DE102015226231A1

DE102015226231A1 - Process and apparatus for the freeze-desalination of salt water

Info

Publication number: DE102015226231A1
Application number: DE102015226231.6A
Authority: DE
Inventors: Theodoros Papadopoulos; Marco Prenzel; Sebastian Thiem
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Es wird ein Verfahren für eine Gefrierentsalzung eines Salzwassers (3) zu einem Produktwasser (42) vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellung eines Eisspeichers (2) zum wenigstens teilweisen Gefrieren des Salzwassers (3) zu einem Eis (4); – wenigstens teilweises Schmelzen des gebildeten Eises (4) zu einem Schmelzwasser (41); – Ermittlung einer Salinität und eines Massenstromes des Schmelzwassers (41); und – Bestimmung eines Zeitpunktes (142) in Abhängigkeit der ermittelten Salinität und des Massenstromes, ab welchem Zeitpunkt (142) das Schmelzwasser (41) zur Bereitstellung des Produktwassers (42) verwendet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens.A method is proposed for a freeze-desalination of salt water (3) into a product water (42) comprising the following steps: - providing an ice storage (2) for at least partially freezing the salt water (3) into an ice (4); - At least partial melting of the ice formed (4) to a melt water (41); - Determination of salinity and mass flow of melt water (41); and - determining a point in time (142) as a function of the determined salinity and the mass flow, from which point in time (142) the melt water (41) is used to provide the product water (42). Furthermore, the invention relates to a device (1) for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gefrierentsalzung eines Salzwassers sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for freeze-desalination of salt water and to an apparatus for carrying out the method.

Von großer aktueller und zukünftiger Bedeutung ist der Zugang zu sauberem Süßwasser, insbesondere Trinkwasser. Hierbei besteht das Problem, dass nur ein äußerst geringer Anteil aller verfügbaren Wassermengen der Erde Süßwasser sind. Zudem ist ein großer Anteil des zur Verfügung stehenden Süßwassers nicht zugänglich und daher nicht verwertbar oder nutzbar. Salzwasser ist hingegen, größtenteils in den Ozeanen, in ausreichend großen Mengen vorhanden. Es ist daher erstrebenswert, effiziente Verfahren zur Entsalzung von Salzwasser bereitzustellen. Of great current and future importance is the access to clean fresh water, especially drinking water. The problem here is that only a very small proportion of all available water in the world is freshwater. In addition, a large proportion of the available fresh water is not accessible and therefore not recoverable or usable. Saltwater, on the other hand, mostly in the oceans, is present in sufficiently large quantities. It is therefore desirable to provide efficient processes for desalting salt water.

Zur Entsalzung von Salzwasser gibt es eine Mehrzahl bekannter Verfahren, die typischerweise einen hohen Energiebedarf aufweisen, sodass es von besonderer Bedeutung ist, die energetische Effizienz der bekannten Verfahren zu verbessern. Die am häufigsten angewandten Verfahren sind Umkehrosmose, Membrandestillation und Verfahren mittels einer mehrstufigen Entspannungsverdampfung. Weitere nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren verwenden eine Elektrodialyse oder ein Gefrierverfahren, bei dem das Salzwasser gefroren und somit der Salzgehalt im gefrorenen Anteil reduziert wird. There are a number of known processes for desalting salt water, which typically have a high energy requirement, so that it is of particular importance to improve the energy efficiency of the known processes. The most commonly used methods are reverse osmosis, membrane distillation and multi-stage flash evaporation processes. Other methods known in the art employ electrodialysis or a freezing process in which the salt water is frozen and thus the salt content in the frozen portion is reduced.

Beim Gefrierverfahren wird typischerweise ein Kühlmittel in indirektem thermischen Kontakt mit dem Salzwasser gebracht. Hierbei wird das Salzwasser über seinen Gefrierpunkt abgekühlt, sodass es zur Bildung von salzärmeren oder salzfreien Eiskristallen kommt. Die Eiskristalle werden dann vom restlichen bezüglich seiner Salzkonzentration aufkonzentrierten Salzwasser (Sol) abgetrennt. Entsprechend kann die Salzkonzentration der Eiskristalle und somit die Salzkonzentration des aus den Eiskristallen resultierenden Produktwassers (Frischwasser/Süßwasser) reduziert werden. In the freezing process, typically, a refrigerant is placed in indirect thermal contact with the salt water. Here, the salt water is cooled above its freezing point, resulting in the formation of salt-free or salt-free ice crystals. The ice crystals are then separated from the rest of the salt concentration concentrated brine (sol). Accordingly, the salt concentration of the ice crystals and thus the salt concentration of the product water resulting from the ice crystals (fresh water / fresh water) can be reduced.

