DE102019102531A1 - Water treatment plant - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wasseraufbereitungsanlage (1) zur Aufbereitung von Meerwasser (5), aufweisend einen hohlzylindrischen Verdunstungskörper (2) und einen hohlkegelförmigen Kondensationsdeckel (3), wobei der Kondensationsdeckel (3) mit dem Verdunstungskörper (2) strömungstechnisch verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung (19) zur außenseitigen Kühlung des Kondensationsdeckels (3).The invention relates to a water treatment plant (1) for the treatment of sea water (5), comprising a hollow cylindrical evaporation body (2) and a hollow cone-shaped condensation cover (3), the condensation cover (3) being connected to the evaporation body (2) in terms of flow technology, characterized by a Cooling device (19) for cooling the condensation cover (3) on the outside.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wasseraufbereitungsanlage zur Aufbereitung von Meerwasser zu Trinkwasser bzw. Brauchwasser, aufweisend einen hohlzylindrischen Verdunstungskörper und einen hohlkegelförmigen Kondensationsdeckel, welcher Kondensationsdeckel mit dem Verdunstungskörper strömungstechnisch verbunden ist.The invention relates to a water treatment plant for the treatment of sea water into drinking water or industrial water, comprising a hollow cylindrical evaporation body and a hollow cone-shaped condensation cover, which condensation cover is connected to the evaporation body in terms of flow.
Der größte Teil der Erdoberfläche ist von Meerwasser bedeckt. Trotzdem mangelt es in küstennahen Wüstenregionen an Trink- und Brauchwasser. Chemisch gesehen ist Meerwasser eine wässrige Lösung mit verschiedenen Salzen. Aufgrund der hohen Salzkonzentration kann Meerwasser nicht als Trink-/Brauchwasser verwendet werden.Most of the earth's surface is covered by sea water. Nevertheless, there is a shortage of drinking and process water in coastal desert regions. From a chemical point of view, sea water is an aqueous solution with various salts. Due to the high salt concentration, sea water cannot be used as drinking / process water.
Zur Gewinnung von Trink-/Brauchwasser aus Meerwasser gibt es Wasseraufbereitungsanlagen, welche die Salzkonzentration des Meerwassers verringern. Aus dem Stand der Technik sind viele verschiedene Vorrichtungen und Verfahren der Entsalzung bekannt. In trink- bzw. brauchwasserarmen Wüstenregionen sind insbesondere Wasseraufbereitungsanlagen notwendig, die möglichst unkompliziert aufzubauen sind.There are water treatment systems for the extraction of drinking / process water from sea water, which reduce the salt concentration of the sea water. Many different devices and methods of desalination are known from the prior art. In desert regions with little or no drinking water, water treatment systems are particularly necessary, which are as straightforward as possible to set up.
Aus dem Stand der Technik sind einfache Wasseraufbereitungsanlagen, sogenannte Watercones bekannt, die über einen Verdunstungskörper verfügen, in welches Meerwasser manuell geschüttet wird. Durch die Absorption der Sonnenstrahlen erwärmt sich das Meerwasser und verdunstet, bis es sich an dem strömungstechnisch verbundenen Kondensationsdeckel niederschlägt. Das kondensierte Wasser fließt innenseitig den Kondensationsdeckel entlang und sammelt sich in einer Auffangrinne. Aufgrund des Verdunstungsprozesses weist das Wasser nur noch geringe Mengen Salz auf und hat Trinkwasserqualität. Das Trinkwasser kann von der Auffangrinne direkt durch Umdrehen der Abdeckung entnommen werden. Ein Watercone kann bis zu 1,5 Liter täglich produzieren.Simple water treatment systems, so-called water cones, are known from the prior art, which have an evaporation body into which sea water is poured manually. Due to the absorption of the sun's rays, the sea water heats up and evaporates until it is deposited on the fluidically connected condensation cover. The condensed water flows along the inside of the condensation lid and collects in a gutter. Due to the evaporation process, the water only has a small amount of salt and is of drinking water quality. The drinking water can be taken directly from the gutter by turning the cover over. A Watercone can produce up to 1.5 liters a day.
Derartige Wasseraufbereitungsanlagen sind aufgrund ihrer simplen Bauweise, geringen Materialkosten und einfachen Handhabung besonders vorteilhaft. Nachteilig ist jedoch die geringe Ausbeute, die eine solche Anlage erbringt.Such water treatment systems are particularly advantageous because of their simple construction, low material costs and simple handling. However, the low yield that such a system produces is disadvantageous.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Großanlagen wie beispielsweise Destillations- oder Umkehrosmoseanlagen bekannt. Bei Destillationsanlagen wird prinzipiell das Wasser stark erhitzt, so dass es verdampft und an einem innerhalb der Anlage angeordneten Kondensator kondensiert. Der Kondensator besteht üblicherweise aus einer mit Kühlflüssigkeit gefüllten Rohrleitung.Furthermore, large plants such as, for example, distillation or reverse osmosis plants are known from the prior art. In principle, in distillation plants, the water is strongly heated, so that it evaporates and condenses on a condenser arranged inside the plant. The condenser usually consists of a pipeline filled with coolant.
