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PATENTANSPRÜCHE
1. Anlage zum Entsalzen von Meerwasser, mit einer Anzahl in Reihe hintereinander verbundener Verdampfungseinrichtungen (la-lh), wobei jede Verdampfungseinrichtung eine Verdampfungszone in einer ersten Kammer (2) zur Aufnahme des Meerwassers und eine Kondensierungszone in einer zweiten Kammer (3) zum Sammeln des Destillates und in der Kondensierungszone angeordnete Kühlrohre (10) zum Durchleiten des zu entsalzenden Meerwassers aufweist, jede vorangehende Verdampfungseinrichtung über je einen ersten Kanal zum Uberleiten des Meerwassers in die erste Kammer und über je einen zweiten Kanal zum Überleiten des Destillates in die zweite Kammer der unmittelbar nachfolgenden Verdampfereinrichtung mit dieser verbunden ist, und mit einer Heizeinrichtung (35) zum Erwärmen des zu entsalzenden Meerwassers, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kanäle (16, 24, 21;
27, 28,26) siphonförmig ausgebildet sind, dass der erste Kanal (16,24,21) ein zumindest teilweise in der ersten Kammer angeordnetes Fallrohr (16) und ein den unteren Bereich des Fallrohres mit dem unteren Teil der ersten Kammer der nächstfolgenden Verdampfereinrichtung verbindenden Rohrleitung (24, 21) umfasst, dass die Querschnittsfläche des Fallrohres wenigstens so gross ist, wie l/E6 der Querschnittsfläche der ersten Kammer, dass der zweite Kanal (27, 28, 26) ein vom unteren Teil der zweiten Kammer (3) nach unten führendes Destillatauslassrohr (27) mit einem Verlängerungsrohr (28) und wenigstens ein in den unteren Bereich der zweiten Kammer der nächstfolgenden Verdampfungseinrichtung mündendes Destillateinlassrohr (26) umfasst.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die siphonförmigen Kanäle so ausgebildet sind, dass der durch sie verursachte Strömungswiderstand höchstens einen Druckverlust von 1470 Pa ergibt.
3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtungen in mehrere Gruppen unterteilt sind, dass die Fallrohre (4) der Verdampfungseinrichtungen (1 a, lb, 1 c) der ersten Gruppe am längsten, die Fallrohre (4) der Verdampfungseinrichtungen (lf, 1 g, 1 h) der letzten Gruppe am kürzesten ausgebildet sind.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Destillateinlassrohres (26) der Verdampfungseinrichtungen der letzten Gruppe am grössten sind.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende der Fallrohre (4) wenigstens der ersten Hälfte der Verdampfungseinrichtungen (1 a-1 d) in einer horizontalen Ebene liegen und dass das obere Ende der Destillatauslassrohre (27) in einer weiteren horizontalen Ebene liegen.
6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (2) durch ein Rohr (4) und eine Bodenplatte (5) begrenzt ist, dass das Fallrohr (16) konzentrisch innerhalb des Rohres (4) angeordnet ist, dass die ringförmige zweite Kammer (3) durch einen den Teil des Rohres (4) konzentrisch umgebenden Mantel (6), den genannten oberen Teil des Rohres (4) und eine kreisringförmige Bodenplatte (5) begrenzt ist und dass der Abstand zwischen dem oberen Ende des Rohres (4) und dem oberen Ende des Fallrohres wenigstens 30 cm ist.
7. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in den Fallrohren der Verdampfungseinrichtungen der ersten Gruppe in regelmässigen Abständen übereinander Lochplatten (20) oder Siebe zum wenigstens teilweisen Vernichten der Fallenergie des in das Fallrohr fallenden Meerwassers oder Sole angeordnet sind.
8. Anlage zum Entsalzen von Meerwasser, mit einer Anzahl in Reihe hintereinander verbundener Verdampfungseinrichtungen (101), wobei jede Verdampfungseinrichtung eine erste Kammer (102) zur Aufnahme des Meerwassers, eine zweite Kammer (103) zum Sammeln des Destillates und in einen der beiden Kammern gemeinsamen Bereich angeordnete Kühlrohre (110) zum Durchleiten des zu entsalzenden Meerwassers aufweist, die erste Kammer jeder vorangehenden Verdampfungseinrichtung mit der ersten Kammer der unmittelbar nachfolgenden Verdampfungseinrichtung und die zweite Kammer jeder vorangehenden Verdampfungseinrichtung mit der zweiten Kammer der unmittelbar nachfolgenden Verdampfungseinrichtung verbunden ist, und mit einer Heizeinrichtung (35) zum Erwärmen des zu entsalzenden Meerwassers, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kammer (102,
103) jeder Verdampfungseinrichtung durch je eine Trennwand (116; 159) in je einen Auffangraum (155; 160) und je einen Fallraum (156; 161) unterteilt sind, dass die Fallräume (156; 161) der vorangehenden Verdampfungseinrichtung zusammen mit den Auffangräumen (155; 160) der unmittelbar nachfolgenden Verdampfungseinrichtung je ein kommunizierendes Gefäss bilden, und dass die Querschnittsfläche der Fallräume wenigstens so gross ist, wie 1/16 der Querschnittsfläche des Auffangraumes.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Verbindung der kommunizierenden Gefässe verursachte Strömungswiderstand höchstens einen Druckverlust von 1470 Pa ergibt.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Fallräumen wenigstens der ersten drei Verdampfungseinrichtungen in regelmässigen Abständen übereinander Lochplatten (120; 162) oder Siebe zum teilweisen Vernichten der Fallenergie des in die Fallräume fallenden Meerwassers bzw. Destillates angeordnet sind.
11. Verfahren zum Betrieb der Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der Verdampfungseinrichtungen (la-lb) die Temperatur todes zugeführten Meerwassers etwa so eingestellt wird, dass
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beträgt, wobei to gleich der Temperatur in C, h gleich der Strecke zwischen dem oberen Ende des Fallrohres (16) und der das untere Ende des Fallrohres mit der nachfolgenden Verdampfereinrichtung verbindenden Rohrleitung (24) und N gleich der Anzahl Verdampfereinrichtungen ist.
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Entsalzen von Meerwasser gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8.
Eine ähnliche solche Anlage ist beispielsweise in der US-PS 2908 618 beschrieben. Diese bekannte Anlage besitzt eine Anzahl hintereinander geschaltete Verdampfungseinrichtungen, von denen jede eine erste Kammer zur Aufnahme der Sole und eine zweite Kammer zur Aufnahme des Destillates besitzt. Innerhalb jeder zweiten Kammer ist eine Kühlschlange angeordnet, die ihrerseits alle in Reihe hintereinander miteinander verbunden sind, so dass das dem Meer entnommene Speisewasser durch alle Kühlschlangen hindurch in eine Heizeinrichtung strömt, in welcher das Meerwasser mittels thermischer Energie erhitzt wird.
Das in der Heizeinrichtung auf etwa 930C erhitzte Meer
wasser wird über ein regulierbares Ventil in die erste Kammer jeder nachfolgenden Verdampfungseinrichtung eingeführt.
Die erste Kammer jeder nachfolgenden Verdampfungseinrichtung ist über eine Rohrleitung mit der ersten Kammer der vorangehenden Verdampfungseinrichtung verbunden. Diese Rohrleitung führt vom Boden der vorangehenden ersten Kammer über ein Steigrohr in die erste Kammer der unmittelbar nachfolgenden Verdampfungseinrichtung. Die genannte Mündungsstelle befindet sich oberhalb des Niveaus der Sole, die sich während dem Betrieb in der ersten Kammer der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung befindet. Die Differenz zwischen dem genannten Niveau und der Mündungsstelle ist in erster Linie von der Einstellung einer Drosselstelle in dem Steigrohr abhängig.
Das in den zweiten Kammern gesammelte Destillat gelangt über einen Ausgang jeder der zweiten Kammern in eine Sammelleitung und wird von dort mittels einer Pumpe abgesaugt.
Diese bekannte Anlage ist für die Verarbeitung einer konstanten Menge von Meerwasser pro Zeiteinheit, d.h. für die Herstellung einer konstanten Menge von destilliertem Wasser pro Zeiteinheit gebaut. Diese Anlage setzt voraus, dass immer genügend thermische Energie zum Aufheizen des zu destillierenden Meerwassers vorhanden ist. Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, arbeitet diese Anlage zur vollen Zufriedenheit. Dieser Anlage haftet jedoch der Nachteil an, dass das Anfahren dieser Anlage relativ kompliziert ist.
Zum Inbetriebsetzen der Anlage ist es notwendig, dass während der Anfahrzeit die für jede Verdampfungseinrichtung vorgesehenen Drücke allmählich aufgebaut, d.h. die Temperaturen in den Verdampfungseinrichtungen erreicht und die zum Betrieb notwendigen Höhendifferenzen zwischen der obengenannten Mündungsstelle und des Niveaus der Sole in jeder Verdampfungseinrichtung eingehalten werden. Das Anfahren einer solchen Anlage kann nur durch hochqualifiziertes Personal ausgeführt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich praktisch ohne den Einsatz von Personal allein von sich aus in Gang setzt und bei schwankender Energiezufuhr einwandfrei mit grösst möglichem Wirkungsgrad arbeitet, wobei natürlich bei geringerer Energiezufuhr weniger Destillat anfällt als bei grösserer Energiezufuhr.
Die erfindungsgemässe Anlage ist durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 8 angeführten Merkmale gekennzeichnet.
Die gemeinsame erfinderische Idee besteht darin, dass beide Anlagen mehrere Verdampfungseinrichtungen aufweisen, die je eine erste Kammer zur Aufnahme des Meerwassers, eine zweite Kammer zum Sammeln des Destillates, einen Fallraum für den Überlauf des Meerwassers in die erste Kammer der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung, einen Fallraum für den Überlauf des Destillates in die zwiete Kammer der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung und in der Kondensierungszone angeordnete Kühlrohre umfasst.
Bei jeder Verdampfungseinrichtung der Anlage nach Patentanspruch list der Fallraum für das Meerwasser ein Fallrohr, das sich in die erste Kammer hineinerstreckt und der Fallraum für das Destillat wird durch ein Destillatauslassrohr gebildet. Die Verbindungen der Fallräume mit der ersten bzw. zweiten Kammer der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung erfolgt über Rohrleitungen.
Bei jeder Verdampfungseinrichtung der Anlage nach Patentanspruch 8 sind die Fallräume durch Trennwände innerhalb der Kammern gebildet. Die einzelnen Verdampfungseinrichtungen können dicht nebeneinander angeordnet werden, wobei die Fallräume für das Meerwasser und das Destillat über Aus- bzw. Einlassöffnungen direkt, d.h., ohne zusätzliche Rohrleitungen, mit der ersten bzw. der zweiten
Kammer der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung ver bunden werden können.
Weitere Ausführungsformen sind in den dem Patentan spruch 1 bzw. 8 nachgeordneten Ansprüchen 2 bis 7 bzw. 9 und 10 gekennzeichnet.
Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Teiles eines Aus führungsbeispiels der erfindungsgemässen Anlage,
Fig. 2 die schematische Darstellung eines weiteren Teiles der Anlage gemäss der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine von einer Anzahl von Verdampfungseinrichtungen der Anlage der Fig. 1 und 2,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in der Fig. 3,
Fig. 5 eine quaderförmige Verdampfungseinrichtung in schaubildlicher Darstellung,
Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie Vil-Vil der Fig.
5,
Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 5 und
Fig. 8 die Innenteile der Verdampfungseinrichtung nach der Fig. 5 in schaubildlicher Darstellung.
Die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Anlage zum Entsalzen von Meerwasser umfasst insgesamt zwölf hintereinander geschaltete Verdampfungsstufen, nachstehend Verdampfungseinrichtungen genannt, von denen nicht alle sondern nur die 1.2., 5., 6., 8., 9., 11. und 12. Verdampfungseinrichtung 1 a bis Ih gezeigt sind. Die nicht dargestellten 3.
und 4. Verdampfungseinrichtungen sind gleich wie die 2. Verdampfungseinrichtung lb, die nicht dargestellte 7. Verdampfungseinrichtung ist gleich wie die 6. Verdampfungseinrichtung 1 d und die nicht dargestellte 10. Verdampfungseinrichtung ist gleich wie die 9. Verdampfungseinrichtung 1 f ausge- bildet.
Zum besseren Verständnis der Anlage ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Fig. 3 die 2. Verdampfungseinrichtung lb beschrieben. Die Verdampfungseinrichtung lb besitzt eine erste Kammer 2 und eine ringförmig um die erste Kammer 2 angeordnete zweite Kammer 3. Die erste Kammer wird durch ein zylindrisches Rohr 4 gebildet, dessen unteres Ende mit einer Platte 5 abgeschlossen ist. Das obere Ende des Rohres 4 ist offen. Der obere Teil des Rohres 4 ist von einem zylindrischen Mantel 6 umgeben. Das untere Ende des Mantels 5 ist durch eine kreisringförmige Platte 7 abgeschlossen. Der obere Teil des Rohres 4, der zylindrische Mantel 6 und die kreisringförmige Platte 7 begrenzen die ringförmige zweite Kammer 3. Auf das obere Ende des Mantels 6 ist ein gewölbter Deckel 8 lösbar aufgesetzt.
Die ringförmige zweite Kammer 3 ist oben offen und steht über den durch den Deckel 8 begrenzten Raum 9 mit der ersten Kammer 2 in Verbindung.
Im oberen Bereich und innerhalb der ringförmigen zweiten Kammer 3 ist ein Wärmeaustauscher in der Form einer Kühlschlange 10 angeordnet. Genau betrachtet umfasst der Wärmeaustauscher zwei schraubenlinienförmig gewickelte Kühlschlangen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und deren gleichliegende Enden in ein Einlassrohr 11 bzw. in ein Auslassrohr 12 münden. Das Einlassrohr 11 und das Auslassrohr 12 erstrecken sich durch den Deckel 8 und sind mit diesem starr verbunden. Nach dem Lösen der nicht dargestellten Verbindung zwischen dem Deckel 8 und dem Mantel 6 kann die Kühlschlange 10 bequem aus dem ringförmigen Raum 3 herausgezogen werden, um die Kühlschlange zu ersetzen.
Auf der Platte 5 ist eine abgewinkelte Scheidewand 13 aufgesetzt, siehe auch Fig. 4. Über der Scheidewand 13 befindet sich eine Abdeckplatte 14 mit einer kreisrunden Aussparung 15, die koaxial zum Rohr 4 angeordnet ist. Von der Abdeckplatte 14 aus erstreckt sich ein sogenanntes Fallrohr 16 in die erste Kammer 2 hinein. Der obere Endbereich des Fallrohres 16 ist über eine Strebe 17 mit dem Rohr 4 verbunden und wird durch die Strebe 17 in koaxialer Lage zum Rohr 4 gehalten.
Längs der mittleren Achse des Fallrohres 16 erstreckt sich ein Stab 18, dessen unteres Ende auf der Platte 5 aufliegt und dessen oberes Ende zu einem Handgriff 19 gebogen ist. Auf dem Stab 19 sind in regelmässigen Abständen scheibenförmige Lochplatten 20 oder Siebe aufgesetzt, durch welche der Stab 18 innerhalb des Fallrohres 16 zentriert ist. Bei abgenommenem Deckel 8 kann der Stab 16 mit den daran befestigten Lochplatten 20 am Handgriff 19 aus dem Fallrohr 16 herausgezogen und gereinigt werden. Die Funktion der Lochplatten 20 ist weiter unten näher beschrieben.
Über ein Eingangsrohr 21, das in den untersten Teil der ersten Kammer 2 einmündet, wird auf eine weiter unten beschriebene Weise Meerwasser bzw. eine Sole in die erste Kammer 2 geleitet. Dabei steigt der durch eine Wellenlinie 22 angedeutete Wasserspiegel oder Niveau bis zum oberen Ende des Fallrohres 16 an. Das über den Rand des Fallrohres 16 strömende Meerwasser fällt innerhalb des Fallrohres 16, daher der Name, hinunter und trifft auf einen zweiten durch eine Wellenlinie 23 angedeuteten Wasserspiegel auf. Die Höhendifferenz A h zwischen den beiden Wasserspiegeln ist vom Druckunterschied zwischen den Drücken in den ersten Kammern 2 von hintereinander geschalteten Verdampfungseinrichtungen abhängig.
Es ist Aufgabe der Lochplatten 20, die Fallenergie des herabfallenden Meerwassers zu vernichten, damit beim Eintreten des herabfallenden Meerwassers in das im unteren Teil des Fallrohres 16 gestaute Meerwasser möglichst wenig Dampfbläschen entstehen. Vom unteren Teil des Fallrohres 16 gelangt das Meerwasser über ein Ausgangsrohr 24 zur ersten Kammer 2 der nächstfolgenden Verdampfungseinrichtung. Das Fallrohr 16, das Auslassrohr 24, das Einlassrohr 21 und die erste Kammer 3 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung bilden zusammen einen ersten siphonförmigen Kanal 5.
Über eine an die zweite Kammer 3 angeschlossene Rohrleitung 25 werden auf eine weiter unten beschriebene Weise die nicht kondensierbaren Gase aus der zweiten Kammer 3 und damit auch aus der ersten Kammer 2 abgesogen. Durch den in der ersten Kammer 2 herrschenden Unterdruck wird das Meerwasser in der ersten Kammer 2 zum Sieden gebracht und der dabei entstehende Dampf gelangt von der ersten Kammer 2 über den Raum 9 in die zweite Kammer 3 zu der Kühlschlange 10 und wird an dieser kondensiert. Das Destillat tropft auf den Boden der ringförmigen zweiten Kammer 3, welcher Boden durch die kreisringförmige Platte 7 gebildet wird. Über ein Destillateinlassrohr 26 wird von der vorangehenden Verdampfungseinrichtung das Destillat, d.h.
destilliertes Wasser, in die Kammer 3 eingeführt und über ein Destillatauslassrohr 27, das durch die ringförmige Platte 7 ein Stück weit in die zweite Kammer 3 vorsteht, gelangt das Destillat zur zweiten Kammer 3 der nächstfolgenden Verdampfungseinrichtung. Die lichte Querschnittsfläche des Destillatseinlassrohres 26 ist aus weiter unten angeführten Gründen wenigstens 12mal grösser als die lichte Querschnittsfläche des Destillatauslassrohres 27.
Da für die Überführung des Destillates von einer Verdampfungseinrichtung zur nächstfolgenden ebenfalls der Druckunterschied in den Kammern berücksichtigt werden muss, ist es notwendig, dass an das Destillatauslassrohr 27 ein in der Fig. 3 gestrichelt dargestelltes, nach unten verlaufendes Verlängerungsrohr 28 angefügt wird. Das Destillatauslassrohr 27, das Verlängerungsrohr 28 und das Destillateinlassrohr 26 bilden zusammen einen zweiten siphonförmigen Kanal. Das über den oberen Rand des Destillatauslassrohres 27 strömende Destillat fällt danach durch das Destillatauslassrohr 27 und das Verlängerungsrohr 28 bis zu einem durch die Wellenlinien 29 angedeuteten Wasserstand im Verlängerungsrohr 28. Anschliessend gelangt das Destillat zur nächsten Verdampfungseinrichtung.
Die Höhendifferenz A h zwischen dem durch die Wellenlinie 30 angedeuteten Wasserstand in der zweiten Kammer 3 und dem durch die Wellenlinie 29 angedeuteten Wasserstand in dem Verlängerungsrohr 28 ist vom Druckunterschied zwischen dem Druck in den Kammern der vorangehenden und dem Druck in der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung abhängig. Die effektive Höhe h der beiden oben genannten siphonförmigen Kanäle beträgt h > Ah= 10,2 Nhili (1) wobei Ah = der Fallhöhe Ah im Fallrohr 16 ist, to = To/100 ist, wenn To die Temperatur in C des der ersten Verdampfungseinrichtung la zugeführten Meerwassers ist, und N = der Anzahl der vorgesehenen Verdampfungseinrichtungen ist.
Im oberen Bereich der zweiten Kammer 3 ist eine Rohrleitung 31 vorgesehen. Diese Rohrleitung dient zum Anschliessen der Rohrleitung 25, der vorangehenden Verdampfungseinrichtung, damit die nicht kondensierbaren Gase aus dieser vorangehenden Verdampfungseinrichtung abgesogen werden.
Die oberen Teile der zwölf Verdampfungseinrichtungen la-lh der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anlage sind identisch. Unterschiede sind lediglich unterhalb der vom Mantel 6 umschlossenen zweiten Kammer 3 vorhanden.
Mittels einer Speisepumpe 32, siehe Fig. 2, wird Meerwasser angesogen und der Kühlschlange 10 der letzten Verdampfungseinrichtung Ih zugeführt. Jedes Auslassrohr 12 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtungen ist mit dem Einlassrohr 11 der vorangehenden Verdampfungseinrichtung über je ein Bogenrohr 33 verbunden. Das Meerwasser wird also der Reihe nach durch die Kühlschlangen 10 aller Verdampfungseinrichtungen Ih bis la geführt und dabei in jeder der Verdampfungseinrichtungen als Kühlmittel verwendet und dabei vorgewärmt. Von der ersten Verdampfungseinrichtung 1 a gelangt das vorgewärmte Meerwasser über ein Anschlussrohr 34 in eine Heizeinrichtung 35, in welcher das Meerwasser weiter erwärmt wird.
Die Heizeinrichtung 35 kann mittels elektrischer Energie, Brennstoff-Energie oder Sonnenenergie betrieben werden.
Das in der Heizeinrichtung 35 erwärmte Meerwasser gelangt über ein Speiserohr 36 und das Eingangsrohr 21 in die erste Kammer 2 der ersten Verdampfungseinrichtung 1 a.
