DE102021107393B3 - seawater treatment device - Google Patents
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Abstract
Die Meerwasseraufbereitungsvorrichtung enthält ein horizontal angeordnetes Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß (12), bestehend aus einem quaderförmigen ersten Bereich (2) zum Erwärmen und einem quaderförmigen zweiten Bereich (3) zum Verdunsten von Salzwasser. Der erste Bereich (2) weist eine erste Abdeckung (2.1), bestehend aus einem Metall oder einer Metalllegierung, eine ersten Höhe hi und zwei Zuführöffnungen (7) auf. Der zweite Bereich (3) weist eine zweite Abdeckung (3.1), eine zweite Höhe h2, die größer als die erste Höhe h1ist, und oberhalb der ersten Höhe hi wenigstens eine Lufteintrittsöffnung (6), wenigstens eine Ablauföffnung (4) und wenigstens eine Abführöffnung (9) auf. Der Ablaufkanal (5) ist mit dem Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß (12) thermisch gekoppelt und unterhalb des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes (12) angeordnet.The sea water treatment device contains a horizontally arranged heating and evaporation vessel (12), consisting of a cuboid first area (2) for heating and a cuboid second area (3) for evaporating salt water. The first area (2) has a first cover (2.1) consisting of a metal or a metal alloy, a first height hi and two feed openings (7). The second area (3) has a second cover (3.1), a second height h2 that is greater than the first height h1, and above the first height h1 at least one air inlet opening (6), at least one outlet opening (4) and at least one discharge opening (9) on. The outflow channel (5) is thermally coupled to the heating and evaporation vessel (12) and is arranged below the heating and evaporation vessel (12).
Description
Die Erfindung betrifft eine Meerwasseraufbereitungsvorrichtung, mit der Meerwasser verdunstet und wieder kondensiert wird und ein dadurch gebildetes Kondensat als Nutz- oder Trinkwasser gewonnen werden kann, gattungsgemäß bekannt aus der
Die Versorgung der Landwirtschaft mit Süßwasser stellt in immer mehr Teilen der Erde ein größer werdendes Problem dar. Durch den Klimawandel gelangt immer weniger Wasser in Form von Schnee und Eis auf die Berge, so dass der Anteil an Oberflächenwasser kontinuierlich sinkt. Es gilt als anerkannt, dass in Zukunft dieses Problem nur durch die Nutzung des Meerwassers nachhaltig gelöst werden kann. Der hierfür erforderliche Energieaufwand ist sehr hoch, sodass die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen durch viele Länder aus Kostengründen nicht nachhaltig genutzt werden können.Supplying agriculture with fresh water is becoming an increasing problem in more and more parts of the world. Due to climate change, less and less water is reaching the mountains in the form of snow and ice, so that the proportion of surface water is continuously falling. It is recognized that in the future this problem can only be solved sustainably by using seawater. The energy required for this is very high, so that the devices known from the prior art cannot be used sustainably in many countries for cost reasons.
Ein großer Teil der bekannten Vorrichtungen nutzt für die Erwärmung des Meerwassers Solarenergie, die entweder über Solarpanels in elektrische Energie gewandelt wird, um damit eine elektrische Heizung zu betreiben, oder das Meerwasser unmittelbar erwärmt. Bei direkter Erwärmung mit Solarenergie ist die Größe der Wasseroberfläche, über die die Solarenergie in das Wasser eingetragen wird, im Verhältnis zum Volumen des zu erwärmenden Wassers für die Effizienz der Vorrichtung bestimmend. Gegenüber Vorrichtungen mit einer elektrischen Beheizung des Wassers, bei denen dieses Verhältnis eine untergeordnete Rolle für die Effizienz der Vorrichtung spielt, wird man also andere Maßnahmen treffen müssen, um eine Effizienzsteigerung zu erreichen.A large part of the known devices uses solar energy for heating the seawater, which is either converted into electrical energy via solar panels in order to operate an electric heater, or heats the seawater directly. In the case of direct heating with solar energy, the size of the water surface over which the solar energy is introduced into the water in relation to the volume of the water to be heated determines the efficiency of the device. Compared to devices with electrical heating of the water, in which this ratio plays a subordinate role in the efficiency of the device, other measures will have to be taken in order to achieve an increase in efficiency.