Typischerweise wird der indirekte thermische Kontakt des Salzwassers mit dem Kühlmittel mittels eines Wärmeübertragers hergestellt. Hierbei stellt sich heraus, dass das dem Wärmeübertrager nächstliegende Eis noch stark salzhaltig ist. Mit anderen Worten weist das sich zuerst gebildete Eis, im Vergleich zum später gebildeten Eis, einen hohen Salzgehalt auf, sodass es von Vorteil ist, dieses vorerst zu verwerfen und nicht für die Bereitstellung oder Gewinnung des Produktwassers zu verwenden. Hierzu wird das sich zuerst bildende Eis durch ein Aufwärmen des Wärmeübertragers zum Schmelzen gebracht und als Schmelzwasser abgeführt. Dieses Verfahren wird als Schwitzverfahren (engl. Sweating) bezeichnet. Das abgeführte geschmolzene Eis wird auch als Schwitzwasser (engl. Sweating Water) bezeichnet. Erst das später, das heißt typischerweise das weiter außenliegende Eis weist einen geringeren Salzgehalt auf und kann zur Bereitstellung des Produktwassers verwendet werden. Typically, the indirect thermal contact of the brine with the coolant is made by means of a heat exchanger. It turns out that the closest to the heat exchanger ice is still very saline. In other words, the ice formed first has a high salt content as compared with ice formed later, so it is advantageous to discard it for the time being and not to use it for providing or recovering the product water. For this purpose, the first ice is formed by heating the heat exchanger to melt and discharged as melt water. This process is called sweating. The discharged molten ice is also called sweating water. Only later, that is typically the further outlying ice has a lower salt content and can be used to provide the product water.

Nach dem Stand der Technik wird ein anfänglicher konstanter Anteil des Schmelzwassers (Schwitzwasser) verworfen, bevor das Schmelzwasser zur Bereitstellung des Produktwassers verwendet wird. Hieraus ergibt sich der Nachteil, dass möglicherweise bereits Schmelzwasser verworfen wird, welches sich grundsätzlich zur Bereitstellung des Produktwassers eignet. Wird hingegen zu wenig Schmelzwasser verworfen, so kann sich die Salinität des Produktwassers erhöhen, sodass die Effizienz der Gefrierentsalzung verschlechtert wird. According to the prior art, an initial constant proportion of the melt water (condensation water) is discarded before the melt water is used to provide the product water. This results in the disadvantage that possibly melt water is discarded, which is basically suitable for providing the product water. On the other hand, if too little melt water is discarded, the salinity of the product water may increase, thus deteriorating the efficiency of freeze desalination.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz einer Gefrierentsalzung eines Salzwassers zu verbessern. The present invention has for its object to improve the efficiency of freeze desalination of salt water.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 8 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by a method having the features of independent claim 1 and by a device having the features of independent claim 8. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Das erfindungsgemäße Verfahren für eine Gefrierentsalzung eines Salzwassers zu einem Produktwasser umfasst die Schritte:

– Bereitstellung eines Eisspeichers zum wenigstens teilweisen Gefrieren des Salzwassers zu einem Eis;
– wenigstens teilweises Schmelzen des gebildeten Eises zu einem Schmelzwasser;
– Ermittlung einer Salinität und eines Massenstromes des Schmelzwassers; und
– Bestimmung eines Zeitpunktes in Abhängigkeit der ermittelten Salinität und des Massenstromes, ab welchem Zeitpunkt das Schmelzwasser zur Bereitstellung des Produktwassers verwendet wird.

The process according to the invention for a freeze-desalting of a salt water to a product water comprises the steps:

- Providing an ice storage for at least partially freezing the salt water to an ice;
- at least partial melting of the ice formed to a melt water;
- Determination of salinity and mass flow of melt water; and
- Determination of a time depending on the determined salinity and the mass flow, from which point the melt water is used to provide the product water.

