 303, the scraper 313 removes the ice from the cooled wall 307 and slowly pushes it upwards. As the ice moves up, the nozzles 327 spray drinking water over this ice to wash the same; If the ice moves further upwards, it falls into the lower part 329, where drinking water is sprayed over this through the nozzles 328 in order to melt the ice. The drinking water is drained from the lower part 329 through the outlet 330.
In operation, sea water is supplied through line 331 to heat exchanger 332 where the sea water is cooled and its temperature is brought to near freezing point. The cooled water flows through the line 333 to the inlet 312 of the unit 302. The water is discharged onto the ring 311. The plane of the ring 312 is perpendicular to the axis of the cylindrical container 306, the ring 312 acting as a distribution element for distributing seawater over the cooled surface 307. The dispersed seawater partially freezes when it contacts the cooled surface 307 and forms a layer of ice thereon, while remaining brine flows down into the brine settling portion 304. The scraper 313 removes the ice from the cooled surface 307 and the saline solution displaces the ice upward.
At the same time, the saline solution sinks into the saline solution settling part 304. The saline solution that settles in the bowl-shaped housing 316 is drained through the n outlet 318 and flows through the line 334 to the heat exchanger 332. In the heat exchanger, this salt solution is of low temperature to cool the incoming sea water. The saline solution is then drained from the system.
The ice rises above saline level 335.
This saline solution level is, according to FIG. 4, substantially above the level of the sea water inlet 312. Potable water is sprayed from the nozzles 327 onto the ice emerging from the saline solution and washes the saline solution from the surface of the ice particles and from the interstices of the ice. If the ice continues to rise, it enters part 329 where fresh water is sprayed over the ice from the nozzles 328 in order to melt the ice. The drinking water thus obtained is drained through the outlet 330, the line 336 and the condenser 348, where it is cooled and then conveyed to the heat exchanger 332 by the pump 368. In the heat exchanger 332, the potable water is reused to lower the temperature of the incoming seawater.
In line 336, upstream of the heat exchanger 332, the branch sleeve 337 is arranged, which directs part of the potable water to the heat exchanger 332 and then to a place of consumption or storage, while the remaining drinking water is returned through the line 339 to the nozzles 327, 328 . In line 339, valve 340 is arranged to regulate the amount of water returned.
The embodiment variant of the device according to FIG. 5 uses a freezer unit 402 and a partition washing unit 403. In this variant, the freezing unit creates a suspension of ice and in the partition washing unit the ice is washed, for which purpose it is partially melted, whereupon brine solution from the Surface and is washed out of the interstices of the ice.
The freezer unit 402 comprises a vertical, cylindrical container 404 which has an inner surface 405 in which a helical sheet metal 406 is mounted on a shaft. The sheet metal and the conveying shaft are arranged coaxially in the vertical cylindrical container 404 and, with the surface 405, form a helical passage 408 in the container 404. The cylindrical container 404 forms an overflow evaporator with a jacket 409 which surrounds the container 404. Liquid refrigerant is fed into the evaporator through inlet 411 and the gaseous refrigerant is drained from the evaporator through outlet 410.
The refrigerant for the evaporator is supplied by a primary refrigeration system 440 and a secondary refrigeration system 441. The primary refrigeration system has a compressor 442 and a condenser 443. The condenser 443 is similar to the condenser shown in FIG. 4 in that it has a horizontal cylindrical container 444, a tube bundle 445, a cooling water inlet 446 and a cooling water outlet 447. The secondary refrigeration system is provided with a compressor 448 and a condenser 449. Gaseous refrigerant flows through the outlet 410 to the branch socket 450 and through the line 451 to the compressor 442 of the primary refrigeration system.
Compressed refrigerant is supplied through line 452 to condenser 443, passing through tube bundle 445 and condensed therein by low temperature potable water supplied from bulkhead washing unit 403. The condensed, liquid refrigerant is conducted through line 453 from the tube bundle 445 to the branch socket 454.
At the same time, gaseous refrigerant leaving the branch socket 450 passes through the line 455 to the compressor 448 of the secondary refrigeration system 441, whereupon the compressed refrigerant is conducted through the line 456 to the condenser 449. The gaseous refrigerant is condensed in the condenser 449, flows through the line 458 and meets at the branch socket 454 with the condensed refrigerant coming from the line 453. The pooled streams continue through line 459 to inlet 411 of the evaporator. A valve 460 is arranged in line 459 for the purpose of regulating the flow of refrigerant to the evaporator.
A seawater inlet 312 is attached to the top of the freezer unit 402, through which seawater is directed into the helical passage 408. When the seawater passes through passage 408, it is cooled and forms an ice and brine mixture. If the salt solution moves with the ice through the passage 408, the ice tends towards the central axis of the same, while the salt solution remains close to the cooled inner surface 405. The ice and brine mixture thus formed is drained from the freezer unit 404 through the outlet 413, which is arranged at the bottom of the cylindrical container 404.