Das aus der ersten Kammer 2 in das Fallrohr 16 der Verdampfungseinrichtung la fallende Meerwasser gelangt dann über das Ausgangsrohr 24 der ersten Verdampfungseinrichtung la und das Eingangsrohr 21 der zweiten Verdampfungseinrichtung lb in die erste Kammer 2 der zweiten Verdampfungseinrichtung lb, usw.
Die Rohrleitung 25 der letzten Verdampfungsstufe Ih ist an eine Vakuumpumpe 37 angeschlossen. Die Rohrleitungen 25 in den Figuren 1 und 2 sind nicht wie in der Fig. 3 gezeichnet sondern der Einfachheit wegen nicht mit dem unteren Teil der zweiten Kammer 3 sondern mit deren oberen Teil verbunden. Die ersten und zweiten Kammern jeder der Verdampfungseinrichtungen list über die Rohrleitungen 31 und 25 mit der ersten und zweiten Kammer der vorange henden Verdampfungseinrichtung verbunden. An jeder Ver bindungsstelle zwischen den Rohrleitungen 25 und 31 von zwei benachbarten Verdampfungseinrichtungen list zwischen den Flanschen 38 und 39, wie dies in der Fig. 3 oben rechts dargestellt ist, eine Drosselscheibe 40 mit einem kleinen Loch in der Mitte angeordnet.
Das Loch 41 der Drosselscheibe 40 zwischen der zweitletzten und der letzten Verdampfungseinrichtung 1 g bzw. 1 h besitzt den grössten
Durchmesser und das Loch 41 in der Drosselscheibe 40 zwi schen der ersten und der zweiten Verdampfungseinrichtung 1 a bzw. 1 b ist am kleinsten. Dies hat zur Folge, dass nicht zuviel von dem Dampf zusammen mit den nicht kondensier baren Gasen von der vorangehenden Verdampfungseinrichtung in die nachfolgende Verdampfungseinrichtung gelangt.
Selbstverständlich ist die Rohrleitung 31 der ersten Verdamp fungseinrichtung 1 a verschlossen oder die erste Verdamp fungseinrichtung 1 a besitzt gar keine Rohrleitung 31.
Die in den Fig. 1 und 2 mit Wellenlinien angedeuteten
Wasserspiegel oder Wasserstände in den Kammern 2 und 3, den Fallrohren 16 und den Verlängerungsrohren 28 bzw.
Destillatauslassrohren 27 entsprechen dem Betriebszustand der Anlage, wenn das der ersten Kammer 2 der ersten Verdampfungseinrichtung 1 a zugeleitete Meerwasser eine Temperatur von etwa 950C aufweist.
An das Ausgangsrohr 24 der letzten Verdampfungseinrichtung 1 h ist ein langes Steigrohr 42 angeschlossen. Durch das
Steigrohr 42 wird das mit Salzen angereicherte Meerwasser bzw. die Sole aus der Anlage herausgeführt und in ein symbolisch dargestelltes Auffangbecken 43 geleitet. Das untere Ende des Steigrohres 42 taucht in die in dem Auffangbecken 43 vorhandene Sole ein. Die Höhendifferenz A H zwischen dem Flüssigkeitsspiegel in dem Auffangbecken 43 und dem Flüssigkeitsspiegel in dem Fallrohr 16 der letzten Verdampfungseinrichtung lh beträgt etwa 10 m. Das Destillatauslassrohr 27 der letzten Verdampfungsstufe lh ist ebenfalls an ein langes Steigrohr 44 angeschlossen. Das untere Ende des Steigrohres 44 mündet in einen Auffangbehälter 45 für das destillierte Wasser.
Die Höhendifferenz A H zwischen dem Wasserspiegel im Auffangbehälter 45 und dem Wasserspiegel in der zweiten Kammer 3 der letzten Verdampfungseinrichtung 1 h beträgt ebenfalls etwa 10 m.
Der absolute Druck im Innern der beiden Kammern 2 und 3 der letzten Verdampfungseinrichtung Ih ist gleich dem Umgebungsdruck minus dem der Höhendifferenz A H entsprechenden Druck und beträgt bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Betriebsphase der Anlage 392-6900 Pa oder 40-700 mm Wassersäule. Die Höhendifferenz A H zwischen dem Flüssigkeitsspiegel in dem Auffangbecken 43 für die Sole und dem Flüssigkeitsspiegel im Fallrohr 16 der letzten Verdampfungseinrichtung 1 h ist praktisch vernachlässigbar kleiner als die oben angegebene Höhendifferenz A H. Der oben genannte absolute Druck von 392-6900 Pa bzw.
40-700 mm WS (Wassersäule) kann aufrechterhalten werden, weil die Vakuumpumpe 37 die nicht kondensierbaren Gase absaugt.
Der Druck in den Kammern 2 und 3 in den vorangehenden Verdampfungseinrichtungen nimmt jeweils um den dem Ah entsprechenden Wert plus dem durch den Strömungswiderstand im Ausgangsrohr 24 und im Eingangsrohr 21 bedingten Druckverlust zu, so dass beispielsweise in den Kammern 2 und 3 der ersten Verdampfungseinrichtung 1 a ein absoluter Druck gleich der Summe aller Ah und aller Druckverluste herrscht.
In Zahlen ausgedrückt beträgt der absolute Druck innerhalb der ersten Verdampfungseinrichtung la während der dargestellten Betriebsphase etwa 54520 Pa, was einer Wassersäule von 5520 mm Höhe entspricht.
Der daraus resultierende Unterdruck in den Kammern 2 und 3 innerhalb der ersten Verdampfungseinrichtung 1 a wird durch das Absaugen der nicht kondensierbaren Gase auf rechterhalten. Eine Drosselstelle 46 in dem Speiserohr 36 dient zum Regeln der Durchflussmenge pro Zeiteinheit durch die Anlage. Der genannte resultierende Unterdruck ist nur von der Temperatur des Meerwassers bzw. der Sole abhängig, die sich in der ersten Kammer 2 befindet.
Die erste Verdampfungseinrichtung 1 a unterscheidet sich gegenüber der nächstfolgenden Verdampfungseinrichtung lb dadurch, dass das die erste Kammer 2 umgebende Rohr 4 verkürzt ist und dass das Fallrohr 16 sich durch die ring förmig ausgebildete Bodenplatte 5 hindurch nach unten erstreckt. An sich könnte der untere Teil der ersten Verdamp fungseinrichtung 1 a gleich ausgebildet sein, wie die Ver dampfungseinrichtung lb, welche auch in der Fig. 3 darge stellt ist.
Die Überführung des Meerwassers bzw. der Sole und des
Destillates von der vorangehenden in die nachfolgende Verdampfungseinrichtung erfolgt nicht wie bei bekannten Einrichtungen über Rohrleitungen mit eingebauten Drosselstellen, sondern über die siphonförmigen Kanäle. Der
Siphon für das Meerwasser bzw. die Sole wird durch das Fallrohr 16 und das Ausgangsrohr 24 der vorangehenden Verdampfungseinrichtung sowie das Eingangsrohr 21 und die erste Kammer der nachfolgenden Verdampfungseinrichtungen gebildet. Der Siphon für das Destillat wird durch das Destillatauslassrohr 27 und das Verlängerungsrohr 28 der vorangehenden Verdampfungseinrichtung sowie das Destillateinlassrohr 26 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung gebildet.
Die effektive Höhe h der siphonförmigen Kanäle bzw. die sich nach unten erstreckende Länge der Siphons, welche die erste und die zweite Verdampfungseinrichtung miteinander verbinden, ist grösser als die angegebene Höhendifferenz A h (angegeben in mm Wassersäule).
Diese Höhe h ist von der Anzahl der verwendeten Verdampfungseinrichtungen abhängig und entspricht wenigstens dem Wert der durch die weiter oben angeführte Gleichung (1) festgelegt ist. Durch das Verdampfen des Wassers in dem Meerwasser in den einzelnen Verdampfungseinrichtungen wird dem Meerwasser Wärme entzogen und die Temperatur des Meerwassers in den nachfolgenden Verdampfungseinrichtungen ist jeweils von Stufe zu Stufe geringer.
Mit anderen Worten, es strömt jeweilen wärmeres Meerwasser über den ersten siphonförmigen Kanal, d.h. über das Fallrohr 16 und das Ausgangsrohr 24 der vorangehenden Verdampfungseinrichtung und das Eingangsrohr 21 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung in die erste Kammer 2 derselben, als das Meerwasser in dieser ersten Kammer ist. Da andererseits der von der Temperatur des in der ersten Kammer 2 befindlichen Meerwassers abhängige Unterdruck geringer ist als in der vorangehenden Verdampfungseinrichtung, bilden sich beim Einströmen des wärmeren Meerwassers Dampfbläschen. Diese Dampfbläschen steigen in der ersten Kammer 2 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung bis zum durch die Wellenlinie 22 angedeuteten Flüssigkeitsspiegel auf.
Weil die genannten Dampfbläschen das resultierende spezifische Gewicht des in der ersten Kammer 2 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung verkleinern, ist man bestrebt, dass diese Dampfbläschen sich möglichst schnell zum genannten Flüssigkeitsspiegel hinbewegen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass an der Einmündungsstelle des Eingangsrohres 21 ein gestrichelt dargestelltes Umleitorgan 47 angeordnet wird, siehe Fig. 3 und 4. Durch das Umleitorgan 47 wird die Strömung des in die zweite Kammer 2 zufliessenden Meerwassers nach oben umgelenkt und die Aufwärtsbewegung der entstehenden Dampfbläschen beschleunigt.
Damit die Flüssigkeitsspiegel in dem Fallrohr 16 und dem Verlängerungsrohr 28, bedingt durch die Änderung des spezifischen Gewichtes durch die Dampfbläschen variieren können, wird die effektive Höhe h der siphonförmigen Kanäle zwischen der ersten und zweiten Verdampfungseinrichtung um einen Sicherheitsbetrag hs erhöht.
EAh h=4.l0-5( (Eh)0.67 (2) wobei Ah gemäss der Gleichung (1) berechnet, E die Verdampferleistung in kcal/h und F die Verdampferquer schnittsfläche in m2 ist. Vorzugsweise wird hs = 0,15 Ah h ange- nommen.
Wenn der Druckunterschied so gross würde, dass der Flüssigkeitsspiegel im Fallrohr 16 oder der Wasserstand im Verlängerungsrohr 28 auf die gleiche Höhe wie das Ausgangsrohr 24 bzw. das untere Ende des Verlängerungsrohres 28 absinkt, würde ein Druckausgleich zwischen den beiden benachbarten Verdampfungseinrichtungen erfolgen und sich ein unstabiler Betrieb ergeben.
