DE102008026673A1

DE102008026673A1 - Anlage zur Meerwasserentsalzung

Info

Publication number: DE102008026673A1
Application number: DE102008026673A
Authority: DE
Original assignee: THOMAS HANS WERNER
Current assignee: THOMAS HANS WERNER
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Solare Meerwasserentsalzungsanlage,
gekennzeichnet durch
– einen Verdunstungsraum (1) mit einer die Sonneneinstrahlung absorbierenden Oberfläche bzw. aus einem diese Sonneneinstrahlung absorbierenden Material,
– dem mittels eines Lüfters (3) Luft und
– mittels einer Pumpe (6) Meerwasser zugeführt wird,
– wobei die so im Verdunstungsraum (1) erzeugte feuchte Heißluft zur Abscheidung des Wassers einem Kondensator (4) bzw. Kühler zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Meerwasserentsalzung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aufgrund des bereits akuten Mangels bzw. der schlechten Qualität des vorhandenen Süßwassers wird die Versorgung der stetig steigenden Zahl von Menschen mit sauberem Wasser zu einer großen Herausforderung für die Zukunft, wobei hier der Meerwasserentsalzung eine zentrale Bedeutung zugemessen werden muß.
Unter der Meerwasserentsalzung ist die Gewinnung von Trinkwasser bzw. Brauchwasser aus Meerwasser zu verstehen, die durch eine Verringerung des Salzgehaltes des Meerwassers erreicht wird. Es sind hierbei verschiedene Verfahren der Entsalzung bekannt, um die Salze und Mineralien aus dem Wasser zu entfernen.
Insbesondere in wasserarmen Staaten, die über eigene Energiereserven verfügen, wird das Trinkwasser überwiegend durch gas- oder ölbefeuerte Entsalzungsanlagen gewonnen. Alternativen hierzu sind kombinierte Turbinenkraftwerke mit angeschlossenen Entsalzungsanlagen bekannt, die mit einer mehrstufigen Entspannungsverdampfung betrieben werden. Auch das Umkehrosmoseverfahren, bei dem mit Druck der natürliche Osmose-Prozess umgekehrt wird, wird praktiziert.
Neben diesen bereits in großen Anlagen realisierten Verfahren, die insbesondere einen großen Energiebedarf aufweisen und zudem anlagentechnisch aufwendig gestaltet sind und eine umfangreiche Wasserbehandlung erfordern, wird intensiv an der Entwicklung von Meerwasserentsalzungsanlagen geforscht, die die in ariden Zonen im Überfluss vorhandene Solarenergie zur Trinkwassergewinnung nutzen können.
Im Unterschied zu den zuvor angeführten Lösungen, deren Wasseraufbereitung auf dem Prinzip der Verdampfung basiert, beruht die vorliegende Erfindung auf dem Prinzip der Verdunstung. Hierbei liegt die Temperatur des Wassers unter der Siedetemperatur, und gleichzeitig ist der Dampfteildruck in der Umgebungsluft geringer als der Dampfdruck der Flüssigkeit selbst. Das Wasser verdunstet so in Abhängigkeit von der Wassertemperatur und der Teildruckdifferenz.
Es sind eine Vielzahl unterschiedlicher solarer Meerentsalzungsanlagen bekannt, denen unterschiedliche konstruktive Merkmale zugrunde liegen, wobei sehr unterschiedliche Ansprüche an die Produktivität dieser verschiedenen Anlagen angelegt werden. Da es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine konstruktiv möglichst wenig aufwendige Lösung handeln soll, werden als bekannter Stand der Technik Kollektoren mit Solardestille, die Kaskadendestille sowie das Kollektorprinzip angesehen.
Nachteilig bei diesen bekannten Lösungen ist der große Flächenbedarf sowie der Stromverbrauch der Pumpen. Auch die Lebensdauer bekannter Anlagen ist unbefriedigend, da insbesondere die Steuerungs- und Regelungseinheit unter den gegebenen schwierigen Einsatzbedingungen wartungsanfällig sind.
Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zu Grunde, eine solare Meerwasserentsalzungsanlage zu schaffen, die konstruktiv einfach und somit wartungsarm und gleichzeitig produktiv ist. Die Produktivität soll hierbei auf kleinem Raum realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine solare Meerwasserentsalzungsanlage, mit einem Verdunstungsraum, dessen Innenraum durch direkte Sonneneinstrahlung stark aufgeheizt wird. Erreicht wird dies durch die Verwendung diesbezüglich geeigneter Materialien, die die Energie der Sonneneinstrahlung aufnehmen und in den Innenraum abgeben. Es können so leicht Temperaturwerte der gesättigten Luft im Verdunstungsraum von bis zu 75°C erreicht werden, in Abhängigkeit von der Intensität der Sonneneinstrahlung aber auch höhere Temperaturen, wodurch die Aufnahmekapazität der Luft für Feuchtigkeit weiter ansteigt.