Erfindungsgemäß wird die Salinität, das heißt der Salzgehalt, und der Massenstrom des Schmelzwassers ermittelt oder erfasst. Insbesondere werden die Salinität und der Massenstrom, die typischerweise zeitabhängig sind, überwacht, das heißt im Wesentlichen kontinuierlich oder in diskreten Zeitschritten ermittelt oder erfasst. Dadurch wird vorteilhafterweise das Schwitzverfahren der Gefrierentsalzung verbessert. According to the invention, the salinity, that is to say the salt content, and the mass flow of melt water are determined or recorded. In particular, the salinity and the mass flow, which are typically time-dependent, are monitored, that is, determined or detected substantially continuously or in discrete time steps. This advantageously improves the sweating process of the freeze desalination.

Hierbei wird als Schwitzverfahren ein Verfahren bezeichnet, bei dem ein anfänglicher Anteil des Schmelzwassers verworfen, das heißt nicht für die Bereitstellung des Produktwassers verwendet wird. Here, a sweating method is a method in which an initial portion of the melt water is discarded, that is not used for the provision of the product water.

Das Schwitzverfahren wird deshalb verbessert, da die Salinität und der Massenstrom des Schmelzwassers ermittelt und ausgewertet werden und in Abhängigkeit der ermittelten Salinität und des Massenstromes ein Zeitpunkt bestimmt wird, ab dem das Schmelzwasser zur Herstellung oder Bereitstellung des Produktwassers verwendet wird. Dadurch wird vorteilhafterweise eine möglichst geringe Salinität bei einer möglichst hohen Gesamtmasse des Produktwassers erreicht. Mit andern Worten ergibt sich aus dem Zielkonflikt einer möglichst geringen Salinität und einer möglichst hohen Gesamtmasse des Produktwassers ein Optimierungsproblem, das durch die erfindungsgemäße Bestimmung des Zeitpunktes gelöst wird. The sweating process is therefore improved because the salinity and the mass flow of melt water are determined and evaluated and depending on the determined salinity and the mass flow, a time is determined from which the melt water is used to produce or provide the product water. As a result, the lowest possible salinity is advantageously achieved with the highest possible total mass of the product water. In other words, the optimization of the target conflict of the lowest possible salinity and the highest possible total mass of the product water results in an optimization problem that is solved by determining the time in accordance with the invention.

Durch die erfindungsgemäße Bestimmung des Zeitpunktes, der von der ermittelten Salinität und dem Massenstrom abhängt, wird zudem die Effizienz der Gefrierentsalzung insgesamt verbessert, da nur ein möglichst minimaler Anteil des Schmelzwassers verworfen wird. Der Zeitpunkt wird in Abhängigkeit der Salinität und des Massenstromes bestimmt, sodass eine Optimierung hinsichtlich der Salinität oder der Gesamtmasse des Produktwassers möglich ist. Beispielsweise kann eine möglichst geringe Salinität erreicht werden. Weiterhin kann eine höhere Salinität tolerierbar sein, falls die Gesamtmasse, das heißt die Menge an Produktwasser priorisiert wird. Entscheidend ist, dass in die Bestimmung des Zeitpunktes sowohl die ermittelte Salinität als auch der ermittelte Massenstrom mit einfließen. In addition, the inventive determination of the point in time, which depends on the determined salinity and the mass flow, improves the overall efficiency of the freeze desalination since only the smallest possible proportion of the melt water is discarded. The time is determined depending on the salinity and the mass flow, so that an optimization with respect to the salinity or the total mass of the product water is possible. For example, the lowest possible salinity can be achieved. Furthermore, higher salinity may be tolerable if the total mass, that is, the amount of product water, is prioritized. It is crucial that both the determined salinity and the determined mass flow are included in the determination of the time.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens oder einer seiner Ausgestaltungen umfasst einen Eisspeicher zum Gefrieren eines Salzwassers zu einem Eis und zum Schmelzen des gebildeten Eises zu einem Schmelzwasser. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Regelungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Salinität und einen Massenstrom des Schmelzwassers zu ermitteln und in Abhängigkeit der ermittelten Salinität und des Massenstromes einen Zeitpunkt zu bestimmen. Erfindungsgemäß ist die Regelungsvorrichtung dazu ausgebildet, die Bereitstellung eines Produktwassers derart zu regeln, dass erst ab dem bestimmten Zeitpunkt das Schmelzwasser zur Bereitstellung des Produktwassers verwendet wird. The inventive apparatus for carrying out the method or one of its embodiments comprises an ice storage for freezing a salt water to an ice and for melting the ice formed to a melt water. Furthermore, the device comprises a control device, which is designed to determine a salinity and a mass flow of the melt water and to determine a time depending on the determined salinity and the mass flow. According to the invention, the control device is designed to regulate the provision of a product water in such a way that the melt water is used to provide the product water only from the specific point in time.