Theoretisch wäre es möglich, dass die Länge der vom Mantel 6 nach unten vorstehenden Rohre 4 und Fallrohre 16 sowie die Verlängerungsrohre 28 und die Destillateinlassrohre 26 von einer Verdampfungseinrichtung zur anderen verkürzt werden. Dies wäre für die Herstellung nicht wirtschaftlich. Vorzugsweise sind die Verkürzungen der oben genannten Teile gruppenweise ausgeführt. Die Länge des Fallrohres 16, des Verlängerungsrohres 28 und des Destillateinlassrohres 26 sind bei den ersten vier Verdampfungseinrichtungen gleich ausgeführt, wobei in der Fig. 1 von diesen vier Verdampfungseinrichtungen nur die ersten zwei Verdampfungseinrichtungen la und lb gezeichnet sind.
Die Rohre 4, die Fallrohre 16, die Verlängerungsrohre 28 und die Destillateinlassrohre 26 der nächsten vier Verdampfungseinrichtungen sind gleich ausgeführt und gegenüber den betreffenden Teilen der ersten vier Verdampfungseinrichtungen verkürzt. Von diesen vier Verdampfungseinrichtungen sind in den Fig. 1 und 2 nur drei, nämlich die Verdampfungseinrichtungen lc, ld und le gezeichnet. Da die Menge an Destillat mit jeder der Verdampfungseinrichtungen zunimmt, und die oben beschriebene Dampfblasenbildung auch für das der folgenden Verdampfungseinrichtung zugeführte Destillat gilt, sind die Destillateinlassrohre 26 der zweiten Gruppe von Verdampfungseinrichtungen, siehe beispielsweise die Verdampfungseinrichtungen ld und 1 e, doppelt geführt. Dadurch wird die Stabilität des Betriebes der Anlage erhöht.
Die Rohre 4, die Fallrohre 16, die Verlängerungsrohre 28 und die Destillateinlassrohre 26 der letzten vier Verdampfungseinrichtungen sind gegenüber den vorangehenden vier Verdampfungseinrichtungen nochmals verkürzt. Von diesen Verdampfungseinrichtungen der letzten Gruppe sind in der Fig. 2 die Verdampfungseinrichtungen lf, lg und lh gezeichnet. Da die Menge an Destillat noch grösser ist, sind in jeder Verdampfungseinrichtung der letzten Gruppe je drei Destillateinlassrohre 26 vorhanden.
Weil der Höhenunterschied zwischen dem Flüssigkeitsspiegel in der ersten Kammer 2 und in dem Fallrohr 16 in den letzten sechs Verdampfungseinrichtungen, von denen in der Fig. 2 die Verdampfungseinrichtungen le-lh gezeichnet sind, nicht mehr gross ist, sind keine Stäbe 18 mit Lochplatten 20 mehr in diesen letzten sechs Verdampfungseinrichtungen vorhanden.
Die in den Fig. 1 und 2 durch Wellenlinien angedeuteten Flüssigkeitsspiegel gelten für den Betriebszustand mit der grössten Dauerleistung der Anlage. In diesem Betriebszustand treten auch die grössten Druckunterschiede zwischen benachbarten Verdampfungseinrichtungen auf. Aus den Fig.
1 und 2 ist klar ersichtlich, dass die weiter oben genannten Siphon alle so ausgebildet sind, dass keine ernsthaften Störungen auftreten, wenn die Flüssigkeitsspiegel infolge des durch die genannten Dampfbläschen veränderten spezifischen Gewichtes oder durch Änderung der Betriebsbedingungen schwanken.
Der grosse Vorteil der oben beschriebenen Anlage gegenüber bekannten ähnlichen Anlagen ist, dass der Betrieb der neuen Anlage auch bei Schwankungen der Energie, die der Heizeinrichtung 35 zugeführt wird, einwandfrei arbeitet und sich automatisch den gegebenen Verhältnissen anpasst.
Dabei ist natürlich bei geringerer Wärmezufuhr zur Heizeinrichtung 35 auch die Menge von erzeugtem destilliertem Wasser geringer. Diese ist der Grund, weshalb sich die oben beschriebene Anlage insbesondere zum Betrieb mit Sonnenenergie sehr gut eignet. Diese Anlage passt sich automatisch dem grossen Schwankungen unterworfenen Wärmeanfall an.
Ein weiterer sehr beachtlicher Vorteil der neuen Anlage ist, dass die Inbetriebsetzung, d.h. das Anfahren der Anlage problemlos ist, weil sich zwischen benachbarten Verdampfungseinrichtungen keine regulierbaren Drosselstellen befinden, die für jede anfallende Energiemenge neu eingestellt werden müssen. Die Überführung des Meerwassers bzw. der Sole und des Destillates reguliert sich mit auftretendem Druckunterschied zwischen benachbarten Verdampfungseinrichtungen, der innerhalb eines relativ grossen Bereiches variieren kann, von selbst.
Weiter ist durch die Ausbildung des Überlaufes des Meerwassers oder der Sole vom unteren Bereich des Fallrohres 16 in den unteren Bereich der ersten Kammer 2 dafür gesorgt, dass möglichst wenig Dampfbläschen in die nächstfolgende Verdampfungseinrichtung gelangen.
Wenn der Heizeinrichtung 35 keine Wärmeenergie zugeführt wird, z.B. im Anfangsstadium der Inbetriebsetzung, ist die Temperatur des Meerwassers in allen Verdampfungseinrichtungen la-lh gleich niedrig, d.h. gleich der Temperatur des von der Speisepumpe 32 angesaugten Meerwassers.
Dementsprechend sind die Drücke im Innern aller Verdampfungseinrichtungen praktisch gleich und die Druckunterschiede zwischen benachbarten Verdampfungseinrichtungen sind fast Null. Mit anderen Worten, die Höhenunterschiede zwischen den Flüssigkeitsspiegeln in den Verdampfungseinrichtungen sind vom Strömungswiderstand der siphonförmigen Kanäle, durch welche das durch die Speisepumpe 32 geförderte Meerwasser von der vorangehenden in die nachfolgende Verdampfungseinrichtung gelangt, abhängig. Der durch den genannten Strömungswiderstand bedingte Druckverlust in diesen siphonförmigen Kanälen darf höchstens 1470 Pa betragen, was einer Wassersäule von 15 cm entspricht.
Die Summe der Strömungswiderstände aller dieser Kanäle bestimmt den Abstand zwischen dem oberen Ende des Fallrohres 16 und dem oberen Ende des Rohres 4 der ersten Verdampfungseinrichtung la. Dieser Abstand beträgt bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anlage 40 cm, weil der genannte Strömungswiderstand etwa dreimal kleiner ist als der oben angegebene maximale Wert. Der Flüssigkeitsspiegel während der Anlaufphase erreicht in der ersten Verdampfungseinrichtung 1 a die durch die Wellenlinie 22' angegebene Höhe.
Dieser Flüssigkeitsspiegel darf natürlich das obere Ende des Rohres 4 nicht erreichen, da sonst Meerwasser in das Destillat der zweiten Kammer 3 gelangt.
Wird nun das Meerwasser in der Heizeinrichtung erwärmt und der ersten Verdampfungseinrichtung wärmeres Meer wasser zugeführt, so steigt der Druck in den Kammern 2 und 3 der ersten Verdampfungseinrichtung 1 a an. Dies hat zur Folge, dass sich der Flüssigkeitsspiegel (Wellenlinie 22') absenkt, bis er den durch die Wellenlinie 22 angegebenen Stand erreicht. Steigt die Temperatur des in der ersten Kammer 2 der ersten Verdampfungseinrichtung befindlichen Meerwassers noch weiter an, so nimmt der Druck weiter zu und der Flüssigkeitsspiegel (Wellenlinie 23) im Fallrohr 16 sinkt ab.
Gleichzeitig mit dem beschriebenen Vorgang setzt die Verdampfung von Wasser und die Kondensation des Dampfes an der Kühlschlange 10 ein.
Allmählich gelangt dann wärmeres Meerwasser über den ersten siphonförmigen Kanal in die zweite Verdampfungseinrichtung, wobei sich der oben beschriebene Vorgang wiederholt.
In jeder der nachfolgenden Verdampfungseinrichtungen wiederholt sich derselbe oben beschriebene Vorgang nur mit dem Unterschied, dass das Meerwasser in jeder nachfolgenden Verdampfungseinrichtung eine kleinere Temperatur aufweist als das Meerwasser in der vorangehenden Verdampfungseinrichtung und dass daher der Druck in den nachfolgenden Verdampfungseinrichtungen kleiner ist als in der vorangehenden. Schliesslich pendeln sich die Flüssigkeitsspiegel in den Fallrohren 16 und in den Verlängerungsrohren 28 auf die in den Fig. 1 und 2 angegebenen Höhen ein. Die angegebenen Höhendifferenzen A h sind von der Temperatur des der ersten Verdampfungseinrichtung zugeführten Meerwassers abhängig.
Die oben beschriebene Anlage, deren Mantel 6 einen Durchmesser von 0,65 m und eine Höhe von 1 m aufweist, deren längsten Rohre 4 einen Durchmesser von 0,4 m besitzen und etwa 0,85 m vom unteren Ende des Mantels 6 nach unten vorstehen, kann maximal etwa 4501 destilliertes Wasser pro Stunde liefern, wenn die Temperatur des der ersten Verdampfungsstufe 1 a zugeführten Meerwassers 950C beträgt. Die hiezu benötigte Wärmemenge ist geringer als 70 kcal pro kg-Destillat und die zum Betrieb der Vakuumpumpe 37 und der Speisewasserpumpe 32 notwendige elektrische Leistung ist etwa 2,5 kW. Der Durchsatz von Meerwasser durch die Anlage beträgt dabei etwa 4 m3 pro Stunde.
Diese Anlage beginnt bereits zu arbeiten, wenn die Temperatur des der ersten Verdampfungsstufe la zugeführten Meerwassers etwa 300C beträgt, wobei natürlich entsprechend weniger destilliertes Wasser erhalten wird als die oben angeführte Menge.
Mit zunehmender Temperatur des der ersten Verdampfungsstufe 1 a zugeführten Meerwassers nimmt die Menge an destilliertem Wasser zu, bis der oben angeführte Maximalwert erreicht ist. Der oben beschriebene Aufbau der Anlage, insbesondere die siphonförmigen Kanäle zum Überführen des Meerwassers bzw. der Sole und des Destillates von der vorangehenden Verdampfungseinrichtung in die nächstfolgende, ermöglicht, dass sich die richtigen Druckunterschiede in den Kammern der betreffenden Verdampfungseinrichtungen von selbst richtig einstellen, so dass die Wartung der Anlage wesentlich vereinfacht ist.
Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, dass die oberen Enden aller Fallrohre 16 und die oberen Enden aller Destillataus lassrohre 27 je in einer horizontalen Ebene liegen. Material wird dadurch eingespart, indem die unterhalb der Mäntel 6 nach unten vorstehenden Rohre 4, Fallrohre 16, Verlänge rungsrohre 28 und Destillateinlassrohre 26 in Abhängigkeit des in den Verdampfungseinrichtungen herrschenden betriebsmässigen Unterdruckes angepasst sind. Mit anderen
Worten heisst dies, dass die oben angeführten nach unten aus dem Mantel 6 vorstehenden Teile je nach Druckdifferenz innerhalb von zwei benachbarten Verdampfungseinrichtungen verschieden lang ausgeführt sind.