Als Stand der Technik werden daher hier nur solche Vorrichtungen von einem Fachmann betrachtet werden, bei denen durch den Eintrag von Solarenergie unmittelbar oder mittelbar Wasser erwärmt wird.A person skilled in the art will therefore only consider devices in which the input of solar energy directly or indirectly heats water as state of the art.
Aus der Offenlegungsschrift
Eine in der
Eine von der
Allen vorgenannten Wasserentsalzungsanlagen ist gemeinsam, dass sie einen Verdampfungsbehälter aufweisen, der durch eine für Sonnenstrahlung transparente Abdeckung verschlossen ist. In dem Verdampfungsbehälter wird das zu erwärmende Salzwasser durch Wärmestrahlung und durch Wärmeleitung insbesondere des durch die Wärmestrahlung erwärmten Bodens der Verdunstungskammer erwärmt, wobei eine sich über dem Wasser befindende Luftschicht zunehmend mit Wasserdampf angereichert wird. Nachteilig ist hierbei insbesondere, dass diese Anlagen bei der Entsalzung großer Mengen Meerwasser in kurzer Zeit sehr große Flächen mit Glas, bevorzugt Thermoglas, aufweisen müssen. Große Flächen von Thermoglas sind teuer. Darüber hinaus ist zum einen die Transparenz der Glasflächen und damit die in den Verdampfungsbehälter eingetragene Wärmestrahlung stark abhängig von deren Verschmutzungsgrad und zum anderen ist im Falle von Vandalismus oder anderen mechanischen Einwirkungen besonders Glas zerstörungsgefährdet. Es bedarf daher neben hohen Investitionskosten für die Glasflächen wiederkehrender Wartungsarbeiten zur Freihaltung der Glasflächen und besonderer sicherheitstechnischer Maßnahmen, um eine Zerstörung der Glasflächen, zumindest durch Vandalismus, auszuschließen.All of the aforementioned water desalination plants have in common that they have an evaporation tank which is closed by a cover that is transparent to solar radiation. In the evaporation tank, the salt water to be heated is heated by thermal radiation and by thermal conduction, in particular of the bottom of the evaporation chamber heated by the thermal radiation, with an air layer located above the water being increasingly enriched with water vapor. A particular disadvantage here is that these systems must have very large areas of glass, preferably thermal glass, for the desalination of large quantities of seawater in a short time. Large areas of thermal glass are expensive. In addition, on the one hand the transparency of the glass surfaces and thus the heat radiation introduced into the evaporation container is highly dependent on their degree of soiling and on the other hand glass in particular is at risk of being destroyed in the event of vandalism or other mechanical influences. In addition to high investment costs for the glass surfaces, it therefore requires recurring maintenance work to keep the glass surfaces free and special safety measures to prevent the glass surfaces from being destroyed, at least by vandalism.
Eine gattungsgemäße Meerwasseraufbereitungsvorrichtung ist aus der
Die Effizienz bekannter Wasserentsalzungsanlagen wird in den meisten Vorrichtungen dadurch gesteigert, dass das zugeführte kalte Salzwasser dazu genutzt wird, die Abführkanäle zu kühlen und damit den Kondensationsprozess effizienter zu gestalten. Die in dem Salzwasser nach der Erwärmung gespeicherte Wärme wird hingegen üblicherweise nicht genutzt. Dadurch weisen bekannte Wasserentsalzungsanlagen einen hohen Energieverbrauch auf.The efficiency of known water desalination plants is increased in most devices in that the cold salt water supplied is used to cool the discharge channels and thus make the condensation process more efficient. On the other hand, the heat stored in the salt water after heating is usually not used. As a result, known water desalination plants have a high energy consumption.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Meerwasseraufbereitungsvorrichtung zu schaffen, die eine einfache Bauweise aufweist, vergleichsweise kostengünstig sowie wartungs- und betreuungsarm ist und eine möglichst hohe Effizienz, einen niedrigen Energieverbrauch sowie einen vergleichsweise hohen Ertrag an Süß-/Frischwasser aufweist.The object of the invention is to create a seawater treatment device that has a simple design, is comparatively inexpensive and requires little maintenance and care, and has the highest possible efficiency, low energy consumption and a comparatively high yield of fresh/fresh water.
