DE102008052964A1 - Water distillation plant comprises solar collectors, which operate evaporator and condenser connected with the evaporator for the evaporated cleaned water, and pre-heater for preheating the water to be distilled supplied to the evaporator - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserdestillationsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Entsalzen von Meer- oder Brackwasser, aber auch zur Abwasserreinigung.The The invention relates to a water distillation plant after The preamble of claim 1, in particular for desalting sea or Brackish water, but also for wastewater treatment.
Eine
derartige Anlage ist in der älteren Patentanmeldung
Bei dieser Anlage wird der Kondensator mit Kühlwasser gekühlt, das herbeigeholt werden muss. Ferner sind elektronische und elektrische Einrichtungen, beispielsweise eine elektrische Pumpe zur Füllstandsregelung in dem Verdampfer vorgesehen, die einer elektrischen Stromquelle bedürfen.at In this system, the condenser is cooled with cooling water, that has to be brought. Furthermore, electronic and electrical Devices, such as an electric pump for level control provided in the evaporator, which is an electrical power source require.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Anlage von externen Versorgungsquellen unabhängig und zugleich effektiver zu machen.task The invention is to this system from external sources independent and at the same time more effective.
Dies wird erfindungsgemäß mit der Wasserdestillationsanlage nach dem Anspruch 1 erreicht. In den Ansprüchen 2 bis 12 sind bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wasserdestillationsanlage angegeben.This is according to the invention with the water distillation plant achieved according to claim 1. In the claims 2 to 12 are preferred embodiments of the invention Water distillation plant specified.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage werden Sonnenkollektoren verwendet, die einen Absorber für die Sonnenstrahlung aufweisen, der in einem sich von unten nach oben erstreckenden transparenten, also für Sonnenstrahlung durchlässigen Gehäuse einschlossen ist. Der Absorber, der z. B. aus einem Kupfer- oder Aluminiumblech oder aus einem anderen die Sonnenstrahlung absorbierenden flächigen Material besteht, ist mit einem Metallrohr wärmeleitend verbunden, das sich in dem Gehäuse in Gehäuselängsrichtung erstreckt. Der Absorber und das Metallrohr sind vorzugsweise gasdicht in dem Gehäuse eingeschlossen, um eine Wärmekonvektion mit der Umgebungsluft auszuschließen.at the plant according to the invention become solar panels used, which have an absorber for solar radiation, that in a transparent from bottom to top, so Enclosed for solar radiation permeable housing is. The absorber, the z. B. of a copper or aluminum sheet or from another solar radiation absorbing sheet material exists, is thermally conductively connected to a metal tube, located in the housing in the housing longitudinal direction extends. The absorber and the metal tube are preferably gas-tight enclosed in the housing for thermal convection to exclude with the ambient air.
Das Metallrohr ist mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, zum Teil gefüllt, das ein Frostschutzmittel, wie Glykol, enthalten kann. An seinem oberen Ende, das aus dem Gehäuse ragt, ist das Metallrohr mit einem Kondensatorkopf versehen, der einen mit dem Metallrohr kommunizierenden Hohlraum aufweist. In diesem Hohlraum wird der Wasserdampf kondensiert, der durch Verdampfen des Wassers in dem Metallrohr aufgrund der Wärme erzeugt wird, die der die Sonnenstrahlung absorbierende Absorber dem Metallrohr zuführt.The Metal pipe is with a liquid, preferably water, partially filled with an antifreeze such as glycol, may contain. At its upper end, that out of the case protrudes, the metal tube is provided with a condenser head, the having a communicating with the metal tube cavity. In In this cavity, the water vapor is condensed, which by evaporation of the water generated in the metal tube due to the heat the absorber absorbing the solar radiation is the metal tube supplies.
Zur Wärmeisolierung des Absorbers und des Metallrohrs gegenüber der Umgebung, ist das Gehäuse vorzugsweise evakuiert. Das Metallrohr, einschließlich des Kondensatorkopfes kann z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.to Thermal insulation of the absorber and the metal tube opposite environment, the housing is preferably evacuated. The Metal tube, including the condenser head can z. B. made of copper or a copper alloy.