Eine weitere Materialeinsparung ergibt sich, wenn die die oberen Enden der Fallrohre 16 der letzten vier oder sechs Verdampfungseinrichtungen in einer weiteren horizontalen Ebene liegen, die mindestens 10 cm tiefer als die der genannten Ebene angeordnet ist.
Die Ausführung einer Verdampfungseinrichtung ist nicht auf eine zylindrische Form beschränkt, sondern es können auch quaderförmige Verdampfungseinrichtungen verwendet werden, wie eine solche in den Fig. 5 bis 8 dargestellt ist. In diesen Figuren sind jene Teile, die die gleiche Funktion ausüben, wie die betreffenden Teile in der Verdampfungseinrichtung lb gemäss der Fig. 3, mit dem gleichen Bezugszeichen + 100 versehen.
Die Fig. 5 zeigt die schaubildliche Darstellung einer Verdampfungseinrichtung 101b, welche beispielsweise die zweite Verdampfungseinrichtung ist. Die Fig. 7 und 8 zeigen Querschnitte längs den Linien VII-VII und VIII-VIII in der Fig.
5. Die Verdampfungseinrichtung 101b umfasst eine Bodenplatte 105, eine Deckplatte 108 und einen aus zwei Stirnplatten 150 und zwei Seitenplatten 151 und 152 bestehenden Mantel.
Im unteren Bereich der Seitenplatte 151 befinden sich eine Eintrittsöffnung 121 für das zu entsalzende Meerwasser und eine Eintrittsöffnung 126 für das in der vorangehenden Verdampfungseinrichtung erhaltene Destillat. Im unteren Bereich der Seitenplatte 152 befinden sich eine Austrittsöffnung 124 für das in die nachfolgende Verdampfungseinrichtung überzuleitende Meerwasser und eine Austrittsöffnung 127 zum Überführen des Destillates in die nachfolgende Verdampfungseinrichtung. In der Fig. 5 sind nur die Austrittsöffnungen 124 und 127 sichtbar.
Die Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung und mit ausgezogenen Linien jene Teile die im Innern des aus den Stirnplatten und den Seitenplatten bestehenden Mantels angeordnet sind. Die erwähnten Platten sind durch strichpunktierte Linien angedeutet. Der Innenraum des Mantels wird durch eine Querplatte 104 in eine erste Kammer 102 zur Aufnahme des Meerwassers und eine zweite Kammer 103 zur Aufnahme des Destillates unterteilt. Durch den oberen Bereich des Innenraumes des Mantels, welcher Bereich den beiden Kammern 102 und 103 gemeinsam ist, erstrecken sich eine Anzahl Rohre 110 zum Hindurchführen des zu entsalzenden Meerwassers, wobei einerseits der Wasserdampf an der Aussenseite der Rohre 110 kondensiert und andererseits das durch die Rohre strömende Meerwasser erwärmt wird.
Unterhalb der Rohre 110 ist ein abgewinkeltes Tropfblech 153 angeordnet, das das von den Rohren tropfende Destillat sammelt und in die zweite Kammer 103 überführt. Das Tropfblech 153 lässt einen Zwischenraum 154 frei, damit der aus dem in der ersten Kammer 102 befindlichen Meerwasser entweichende Dampf zu den Rohren 110 gelangen kann.
Die erste Kammer 102 wird durch eine Trennwand 116 in einen Aufnahmeraum 155 für das Meerwasser und in einen Fallraum 156 für das überlaufende Meerwasser unterteilt.
Die Trennwand 116 besitzt im Bereich, an dem sie an der Querplatte 104 anliegt, einen Ausschnitt 157, durch welchen das im Aufnahmeraum 155 befindliche Meerwasser in den Fallraum 156 überströmt, wie dies durch den Pfeil 158 angedeutet ist, siehe Fig. 7. Innerhalb des Fallraumes 156 sind zwei Sieb- oder Lochplatten 120 angeordnet, welche die Fallenergie des überströmenden Meerwassers teilweise vernichten.
Die zweite Kammer 103 wird durch eine weitere Trennwand 159 in einen Aufnahmeraum 160 für das durch die Eintrittsöffnung 126 zugeführte Destillat und einen Fallraum 161 unterteilt. Im Fallraum 161 sind ebenfalls zwei Sieb- oder Lochplatten 162 zum teilweisen Vernichten der Fallenergie des Destillates angebracht, siehe Fig. 8.
Der Querschnitt der beiden Fallräume 156 und 161 beträgt mindestens 1/16 des Querschnittes des Aufnahmeraumes 153 bzw. 160. Wie schon erwähnt, erstrecken sich die Rohre 110 durch die beiden Stirnplatten 150. Über eine an der Aussenseite der einen Stirnplatte angeordnete Verteilkammer 163, die mit einer Einlassöffnung 164 versehen ist, wird das Meerwasser den Eingängen der Rohre 110 zugeführt und in einer an der Aussenseite der anderen Stirnplatte 150 angeordneten Sammelkammer 165 wird das aus den Rohren 110 ausströmende Meerwasser gesammelt. Das gesammelte und erwärmte Meerwasser wird durch eine in der Fig. 5 nicht sichtbare Auslassöffnung und die Einlassöffnung 164 der Verteilkammer 162 der vorangehenden Verdampfungseinrichtung zugeführt.
In jeder Seitenplatte 151 und 152 ist in einem der oberen Endbereiche je eine runde Öffnung 166 vorgesehen, über welche die Verdampfungseinrichtung mit der vorangehenden und der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung in Verbindung steht, um die nicht kondensierbaren Gase absaugen zu können.
Zum Bilden einer ganzen Anlage werden die einzelnen Verdampfungseinrichtungen so nebeneinander aufgestellt, dass die Seitenwände 151 und 152 der einzelnen Verdampfungseinrichtungen parallel zueinander angeordnet sind und die Stirnplatten 150 je in einer Ebene liegen. Zum Überführen des zu entsalzenden Meerwassers und des Destillates von der vorangehenden Verdampfungseinrichtung in die nachfolgende Einrichtung können beispielsweise nicht dargestellte, horizontal verlaufende Verbindungsrohre zwischen der Austrittsöffnung 124 der vorangehenden Verbindungseinrichtung und der Eintrittsöffnung 121 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung bzw. zwischen der Austrittsöffnung 127 der vorangehenden Verdampfungseinrichtung und der Eintrittsöffnung 126 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung angeordnet sein.
Es ist aber auch eine Anordnung möglich, bei der die Seitenplatte 152 der Verdampfungseinrichtung 101b gleichzeitig die Seitenplatte 151 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung ist, d.h. eine einzige Seitenplatte dient dann als Trennwand zwischen der Verdampfungseinrichtung 106b und der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung.
In jedem Fall bildet der Fallraum 156 und der über die Austrittsöffnung 124 und die Eintrittsöffnung 121 verbundene Aufnahmeraum 155 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung ein kommunizierendes Gefäss, wobei die Höhe h gemäss der weiter oben angeführten Gleichung (1) gewählt wird. Auch der Fallraum 161 der über die Austrittsöffnung 127 und die Eintrittsöffnung 126 mit dem Aufnahmeraum 160 der nachfolgenden Verdampfungseinrichtung verbunden ist, bildet ein kommunizierendes Gefäss. Die Höhe h' desselben ist gleich der Summe aus der Höhe h des erstgenannten kommunizierenden Gefässes und dem Höhenunterschied A h' zwischen den beiden Überläufen zwischen dem Aufnahmeraum 155 und dem Fallraum 156 in der ersten Kammer 102 bzw. zwischen dem Aufnahmeraum 160 und dem Fallraum 161 der zweiten Kammer 103.
Die Höhendifferenz A h', d.h. der Unterschied zwischen den Flüssigkeitsspiegeln in dem Aufnahmeraum 155 und dem Fallraum 156 bzw. zwischen den Flüssigkeitsspiegeln in dem Aufnahmeraum 160 und in dem Fallraum 161 ist vom Druckunterschied zwischen den benachbarten Verdampfungseinrichtungen abhängig. Der Druckunterschied selbst ist direkt abhängig von der mittleren Temperatur des in den Aufnahmeräumen 155 der benachbarten Verdampfungseinrichtungen befindlichen Meerwassers.
An die Austrittsöffnung 124 der letzten Verdampfungseinrichtung ist analog zu der Fig. 3 das Steigrohr 42 angeschlossen, das in das Auffangbecken 43 für die Sohle bzw.
das Meerwasser mündet. An die Austrittsöffnung 127 ist das Steigrohr 24 angeschlossen, dessen untere Enden in einen Auffangbehälter 45 für das destillierte Wasser mündet. Die Vakuumpumpe 37 ist über die Rohrleitung 25 mit der runden Öffnung 166 der letzten Verdampfungseinrichtung verbunden, damit die nicht kondensierbaren Gase durch die Vakuumpumpe 37 abgesogen werden können.
Im übrigen arbeitet die Anlage mit einer Anzahl von quaderförmigen Verdampfungseinrichtungen gemäss den Fig. 5-8 gleich wie die mit Bezug auf die Fig. 1-4 beschriebene Anlage und besitzt dieselben Vorteile. Die Anlage mit quaderförmigen Verdampfungseinrichtungen eignen sich insbesondere für Anlagen mit einer Leistung ab 4000 It Destillat pro Stunde.
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PATENT CLAIMS
1. Plant for desalination of sea water, with a number of evaporation devices (la-lh) connected in series, each evaporation device having an evaporation zone in a first chamber (2) for receiving the sea water and a condensation zone in a second chamber (3) for collecting the distillate and cooling tubes (10) arranged in the condensation zone for the passage of the sea water to be desalinated, each preceding evaporation device via a respective first channel for transferring the sea water into the first chamber and via a second channel for transferring the distillate into the second chamber of the immediately following one Evaporator device is connected to this, and with a heating device (35) for heating the sea water to be desalinated, characterized in that the two channels (16, 24, 21;
27, 28, 26) are formed in a siphon shape that the first channel (16, 24, 21) has a downpipe (16) arranged at least partially in the first chamber and the lower area of the downpipe with the lower part of the first chamber of the next evaporator device connecting pipeline (24, 21) comprises that the cross-sectional area of the downpipe is at least as large as l / E6 of the cross-sectional area of the first chamber, that the second channel (27, 28, 26) one from the lower part of the second chamber (3) comprises a distillate outlet pipe (27) leading downwards with an extension pipe (28) and at least one distillate inlet pipe (26) opening into the lower region of the second chamber of the next evaporator.
2nd System according to claim 1, characterized in that the siphon-shaped channels are designed so that the flow resistance caused by them results in a pressure loss of at most 1470 Pa.
3rd Installation according to one of claims 1 or 2, characterized in that the evaporation devices are divided into several groups, that the downpipes (4) of the evaporation devices (1 a, lb, 1 c) the longest of the first group, the down pipes (4) of the Evaporation devices (lf, 1 g, 1 h) of the last group are the shortest.