Die Aufgabe wird für eine Meerwasseraufbereitungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.The object is achieved for a seawater treatment device with the features according to
Sie besteht aus wenigstens einer Pumpe, einer Erwärmungskammer mit einer ersten Abdeckung, einer Verdunstungskammer, in der Luft mit Wasserdampf beladen wird, mit einer zweiten Abdeckung und mindestens einer Ablauföffnung, die mit einem Ablaufkanal verbunden ist, sowie mindestens einer Lufteintrittsöffnung, einem über eine Zuführöffnung oder über zwei Zuführöffnungen mit der Erwärmungskammer verbundenen einzügigen oder zweizügigen Zuführkanal zur Zuführung des Salzwassers, in dem die wenigstens eine Pumpe angeordnet ist, und entweder einem über eine Abführöffnung mit der Verdunstungskammer verbundenen Abführkanal oder zwei Abführkanälen, die über jeweils eine Abführöffnung mit der Verdunstungskammer verbunden sind und in die mit Wasserdampf beladene Luft eingeleitet wird, wobei der eine Abführkanal oder die zwei Abführkanäle und der Zuführkanal thermisch miteinander gekoppelt sind, sodass der Wasserdampf an wenigstens einer Wand des einen Abführkanals oder der zwei Abführkanäle kondensiert und Kondensat gebildet wird.It consists of at least one pump, a heating chamber with a first cover, an evaporation chamber in which the air is charged with water vapor, with a second cover and at least one outlet opening connected to an outlet channel, as well as at least one air inlet opening, one via a supply opening or a single-line or two-line supply channel connected to the heating chamber via two supply openings for supplying the salt water, in which the at least one pump is arranged, and either a discharge channel connected to the evaporation chamber via a discharge opening or two discharge channels, each connected to the evaporation chamber via a discharge opening are and is introduced into the water-vapour-laden air, the one discharge duct or the two discharge ducts and the supply duct being thermally coupled to one another, so that the water vapor condenses on at least one wall of the one discharge duct or the two discharge ducts ated and condensate is formed.
Es ist erfindungswesentlich, dass die Erwärmungskammer einen quaderförmigen ersten Bereich mit einer ersten Höhe hi und die Verdunstungskammer einen quaderförmigen zweiten Bereich mit einer zweiten Höhe h2 eines Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes bilden, das horizontal angeordnet ist.It is essential to the invention that the heating chamber form a cuboid first area with a first height h 1 and the evaporation chamber a cuboid second area with a second height h 2 of a heating and evaporation vessel that is arranged horizontally.
Dabei befindet sich die mindestens eine Ablauföffnung in einer dritten Höhe h3 oberhalb der ersten Höhe h1, wodurch ein sich einstellender Salzwasserspiegel in dem ersten Bereich gleich der ersten Höhe hi ist, sodass das Salzwasser unmittelbar an die erste Abdeckung angrenzt und durch die Sonnenenergie eingetragene Wärme von der ersten Abdeckung durch Konvektion an das Salzwasser abgegeben wird.The at least one drain opening is located at a third height h 3 above the first height h 1 , as a result of which a salt water level that occurs in the first area is equal to the first ten height is hi, so that the salt water is immediately adjacent to the first cover and heat introduced by the solar energy is released from the first cover to the salt water by convection.
Die erste Abdeckung besteht aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung und der Ablaufkanal ist mit dem Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß thermisch gekoppelt und unterhalb des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes angeordnet.The first cover is made of a metal or metal alloy, and the drain channel is thermally coupled to the heating and evaporating vessel and is located below the heating and evaporating vessel.