Zur Bestimmung des Zeitpunktes kann die Regelungsvorrichtung eine Rechenvorrichtung umfassen. Weiterhin kann die Rechenvorrichtung tabellarische Werte zur Salinität und des Massenstromes bereitstellen. Beispielsweise kann der Zeitpunkt dadurch festgelegt werden, dass ein festgelegter Schwellenwert der Salinität unterschritten und/oder eine festgelegter Schwellenwert des Massenstromes überschritten wird. Insbesondere liegt der Schwellenwert der Salinität im Bereich von 20 Gramm pro Kilogramm bis 25 Gramm pro Kilogramm, falls die ursprüngliche Salinität des Salzwassers in etwa 35 Gramm pro Kilogramm beträgt. Der Schwellenwert kann auch von einer Stufe der Gefrierentsalzung abhängen, das heißt nach der Gefrierentsalzung des Salzwassers (erste Stufe) kann sich eine weitere Gefrierentsalzung des Produktwassers (zweite Stufe) anschließen, wobei die zweite Stufe einen von der ersten Stufe verschiedenen Schwellenwert aufweist. Insbesondere ist der Schwellenwert der zweiten Stufen niedriger als der der ersten Stufe. Generell kann das Produktwasser zur weiteren Entsalzung in den Eisspeicher rückgeführt oder einer weiteren Gefrierentsalzung, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung, als Salzwasser zugeführt werden. To determine the time, the control device may comprise a computing device. Furthermore, the computing device can provide tabular values of salinity and mass flow. For example, the time can be determined by falling below a specified threshold of salinity and / or exceeding a defined threshold value of the mass flow. In particular, the salinity threshold ranges from 20 grams per kilogram to 25 grams per kilogram if the original salt water salinity is about 35 grams per kilogram. The threshold may also depend on a stage of freeze-desalination, that is, after freeze-desalination of the brine (first stage), further freeze-desalination of product water (second stage) may follow, the second stage having a threshold different from the first stage. In particular, the threshold of the second stages is lower than that of the first stage. In general, the product water can be returned to the ice storage for further desalination or fed to a further freeze desalting, in particular according to the present invention, as salt water.

Es ergeben sich zum bereits genannten erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile. There are similar and the same advantages to the already mentioned inventive method.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Masse des Schmelzwassers aus dem Massenstrom ermittelt und der Zeitpunkt in Abhängigkeit der Salinität und der ermittelten Masse bestimmt. According to an advantageous embodiment of the invention, a mass of the melt water is determined from the mass flow and determines the time as a function of the salinity and the determined mass.

Vorteilhafterweise kann durch die Ermittlung des Massenstromes die Gesamtmasse, kurz die Masse des Schmelzwassers, welches bisher gebildet worden ist, bestimmt werden. Weiterhin kann durch die Ermittlung der Masse eine verbesserte Bestimmung des Zeitpunktes erfolgen, sodass die Effizienz der Gefrierentsalzung verbessert wird. Advantageously, by determining the mass flow, the total mass, in short the mass of the melt water, which has hitherto been formed, can be determined. Furthermore, by determining the mass, an improved determination of the time can be made, so that the efficiency of the freeze desalination is improved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Zeitpunkt in Abhängigkeit einer differentiellen Änderung der Salinität in Abhängigkeit des Massenstromes oder der Masse bestimmt. In a further advantageous embodiment of the invention, the time is determined as a function of a differential change in salinity as a function of the mass flow or the mass.