4th Plant according to claim 3, characterized in that the cross-sectional area of the distillate inlet pipe (26) of the evaporation devices of the last group is the largest.
5. Installation according to one of claims 1 to 4, characterized in that the upper end of the downpipes (4) of at least the first half of the evaporation devices (1 a-1 d) lie in a horizontal plane and that the upper end of the distillate outlet pipes (27) in another horizontal plane.
6. Installation according to claim 1, characterized in that the first chamber (2) is delimited by a tube (4) and a base plate (5), that the downpipe (16) is arranged concentrically within the tube (4), that the annular second Chamber (3) is delimited by a jacket (6) concentrically surrounding the part of the pipe (4), the above-mentioned upper part of the pipe (4) and an annular base plate (5) and in that the distance between the upper end of the pipe (4 ) and the upper end of the downpipe is at least 30 cm.
7. Installation according to claim 3, characterized in that at least in the downpipes of the evaporation devices of the first group, perforated plates (20) or sieves are arranged at regular intervals one above the other to at least partially destroy the falling energy of the sea water or brine falling into the downpipe.
8th. Plant for the desalination of sea water, with a number of evaporation devices (101) connected in series, each evaporation device having a first chamber (102) for receiving the sea water, a second chamber (103) for collecting the distillate and in a region common to the two chambers arranged cooling pipes (110) for passing the seawater to be desalinated, the first chamber of each preceding evaporation device is connected to the first chamber of the immediately following evaporation device and the second chamber of each preceding evaporation device is connected to the second chamber of the immediately following evaporation device, and to a heating device ( 35) for heating the sea water to be desalinated, characterized in that the first and the second chamber (102,
103) each evaporation device is subdivided into a collecting space (155; 160) and a falling space (156; 161) by a partition (116; 159) such that the falling spaces (156; 161) of the preceding evaporation device together with the collecting spaces ( 155; 160) of the immediately following evaporation device each form a communicating vessel, and that the cross-sectional area of the drop spaces is at least as large as 1/16 of the cross-sectional area of the collecting space.
9. System according to claim 8, characterized in that the flow resistance caused by the connection of the communicating vessels results in a pressure loss of at most 1470 Pa.
10th System according to claim 9, characterized in that in the drop rooms of at least the first three evaporation devices at regular intervals one above the other perforated plates (120; 162) or sieves for the partial destruction of the fall energy of the sea water falling into the drop rooms or Distillates are arranged.
11. A method of operating the system according to claim 1, characterized in that in each of the evaporation devices (la-lb) the temperature of the sea water supplied is set approximately such that
EMI1. 1
is, where to is the temperature in C, h is the distance between the upper end of the downpipe (16) and the pipe (24) connecting the lower end of the downpipe to the downstream evaporator device and N is the number of evaporator devices.
The invention relates to a system for desalination of sea water according to the preambles of claims 1 and 8.
A similar system of this type is described, for example, in US Pat. No. 2,908,618. This known system has a number of evaporation devices connected in series, each of which has a first chamber for receiving the brine and a second chamber for receiving the distillate. A cooling coil is arranged within every second chamber, which in turn are all connected in series with one another, so that the feed water taken from the sea flows through all the cooling coils into a heating device in which the sea water is heated by means of thermal energy.
The sea heated to around 930C in the heater
Water is introduced into the first chamber of each subsequent evaporation device via an adjustable valve.
The first chamber of each subsequent evaporation device is connected to the first chamber of the preceding evaporation device via a pipeline. This pipeline leads from the bottom of the preceding first chamber via a riser pipe into the first chamber of the immediately following evaporation device. The outlet point is located above the level of the brine, which is in operation in the first chamber of the subsequent evaporation device. The difference between the mentioned level and the mouth is primarily dependent on the setting of a throttle point in the riser.
The distillate collected in the second chambers passes through an outlet of each of the second chambers into a collecting line and is drawn off from there by means of a pump.
This known plant is for processing a constant amount of sea water per unit of time, i. H. built to produce a constant amount of distilled water per unit of time. This system requires that there is always enough thermal energy to heat the sea water to be distilled. If this requirement is met, this system works to full satisfaction. However, this system has the disadvantage that starting up this system is relatively complicated.
To start up the system, it is necessary that the pressures provided for each evaporation device gradually build up during the start-up time, i. H. the temperatures in the evaporation devices are reached and the height differences necessary for operation between the above-mentioned mouth and the level of the brine in each evaporation device are observed. Such a system can only be started by highly qualified personnel.
It is an object of the invention to provide a system of the type mentioned which starts by itself practically without the use of personnel and works perfectly with the greatest possible efficiency in the event of fluctuating energy supply, of course less distillate being obtained with a lower energy supply than with greater energy supply.
The system according to the invention is characterized by the features stated in the characterizing parts of patent claims 1 and 8.
The common inventive idea is that both systems have several evaporation devices, each with a first chamber for receiving the sea water, a second chamber for collecting the distillate, a drop room for the overflow of the sea water into the first chamber of the subsequent evaporation device, a drop room for comprises the overflow of the distillate into the second chamber of the subsequent evaporation device and cooling tubes arranged in the condensation zone.
In each evaporation device of the system according to claim, the falling space for the sea water is a downpipe that extends into the first chamber and the falling space for the distillate is formed by a distillate outlet pipe. The connections of the drop rooms with the first or second chamber of the subsequent evaporation device takes place via pipes.
In each evaporation device of the system according to claim 8, the drop rooms are formed by partitions within the chambers. The individual evaporation devices can be arranged closely next to one another, the drop spaces for the sea water and the distillate being extracted or Inlets directly, d. H. , without additional pipes, with the first or The second
Chamber of the subsequent evaporation device can be connected ver.
Further embodiments are in the patent claim 1 or 8 subordinate claims 2 to 7 or 9 and 10 marked.
The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings, for example. Show it:
Fig. 1 shows the schematic representation of part of an exemplary embodiment of the system according to the invention,
Fig. 2 shows the schematic representation of a further part of the installation according to FIG. 1,
Fig. 3 shows a section through one of a number of evaporation devices of the plant in FIG. 1 and 2,
Fig. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 3,
Fig. 5 shows a cuboidal evaporation device in a diagrammatic representation,
Fig. 6 shows a cross section along the line Vil-Vil of FIG.
5,
Fig. 7 shows a cross section along the line VIII-VIII of FIG. 5 and
Fig. 8 the inner parts of the evaporation device according to FIG. 5 in a graphical representation.
The in the Fig. 1 and 2 schematically shown plant for desalination of sea water comprises a total of twelve successive evaporation stages, hereinafter called evaporation devices, of which not all but only the first 2nd , 5th , 6th , 8th. , 9th , 11 and 12. Evaporation device 1 a to Ih are shown. 3 not shown
and 4th Evaporation devices are the same as the 2nd Evaporation device 1b, FIG. 7, not shown Evaporator is the same as the 6th Evaporation device 1 d and 10, not shown. Evaporator is the same as the 9th Evaporation device 1 f is formed.
For a better understanding of the system, reference is made below to FIG. 3 the 2. Evaporation device lb described. The evaporation device 1 b has a first chamber 2 and a second chamber 3 arranged in a ring around the first chamber 2. The first chamber is formed by a cylindrical tube 4, the lower end of which is closed by a plate 5. The upper end of the tube 4 is open. The upper part of the tube 4 is surrounded by a cylindrical jacket 6. The lower end of the jacket 5 is closed by an annular plate 7. The upper part of the tube 4, the cylindrical jacket 6 and the annular plate 7 delimit the annular second chamber 3. On the upper end of the jacket 6, a domed cover 8 is releasably placed.
The annular second chamber 3 is open at the top and communicates with the first chamber 2 via the space 9 delimited by the cover 8.
A heat exchanger in the form of a cooling coil 10 is arranged in the upper region and within the annular second chamber 3. Exactly considered, the heat exchanger comprises two helically wound cooling coils, which are arranged concentrically to one another and whose ends are located in an inlet pipe 11 or open into an outlet pipe 12. The inlet pipe 11 and the outlet pipe 12 extend through the cover 8 and are rigidly connected to it. After loosening the connection, not shown, between the cover 8 and the jacket 6, the cooling coil 10 can be conveniently pulled out of the annular space 3 to replace the cooling coil.
An angled partition 13 is placed on the plate 5, see also FIG. 4th Above the partition 13 there is a cover plate 14 with a circular recess 15 which is arranged coaxially to the tube 4. A so-called downpipe 16 extends from the cover plate 14 into the first chamber 2. The upper end region of the downpipe 16 is connected to the pipe 4 via a strut 17 and is held in a coaxial position with the pipe 4 by the strut 17.
A rod 18 extends along the central axis of the downpipe 16, the lower end of which rests on the plate 5 and the upper end of which is bent into a handle 19. Disc-shaped perforated plates 20 or sieves are placed on the rod 19 at regular intervals, through which the rod 18 is centered within the downpipe 16. With the cover 8 removed, the rod 16 with the perforated plates 20 attached to it on the handle 19 can be pulled out of the downpipe 16 and cleaned. The function of the perforated plates 20 is described in more detail below.
Via an inlet pipe 21, which opens into the lowermost part of the first chamber 2, sea water or a brine is passed into the first chamber 2. The water level or level indicated by a wavy line 22 rises up to the upper end of the downpipe 16. The sea water flowing over the edge of the down pipe 16 falls within the down pipe 16, hence the name, and strikes a second water level indicated by a wavy line 23. The height difference A h between the two water levels depends on the pressure difference between the pressures in the first chambers 2 of evaporators connected in series.
It is the task of the perforated plates 20 to destroy the falling energy of the falling sea water so that as little steam bubbles as possible occur when the falling sea water enters the sea water stowed in the lower part of the downpipe 16. From the lower part of the downpipe 16, the sea water reaches the first chamber 2 of the next evaporation device via an outlet pipe 24. The downpipe 16, the outlet pipe 24, the inlet pipe 21 and the first chamber 3 of the subsequent evaporation device together form a first siphon channel 5.
Via a pipe 25 connected to the second chamber 3, the non-condensable gases are drawn off from the second chamber 3 and thus also from the first chamber 2 in a manner described below. Due to the negative pressure prevailing in the first chamber 2, the sea water is brought to a boil in the first chamber 2 and the steam which is produced thereby passes from the first chamber 2 via the space 9 into the second chamber 3 to the cooling coil 10 and is condensed thereon. The distillate drips onto the bottom of the annular second chamber 3, which bottom is formed by the annular plate 7. Via a distillate inlet pipe 26, the distillate, ie. H.
Distilled water, introduced into the chamber 3 and via a distillate outlet pipe 27, which protrudes a little way into the second chamber 3 through the annular plate 7, the distillate reaches the second chamber 3 of the next evaporator. The clear cross-sectional area of the distillate inlet tube 26 is at least 12 times larger than the clear cross-sectional area of the distillate outlet tube 27 for reasons given below.