Durch die Kondensation des aufgrund der Sonneneinstrahlung verdampften Wassers in dem Kondensatorkopf tritt eine Erwärmung des Kondensatorkopfes von bis zu 200°C auf. Diese hohe Temperatur des Kondensatorkopfes wird zur Destillation des zu reinigenden Wassers in dem Verdampfer genutzt. Dazu ist das Verdampfergefäß mit einer nach innen ragenden Aufnahme versehen, in die der Kondensatorkopf des Sonnenkollektors zur Wärmeübertragung an das Wasser in dem Verdampfer steckbar ist.By the condensation of vaporized due to solar radiation Water in the condenser head occurs heating of the Capacitor head up to 200 ° C. This high temperature the condenser head is used for distillation of the water to be purified used in the evaporator. This is the evaporator vessel with an inwardly projecting receptacle, in which the condenser head of the solar collector for heat transfer to the Water in the evaporator can be plugged.
Die Aufnahme in dem Verdampfergehäuse, in das der Kondensatorkopf an dem Sonnenkollektor gesteckt wird, kann zum Beispiel hülsenförmig ausgebildet sein. Um durch eine flächige Anlage des Kondensatorkopfes an der Einsteckaufnahme eine hohe Wärmeleitung zu erzielen, ist der Innenquerschnitt der Einsteckaufnahme dem Außenquerschnitt des Kondensatorkopfes angepasst. Auch besteht die Einsteckaufnahme vorzugsweise aus Metall, um die Wärme des Kondensatorkopfes möglichst verlustfrei in das zu verdampfende Wasser in dem Verdampfergehäuse abzuführen.The Recording in the evaporator housing into which the condenser head can be plugged into the solar collector, for example, sleeve-shaped be educated. To pass through a surface contact of the condenser head to achieve a high heat conduction at the plug-in receptacle, is the inner cross section of the Einsteckaufnahme the outer cross section of Capacitor head adapted. Also, the male receptacle is preferably made of metal, to the heat of the condenser head as possible lossless in the water to be evaporated in the evaporator housing dissipate.
Das Verdampfergehäuse wird vorzugsweise durch ein im Wesentlichen waagrechtes Rohr gebildet, das von Hülsen durchsetzt wird, die die Aufnahmen bilden, in die die Kondensatorköpfe der Sonnenkollektoren gesteckt werden. Das Verdampfergefäß kann vollständig mit dem zu destillierenden Wasser gefüllt sein. Vorteilhafterweise ist das Rohr dann etwas geneigt, um die gebildeten Dampfblasen entweichen zu lassen. Es ist jedoch auch möglich, einen bestimmten Füllstand in dem Verdampfergefäß einzustellen, um einen Dampfraum über dem Wasserspiegel in dem Verdampfergehäuse zu bilden.The Evaporator housing is preferably through a substantially formed horizontal tube which is interspersed by pods, which form the recordings into which the condenser heads of the Solar panels are plugged. The evaporator vessel can completely filled with the water to be distilled be. Advantageously, the pipe is then slightly inclined to the to escape the formed vapor bubbles. It is, however possible to set a certain level in the evaporator vessel, around a vapor space above the water level in the evaporator housing to build.
Zur Regelung der Zufuhr des zu destillierenden Wassers zu dem Verdampfer ist vorzugsweise ein Schwimmerventil vorgesehen. Damit kann die Zufuhr des zu destillierenden Wassers in den Verdampfer ohne elektrische oder elektronische Einrichtungen erfolgen.to Control of the supply of water to be distilled to the evaporator a float valve is preferably provided. This allows the feed of the water to be distilled into the evaporator without electrical or electronic devices.
Das Schwimmerventil weist einen Schwimmer in einem Behälter auf, der mit dem zu reinigenden Wasser gefüllt ist. An dem Schwimmer ist ein Hebel befestigt, der mit dem Absperrkörper eines Ventils gekoppelt ist, über das das zu reinigende Wasser dem Behälter zugeführt wird. Sinkt der Schwimmer gegenüber dem vorgegebenen Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter, wird somit das Ventil geöffnet, während ein steigender Flüssigkeitsspiegel dafür sorgt, dass das Ventil geschlossen wird. Der vorgegebene Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter entspricht dabei dem Füllstand in dem Verdampfer, der mit dem Wasser in dem Schwimmerbehälter über eine Leitung kommuniziert.The Float valve has a float in a container on, which is filled with the water to be purified. At the float has a lever attached to it a valve is coupled over which the to be cleaned Water is supplied to the container. Is that sinking? Float against the given liquid level in the container, thus the valve is opened, while a rising liquid level for it ensures that the valve is closed. The specified liquid level in the container corresponds to the level in the evaporator, which overflows with the water in the float tank a line communicates.
