DE10049916B4

DE10049916B4 - Einrichtung zur solaren Entsalzung von Meerwasser

Info

Publication number: DE10049916B4
Application number: DE10049916A
Authority: DE
Inventors: Mourtada Bsata
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-10-07
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-10-08
Also published as: DE10049916A1

Abstract

Einrichtung zur solaren Meerwasserentsalzung
– mit einer aus einem unteren Expander (11) und einem oberen Verdichter (12) bestehenden licht- und wärmedurchlässigen, trichterförmigen, von Luft frei durchströmbaren Außenkonstrukrion (3), in der unter der Sonneneinstrahlung aus dem unter der Außenkonstruktion liegenden Meerwasserbecken (5) Wasserdampf entsteht und aufsteigt,
– mit im Innenraum des Verdichters (12) angeordneten, durch den aufsteigenden Wasserdampf in Rotation setzbaren segelförmigen Kondensatfangnetzen, Flügeln (6), die an einer sich zentral vom Meerwasserbecken zum Verdichter (12) senkrecht erstreckenden Achse (10) angeordnet sind und sich von der Achse bis zur Innenwand des Verdichters erstrecken und
– mit einer am unteren Rand des Verdichters angeordneten Ringrinne (7) für das in einer senkrecht am Verdichter verlaufenden nach oben offenen Rinne (4) gesammelte Kondensat, die über ein Verbindungsrohr (2) mit einem Tauwasserkanal (9) verbunden ist.