Since the pressure difference in the chambers must also be taken into account for the transfer of the distillate from one evaporation device to the next one, it is necessary to connect a distillate outlet pipe 27 to the one shown in FIG. 3 dotted extension tube 28 extending downward is added. The distillate outlet tube 27, the extension tube 28 and the distillate inlet tube 26 together form a second siphon-shaped channel. The distillate flowing over the upper edge of the distillate outlet tube 27 then falls through the distillate outlet tube 27 and the extension tube 28 to a water level in the extension tube 28 indicated by the wavy lines 29. The distillate then arrives at the next evaporation facility.
The height difference A h between the water level in the second chamber 3 indicated by the wave line 30 and the water level in the extension tube 28 indicated by the wave line 29 is dependent on the pressure difference between the pressure in the chambers of the preceding and the pressure in the subsequent evaporation device. The effective height h of the two above-mentioned siphon channels is h> Ah = 10.2 Nhili (1) where Ah = the height of fall Ah in the downpipe 16, to = To / 100 if To is the temperature in C of the first evaporation device la is supplied sea water, and N = the number of evaporators provided.
A pipeline 31 is provided in the upper region of the second chamber 3. This pipeline is used to connect the pipeline 25, the preceding evaporation device, so that the non-condensable gases are drawn off from this preceding evaporation device.
The upper parts of the twelve evaporation devices la-lh of the in the Fig. Plant 1 and 2 are identical. Differences only exist below the second chamber 3 enclosed by the jacket 6.
By means of a feed pump 32, see Fig. 2, sea water is drawn in and fed to the cooling coil 10 of the last evaporation device Ih. Each outlet pipe 12 of the subsequent evaporation devices is connected to the inlet pipe 11 of the preceding evaporation device via an arc tube 33 in each case. The sea water is thus passed through the cooling coils 10 of all the evaporation devices Ih to la in order and is used as a coolant in each of the evaporation devices and preheated in the process. From the first evaporation device 1 a, the preheated sea water passes through a connecting pipe 34 into a heating device 35, in which the sea water is further heated.
The heating device 35 can be operated by means of electrical energy, fuel energy or solar energy.
The sea water heated in the heating device 35 passes through a feed pipe 36 and the inlet pipe 21 into the first chamber 2 of the first evaporation device 1 a.
The sea water falling from the first chamber 2 into the downpipe 16 of the evaporation device la then passes through the outlet pipe 24 of the first evaporation device la and the inlet pipe 21 of the second evaporation device 1b into the first chamber 2 of the second evaporation device 1b, etc.
The pipeline 25 of the last evaporation stage Ih is connected to a vacuum pump 37. The pipes 25 in FIGS. 1 and 2 are not as in FIG. 3 drawn but for simplicity not connected to the lower part of the second chamber 3 but to the upper part. The first and second chambers of each of the evaporators are connected via pipes 31 and 25 to the first and second chambers of the previous evaporator. At each connection point between the pipes 25 and 31 of two adjacent evaporation devices list between the flanges 38 and 39, as shown in FIG. 3, shown at the top right, a throttle disc 40 with a small hole in the middle.
The hole 41 of the throttle plate 40 between the second last and the last evaporation device 1 g or 1 h has the largest
Diameter and the hole 41 in the throttle plate 40 between the first and the second evaporation device 1 a and 1 b is the smallest. The result of this is that not too much of the steam, together with the non-condensable gases, passes from the preceding evaporation device into the subsequent evaporation device.
Of course, the pipe 31 of the first evaporation device 1 a is closed or the first evaporation device 1 a has no pipe 31.
The in the Fig. 1 and 2 indicated with wavy lines
Water level or water levels in the chambers 2 and 3, the downpipes 16 and the extension pipes 28 or
Distillate outlet pipes 27 correspond to the operating state of the plant when the sea water fed to the first chamber 2 of the first evaporation device 1 a has a temperature of approximately 950 ° C.
A long riser pipe 42 is connected to the outlet pipe 24 of the last evaporation device 1 h. By the
Riser pipe 42 is the sea water enriched with salts or the brine is led out of the system and passed into a symbolically illustrated collecting basin 43. The lower end of the riser pipe 42 dips into the brine present in the collecting basin 43. The height difference A H between the liquid level in the collecting basin 43 and the liquid level in the downpipe 16 of the last evaporation device 1 h is approximately 10 m. The distillate outlet pipe 27 of the last evaporation stage 1h is also connected to a long riser pipe 44. The lower end of the riser pipe 44 opens into a collecting container 45 for the distilled water.
The height difference A H between the water level in the collecting container 45 and the water level in the second chamber 3 of the last evaporation device 1 h is likewise approximately 10 m.
The absolute pressure inside the two chambers 2 and 3 of the last evaporation device Ih is equal to the ambient pressure minus the pressure corresponding to the height difference A H and is at the level shown in FIGS. 1 and 2 shown operating phase of the system 392-6900 Pa or 40-700 mm water column. The height difference A H between the liquid level in the collecting basin 43 for the brine and the liquid level in the downpipe 16 of the last evaporation device 1 h is practically negligible smaller than the above-mentioned height difference A H. The above absolute pressure of 392-6900 Pa or
40-700 mm WS (water column) can be maintained because the vacuum pump 37 sucks the non-condensable gases.
The pressure in the chambers 2 and 3 in the preceding evaporation devices increases by the value corresponding to the Ah plus the pressure loss caused by the flow resistance in the outlet pipe 24 and in the inlet pipe 21, so that, for example, in chambers 2 and 3 of the first evaporation device 1 a there is an absolute pressure equal to the sum of all Ah and all pressure losses.
Expressed in numbers, the absolute pressure within the first evaporation device la during the operating phase shown is approximately 54520 Pa, which corresponds to a water column of 5520 mm in height.
The resulting negative pressure in the chambers 2 and 3 within the first evaporation device 1 a is maintained by suctioning off the non-condensable gases. A throttle point 46 in the feed pipe 36 serves to regulate the flow rate per unit of time through the system. The resulting negative pressure is only dependent on the temperature of the sea water or the brine, which is located in the first chamber 2.
The first evaporation device 1 a differs from the next evaporation device 1 b in that the tube 4 surrounding the first chamber 2 is shortened and that the downpipe 16 extends downward through the ring-shaped base plate 5. As such, the lower part of the first evaporation device 1 a could be of the same design as the evaporation device 1 b, which is also shown in 3 Darge is.
The transfer of the sea water or the brine and the
Distillates from the preceding into the subsequent evaporation device do not take place via pipes with built-in throttling points, as in known devices, but via the siphon channels. The
Siphon for sea water or the brine is formed by the downpipe 16 and the outlet pipe 24 of the preceding evaporation device as well as the inlet pipe 21 and the first chamber of the subsequent evaporation devices. The siphon for the distillate is formed by the distillate outlet pipe 27 and the extension pipe 28 of the preceding evaporator and the distillate inlet pipe 26 of the subsequent evaporator.
The effective height h of the siphon channels or the downwardly extending length of the siphons, which connect the first and the second evaporation device to one another, is greater than the specified height difference A h (specified in mm of water column).
This height h depends on the number of evaporation devices used and corresponds at least to the value defined by equation (1) given above. The evaporation of the water in the sea water in the individual evaporation devices removes heat from the sea water and the temperature of the sea water in the subsequent evaporation devices is lower from stage to stage.
In other words, warmer sea water flows over the first siphon channel, i. H. via the downpipe 16 and the outlet pipe 24 of the preceding evaporation device and the inlet pipe 21 of the subsequent evaporation device into the first chamber 2 thereof when the sea water is in this first chamber. On the other hand, since the vacuum which is dependent on the temperature of the sea water in the first chamber 2 is lower than in the preceding evaporation device, vapor bubbles form when the warmer sea water flows in. These vapor bubbles rise in the first chamber 2 of the subsequent evaporation device up to the liquid level indicated by the wavy line 22.
Because the vapor bubbles mentioned reduce the resulting specific weight of that in the first chamber 2 of the subsequent evaporation device, efforts are made to ensure that these vapor bubbles move as quickly as possible to the liquid level mentioned. This can be done, for example, by arranging a redirection element 47, shown in dashed lines, at the junction point of the inlet pipe 21, see FIG. 3 and 4. The flow of the sea water flowing into the second chamber 2 is deflected upward by the redirecting member 47 and the upward movement of the resulting vapor bubbles is accelerated.
So that the liquid levels in the downpipe 16 and the extension pipe 28 can vary due to the change in the specific weight due to the vapor bubbles, the effective height h of the siphon-shaped channels between the first and second evaporation devices is increased by a safety amount hs.
EAh h = 4. l0-5 ((Eh) 0. 67 (2) where Ah is calculated according to equation (1), E is the evaporator output in kcal / h and F is the evaporator cross-sectional area in m2. Preferably hs = 0.15 Ah h is assumed.
If the pressure difference were so great that the liquid level in the downpipe 16 or the water level in the extension pipe 28 to the same level as the outlet pipe 24 or the lower end of the extension tube 28 sinks, a pressure equalization would take place between the two adjacent evaporation devices and unstable operation would result.
Theoretically, it would be possible for the length of the tubes 4 and down tubes 16 projecting downward from the jacket 6 and the extension tubes 28 and the distillate inlet tubes 26 to be shortened from one evaporation device to another. This would not be economical for production. The shortenings of the above-mentioned parts are preferably carried out in groups. The length of the downpipe 16, the extension tube 28 and the distillate inlet tube 26 are the same for the first four evaporation devices, with FIG. 1 of these four evaporation devices only the first two evaporation devices la and lb are drawn.
The tubes 4, the downpipes 16, the extension tubes 28 and the distillate inlet tubes 26 of the next four evaporation devices are of identical design and are shortened compared to the relevant parts of the first four evaporation devices. Of these four evaporation devices are shown in Figs. 1 and 2 only three, namely the evaporation devices lc, ld and le drawn. Since the amount of distillate increases with each of the evaporation devices, and the above-described formation of vapor bubbles also applies to the distillate fed to the following evaporation device, the distillate inlet pipes 26 of the second group of evaporation devices, see for example the evaporation devices 1d and 1e, are doubled. This increases the stability of the operation of the system.
The tubes 4, the downpipes 16, the extension tubes 28 and the distillate inlet tubes 26 of the last four evaporation devices are again shortened compared to the previous four evaporation devices. Of these evaporation devices of the last group are shown in Fig. 2 the evaporation devices lf, lg and lh are drawn. Since the amount of distillate is still greater, there are three distillate inlet tubes 26 in each evaporation device of the last group.
Because the height difference between the liquid level in the first chamber 2 and in the downpipe 16 in the last six evaporation devices, of which in the Fig. 2 the evaporation devices are drawn le-lh, is no longer large, there are no rods 18 with perforated plates 20 in these last six evaporation devices.
The in the Fig. 1 and 2 liquid levels indicated by wavy lines apply to the operating state with the greatest continuous output of the system. In this operating state, the greatest pressure differences occur between adjacent evaporation devices. From the Fig.