Mit anderen Worten wird der Zeitpunkt aus einer Steigung einer funktionalen Abhängigkeit zwischen der Salinität und des Massenstromes oder zwischen der Salinität und der Masse ermittelt. Die funktionale Abhängigkeit kann mittels eines Diagramms verdeutlicht werden. An der Abszisse des Diagramms ist der Massenstrom beziehungsweise die Masse und an der Ordinate des Diagramms die Salinität des Schmelzwassers aufgetragen. Der Zeitpunkt ist dann einem bestimmten Schwellenwert der Steigung in dem Diagramm zugehörig. Mit anderen Worten erfolgt die Verwendung des Schmelzwassers zur Bereitstellung des Produktwassers erst dann, falls die Steigung einen Schwellenwert unter- oder überschreitet. Typischerweise wird der genannte Schwellenwert überschritten beziehungsweise betragsmäßig unterschritten. Beispielsweise liegt der Schwellenwert der Steigung beziehungsweise die Steigung ΔS/ΔM zum bestimmten Zeitpunkt im Bereich von –30 Gramm pro Kilogramm² bis –10 Gramm pro Kilogramm², bei einer ursprünglichen Salinität des Salzwassers von etwa 35 Gramm pro Kilogramm (erste Stufe). Hierbei steht S für die Salinität und M für die Masse. Das Symbol Δ kennzeichnet eine Änderung der dem Symbol nachstehenden Größe. Der Schwellenwert der Steigung kann für die Stufen der Gefrierentsalzung verschieden sein. In other words, the time is determined from a slope of a functional dependence between the salinity and the mass flow or between the salinity and the mass. The functional dependence can be illustrated by means of a diagram. The mass flow or the mass is plotted on the abscissa of the diagram and the salinity of the melt water is plotted on the ordinate of the diagram. The time is then associated with a certain threshold of slope in the diagram. In other words, the use of the melt water to provide the product water takes place only if the slope is below or above a threshold. Typically, said threshold is exceeded or underrun in amount. For example, the slope of slope ΔS / ΔM at the particular time point is in the range of -30 grams per kilogram ² to -10 grams per kilogram ² , with an initial salt water salinity of about 35 grams per kilogram (first Step). Where S is salinity and M is mass. The symbol Δ indicates a change in the size following the symbol. The threshold of the slope may be different for the stages of freeze desalination.

Insgesamt wird vorteilhafterweise durch die verbesserte Bestimmung des Zeitpunktes die Effizienz der Gefrierentsalzung weiter erhöht. Overall, the efficiency of the freeze desalination is advantageously further increased by the improved determination of the time.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, die Masse des Eises im Eisspeicher vor dem Schmelzen des Eises zu ermitteln und zur Bestimmung des Zeitpunktes zu verwenden. Furthermore, it is preferably provided to determine the mass of ice in the ice storage before the melting of the ice and to use for determining the time.

Vorteilhafterweise kann dadurch eine verbesserte Bestimmung des Zeitpunktes erfolgen, sodass die Effizienz der Gefrierentsalzung weiter verbessert werden kann. Advantageously, this can be an improved determination of the time, so that the efficiency of freeze-desalination can be further improved.

Die Masse des Eises korrespondiert hierbei zu der maximal möglichen Masse des Schmelzwassers und somit zur maximal möglichen Gesamtmasse des Produktwassers. The mass of the ice in this case corresponds to the maximum possible mass of the melt water and thus to the maximum possible total mass of the product water.

Besonders bevorzugt werden zusätzlich vergangene Werte einer ermittelten Salinität und/oder eines Massenstromes zur Bestimmung des Zeitpunktes verwendet. Particular preference is additionally given to using past values of a determined salinity and / or of a mass flow for determining the time.

Vorteilhafterweise kann dies automatisiert erfolgen, sodass ein automatisches Lernen der Gefrierentsalzung ermöglicht wird. Mit anderen Worten kann aus den vergangenen Werten der Salinität und des Massenstromes ein verbesserter Zeitpunkt, ab welchem Zeitpunkt das Schmelzwasser zur Bereitstellung des Produktwassers verwendet wird, bestimmt werden. Dadurch wird insgesamt die Effizienz der Gefrierentsalzung weiter verbessert. Advantageously, this can be done automatically, so that an automatic learning of freeze-desalination is made possible. In other words, from the past values of salinity and mass flow, an improved time from which time the melt water is used to provide the product water can be determined. This further improves the overall efficiency of the freeze-desalination process.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Schmelzwasser mittels eines Auslasses aus dem Eisspeicher zu einem Eingang eines Dreiwegeventils geführt. Weiterhin erfolgt ein Umschalten des Dreiwegeventils von einem ersten Ausgang zu einem zweiten Ausgang zum bestimmten Zeitpunkt. According to an advantageous embodiment of the invention, the melt water is guided by means of an outlet from the ice storage to an input of a three-way valve. Furthermore, the three-way valve is switched from a first output to a second output at a specific time.