Umkehrosmoseanlagen konzentrieren in Flüssigkeiten gelöste Stoffe, indem mit hohem Druck der natürliche Osmoseprozess umgekehrt wird. Nachteilig sind die hohen Kosten zur Bereitstellung der Anlage, die Instandhaltungsarbeiten und die dadurch entstehenden Kosten sowie der Energieverbrauch für den Betrieb der Anlage.Reverse osmosis systems concentrate substances dissolved in liquids by reversing the natural osmosis process at high pressure. Disadvantages are the high costs for providing the system, the maintenance work and the resulting costs, as well as the energy consumption for operating the system.
Beide Wasseraufbereitungsanlagen sind in der Lage, große Mengen Trink-/Brauchwasser in kurzer Zeit zu produzieren. Problematisch ist jedoch der große Energiebedarf, der zur Inbetriebnahme derartiger Anlagen gedeckt werden muss. Gerade in Gebieten, in denen das Stromnetz nicht oder nur schlecht ausgebaut ist, können Destillations- oder Umkehrosmoseanlagen nicht ohne Weiteres betrieben werden. Ferner sind die Kosten zur Bereitstellung solcher Anlagen sehr hoch, so dass sich gerade ärmere Bevölkerungsschichten in wasserarmen Küstenregionen derartige Anlagen nicht leisten können.Both water treatment plants are able to produce large quantities of drinking / process water in a short time. However, the great energy requirement that must be met to start up such systems is problematic. Especially in areas where the power grid is not or only poorly developed, distillation or reverse osmosis systems cannot be operated easily. Furthermore, the costs for the provision of such facilities are very high, so poorer sections of the population in coastal regions with little water cannot afford such facilities.
Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Wasseraufbereitungsanlage dahingehend weiterzuentwickeln, bei möglichst geringem Kosten- und Betriebsaufwand die Effizienz zu steigern.Starting from the above-described prior art, it is the object of the invention to further develop a water treatment plant in such a way that the efficiency is increased with the lowest possible cost and operating expenditure.
Für die Lösung dieser Aufgabe wird eine Wasseraufbereitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.To solve this problem, a water treatment plant with the features of
Eine erfindungsgemäße Anlage ist gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung zur außenseitigen Kühlung des Kondensationsdeckels mit Meerwasser.A system according to the invention is characterized by a cooling device for cooling the condensation cover on the outside with sea water.
Die erfindungsgemäße Wasseraufbereitungsanlage ist im Meer aufstellbar und kann Dimensionen von ca. 5 m im Durchmesser und 10 bis 15 m in der Höhe aufweisen. Kleinere Baugrößen sind ebenfalls denkbar. Die Baugröße der Wasseraufbereitungsanlage ist zum einen vom Wasserverbrauch und zum anderen von den Gegebenheiten der Küste abhängig.The water treatment plant according to the invention can be set up in the sea and can have dimensions of approximately 5 m in diameter and 10 to 15 m in height. Smaller sizes are also conceivable. The size of the water treatment plant depends on the one hand on water consumption and on the other hand on the conditions on the coast.
Erfindungsgemäß weist die Wasseraufbereitungsanlage einen hohlzylindrischen Verdunstungskörper auf. Der Verdunstungskörper dient als Aufnahmeraum des aufzubereitenden Meerwassers, in welchem der Verdunstungsvorgang stattfindet. Der Verdunstungskörper kann dabei einendseitig offen oder geschlossen sein.According to the invention, the water treatment plant has a hollow cylindrical evaporation body. The evaporation body serves as the receiving space for the sea water to be treated, in which the evaporation process takes place. The evaporation body can be open or closed at one end.
Die hohlzylindrische Form ist besonders vorteilhaft, da sie zum einen eine gleichmäßige Verteilung des Wasserdampfs bewirkt. Zum anderen ist die Oberfläche für eine Reinigung besser zugänglich im Gegensatz zu Körpern, die Ecken aufweisen.The hollow cylindrical shape is particularly advantageous because on the one hand it causes an even distribution of the water vapor. On the other hand, the surface is more accessible for cleaning in contrast to bodies that have corners.
Der Verdunstungskörper weist vorzugsweise einen lichtdurchlässigen Kunststoff. Als Kunststoff kann ein Hartplastik wie Acrylglas (Polymethylmethacrylat PMMA) oder eine flexible, reißfeste Folie aus beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) verwendet werden. Andere lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Kunststoffe sind damit nicht ausgeschlossen. Ferner ist neben Kunststoffen die Verwendung anderer Materialien denkbar wie beispielsweise Metalle (Stahl) oder Leichtmetalle (Aluminium). Besonders vorteilhaft ist die Verwendung bereits vorhandener Vorrichtungen, die zu einer erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage in einfacher Weise umgebaut werden können. Voraussetzung zur Benutzung einer vorhandenen Vorrichtung ist ein entsprechend ausgebildeter Hohlkörper, der zur Verwendung als Verdunstungskörper und/oder als Kondensationsdeckel geeignet ist. Ein Beispiel für solch einen Hohlkörper könnte der Turm einer Windkraftanlage darstellen. The evaporation body preferably has a translucent plastic. A hard plastic such as acrylic glass (polymethyl methacrylate PMMA) or a flexible, tear-resistant film made of, for example, polyvinyl chloride (PVC) can be used as the plastic. Other translucent and opaque plastics are not excluded. In addition to plastics, the use of other materials such as metals (steel) or light metals (aluminum) is also conceivable. It is particularly advantageous to use existing devices that can be converted into a water treatment system according to the invention in a simple manner. A prerequisite for using an existing device is a suitably designed hollow body which is suitable for use as an evaporation body and / or as a condensation lid. An example of such a hollow body could be the tower of a wind turbine.