Gleichzeitig wird dem Verdunstungsraum Salzwasser zugeführt und somit die Luft in ihrem Feuchtegrad gesättigt. Bei 75°C kann die Luft hierbei etwa 240 g Wasser/m3 aufnehmen. Die Zugabe des Salzwassers erfolgt hierbei über eine möglichst feine Bedüsung des Verdunstungsraums, wodurch die Sättigung des Transportmediums Luft erleichtert und so ein höher Durchsatz der Anlage verwirklicht werden kann.
Schließlich wird diese gesättigte Luft einem Kondensator zugeführt, der mit Meerwasser gekühlten wird. Die heiße Luft wird hierbei abgekühlt, wodurch der Wasserdampf wieder zu Wasser kondensiert, welches vom Salz befreit aufgefangen und von der verbleibenden in ihrem Salzgehalt konzentrierten Sole abgetrennt wird.
In einer zweckmäßigen Bauform der Erfindung kann hierbei der Kühler konstruktiv direkt im Meerwasser, unterhalb des Verdunstungsraumes angeordnet sein.
Der Energiebedarf der Anlage soll hierbei über Solarzellen (Photovoltaik) möglichst vollständig gedeckt werden. Hierbei ist zumindest eine Pumpe für die Versorgung des Kondensators wie auch die Bedüsung des Verdunstungsraums erforderlich sowie ein Lüfter, der den Durchsatz der Luft durch die Anlage erzeugt.
Die Sonnenergie wird gleichzeitig zur Vorerhitzung des zu entsalzenden Meerwassers in Sonnenkollektoren genutzt, um die Effizienz der Anlage weiter zu steigern.
Eine Leistungsabschätzung ergibt bei einer Temperatur der gesättigten Luft von 75°C und somit einer Sättigungskapazität von ca. 240 g Wasser/m3, dass bei einer Abkühlung dieser gesättigten Luft beispielsweise auf ca. 35°C unter Verwendung von 30°C warmem Meerwasser die Luft lediglich ca. 40 g Wasser/m3 transportieren kann.
Daraus resultiert eine Produktivität pro m3 Luft von ca. 200 g Wasser. Bei 5.000 m3 Luftdurchsatz durch den Verdunstungsraum pro Stunde sind dies ca. 1 m3 Wasser/h, was 10 m3/d entspricht ausgehend von einer Laufzeit von 10 Stunden täglich. Durch Zusammenschaltung mehrerer Einheiten kann man jede lokal benötigte Kapazität erzeugen.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand zweier Figuren näher beschrieben.
Es zeigen
1 die Meerwasserentsalzungsanlage in seitlicher Ansicht;
2 die Meerwasserentsalzungsanlage in seitlicher Ansicht mit im Meerwasser 5 unterhalb des Verdunstungsraumes 1 angeordnetem Kondensator 4.
In 1 ist der längliche Verdunstungsraum 1 dargestellt, an dessen linker Öffnung ein Lüfter 3 angeordnet ist, der einen Luftstrom in den Verdunstungsraum 1 erzeugt. Der Verdunstungsraum 1 ist hierbei der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt, wodurch eine hohe Innentemperatur von 75°C und mehr vorherrscht.
In der Darstellung vereinfacht dargestellt wird diesem Verdunstungsraum 1 Meerwasser durch zumindest eine Bedüsung 2 zugeführt, die in der dargestellten Bauform oberseitig im vorderen Abschnitt des Verdunstungsraumes angeordnet ist. Eine Pumpe 6 pumpt hierfür das unbehandelte Meerwasser durch den Kondensator, der so seine Kühltemperatur erreicht. Gleichzeitig kommt es zum Wärmetausch mit der heißen Luft im Verdunstungsraum, wodurch das Meerwasser nach Durchlaufen des Kondensators vorerwärmt weitergeleitet ist.
Nun durchläuft ein Teil des durch den Kondensator vorgewärmten Meerwassers zumindest einen Sonnenkollektor 7 und wird auf diese weise vorgeheizt dem Verdunstungsraum 1 zugeführt. Durch eine feine Bedüsung 2 des Verdunstungsraumes 1 wird hierbei eine Aufnahme dieses Wassers durch die erhitzte Luft begünstigt.
Am Ausgang aus dem Verdunstungsraum 1 steht der Kondensator 4, durch den die feuchtigkeitsgesättige Heißluft strömt, wobei aufgrund der Abkühlung das Wasser aus der Luft als entsalztes Süßwasser kondensiert und abgeführt wird. Am Boden des Verdunstungsraumes sammelt sich hierbei das mit Salz eingereicherte Wasser und wird wieder durch einen Abfluss 5 ins Meer abgelassen oder einer weiteren Verwertung zugeführt.
2 zeigt eine weitere vorteilhafte Bauform, die eine Anordnung des Kondensators 4 direkt unterhalb des Verdunstungsraumes 1 im Meerwasser vorsieht. Die gesättigte Heißluft wird hierbei vom oberhalb des Meeresspiegels angeordneten Verdunstungsraum 1 zum Kondensator kanalisiert. Diese Bauform sieht hierbei eine Abführung der Sole sowohl aus dem Verdunstungsraum 1 als auch aus dem unterhalb gelegenen Kondensatorraum 4 vor.
Die Zufuhr von Meerwasser zum Verdunstungsraum 1 erfolgt ebenfalls über eine Pumpe 6, die allerdings das Meerwasser direkt einem Sonnenkollektor zuführt, von wo aus das vorgeheizte Wasser der Bedüsung 2 zufließt.
Diese Bauform kann hierbei mit einem geschlossenen Luftkreislauf betrieben werden, das heißt, die Luft kann nach dem Durchströmen des Kondensators 4 wieder im geschlossenen Kreislauf dem Verdunstungsraum 1 zugeführt werden.