Dadurch wird vorteilhafterweise ein einfaches Verwerfen des anfänglichen Schmelzwassers ermöglicht. Mit anderen Worten wird das Schmelzwasser zunächst vom Eingang des Dreiwegeventils zu seinem ersten Ausgang geführt, wobei anschließend zum ersten Ausgang die Salinität und der Massenstrom des Schmelzwassers ermittelt werden. In Abhängigkeit der ermittelten Salinität und des Massenstromes erfolgt die Bestimmung des Zeitpunktes, ab welchem Zeitpunkt das Schmelzwasser zur Bereitstellung des Produktwassers verwendet wird. Zu diesem Zeitpunkt oder innerhalb eines Zeitbereiches um diesen Zeitpunkt erfolgt ein Umschalten des Dreiwegeventils vom ersten zum zweiten Ausgang, wobei der zweite Ausgang dem Produktwasser zugeordnet wird. Mit anderen Worten kann nun das Produktwasser aus dem zweiten Ausgang gewonnen und bereitgestellt werden. This advantageously allows easy discarding of the initial melt water. In other words, the melt water is first fed from the input of the three-way valve to its first output, wherein then the salinity and the mass flow of the melt water are determined to the first output. Depending on the determined salinity and the mass flow, the determination of the time from which point the melt water is used to provide the product water takes place. At this time, or within a time range around this time, the three-way valve is switched from the first to the second output, the second output being assigned to the product water. In other words, the product water can now be recovered from the second outlet and provided.

Weiterhin wird das Produktwasser besonders bevorzugt zur Bereitstellung von Trinkwasser verwendet. Furthermore, the product water is particularly preferably used to provide drinking water.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine energetisch effiziente Bereitstellung von Trinkwasser ermöglicht. As a result, an energetically efficient provision of drinking water is advantageously made possible.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Shown schematically:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 1 a first embodiment of a device according to the invention; and

2 ein Diagramm, das einen Verlauf einer Salinität eines Schmelzwassers in Abhängigkeit seiner Masse verdeutlicht. 2 a diagram illustrating a course of a salinity of melt water as a function of its mass.

Gleichartige, gleichwertige und gleichwirkende Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Similar, equivalent and equivalent elements may be given the same reference numerals in the figures.

Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst einen Eisspeicher 2 sowie eine Regelungsvorrichtung 14. Der Eisspeicher 2 ist zur Bildung eines Eises 4 aus einem Salzwasser 3 ausgebildet. Hierzu kann der Eisspeicher 2 einen nicht dargestellten Wärmeübertrager umfassen, wobei der Wärmeübertrager von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Der Wärmeübertrager ermöglicht weiterhin ein Schmelzen des aus dem Salzwasser 3 gebildeten Eises 4. In the 1 illustrated device 1 includes an ice storage 2 and a control device 14 , The ice storage 2 is to form an ice 4 from a saltwater 3 educated. For this purpose, the ice storage 2 comprise a heat exchanger, not shown, wherein the heat exchanger can be flowed through by a coolant. The heat exchanger also allows melting of the salt water 3 formed ice 4 ,

Der Eisspeicher 2 weist einen Auslass 16 auf, der ein Auslassen des nicht gefrorenen Salzwassers 3 oder eines Schmelzwassers 41 ermöglicht. The ice storage 2 has an outlet 16 on, a leaking of not frozen salt water 3 or a meltwater 41 allows.

Zur Bereitstellung eines Produktwassers 42, das durch ein wenigstens teilweise entsalztes Salzwasser 3 gebildet ist, wird das im Eisspeicher 2 gebildete Eis 4 geschmolzen. Zu Beginn des Schmelzens weist das beim Schmelzen des Eises 4 gebildete Schmelzwasser 41 typischerweise eine hohe Salinität, das heißt einen hohen Salzgehalt auf. To provide a product water 42 by at least partially desalted salt water 3 is formed in the ice storage 2 formed ice cream 4 melted. At the beginning of the melting, this is indicated by the melting of the ice 4 formed meltwater 41 typically a high salinity, that is a high salt content.

Das Schmelzwasser 41 wird über den Auslass 16 und über ein Expansionsventil 6 zu einem Eingang eines Dreiwegeventils 8 geführt. Das Dreiwegeventil 8 weist zusätzlich einen ersten und zweiten Ausgang auf, wobei der zweite Ausgang zur Bereitstellung des Produktwassers 42 vorgesehen ist. Mit anderen Worten kann das Schmelzwasser 41 zum ersten oder zweiten Ausgang des Dreiwegeventils 8 geführt werden. The meltwater 41 will be over the outlet 16 and via an expansion valve 6 to an entrance of a three-way valve 8th guided. The three-way valve 8th Additionally has a first and second output, wherein the second output for providing the product water 42 is provided. In other words, the meltwater can 41 to the first or second output of the three-way valve 8th be guided.