Bei der Verwendung von Folien ist die Folie über einen Grundkörper gespannt, der der Folie im aufgespannten Zustand eine hohlzylindrische Form gibt. Die Verwendung von Folien ist besonders vorteilhaft, da die Herstellung von lichtdurchlässigen Folien zum einen kostengünstig ist und die Lagerung aufgrund der Flexibilität der Folie vereinfacht wird. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Folie aufgrund ihres leichten Gewichts einfacher montiert und ausgetauscht werden kann. Das erleichtert den Austausch der Einzelteile im Falle einer Beschädigung oder Verunreinigung. Auch der Transport der einzelnen Bestandteile zum Einsatzort der Wasseraufbereitungsanlage wird vereinfacht, da sich die Folie aufrollen lässt.When using foils, the foil is stretched over a base body, which gives the foil a hollow cylindrical shape in the stretched state. The use of foils is particularly advantageous because the production of translucent foils is inexpensive on the one hand and storage is simplified due to the flexibility of the foil. It is also advantageous that the film is easier to install and replace due to its light weight. This makes it easier to replace the individual parts in the event of damage or contamination. The transport of the individual components to the place of use of the water treatment system is also simplified because the film can be rolled up.
Alternativ kann der Verdunstungskörper auch aus einem lichtabsorbierenden Kunststoff bestehen. Bevorzugt ist der Kunststoff schwarz ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass der Verdunstungskörper das Sonnenlicht besonders stark absorbiert und somit mehr Wärme innerhalb des Verdunstungskörpers entsteht. Das wiederum hat den weiteren Vorteil, dass zum einen das aufzubereitende Wasser innerhalb des Verdunstungskörpers schneller erwärmt wird. Zum anderen wird verhindert, dass verdunstetes Wasser unbeabsichtigt bereits am Verdunstungskörper kondensiert und einfach zurück in das aufzubereitende Wasser fließt, bevor es an einem Kondensationsdeckel kondensieren und von einer Auffangrinne gesammelt werden kann.Alternatively, the evaporation body can also consist of a light-absorbing plastic. The plastic is preferably black. This has the advantage that the evaporation body absorbs the sunlight particularly strongly and thus more heat is generated within the evaporation body. This in turn has the further advantage that, on the one hand, the water to be treated is heated more quickly within the evaporation body. On the other hand, it prevents the evaporated water from inadvertently condensing on the evaporation body and simply flowing back into the water to be treated before it can condense on a condensation lid and be collected by a collecting trough.
Gemäß einem weiteren Merkmal ist der Verdunstungskörper mit mindestens einem Stützelement, wie beispielsweise Stelzen verbunden, die im Meeresgrund befestigbar sind. Der Verdunstungskörper steht dabei entweder so tief im Wasser, dass sich stets Meerwasser innerhalb des Verdunstungskörpers befindet. Vorteilhaft bezüglich dieser Ausgestaltung ist es, dass innerhalb des Verdunstungskörpers äußere Wettereinflüsse wie beispielsweise starker Wind oder ein stärkerer Wellengang keinen Einfluss haben. Dadurch wird verhindert, dass sich Meerwasser mit dem bereits am Verdunstungskörper kondensierten Wasser vermischt und unbrauchbar macht. Alternativ ist der Verdunstungskörper direkt am Meeresgrund befestigbar. In diesem Fall besteht der Verdunstungskörper bevorzugt aus einem Hartplastik, wie beispielswiese Plexiglas, welches dem Wasserdruck und der Gezeitenkraft standhalten kann. Damit Wasser in den Verdunstungskörper hineinfließen kann, weist der Hohlkörper eine kleine Öffnung auf. Diese Bauweise ist besonders vorteilhaft, da zum einen der Wassereinstrom in den Verdunstungskörper durch die kleine Öffnung möglichst klein gehalten werden kann, so dass eine Erwärmung des aufzubereitenden Wassers schneller stattfindet. Zum anderen findet ein geringerer Wasseraustausch zwischen dem erwärmten Wasser innerhalb und dem kühlen Meerwasser außerhalb des Verdunstungskörpers statt.According to a further feature, the evaporation body is connected to at least one support element, such as stilts, which can be fastened in the seabed. The evaporation body is either so deep in the water that there is always seawater inside the evaporation body. With regard to this embodiment, it is advantageous that external weather influences such as strong wind or a stronger swell have no influence within the evaporation body. This prevents seawater from mixing with the water that has already condensed on the evaporative body and rendering it unusable. Alternatively, the evaporation body can be attached directly to the sea floor. In this case, the evaporation body preferably consists of a hard plastic, such as plexiglass, which can withstand the water pressure and the tidal force. The hollow body has a small opening so that water can flow into the evaporation body. This design is particularly advantageous because, on the one hand, the water inflow into the evaporation body can be kept as small as possible through the small opening, so that the water to be treated is heated more quickly. On the other hand, there is less water exchange between the heated water inside and the cool sea water outside the evaporation body.
Gemäß der vorbenannten beiden Alternativen ist es vorteilhaft, dass lediglich darauf geachtet werden muss, dass bei Ebbe der Wasserstand hoch genug ist, um den Verdunstungskörper mit aufzubereitendem Wasser zu befüllen.According to the aforementioned two alternatives, it is advantageous that only care must be taken that the water level is high enough at low tide to fill the evaporation body with water to be treated.