Damit kann der Wasserstand im Verdampfer sehr genau ohne elektrische oder elektronische Einrichtungen gesteuert werden. Zudem funktioniert das Schwimmerventil als Druckausgleichsbehälter, falls am Ausgang des Verdampfers ein Überdruck entstehen sollte.In order to the water level in the evaporator can be very accurately without electrical or electronic devices are controlled. In addition, works the float valve as pressure equalization tank, if at Output of the evaporator should be an overpressure.
Das dem Verdampfer zugeführte, zu destillierende Wasser wird mit einem Vorerwärmer vorerwärmt. Erfindungsgemäß ist dazu ein Doppelmantelwärmetauscher vorgesehen, der zugleich den Kondensator für das im Verdampfer verdampfte Wasser bildet. Das zu destillierende Wasser, das in dem Vorerwärmer vorerwärmt wird, kann dem Doppelmantelwärmetauscher im Gleichstrom oder Gegenstrom zugeführt werden.The the evaporator supplied to be distilled water preheated with a preheater. According to the invention to a double-jacket heat exchanger provided at the same time forms the condenser for the evaporated water in the evaporator. The distilled water that preheats in the preheater can, the DC jacketed heat exchanger in DC or countercurrent are supplied.
Das im Verdampfer verdampfte Wasser wird vorzugsweise dem Innenrohr und das zu destillierende Wasser dem Ringraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr des Doppelmantelwärmetauschers zugeführt. Damit ist kein Herbeiholen von Kühlwasser notwendig. Das dem Doppelmantelwärmetauscher zugeführte, zu destillierende Wasser wird vorzugsweise einem Vorratsbehälter entnommen. Der Vorratsbehälter kann extern aufgestellt werden, um ggf. auch mehrere Wasserdestillationsanlagen beschicken zu können.The Vaporized water in the evaporator is preferably the inner tube and the water to be distilled the annulus between the inner tube and fed to the outer tube of the double-shell heat exchanger. Thus, no fetching of cooling water is necessary. The fed to the jacketed heat exchanger, to be distilled Water is preferably taken from a reservoir. The reservoir can be placed externally to if necessary, to be able to feed several water distillation plants.
Der Vorratsbehälter, der beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann, ist vorzugsweise über dem Doppelmantelwärmetauscher angeordnet, und mit ihm über eine Fallleitung verbunden.Of the Reservoir, which consist for example of plastic can, is preferably over the double-shell heat exchanger arranged, and connected to it via a downpipe.
Der Doppelmantelwärmetauscher ist vorzugsweise über dem Verdampfer angeordnet und mit dem Verdampfer über eine Steigleitung verbunden.Of the Double-jacket heat exchanger is preferably over arranged on the evaporator and with the evaporator via a Steigleitung connected.
Wenn die erfindungsgemäße Anlage zum Entsalzen von Meerwasser verwendet wird, müssen die Innenwand des Verdampfergefäßes und die Außenseiten der Aufnahmen für die Kondensatorköpfe der Sonnenkollektoren aus einem auch bei hohen Temperaturen meerwasserfesten, physiologisch unbedenklichen Material bestehen. Dazu kann Edelstahl, eine Kupferlegierung oder Titan verwendet werden. Ferner ist auch ein Kunststoff, der ein Metallgeflecht enthält, verwendbar. Als Edelstahl kann beispielsweise verwendet werden Al-6x, 254 SMO (austenitisch), Al29-4C, Monit (ferritisch), ferner z. B. Uranus B6, 2RK 65, VEW A 952 und 963, Sanicro 28 (austenitisch), wobei insbesondere Hastelloy und Incolloy eingesetzt werden können. Als Kupferlegierung kann beispielsweise CuNi10FeMn, also eine Kupferlegierung mit 10 bis 11 Gew.-% Nickel, 1,5 bis 1,8 Gew.-% Eisen und 0,5 bis 1 Gew.