Zunächst wird das Schmelzwasser 41 zum ersten Ausgang des Dreiwegeventils 8 geleitet. Hieran anschließend wird mittels einer ersten Messvorrichtung 10 die Salinität des Schmelzwassers 41 und mittels einer zweiten Messvorrichtung 12, beispielsweise mittels eines Massenstrommeters, der Massenstrom des Schmelzwassers 41 ermittelt. Die erste und zweite Messvorrichtung 10, 12 sind Teil der Regelungsvorrichtung 14. Mit anderen Worten umfasst die Regelungsvorrichtung 14 die erste und zweite Messvorrichtung 10, 12. First, the meltwater 41 to the first outlet of the three-way valve 8th directed. Following this is by means of a first measuring device 10 the salinity of the meltwater 41 and by means of a second measuring device 12 , For example by means of a mass flow meter, the mass flow of melt water 41 determined. The first and second measuring device 10 . 12 are part of the control device 14 , In other words, the control device comprises 14 the first and second measuring device 10 . 12 ,

In Abhängigkeit der ermittelten Salinität und des ermittelten Massenstromes wird mittels der Regelungsvorrichtung 14 ein Zeitpunkt bestimmt, an welchem ein Umschalten des Dreiwegeventils 8 erfolgt. Durch das Umschalten des Dreiwegeventils 8 wird das Schmelzwasser 41 als Produktwasser 42 bereitgestellt. Mit anderen Worten wird ein erster Anteil des Schmelzwassers, welcher typsicherweise eine zu hohe Salinität aufweist, bis zum bestimmten Zeitpunkt verworfen. Erst ab dem bestimmten Zeitpunkt wird das Schmelzwasser 41 zur Herstellung oder Bereitstellung des Produktwassers 42 verwendet. Das verworfene Schmelzwasser 41 kann zu einer weiteren Entsalzung in den Eisspeicher 2 zurückgeführt werden. Depending on the determined salinity and the determined mass flow is by means of the control device 14 a time is determined at which a switching of the three-way valve 8th he follows. By switching the three-way valve 8th becomes the meltwater 41 as product water 42 provided. In other words, a first portion of the melt water, which is typically too high in salinity, is discarded by the specified time. Only from the specific time is the melt water 41 for producing or providing the product water 42 used. The discarded meltwater 41 can lead to further desalination in the ice storage 2 to be led back.

2 zeigt ein Diagramm, welches als Grundlage zur Bestimmung des Zeitpunktes verwendet werden kann. Das Diagramm kann mittels der in 1 dargestellten Vorrichtung gewonnen werden. Hierbei ist an der Abszisse 101 des Diagramms die Masse des Schmelzwassers 41 aufgetragen. An der Ordinate 102 des Diagramms ist die Salinität des Schmelzwassers aufgetragen. Typischerweise ergibt sich mit der Zeit ein mit dem Bezugszeichen 104 gekennzeichneter funktionaler Verlauf. 2 shows a diagram that can be used as a basis for determining the time. The diagram can be determined by means of the in 1 be obtained device shown. Here is the abscissa 101 of the diagram the mass of melt water 41 applied. At the ordinate 102 The diagram shows the salinity of melt water. Typically, over time, a reference numeral results 104 characterized functional course.

Zu Beginn des Schmelzens, gekennzeichnet durch den Punkt 140, ist die Salinität des Salzwassers 3 am größten und die Masse des Schmelzwassers 41 verschwindend gering, das heißt im wesentlichen gleich Null. Mit dem zeitlichen Fortschreiten des Schmelzens, verdeutlicht durch den Pfeil 108, verringert sich die Salinität im Schmelzwasser 41, wobei seine Masse 101 zunimmt. Hierbei wird als Masse die Gesamtmasse des bis dato gebildeten Schmelzwassers 41 bezeichnet. At the beginning of melting, characterized by the point 140 , is the salinity of salt water 3 largest and the mass of meltwater 41 vanishingly small, that is essentially equal to zero. With the temporal progression of melting, clarified by the arrow 108 , the salinity in the meltwater decreases 41 , being its mass 101 increases. Here, the mass is the total mass of melt water formed to date 41 designated.