Eine weitere Alternative ist denkbar, indem der Verdunstungskörper auf Stützelementen ständig oberhalb der Meerwasseroberfläche steht, dass auch ein höherer Wellengang nicht die Innenfläche des Verdunstungskörpers erreichen kann. Beim Aufbau der Anlage ist darauf zu achten, dass die Anlage soweit küstenentfernt steht, dass auch aufgrund der Gezeiten berücksichtigt wird, dass unterhalb des Verdunstungskörpers auch bei Ebbe immer noch Meerwasser vorliegt und bei Flut der Verdunstungskörper hoch genug angeordnet ist, dass der Verdunstungskörper nicht vom Meerwasser umspült wird.Another alternative is conceivable in that the evaporation body on support elements is constantly above the sea water surface, so that even higher waves cannot reach the inner surface of the evaporation body. When setting up the system, it must be ensured that the system is so far away from the coast that due to the tides it is taken into account that seawater is still present below the evaporation body even at low tide and that the evaporation body is arranged high enough at high tide that the evaporation body does not move away Sea water is washed around.
Die Wasseraufbereitungsanlage weist erfindungsgemäß einen hohlkegelförmigen Kondensationsdeckel auf, der strömungstechnisch mit dem Verdunstungskörper verbunden ist. Die Kegelform erbringt den wesentlichen Vorteil, dass das verdunstete Wasser durch die abgeschrägte Oberfläche des Kegels in Aufstiegsrichtung kondensiert, so dass quasi eine Aufstiegsbarriere geschaffen ist. Anschließend kann das kondensierte Wasser, der Schwerkraft folgend, die Wand des Kondensationsdeckels entlang hinabfließen.According to the invention, the water treatment plant has a hollow-conical condensation cover which is connected to the evaporation body in terms of flow technology. The cone shape has the essential advantage that the evaporated water condenses in the direction of ascent through the beveled surface of the cone, so that an ascent barrier is created. The condensed water can then flow down the wall of the condensation cover, following gravity.
Alternativ kann der Deckel auch als hohle Halbkugel mit einer verdunstungskörperseitigen Öffnung geformt sein. Das hat den Vorteil, dass keine Spitze vorhanden ist, in der sich Schmutz leichter ansammelt und schwierige entfernen lässt.Alternatively, the lid can also be shaped as a hollow hemisphere with an opening on the side of the evaporation body. This has the advantage that there is no tip in which dirt can be collected more easily and difficult ones can be removed.
Ferner weist der Kondensationsdeckel innenseitig und/oder außenseitig Wasserleitungselemente auf. Die Wasserleitungselemente sind beispielsweise in Form von Rinnen oder Noppen ausgebildet. Damit wird bewirkt, dass das Kondensationswasser nicht vorzeitig, bevor das Kondensationswasser die Auffangrinne erreicht, herabtropft. Außenseitig haben die Wasserleitungselemente den Vorteil, dass das Kühlwasser gleichmäßig als möglichst dünner Film auf dem Kondensationsdeckel verteilt wird. Dadurch wird die Kühlung des Deckels gefördert und gleichzeitig die Salzkonzentration bei der Verdunstung erhöht. Der Film darf jedoch nicht zu dünn sein, da ansonsten das Salz außenseitig am Kondensationsdeckel auskristallisiert. Furthermore, the condensation cover has water pipe elements on the inside and / or outside. The water pipe elements are designed, for example, in the form of channels or knobs. This ensures that the condensation water does not drip down prematurely before the condensation water reaches the gutter. On the outside, the water pipe elements have the advantage that the cooling water is evenly distributed as a thin film on the condensation cover. This promotes cooling of the lid and at the same time increases the salt concentration during evaporation. However, the film must not be too thin, otherwise the salt will crystallize on the outside of the condensation cover.
Im Gegensatz zum vorbeschriebenen gattungsgemäßen Stand der Technik weist die Wasseraufbereitungsanlage eine Kühlvorrichtung zur außenseitigen Kühlung des Kondensationsdeckels mit Meerwasser auf. Die Kühlvorrichtung dient dazu, den Kondensationsdeckel außenseitig durch Verdunstungskälte abzukühlen, so dass der Wasserdampf innerhalb des Kondensationsdeckels möglichst schnell in die flüssige Phase übergeht.In contrast to the generic state of the art described above, the water treatment system has a cooling device for cooling the condensation cover on the outside with sea water. The cooling device is used to cool the condensation cover on the outside by evaporative cooling, so that the water vapor within the condensation cover changes into the liquid phase as quickly as possible.