The separating and washing unit 403 has a vertical, cylindrical container 414, the upper end 415 of which is open and the lower end 416 of which is closed. An ice and saline inlet 417 is located between these ends. The ice and brine mixture introduced into the cylindrical container 414 separates by gravity, with the heavier brine flowing downward. At the same time, the lighter ice rises and later protrudes from the salt solution. The level of the brine in the unit is maintained higher than the ice and brine inlet 417 by a brine level control device, which will be described below.
A stirrer 421, which corresponds to that shown in FIG. 1, is arranged flush with the open end of the cylindrical container 414. The stirrer 421 is driven by a motor 422. If the ice protrudes above the salt solution and finally beyond the cylindrical container 414, it is thrown by the stirrer 421 into a channel 423 which extends coaxially around the open end of the cylindrical container 414. The walls of the channel 423 extend upwards and together with a cover part form a hood 424 lying over the open end of the container 414. Nozzles 425 are arranged in the hood 424 above the channel 423. Drinking water is sprayed through the nozzles 425 to melt the ice in the gutter 423.
When the ice in the gutter melts, the potable water exits the washing unit partition through the outlet 426.
In operation, seawater is fed into heat exchanger 428 through line 427. The sea water in heat exchanger 428 is cooled to a temperature close to freezing. The seawater then flows through the line 429 to the freezing unit 402, is introduced into this through the inlet 412, enters the helical passage 408 and is cooled in the process because it is in heat exchange with the refrigerant in the evaporator, with an ice and Salt water solution is formed. If the ice forms on the cylindrical container 404 (on the cooled surface 405), the rotational movement of the saline solution as it passes through the helical passage causes the ice formed to move towards the center of the passage 408, which is due to its lower density.
At the same time, the ice is displaced from the cooled container inner surface 405 and replaced by salt solution, which has a greater density than the lighter ice. The ice formed floats in the saline solution and passes through the freezer unit 402 without caking because the ice is moved away from the cooled inner surface 405 immediately after it is formed.
The ice and salt solution mixture thus formed is removed from the freezing unit 402 by means of a pump 431 through the outlet 413 and the line 430. The pump 431 works together with the saline solution level regulating device 420, which is explained in more detail below. The ice and brine mixture is conveyed by the pump 431 via the line 432 to the separation and washing unit 403 and introduced through the outlet 417 into the cylindrical container 414 of the same. If the ice and saline solution mixture enters the container 414, a natural separation takes place, as described above, with the heavier saline solution falling to the bottom of the container 414 and being drained through the outlet 418. The drained saline solution flows through line 433 and heat exchanger 428 and is drained from the device.
The salt solution has a very low temperature; consequently, it will cool the incoming seawater flowing through heat exchanger 428 to freezer unit 402.
If the salt solution falls down in the cylindrical container 414, the lighter ice simultaneously rises upwards towards the salt solution level 419. This salt solution level is kept well below the open end 415 of the vertical container. The desired level is maintained by the control device 420, which cooperates with the pump 431 to control the amount of ice and saline solution that is pumped into the vertical container 414.
If the ice and saline solution mixture continues to be dispensed into the vertical container 414, the ice tends to rise above the saline solution level because of the buoyancy caused by the heavier saline solution. The temperature in the hood 424 is advantageously selected such that the ice partially melts. The water formed in this way produces a washing effect which is similar to that which is described in the previous variant embodiments, in that the salt solution is washed out of the surface of the ice particles and from the interstices of the ice.
It is clear that the ice rising from the surface of the salt solution comes into contact with the stirrer 421. The rotational movement of the stirrer 421 moves the ice outwardly away from the open end of the container 414. The ice falls into the channel 423. At the same time, the nozzles 425 dispense warm drinking water, as a result of which the ice melts and the water formed emerges through the outlet 426.
From outlet 426, the water flows through line 434 and condenser 443, where it is used to cool refrigerant, and is then pumped (not shown) through heat exchanger 428, where it is used to cool the incoming seawater. The drinking water is then collected at a place of use or storage. The line 434 has a branch socket 436 to which the line 437 is connected. The line 437 supplies water to the nozzles 425 of the washing and melting unit. A control valve 438 is located in line 437 to control the amount of recirculated water.
It should be noted that the nozzles 425 serve a dual purpose. A first purpose is to provide drinking water by melting the ice that has accumulated in chute 423; its second purpose is to maintain the temperature in the hood 424 at a level such that the ice formed in the container partially melts so that the ice is washed as it rises above the brine.
The various embodiments of the method according to the invention described herein have essentially three steps, namely freezing of seawater, separation of the ice and salt solution thus formed and finally the removal of the salt solution from the surface of the ice particles and from the interstices of the ice, with again circulating drinking water is used in an amount between 5% to 15% of the weight of the ice so formed.