Description

Die Einrichtung betrifft eine Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung mit einer an einem beliebig gewählten Ort, vorzugsweise in Küstennähe, einsetzbaren Konstruktion.
Die Sicherstellung der Trinkwasserversorgung ist in vielen Teilen der Erde zu einer Frage des Überlebens geworden, die eine große Herausforderung für Wissenschaft und Technik darstellt.
Aus der DE 30 15 25 4 C2 ist eine Einrichtung zur Meerwasserentsalzung bekannt, bei der das zu verdunstende Meerwasser in einem Becken lagert, das von einer gläsernen Halbkugel hermetisch abgedichtet wird, die ein Überdruckventil im oberen Bereich und eine Kondensatrinne am unteren Rand aufweist, die mit einem Auffangbecken für Süßwasser durch eine Leitung verbunden ist.
Durch die Aufwärmung unter der Sonneneinstrahlung dehnt sich die Luft unter der Glashaube aus und entweicht zum Teil durch das Überdruckventil. Das Meerwasser im Becken beginnt, aufgrund des fallenden Druckes auch bei relativ niedriger Temperatur, zu verdunsten. Der aufsteigende Wasserdampf „füllt" nun die entstehenden Lücken zwischen den „Luftmolekülen". Erst ein später langsam einsetzender Rückgang der Außentemperatur führt zu einer ebenso langsamen freien Konvektion unter der Glashaube mit Kondensatbildung an der Innenwand, deren Verlaufsgeschwindigkeit erheblich von der Differenz zwischen der Innen- und Außenlufttemperatur und dem Raumvolumen unter dem Glas abhängt.
Konstruktionsbedingt bleibt die Masse der in der Einrichtung hermetisch eingeschlossenen Luft und damit die Masse des aufgenommenen Wasserdampfes eine endliche, eine begrenzte Größe.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die langwierige freie Konvektion, mit deren Hilfe die Umsetzung des Wasserdampfes in Kondenswasser bewerkstelligt wird.
Die Kosten-/Nutzenrelation ist bei diesem Verfahren ebenfalls ungünstig, da ein relativ hoher technischer Aufwand einer recht geringen Ausbeute an Süßwasser gegenübersteht.
Noch wesentlicher ist, daß dieses System der weltweiten Wasserknappheit keine realistische Lösung bietet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effektive Meerwasserentsalzungsanlage der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die beschriebenen Nachteile nicht auftreten und die sich für die Versorgung von Gebieten und Orten nahezu beliebiger Größe mit Wasser eignet. Die Meerwasserentsalzungsanlage soll ferner auf einfache und wirt schaftliche Weise errichtbar und, insbesondere ohne den Einsatz von Hilfsenergien betreibbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser wie sie im Hauptanspruch beschrieben ist gelöst, wobei in einer licht- und wärmedurchlässigen trichterförmigen freidurchströmten Einrichtung Meerwasser durch Sonneneinstrahlung verdunstet, aufsteigt, verdichtet und zugleich gekühlt wird, während segelartige Flügel an einer zentralen Achse in Be wegung gesetzt werden, wodurch entsalztes Wasser abgeschieden und abgeleitet wird.
Unter der Hülle der trichterförmigen licht- und wärmedurchlässigen Außenkonstruktion (3) erwärmt sich durch die Sonneneinstrahlung nach und nach die Luft im Innern, beginnend von der Randzone mit nach innen fortschreitender Wirkung. Eine Aufwärtsströmung der Innenluft setzt langsam dort ein, wo sie am wärmsten ist, also im Randbereich. Dabei wird sie an den Rändern durch die Reibungskräfte etwas gebremst. Die zunehmende Lufterwärmung nach innen hin löst im Innern der Einrichtung eine immer stärker werdende, nach oben strebende Luftströmung aus, die letztlich schneller wird als die Randströmung, da die Reibungskräfte, mit zunehmende Tiefe nach innen hin abnehmen. Die erwärmte, emporsteigende Luft entspannt sich im Expander 11 und bewirkt damit eine Senkung des Luftdrucks im unteren Bereich, in der Luft-/Wasser-Grenzzone im Meerwasserbecken 5, was eine schnellere Verdampfung zur Folge hat. Immer mehr Wasserdampfteilchen, die sowohl mechanisch als auch thermisch Energie zugeführt bekommen, wodurch sie die elektrostatischen Bindungskräfte des Wassers überwinden können, finden zwischen den aufgelockerten Luftteilchen ein „Schlupfloch" und mischen sieh auf diese Weise mit den warmen Luftmassen. Das hierdurch entstehende warme Wasserdampf-Luft-Gemisch bewegt sich als eine einheitliche Masse nach oben und gelangt ins „Nadelöhr" der Einrichtung, in den Verdichter 12. Nun entsteht in diesem Bereich, im Verdichter und an dessen Eintrittsöffnung ein hoher Luftdruck, hervorgerufen einerseits durch die Formgebung des Verdichters 12, der das Luft-Wasser-Gemisch zu einer zentralgelegenen Achse 10 zusammendrückt, andererseits durch die darunter liegenden Luft-Wasser-Massen, die aufgrund ihrer zunehmenden Wärme nach oben steigen.
Da die Außenkonstruktion 3 nicht überall bündig mit der Bodenplatte 13 verbunden und freidurchströmbar ist, strömt fortdauernd von allen Seiten auf Höhe der Bodenplatte 13 frische Außenluft in die Einrichtung und ersetzt die oben entweichende warme Luft.
Durch die Komprimierung der ohnehin warmen Luftteilchen im Verdichter 12 entsteht zusätzliche Wärme, die mit Hilfe der wärmedurchlässigen Außenhaut des Verdichters nach außen gelangt. Eine hochwärmedämmende lichtreflektierende Wärmeschutzhaube 1 umschließt den Verdichter 12 so, daß er einerseits gegen Sonnen- und Wärmeeinstrahlung geschützt ist, andererseits, daß die Zirkulation eines Kühlmediums möglich ist. Sie optimiert somit seine Funktion, da die Kühlung eine höhere Verdichtung schafft, wodurch mehr entsalztes Kondenswasser abgeschieden wird.
Das erzwungene Zusammenrücken der Teilchen des Luft Wasserdampf-Gemisches im Ver dichter 12 bewirkt eine Verringerung der molekularen Zwischenräume im Gemisch. Gefördert von ihren magnetisch wirkenden elektrostatischen Bindungskräften verbinden sich die Wasserteilchen zu immer größer werdenden Kondensattröpfchen. Diese werden anschließend von segelförmigen, um eine zentrale Achse 10 symmetrisch angeordneten feinmaschigen und kühlbaren Kondensatfangnetzen, Flügeln 6, der Luft entzogen. Die Außen- und Unterkante der Flügel 6 verlaufen nach unten und leiten die Tröpfchen zu einer nach oben offenen Rinne 4, die das Tauwasser zur Ringrinne 7 im Innern der Außenkonstruktion 3 zuführt.
Die Flügel 6 bestehen aus korrosionsbeständigem wärmeleitenden Material, das vorzugsweise elektrisch stromleitend ist; diese werden durch den Aufwind in Rotation versetzt.
Um die Startphase zu beschleunigen, werden die Flügel 6 wahlweise entweder gekühlt oder mit Wasser feinbesprüht oder elektrisch aufgeladen. Letzteres setzt voraus, daß die Flügel 6 stromleitend sind.
Alle drei vorgegebenen Möglichkeiten führen zu einer raschen Bildung von Kondensations keimen, die aufgrund der Dipoleigenschaft des Wassermoleküls eine Kettenreaktion auslösen, indem sie fortlaufend die in der Luft schwebenden Wasserdampfteilchen durch die Rotation der Flügel 6 erfassen und an sich binden.
Die Wassertropfen nehmen dadurch an Masse zu und fließen letztlich über die Rinne 4 in den Tauwasserabfluß 8 ab.
Zur Erhöhung des Verdunstungsgrades des Meerwassers, das sich im Meerwasserbecken 5 befindet, wird dieses mit Hilfe von Wärmetauscherelementen des Verrohrungskreises 14, die sich im Meerwasserbecken befinden, vorgewärmt. Durch diese Vorwärmung des Salzwassers im Meerwasserbecken 5 wird die an die Luft grenzende Wasseroberfläche vergrößert.
Die in die Einrichtung strömende frische Außenluft trifft auf eine „rauhe" Wasseroberfläche und wird mit zunehmender Erwärmung unter der Außenkonstruktion 3 mit mehr Wasserdampfteilchen angereichert. Um bei starker Sonneneinstrahlung oder starkem Wind einer zu hohen Drehgeschwindigkeit der Zentralen Achse 10 entgegenzuwirken, wird die Bremswirkung der Masse des weichen und schweren Wassers im Meerwasserbecken 5 ausgenutzt.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die vorliegende Einrichtung mit natürlicher Energie (Sonne- und Windenergie) natürliche Vorgänge simuliert. Ähnlich wie es bei der Entstehung des Regens abläuft. Der Unterschied zu den Naturvorgängen besteht darin, daß sich mit der geschilderten Einrichtung Ort und Zeit bestimmen lassen.
1 Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser, wiedergegeben durch eine Schnittdarstellung.
1 zeigt folgende Bestandteile der Einrichtung:

1: Wärmeschutzhaube
2: Verbindungsrohr
3: Außenkonstruktion
4: Rinne
5: Meerwasserbecken
6: Flügel
7: Ringrinne
8: Tauwasserabfluss
9: Tauwasserkanal
10: Zentralachse
11: Expander
12: Verdichters
13: Bodenplatte
14: Verrohrungskreis

Claims

Einrichtung zur solaren Meerwasserentsalzung – mit einer aus einem unteren Expander (11) und einem oberen Verdichter (12) bestehenden licht- und wärmedurchlässigen, trichterförmigen, von Luft frei durchströmbaren Außenkonstrukrion (3), in der unter der Sonneneinstrahlung aus dem unter der Außenkonstruktion liegenden Meerwasserbecken (5) Wasserdampf entsteht und aufsteigt, – mit im Innenraum des Verdichters (12) angeordneten, durch den aufsteigenden Wasserdampf in Rotation setzbaren segelförmigen Kondensatfangnetzen, Flügeln (6), die an einer sich zentral vom Meerwasserbecken zum Verdichter (12) senkrecht erstreckenden Achse (10) angeordnet sind und sich von der Achse bis zur Innenwand des Verdichters erstrecken und – mit einer am unteren Rand des Verdichters angeordneten Ringrinne (7) für das in einer senkrecht am Verdichter verlaufenden nach oben offenen Rinne (4) gesammelte Kondensat, die über ein Verbindungsrohr (2) mit einem Tauwasserkanal (9) verbunden ist.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwsser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkonstruktion (3) eine Formgebung aufweist, die sich von unten nach oben verjüngt.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 – 2 gekennzeichnet durch wärme- und elektrisch stromleitende, feingelochte bzw. feinfaserige Flügel (6) aus korrosionsbeständigem Material.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 3 gekennzeichnet dadurch, dass die segelartigen, das Kondensat erfassenden Flügel (6) von einem Kühlmedium durchströmbaren geschlossenen Verrohrungskreis (14) wärmeleitend aufgenommen sind.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 3 – 4 gekennzeichnet dadurch, dass die äußeren und die unteren Ränder der Flügel (6) so ausgerichtet sind, dass sie das ausgefällte Kondensat zu einer Ringrinne (7) in der Außenkostruktion (3) ableiten.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 – 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Verdichters (12) eine sich auf die Gesamtverdichterhöhe erstreckende licht- und wärmedurchlässige Wärmeschutzhaube (1) das zu kühlende Teil, den Verdichter (12), umschließt.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 3 – 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Umwälzung des Kältemediums im eingeschlossenen Verrohrungskreis (14) eine Pumpe vorgesehen ist, welche zusammenhängend mit der Rotation der zentralen Achse (10) in Gang gesetzt wird.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 3 – 7 dadurch gekennzeichnet, dass alternativ zur Erzeugung von Kondensationskeimen durch elektrisch aufladbare Flügel (6) eine Anordnung von Sprühdüsen auf der oberen Seite der Flügel (6) vorgesehen ist.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 – 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung so konzipiert ist, dass die aufsteigenden, den Verdichter (12) passierenden Luft-Wasserdampfteilchen einmal, ehe sie den Verdichter verlassen, von einem der Flügel (6) erfasst werden.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 – 9 dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der zentralen Achse (10) Drosselklappen, die im unteren und oberen Bereich der Einrichtung die Luftströmung bestimmen, vorgesehen sind.
Einrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Anspruch 1 – 10 dadurch gekennzeichnet, dass zum Kühlungseffekt des Verdichters (12) Drosselklappen oder Ventile, die die Strömung des Kältemediums im Zwischenraum zwischen der Wärmeschutzhaube (1) und dem Verdichter (12) regeln, vorgesehen sind.