Die Verwendung von Meerwasser zur außenseitigen Kühlung des Kondensationsdeckels hat zum einen den Vorteil, dass während der Kühlung Meerwasser verdunstet, so dass automatisch die Salzkonzentration des Kühlwassers steigt. Wird entsprechend das verwendete Kühlwasser wieder aufgefangen, statt es dem Meer wieder zurückzuführen, kann es weiter für die Salzgewinnung verwendet und verarbeitet werden. Es wird vorgeschlagen, das aufkonzentrierte Kühlwasser einer direkt benachbarten Saline zuzuführen, um den Salzgewinnungsprozess zu beschleunigen. Andere Anwendungsgebiete von konzentriertem Salzwasser sind ebenfalls denkbar. Zum anderen steht Meerwasser in nahezu unerschöpflicher Menge vor Ort bereit. Die Kühlvorrichtung der Wasseraufbereitungsanlage in Kombination mit der außenseitigen Kühlung des Kondensationsdeckels ergibt eine Kombinationsvorrichtung, die es ermöglicht, gleichzeitig Trink-/Brauchwasser sowie Salz zu gewinnen.The use of sea water for cooling the condensation cover on the outside has the advantage that sea water evaporates during cooling, so that the salt concentration of the cooling water automatically increases. If the cooling water used is collected again instead of being returned to the sea, it can continue to be used and processed for salt extraction. It is proposed that the concentrated cooling water be fed to a directly adjacent saline in order to accelerate the salt extraction process. Other areas of application of concentrated salt water are also conceivable. On the other hand, sea water is available on site in almost inexhaustible quantities. The cooling device of the water treatment system in combination with the outside cooling of the condensation lid results in a combination device that enables drinking / process water and salt to be obtained at the same time.
Die Kühlvorrichtung der Wasseraufbereitungsanlage weist zur Beförderung des Wassers erfindungsgemäß eine Pumpe auf. Die Pumpe kann reversibel an einem Schwimmkörper, der fest am Meeresboden verankerbar ist, angeordnet sein. Die Pumpe ist wasserdicht, damit Spritzwasser die Elektronik und Mechanik der Pumpe nicht beschädigen. Der Vorteil einer separat angeordneten Pumpe ist, dass die Pumpe bei einer Beschädigung in einfacher Weise ausgetauscht werden kann.According to the invention, the cooling device of the water treatment system has a pump for conveying the water. The pump can be reversibly arranged on a floating body that can be firmly anchored to the sea floor. The pump is watertight so that splash water does not damage the electronics and mechanics of the pump. The advantage of a separately arranged pump is that the pump can be easily replaced if damaged.
Alternativ kann die Pumpe auch direkt am Verdunstungskörper angeordnet sein. Vorteilhaft ist diese Ausgestaltung, da auf einen zusätzlichen Schwimmkörper verzichtet werden kann.Alternatively, the pump can also be arranged directly on the evaporation body. This configuration is advantageous since an additional floating body can be dispensed with.
Gemäß einem weiteren Merkmal zeichnet sich die Wasseraufbereitungsanlage dadurch aus, dass die Pumpe strömungstechnisch mit einem Ende einer Leitung verbunden ist, wobei die Leitung anderendseitig eine Wasserverteileinrichtung aufweist, wobei die Wasserverteileinrichtung kondensationsdeckelseitig mindestens eine Öffnung aufweist. According to a further feature, the water treatment system is characterized in that the pump is fluidly connected to one end of a line, the line on the other side having a water distribution device, the water distribution device having at least one opening on the condensation cover side.
Alternativ zu einem Steigrohr ist auch ein einfacheres Rohr oder gar ein flexibler Schlauch zur Leitung des Kühlwassers zum Kondensationsdeckel denkbar. Das Rohr ist vorzugsweise aus einem Hartplastik gebildet. Aufgrund der korrosiven Eigenschaft von Meerwasser sollten korrodierende Materialien in Verbindung mit einem Korrosionsschutz verwendet werden. Dazu gehören beispielsweise Antikorrosionslacke, Zinkbeschichtungen und andere abschirmende Substanzen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Antifoulinglacken, die zusätzlich den Bewuchs von marinen Organismen an der Leitung verhindern oder zumindest stark verlangsamen.As an alternative to a riser pipe, a simpler pipe or even a flexible hose for guiding the cooling water to the condensation lid is also conceivable. The tube is preferably formed from a hard plastic. Due to the corrosive nature of sea water, corrosive materials should be used in conjunction with corrosion protection. These include, for example, anti-corrosion varnishes, zinc coatings and other shielding substances. It is particularly advantageous to use antifouling lacquers, which additionally prevent or at least greatly slow down the growth of marine organisms on the line.
Das Kühlwasser wird dabei über die Leitung und weiter zu einer Wasserverteileinrichtung geführt, die ebenfalls kondensationsdeckelseitig angeordnet ist. Das Kühlwasser wird mit Hilfe der Wasserverteileinrichtung gleichmäßig auf dem Kondensationsdeckel verteilt, so dass die Oberfläche des Kondensationsdeckels gleichmäßig gekühlt wird. Dabei ist zu beachten, dass die am Kondensationsdeckel herablaufende Kühlwasserschicht so eingestellt ist, dass die maximale Verdunstungsmenge und somit die maximale Kühlung erreicht wird, und genug, damit das Kühlwasser nicht vollständig verdunstet und das Salz sofort außenseitig am Kondensationsdeckel auskristallisiert. Denn die Kühlung erfolgt aufgrund der entstehenden Verdunstungsenergie, die für den Wärmetransport verantwortlich ist. Je mehr Wasser verdunstet, desto höher ist also die Verdunstungsenergie und desto mehr Wärme kann transportiert werden.The cooling water is fed via the line and further to a water distribution device, which is also arranged on the condensation cover side. The cooling water is distributed evenly on the condensation cover with the help of the water distribution device, so that the surface of the condensation cover is cooled evenly. It should be noted that the cooling water layer running down the condensation cover is set so that the maximum amount of evaporation and thus the maximum cooling is achieved, and enough so that the cooling water does not evaporate completely and the salt immediately crystallizes on the outside of the condensation cover. Because the cooling takes place due to the evaporation energy that is responsible for the heat transport. The more water evaporates, the higher the evaporation energy and the more heat can be transported.