Ab einem Umkehrpunkt 142 des funktionalen Verlaufes 104 ergibt sich eine annähernd konstante Salinität, wobei die Masse 101 des Schmelzwassers 41 solange zunimmt, bis das gesamte Eis 4 innerhalb des Eisspeichers geschmolzen oder das Schmelzen des Eises 4 abgebrochen wurde. Dies ist mit dem Bezugszeichen 141 gekennzeichnet. From a reversal point 142 of the functional course 104 results in an approximately constant salinity, the mass 101 of meltwater 41 as long as the entire ice cream increases 4 melted within the ice storage or the melting of the ice 4 was canceled. This is with the reference number 141 characterized.

Ein optimaler Zeitpunkt zum Bereitstellen des Produktwassers kann beispielsweise durch den Umkehrpunkt 142 gegeben sein, wobei der Umkehrpunkt 142 beispielsweise über seine Ableitung (Steigung), symbolisiert durch die gestrichelte Linie 106, festgelegt werden kann. Mit anderen Worten kann aus der Ermittlung der Salinität und der Masse die Ableitung, das heißt die differentielle Änderung der Salinität in Abhängigkeit der Masse ermittelt werden, wodurch der Zeitpunkt 142, ab welchem das Schmelzwasser zur Bereitstellung des Produktwassers 42 verwendet wird, bestimmt werden kann. An optimal time for providing the product water may be, for example, by the turning point 142 be given, with the turning point 142 for example, via its derivative (slope), symbolized by the dashed line 106 , can be specified. In other words, from the determination of salinity and mass, the derivative, that is, the differential change in salinity, can be determined as a function of mass, thereby determining the time 142 from which the melt water to provide the product water 42 is used, can be determined.

Weitere Methoden zur Bestimmung des Zeitpunktes in Abhängigkeit der Salinität und der Masse des Schmelzwassers können vorgesehen sein. Entscheidend ist, dass die Salinität und der Massenstrom oder die Masse des Schmelzwassers ermittelt werden und in Abhängigkeit der genannten Größen der Zeitpunkt, ab welchem das Schmelzwasser zur Bereitstellung von Produktwasser verwendet wird, bestimmt wird. Other methods for determining the time depending on the salinity and the mass of the melt water can be provided. The decisive factor is that the salinity and the mass flow or the mass of melt water are determined and, depending on the variables mentioned, the time from which the melt water is used to provide product water is determined.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, or other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Method for freeze-desalination of salt water ( 3 ) to a product water ( 42 ), comprising the steps of: - providing an ice storage ( 2 ) for at least partially freezing the salt water ( 3 ) to an ice cream ( 4 ); At least partial melting of the ice formed ( 4 ) to a meltwater ( 41 ); Determination of salinity and mass flow of melt water ( 41 ); and - determination of a point in time ( 142 ) depending on the determined salinity and the mass flow, from which point in time ( 142 ) the meltwater ( 41 ) for providing the product water ( 42 ) is used.

Method according to claim 1, wherein a mass of melt water ( 41 ) is determined from the mass flow, and the time ( 142 ) depending on the salinity and the determined mass.

Method according to Claim 1 or 2, in which the time ( 142 ) is determined as a function of a differential change in salinity as a function of the mass flow or the mass.

Method according to one of the preceding claims, in which the mass of the ice ( 4 ) in the ice storage ( 2 ) before the melting of the ice ( 4 ) and to determine the date ( 142 ) is used.

Method according to one of the preceding claims, in which additionally past values of a determined salinity and / or a mass flow are used to determine the time ( 142 ) be used.

Method according to one of the preceding claims, in which the melt water ( 41 ) by means of an outlet ( 16 ) from the ice storage ( 2 ) to an input of a three-way valve ( 6 ) and in which a switching of the three-way valve ( 6 ) from a first output to a second output at a particular time ( 142 ) he follows.

Method according to one of the preceding claims, in which the product water ( 42 ) is used to provide drinking water.

Contraption ( 1 ) for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising an ice storage ( 2 ) for freezing salt water ( 3 ) to an ice cream ( 4 ) and melting the ice formed ( 4 ) to a meltwater ( 41 ), and a control device ( 14 ), which is adapted to a salinity and a mass flow of melt water ( 41 ) and, depending on the determined salinity and the mass flow, a point in time ( 142 ), the control device ( 14 ) is further adapted to provide a product water ( 42 ) in such a way that only from the given date ( 142 ) the meltwater ( 41 ) for providing the product water ( 42 ) is used.