-% Mangan zum Einsatz kommen. Auch bieten sich mit Titan beschichtete Werkstoffe, beispielsweise mit Titan beschichtetes Kupfer als Merkmal für die Innenwand des Verdampfergefäßes und/oder die Außenseite der Aufnahmen an, die mit dem Meerwasser in Berührung kommen. Das Material für die Innenwand des Verdampfergefäßes und/oder die Aufnahmen für die Kondensatorköpfe kann jedoch z. B. auch ein Glasfaserlaminat sein.If the inventive plant for desalting Seawater used must have the inner wall of the evaporator vessel and the outsides of the recordings for the condenser heads of the Solar collectors from a seawater-resistant even at high temperatures Physiologically harmless material. This can be stainless steel, a copper alloy or titanium can be used. Further, too a plastic containing a metal mesh used. As stainless steel can be used for example Al-6x, 254 SMO (austenitic), Al29-4C, Monit (ferritic), further z. Eg Uranus B6, 2RK 65, VEW A 952 and 963, Sanicro 28 (austenitic), wherein in particular Hastelloy and Incolloy can be used. As a copper alloy, for example, CuNi10FeMn, so a copper alloy with 10 to 11 wt .-% nickel, 1.5 to 1.8 wt .-% iron and 0.5 to 1 wt .-% manganese are used. Also, offer coated with titanium Materials such as titanium coated copper as a feature for the inner wall of the evaporator vessel and / or the outside of the shots that are in contact with the seawater come in contact. The material for the inner wall the evaporator vessel and / or the recordings for However, the condenser heads can z. B. also a glass fiber laminate be.
Das Verdampfergehäuse ist nach außen mit einer für die auftretenden hohen Temperaturen geeigneten Wärmeisolierung, beispielsweise aus Steinwolle versehen.The Evaporator housing is outward with a for the occurring high temperatures suitable thermal insulation, For example, provided from rock wool.
Statt einer Zufuhr des zu destillierenden Wassers an einem Ende des rohrförmigen Verdampfergefäßes kann das zu destillierende Wasser dem rohrförmigen Verdampfergefäß auch im mittleren Bereich zugeführt werden. An den beiden Enden des Verdampfergefäßes kann dann ein beispielsweise als senkrechter Turm ausgebildetes Steigrohr vorgesehen sein, durch das der Dampf abströmt, während mitgerissenes (flüssiges) Wasser wieder zurückfließt.Instead of a supply of the water to be distilled at one end of the tubular Vaporizer vessel can be distilled water the tubular evaporator vessel too be fed in the middle area. At the two ends of the evaporator vessel can then be an example as vertical tower trained riser be provided by that the steam flows off, while entrained (liquid) water flows back again.
Wenn die erfindungsgemäße Anlage zur Meerwasserentsalzung eingesetzt wird, wird nicht nur keimfreies Wasser erhalten, sondern auch keimfreies Meersalz. Das heißt, das Meerwasser fließt in den Verdampfer, wobei nach dem Verdampfen des Wassers eine Salzlake in dem Verdampfergefäß zurückbleibt. Das Verdampfergefäß ist mit einem z. B. mit einem Hahn verschließbarem Abfluss versehen, um die Lake z. B. in eine Wanne oder dergleichen Behältnis abfließen zu lassen. Setzt man dieses Behältnis der Sonne aus, wird trockenes Meersalz gewonnen.If the inventive plant for seawater desalination is used, not only germ-free water is obtained, but also germ-free sea salt. That is, the seawater is flowing in the evaporator, wherein after evaporation of the water, a brine remains in the evaporator vessel. The evaporator vessel is equipped with a z. B. with a Hahn provided lockable drain to the Lake z. B. drain into a tub or similar container allow. If you expose this container of the sun, will won dry sea salt.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:below the invention with reference to the accompanying drawings by way of example explained in more detail. In each case schematically show:
Gemäß
An
dem Verdampfer
Wie
in
Die
Sonnenkollektoren
Das
aus dem evakuierten Gehäuse
Bei
Sonneneinstrahlung heizt sich der die Sonneneinstrahlung absorbierende
Absorber
Gemäß
Durch
die hohe Temperatur der Kondensatorköpfe
Das
Verdampfergefäß
Der
Doppelmantelwärmetauscher
Wie
aus
Über
dem Kondensator
Das
kondensierte, flüssige gereinigte Wasser, das über
die Leitung
Die
Zufuhr des zu destillierenden, vorerwärmten Wassers
Mit
der Leitung
Gemäß
Das
Gestell
Das
aus Metallprofilen zusammengesetzte Gestell
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