Im einfachsten Fall besteht die Wasserverteileinrichtung aus einem einfachen Rohr. Die Wasserverteileinrichtung kann auch als Düse ausgebildet sein, die je nach Bedarf unterschiedlich ausgebildet ist. So kann die Düse mehrere kleine Öffnungen aufweisen, aus denen das Kühlwasser ausgelassen wird, damit die Kühlwassermenge kontrolliert und gleichmäßig auf dem Kondensationsdeckel verteilt werden kann.In the simplest case, the water distribution device consists of a simple pipe. The water distribution device can also be designed as a nozzle, which is designed differently as required. For example, the nozzle can have several small openings from which the cooling water is let out, so that the amount of cooling water can be controlled and evenly distributed on the condensation cover.
Je nach Intensität der Sonneneinstrahlung ist es notwendig, die Kühlwassermenge, die auf dem Kondensationsdeckel verteilt wird, anzupassen. Hierfür wird ein Regler vorgeschlagen, der beispielsweise in Abhängigkeit der Außentemperatur und/oder der Sonnenstrahlintensität die Kühlwassermenge reguliert. Je stärker die Sonneneinstrahlung und somit die Hitzebildung an der Oberfläche des Kondensationsdeckels ist, desto mehr Kühlwasser muss verteilt werden.Depending on the intensity of the solar radiation, it is necessary to adjust the amount of cooling water that is distributed on the condensation cover. For this purpose, a controller is proposed which, for example, the amount of cooling water as a function of the outside temperature and / or the intensity of the sun rays regulated. The stronger the solar radiation and thus the heat build-up on the surface of the condensation lid, the more cooling water has to be distributed.
Die Kombination der Wasserverteileinrichtung mit den Wasserleitungselementen ergibt den synergetischen Effekt, dass die Wasserverteilung und somit die Kühlung des Kondensationsdeckels optimiert ist.The combination of the water distribution device with the water line elements results in the synergetic effect that the water distribution and thus the cooling of the condensation lid is optimized.
Die Energie, um die Pumpe zu betreiben, wird erfindungsgemäß durch ein Stromerzeugungsaggregat erzeugt. Das Stromerzeugungsaggregat ist eine Einrichtung, die aus vorhandenen Ressourcen elektrische Energie erzeugt, um insbesondere von Stromnetzen unabhängig zu sein. Das Stromerzeugungsaggregat weist bevorzugt ein Antriebsaggregat und einen Generator auf, der kinetische Energie des Antriebs in elektrische Energie wandelt. Das Antriebsaggregat und der Generator bilden zusammen eine Einheit.According to the invention, the energy for operating the pump is generated by a power generation unit. The power generation unit is a device that generates electrical energy from existing resources, in particular to be independent of power grids. The power generation unit preferably has a drive unit and a generator which converts the kinetic energy of the drive into electrical energy. The drive unit and the generator together form a unit.
Das Antriebsaggregat weist im einfachsten Fall eine Turbine auf, die beispielsweise durch Windkraft oder Gezeitenkräfte angetrieben wird. Die Nutzung der Gezeitenenergie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn am Standort die Gezeitenströmung besonders stark ist und/oder die Küstenlandschaft steil abfällt, so dass selbst bei Ebbe der Wasserstand hoch genug ist, um die Turbine anzutreiben. Solarenergie kann statt durch Zwischenschaltung einer Turbine mit Hilfe von Photovoltaikanlagen direkt in elektrischen Strom umgewandelt werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung der Windkraft für ein Stromerzeugungsaggregat, wenn in der Küstenregion ohnehin regelmäßig ein starker Wind weht.In the simplest case, the drive unit has a turbine that is driven, for example, by wind power or tidal forces. The use of tidal energy is particularly advantageous if the tidal current at the location is particularly strong and / or the coastal landscape drops steeply, so that even at low tide the water level is high enough to drive the turbine. Instead of interposing a turbine, solar energy can be converted directly into electrical power with the help of photovoltaic systems. The use of wind power for a power generation unit is particularly preferred when a strong wind blows regularly in the coastal region anyway.
Alternativ kann die Pumpe auch ohne elektrischen Strom betrieben werden, indem mit Hilfe der Wind- und/oder Gezeitenkraft eine einfache Turbine angetrieben und auf diese Weise die erforderliche Pumpleistung erbracht wird. Die Pumpe kann entsprechend entweder mittels elektrischen Stroms und/oder durch eine einfache Turbine im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall das Kühlwasser, also das Meerwasser, hoch auf den Kondensationsdeckel befördern.Alternatively, the pump can also be operated without electrical current by driving a simple turbine with the help of the wind and / or tidal force and in this way providing the required pumping power. Correspondingly, the pump can convey the cooling water, ie the sea water, high to the condensation cover either by means of electrical current and / or by a simple turbine in the intended use.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Wasseraufbereitungsanlage sowohl eine Auffangrinne als auch eine Sammelrinne auf. Die Auffangrinne dient zum Auffangen des im Kondensationsdeckel kondensierten Trinkwassers. Die Sammelrinne hingegen dient zum Auffangen des verwendeten Kühlwassers, in welchem die Salzkonzentration aufgrund des Verdunstungsvorgangs um ein Vielfaches erhöht ist. Wie weiter oben beschrieben, kann das Kühlwasser direkt einer benachbarten Saline zugeführt werden.According to a further feature of the invention, the water treatment system has both a collecting trough and a collecting trough. The gutter is used to collect the drinking water condensed in the condensation lid. The collecting trough, on the other hand, serves to collect the cooling water used, in which the salt concentration is increased many times over due to the evaporation process. As described above, the cooling water can be fed directly to an adjacent saline.