Claims

Solare Meerwasserentsalzungsanlage, gekennzeichnet durch – einen Verdunstungsraum (1) mit einer die Sonneneinstrahlung absorbierenden Oberfläche bzw. aus einem diese Sonneneinstrahlung absorbierenden Material, – dem mittels eines Lüfters (3) Luft und – mittels einer Pumpe (6) Meerwasser zugeführt wird, – wobei die so im Verdunstungsraum (1) erzeugte feuchte Heißluft zur Abscheidung des Wassers einem Kondensator (4) bzw. Kühler zugeführt wird.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdunstungsraum 1 ein Container verwendet wird.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (6) mit Meerwasser gekühlt wird.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (6) mit Luft gekühlt wird.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ein Teil des Meerwassers nach Durchströmen des Kondensators (6) zur Erhitzung einem Sonnenkollektor (7) zugeführt wird.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meerwasser über zumindest eine Bedüsungsvorrichtung (2) in den Verdunstungsraum (1) eingespritzt wird.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich am Boden des Verdunstungsraums (1) ansammelnde salzangereicherte Sole kontinuierlich in einem Selbstreinigungsprozeß über einen Abfluss (5) angeführt wird.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mit geeigneten Schwimmvorrichtungen versehen schwimmend ausgebildet ist.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß außenseitig am Verdunstungsraums (1) Pontons derart befestigt und angeordnet sind, dass die Anlage im Meerwasser schwimmend betrieben werden kann.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage auf einem geeigneten Unterbau im Wasser stehend aufgebaut ist.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß – der Kondensator (4) im Meerwasser liegend angeordnet und durch dieses gekühlt ist, – wobei die feuchte Heißluft aus dem oberhalb des Kondensators (4) angeordneten Verdunstungsraum (1) durch einen Kanal dem Kondensator (4) zugeführt wird.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu entsalzende Meerwasser direkt dem Sonnenkollektor (7) zugeführt und anschließend in den Verdunstungsraum eingespritzt wird.
Solare Meerwasserentsalzungsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – ein drehzahlgeregelter Lüfter (3) den Luftstrom durch den Verdunstungsraum (1) volumetrisch optimiert, – wobei die Regelung in Abhängigkeit der Lufttemperatur und/oder der Sättigung der Luft mit Feuchtigkeit erfolgt.