1 and 2 it is clearly evident that the siphons mentioned above are all designed in such a way that no serious disturbances occur if the liquid level fluctuates as a result of the specific weight changed by the aforementioned vapor bubbles or due to a change in the operating conditions.
The great advantage of the system described above over known similar systems is that the operation of the new system works perfectly even with fluctuations in the energy that is supplied to the heating device 35 and automatically adapts to the given conditions.
Of course, the amount of distilled water generated is also lower with less heat being supplied to the heating device 35. This is the reason why the system described above is particularly suitable for operation with solar energy. This system automatically adapts to the large fluctuations in heat.
Another very remarkable advantage of the new system is that the commissioning, i. H. The start-up of the system is problem-free because there are no adjustable throttling points between adjacent evaporation devices, which have to be reset for each amount of energy. The transfer of the sea water or the brine and the distillate regulate themselves with the pressure difference between adjacent evaporation devices, which can vary within a relatively large range.
Furthermore, the formation of the overflow of sea water or brine from the lower region of the downpipe 16 into the lower region of the first chamber 2 ensures that as few vapor bubbles as possible get into the next evaporator.
If the heater 35 is not supplied with thermal energy, e.g. B. in the initial stage of commissioning, the temperature of the sea water in all evaporation facilities la-lh is the same, i.e. H. is equal to the temperature of the sea water drawn in by the feed pump 32.
Accordingly, the pressures inside all of the evaporators are practically the same and the pressure differences between adjacent evaporators are almost zero. In other words, the height differences between the liquid levels in the evaporation devices are dependent on the flow resistance of the siphon-shaped channels through which the sea water conveyed by the feed pump 32 passes from the previous one into the subsequent evaporation device. The pressure loss in these siphon channels caused by the flow resistance mentioned may not exceed 1470 Pa, which corresponds to a water column of 15 cm.
The sum of the flow resistances of all these channels determines the distance between the upper end of the down pipe 16 and the upper end of the pipe 4 of the first evaporation device 1 a. This distance is in the in the Fig. 1 and 2 shown 40 cm, because the flow resistance is about three times less than the maximum value given above. The liquid level during the start-up phase reaches the height indicated by the wavy line 22 'in the first evaporation device 1 a.
This liquid level must of course not reach the upper end of the tube 4, since otherwise sea water gets into the distillate of the second chamber 3.
If the sea water is now heated in the heating device and warmer sea water is supplied to the first evaporation device, the pressure in the chambers 2 and 3 of the first evaporation device 1 a increases. This has the consequence that the liquid level (wavy line 22 ') lowers until it reaches the level indicated by the wavy line 22. If the temperature of the sea water located in the first chamber 2 of the first evaporation device rises further, the pressure increases further and the liquid level (wavy line 23) in the downpipe 16 drops.
At the same time as the process described, the evaporation of water and the condensation of the steam on the cooling coil 10 commence.
Then warmer sea water gradually reaches the second evaporation device via the first siphon channel, the process described above being repeated.
In each of the subsequent evaporation devices, the same process described above is repeated with the difference that the sea water in each subsequent evaporation device has a lower temperature than the sea water in the preceding evaporation device and therefore the pressure in the subsequent evaporation devices is lower than in the previous one. Finally, the liquid levels in the downpipes 16 and in the extension tubes 28 oscillate to those shown in FIGS. 1 and 2 specified heights. The indicated height differences A h depend on the temperature of the sea water supplied to the first evaporation device.
The system described above, whose jacket 6 has a diameter of 0.65 m and a height of 1 m, whose longest tubes 4 have a diameter of 0.4 m and protrude downward about 0.85 m from the lower end of the jacket 6 , can deliver a maximum of about 4501 distilled water per hour if the temperature of the sea water supplied to the first evaporation stage 1 a is 950C. The amount of heat required for this is less than 70 kcal per kg of distillate and the electrical power required to operate the vacuum pump 37 and the feed water pump 32 is approximately 2.5 kW. The throughput of sea water through the plant is about 4 m3 per hour.
This plant already starts to work when the temperature of the sea water supplied to the first evaporation stage la is approximately 300 ° C., whereby naturally less distilled water is obtained than the amount mentioned above.
With increasing temperature of the sea water supplied to the first evaporation stage 1 a, the amount of distilled water increases until the above-mentioned maximum value is reached. The structure of the system described above, in particular the siphon-shaped channels for transferring the sea water or the brine and the distillate from the preceding evaporation device into the next one, enables the correct pressure differences in the chambers of the evaporation devices in question to set themselves automatically, so that the maintenance of the system is considerably simplified.
From the Fig. 1 and 2 it can be seen that the upper ends of all downpipes 16 and the upper ends of all distillate outlet pipes 27 each lie in a horizontal plane. Material is saved by the below the jackets 6 downwardly projecting tubes 4, downpipes 16, extension tubes 28 and distillate inlet tubes 26 are adjusted depending on the prevailing operating pressure in the evaporation devices. With others
Words this means that the above-mentioned parts projecting downward from the jacket 6 are of different lengths depending on the pressure difference within two adjacent evaporation devices.
A further material saving results if the upper ends of the downpipes 16 of the last four or six evaporation devices lie in a further horizontal plane which is arranged at least 10 cm lower than that of the plane mentioned.
The design of an evaporation device is not limited to a cylindrical shape, but cuboidal evaporation devices can also be used, such as one shown in FIGS. 5 to 8 is shown. In these figures, those parts which have the same function as the relevant parts in the evaporation device 1b according to the FIG. 3, provided with the same reference number + 100.
The Fig. 5 shows the diagrammatic representation of an evaporation device 101b, which is, for example, the second evaporation device. The Fig. 7 and 8 show cross sections along the lines VII-VII and VIII-VIII in FIG.
5. The evaporation device 101b comprises a base plate 105, a cover plate 108 and a jacket consisting of two end plates 150 and two side plates 151 and 152.
In the lower region of the side plate 151 there are an inlet opening 121 for the sea water to be desalinated and an inlet opening 126 for the distillate obtained in the preceding evaporation device. In the lower region of the side plate 152 there are an outlet opening 124 for the sea water to be transferred to the subsequent evaporation device and an outlet opening 127 for transferring the distillate to the subsequent evaporation device. In the Fig. 5, only the outlet openings 124 and 127 are visible.
The Fig. 6 shows, in a schematic representation and with solid lines, those parts which are arranged in the interior of the casing consisting of the end plates and the side plates. The plates mentioned are indicated by dash-dotted lines. The interior of the jacket is divided by a cross plate 104 into a first chamber 102 for receiving the sea water and a second chamber 103 for receiving the distillate. A number of pipes 110 extend through the upper area of the interior of the jacket, which area is common to the two chambers 102 and 103, for the passage of the sea water to be desalinated, the water vapor condensing on the outside of the pipes 110 and on the other hand through the pipes flowing sea water is heated.
Arranged below the tubes 110 is an angled drip plate 153 which collects the distillate dripping from the tubes and transfers them to the second chamber 103. The drip plate 153 leaves a gap 154 so that the steam escaping from the sea water located in the first chamber 102 can reach the pipes 110.
The first chamber 102 is divided by a partition 116 into a receiving space 155 for the sea water and into a drop space 156 for the overflowing sea water.
The partition 116 has a cutout 157 in the area where it bears on the transverse plate 104, through which the sea water located in the receiving space 155 flows into the drop space 156, as indicated by the arrow 158, see FIG. 7. Two sieve or perforated plates 120 are arranged within the drop space 156, which partially destroy the fall energy of the overflowing sea water.
The second chamber 103 is divided by a further partition 159 into a receiving space 160 for the distillate supplied through the inlet opening 126 and a drop space 161. Two sieve or perforated plates 162 for partial destruction of the falling energy of the distillate are also attached in the drop chamber 161, see FIG. 8th.
The cross section of the two drop spaces 156 and 161 is at least 1/16 of the cross section of the receiving space 153 or 160. As already mentioned, the tubes 110 extend through the two end plates 150. Via a distribution chamber 163 arranged on the outside of one end plate, which is provided with an inlet opening 164, the sea water is fed to the inputs of the pipes 110 and in a collecting chamber 165 arranged on the outside of the other end plate 150, the sea water flowing out of the pipes 110 is collected. The collected and heated seawater is separated by a 5 not visible outlet opening and the inlet opening 164 of the distribution chamber 162 of the preceding evaporation device.
In each of the side plates 151 and 152, a round opening 166 is provided in one of the upper end regions, through which the evaporation device communicates with the preceding and the following evaporation device in order to be able to draw off the non-condensable gases.
To form an entire system, the individual evaporation devices are set up next to one another such that the side walls 151 and 152 of the individual evaporation devices are arranged parallel to one another and the end plates 150 each lie in one plane. To transfer the seawater to be desalinated and the distillate from the preceding evaporation device into the subsequent device, for example, horizontal connecting pipes (not shown) between the outlet opening 124 of the previous connection device and the inlet opening 121 of the subsequent evaporation device or be arranged between the outlet opening 127 of the preceding evaporation device and the inlet opening 126 of the subsequent evaporation device.
However, an arrangement is also possible in which the side plate 152 of the evaporation device 101b is simultaneously the side plate 151 of the subsequent evaporation device, i. H. a single side plate then serves as a partition between the evaporator 106b and the subsequent evaporator.
In any case, the drop space 156 and the receiving space 155 of the subsequent evaporation device connected via the outlet opening 124 and the inlet opening 121 form a communicating vessel, the height h being selected in accordance with equation (1) given above. The drop chamber 161, which is connected via the outlet opening 127 and the inlet opening 126 to the receiving space 160 of the subsequent evaporation device, also forms a communicating vessel. The height h 'thereof is equal to the sum of the height h of the first-mentioned communicating vessel and the height difference A h' between the two overflows between the receiving space 155 and the drop space 156 in the first chamber 102 or between the receiving space 160 and the drop space 161 of the second chamber 103.
The height difference A h ', i.e. H. the difference between the liquid levels in the receiving space 155 and the drop space 156 or between the liquid levels in the receiving space 160 and in the drop space 161 depends on the pressure difference between the adjacent evaporation devices. The pressure difference itself is directly dependent on the average temperature of the sea water located in the receiving spaces 155 of the adjacent evaporation devices.
At the outlet opening 124 of the last evaporation device, analog to FIG. 3, the riser pipe 42 is connected, which in the collecting basin 43 for the sole or
the sea water flows out. The riser pipe 24 is connected to the outlet opening 127, the lower ends of which open into a collecting container 45 for the distilled water. The vacuum pump 37 is connected via the pipeline 25 to the round opening 166 of the last evaporation device so that the non-condensable gases can be drawn off by the vacuum pump 37.
Otherwise, the system works with a number of cuboidal evaporation devices according to FIGS. 5-8 same as that with reference to FIG. 1-4 described system and has the same advantages. The system with cuboidal evaporation devices are particularly suitable for systems with an output of more than 4000 It distillate per hour.