Es ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass auch der Verdunstungskörper innenseitig zusätzlich eine Auffangrinne aufweist, so dass im Falle einer Kondensation bereits am Verdunstungskörper das Kondenswasser gesammelt und abgeführt werden kann. So wird sichergestellt, dass, insbesondere in der Nacht, in der die Temperaturen gerade in Wüstenregionen stark abfallen, so dass Temperaturunterschiede von bis zu 30 Grad erreicht werden, das am Verdunstungskörper kondensierte Wasser aufgefangen wird. Die zusätzliche Auffangrinne kann spiralförmig entlang des Verdunstungskörpers verlaufen und führt zu einem Ausgang, an dem das Wasser dann beispielsweise in einem Sammelbehälter gesammelt und/oder direkt zum Einsatzort geführt wird.It is provided according to a further feature of the invention that the evaporation body also has an additional gutter on the inside, so that in the event of condensation, the condensation water can already be collected and removed on the evaporation body. This ensures that, especially at night, when temperatures drop sharply in desert regions, so that temperature differences of up to 30 degrees can be reached, the water condensed on the evaporative body is collected. The additional collecting channel can run in a spiral along the evaporation body and leads to an exit at which the water is then collected, for example, in a collecting container and / or is led directly to the place of use.
Die Wasseraufbereitungsanlage weist gemäß einem weiteren Merkmal einen Auffangbehälter auf. Der Auffangbehälter ist strömungstechnisch mit einem Ablass verbunden und dient zur weiteren Aufnahme des Trinkwassers. Dort kann das Trinkwasser in größeren Mengen gesammelt und gelagert werden. Zur Entnahme des Trinkwassers wird ein Hahn vorgeschlagen, der bestimmungsgemäß geöffnet und geschlossen werden kann.According to a further feature, the water treatment plant has a collecting container. The collection container is connected to a drain in terms of flow technology and is used for further absorption of the drinking water. The drinking water can be collected and stored there in large quantities. A tap is proposed for taking the drinking water, which can be opened and closed as intended.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Wasseraufbereitungsanlage ein Heizelement auf. Das Heizelement befindet sich innerhalb des Verdunstungskörpers im Meerwasser, um das aufzubereitende Wasser zu erwärmen und damit die Verdunstung zu fördern. Den notwendigen Strom zur Erzeugung der Wärme erhält das Heizelement aus dem Stromerzeugungsaggregat, weshalb das Stromerzeugungsaggregat und das Heizelement elektrotechnisch in Verbindung sind.According to a further feature of the invention, the water treatment system has a heating element. The heating element is located inside the evaporation body in the sea water in order to heat the water to be treated and thus to promote evaporation. The heating element receives the electricity required to generate the heat from the power generation unit, which is why the power generation unit and the heating element are electrically connected.
Die Kombination der einzelnen Bauteile wie beispielsweise Stromerzeugungsaggregat, Turbine oder Heizelement hängt von der Umgebung ab, in der die Wasseraufbereitungsanlage aufgestellt wird. Reichen die Gezeitenkraft oder die Windkraft nicht aus, die Pumpe und das Heizelement gleichzeitig zu betreiben, kann in diesem Fall auf das Heizelement verzichtet werden.The combination of the individual components such as the power generator, turbine or heating element depends on the environment in which the water treatment system is installed. If the tidal or wind power is not sufficient to operate the pump and the heating element at the same time, the heating element can be dispensed with in this case.
Zur Lösung der Aufgabenstellung wird ferner ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruch 9 vorgeschlagen. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.To solve the problem, a method with the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensationsdeckel außenseitig mit Meerwasser gekühlt wird.The method according to the invention is characterized in that the condensation lid is cooled on the outside with sea water.
Das Verfahren dient der Erzeugung von Trinkwasser aus Meerwasser unter Verwendung der oben genannten Vorrichtung. Bei dem Verfahren wird zunächst das im Verdunstungskörper befindliche, aufzubereitende Meerwasser erwärmt, so dass es in den gasförmigen Zustand gebracht wird und Wasserdampf entsteht. Anschließend steigt der Wasserdampf entgegen der Schwerkraft hoch und trifft auf den Kondensationsdeckel. Aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen dem Wasserdampf und der Oberfläche des Kondensationsdeckels kondensiert der Wasserdampf zu flüssigem Wasser. Zur Beschleunigung des Kondensationsvorgangs wird der Kondensationsdeckel durch eine Kühlvorrichtung mit Meerwasser gekühlt. Die Energie zur Inbetriebnahme der Kühlvorrichtung wird mit Hilfe eines Stromerzeugungsaggregats gewonnen.The method is used to produce drinking water from sea water using the above-mentioned device. The first step in the process is that in the evaporative body sea water to be treated is heated so that it is brought into the gaseous state and water vapor is generated. Then the water vapor rises against gravity and hits the condensation cover. Due to the temperature difference between the water vapor and the surface of the condensation lid, the water vapor condenses to liquid water. To accelerate the condensation process, the condensation lid is cooled with sea water by a cooling device. The energy for starting up the cooling device is obtained with the help of a power generation unit.
Das Stromerzeugungsaggregat bezieht die Energie zum Erzeugen von Strom, wie oben bereits beschrieben, durch erneuerbare Energien.The power generation unit obtains the energy for generating electricity, as already described above, from renewable energies.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren. Die Figuren zeigen:
-
1 in schematischer Darstellung eine Wasseraufbereitungsanlage zur Aufbereitung von Meerwasser; -
2 eine Schnittdarstellung des Verdunstungskörpers und des Kondensationsdeckels der Wasseraufbereitungsanlage gemäß1 ; -
3 in schematischer Darstellung eine Wasseraufbereitungsanlage auf Stelzen; -
4 in schematischer Darstellung eine Wasseraufbereitungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform, -
5 in schematischer Darstellung eine Wasseraufbereitungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform, -
6 in schematischer Darstellung eine Wasseraufbereitungsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform -
7 in schematischer Darstellung eine Wasseraufbereitungsanlage mit mehreren Verdunstungstürmen.
-
1 a schematic representation of a water treatment plant for the treatment of sea water; -
2 a sectional view of the evaporation body and the condensation lid of the water treatment system according to1 ; -
3 in a schematic representation a water treatment plant on stilts; -
4 a schematic representation of a water treatment plant according to another embodiment, -
5 a schematic representation of a water treatment plant according to another embodiment, -
6 in a schematic representation a water treatment plant according to a further embodiment -
7 in a schematic representation a water treatment plant with several evaporation towers.
Denkbar ist eine zusätzliche nicht in den Figuren näher dargestellte Auffangrinne innerhalb des Verdunstungskörpers
Der Auffangbehälter
Zur erfindungsgemäßen Kühlung des Kondensationsdeckels
Zum Betrieb der Pumpe
Bevorzugt ist die Nutzung der Gezeitenenergie, wenn die Gezeitenströmung am bestimmungsgemäßen Aufstellungsort stark genug und beständig ist. Besonders bevorzugt ist die Nutzung der Gezeitenenergie, wenn die Küstenlandschaft steil abfällt, so dass selbst bei Ebbe der Wasserspiegel hoch genug ist, die Turbine anzutreiben. Die Nutzung der Windkraft ist besonders bevorzugt, wenn am Aufstellungsort ein regelmäßiger Wind weht.The use of tidal energy is preferred if the tidal current at the intended installation site is strong enough and stable. The use of tidal energy is particularly preferred when the coastal landscape drops steeply, so that even at low tide the water level is high enough to drive the turbine. The use of wind power is particularly preferred if there is a regular wind at the installation site.
Gemäß einem weiteren Merkmal weist die Wasseraufbereitungsanlage
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Wasseraufbereitungsanlage
Der Verdunstungsturm
Ferner wird das aufbereitete Wasser direkt an den Bedarfsort, wie zum Beispiel aufs Ackerland, abgeleitet, statt im Auffangbehälter
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WasseraufbereitungsanlageWater treatment plant
- 22
- Verdunstungskörperevaporation body
- 33
- Kondensationsdeckelcondensation cover
- 44
- Verdunstungsturmevaporation storm
- 55
- Meerwasserseawater
- 66
- Meeresgrundseabed
- 77
- Öffnungopening
- 88th
- Aufzubereitendes WasserWater to be treated
- 99
- SonneSun
- 1010
- Heizelementheating element
- 1111
- WasserdampfSteam
- 1212
- Aufstiegsrichtung des WasserdampfsDirection of ascent of water vapor
- 1313
- Innenwandunginner wall
- 1414
- Fließrichtung des KondensatsDirection of flow of the condensate
- 1515
- Auffangrinnecollecting channel
- 1616
- Auslassöffnungoutlet
- 1717
- Ablassdrainage
- 1818
- Auffangbehälterreceptacle
- 1919
- Kühlvorrichtungcooler
- 2020
- Pumpepump
- 2121
- Leitungmanagement
- 2222
- Kühlwassercooling water
- 2323
- WasserverteileinrichtungWater distributor
- 2424
- Außenwandungouter wall
- 2525
- Fließrichtung des KühlwassersFlow direction of the cooling water
- 2626
- Sammelrinnecollecting channel
- 2727
- Stromerzeugungsaggregatpower generator
- 2828
- Stelzenstalk
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
DE102018118827.7 | 2018-08-02 | ||
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DE202019100600.5U Expired - Lifetime DE202019100600U1 (en) | 2018-08-02 | 2019-02-01 | Water treatment plant |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3015254A1 (en) * | 1980-04-21 | 1981-10-22 | Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim | Solar heat powered desalination system - with inverted siphons joining transparent dome to condensate tank and sea-water supply |
DE3122312A1 (en) * | 1981-06-05 | 1982-12-23 | Dr. Melchior Entwicklungsgesellschaft mbH & Co KG, 5630 Remscheid | Apparatus for desalinating sea water |
-
2019
- 2019-02-01 DE DE102019102531.1A patent/DE102019102531A1/en active Pending
- 2019-02-01 DE DE202019100600.5U patent/DE202019100600U1/en not_active Expired - Lifetime
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DE3122312A1 (en) * | 1981-06-05 | 1982-12-23 | Dr. Melchior Entwicklungsgesellschaft mbH & Co KG, 5630 Remscheid | Apparatus for desalinating sea water |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE202019100600U1 (en) | 2019-02-07 |
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