Vorteilhaft ist die Ablauföffnung eine Überlaufkante, die insbesondere über die gesamte Breite des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes ausgebildet ist.The outflow opening is advantageously an overflow edge, which is formed in particular over the entire width of the heating and evaporation vessel.
In einer vorteilhaften Ausführung der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung sind die eine Abführöffnung oder die zwei Abführöffnungen an einem Ende des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes angeordnet und die eine Zuführöffnung oder die zwei Zuführöffnungen am entgegengesetzten Ende des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes angeordnet. Dadurch werden der Zuführkanal, gegebenenfalls dessen zwei Kanalzweige, und der eine Abführkanal oder die beiden Abführkanäle in entgegengesetzter Richtung durchströmt. Für eine optimale Flächennutzung durch die Meerwasseraufbereitungsvorrichtung verlaufen der Zuführkanal und der eine Abführkanal oder die zwei Abführkanäle über mindestens eine Länge L des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes parallel zu dem Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß.In an advantageous embodiment of the seawater treatment device, the one discharge opening or the two discharge openings are arranged at one end of the heating and evaporation vessel and the one supply opening or the two supply openings are arranged at the opposite end of the heating and evaporation vessel. As a result, the supply duct, optionally its two duct branches, and the one discharge duct or the two discharge ducts are flowed through in opposite directions. For an optimal use of space by the seawater treatment device, the supply channel and the one discharge channel or the two discharge channels run parallel to the heating and evaporation vessel over at least a length L of the heating and evaporation vessel.
Vorteilhaft besteht auch die zweite Abdeckung aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung.Advantageously, the second cover is also made of a metal or a metal alloy.
Zur Vergrößerung der Kontaktfläche der ersten Abdeckung und der zweiten Abdeckung mit dem Salzwasser sind vorteilhaft an der ersten Abdeckung und/oder an der zweiten Abdeckung Wärmeleitelemente vorhanden, die in das Innere des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes ragen.In order to increase the contact surface of the first cover and the second cover with the salt water, heat-conducting elements are advantageously present on the first cover and/or on the second cover, which protrude into the interior of the heating and evaporation vessel.
Alternativ oder zusätzlich können die erste Abdeckung und/oder die zweite Abdeckung eine wellige Querschnittsform aufweisen, damit unabhängig vom Sonnenstand immer ein Teil des einfallenden Sonnenlichts senkrecht auf die erste Abdeckung und/oder die zweite Abdeckung trifft.Alternatively or additionally, the first cover and/or the second cover can have a wavy cross-sectional shape, so that a portion of the incident sunlight always strikes the first cover and/or the second cover perpendicularly, regardless of the position of the sun.
Es ist bautechnisch und wärmetechnisch günstig, dass der Zuführkanal oberhalb oder unterhalb des einen Abführkanals oder der zwei Abführkanäle horizontal angeordnet ist.It is structurally and thermally favorable that the feed duct is arranged horizontally above or below the one discharge duct or the two discharge ducts.
Wärmetechnisch vorteilhaft ist das Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß gegenüber dem Zuführkanal und dem einen Abführkanal oder den zwei Abführkanälen thermisch isoliert.Advantageously from a thermal point of view, the heating and evaporation vessel is thermally insulated from the feed channel and one discharge channel or the two discharge channels.
Die Meerwasseraufbereitungsvorrichtung enthält in einer bevorzugten Ausführung Messgeräte innerhalb der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung zum Messen der Temperatur der Luft und/oder der Temperatur und/oder des Salzgehaltes des Salzwassers und/oder Messgeräte außerhalb der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung zum Messen der Umgebungstemperatur und/oder des Sonneneinfallswinkels.In a preferred embodiment, the seawater treatment device contains measuring devices within the seawater treatment device for measuring the temperature of the air and/or the temperature and/or the salinity of the salt water and/or measuring devices outside the seawater treatment device for measuring the ambient temperature and/or the angle of incidence of the sun.
Vorteilhaft ist dann auch eine Steuer- und Recheneinheit vorhanden ist, die mit der Pumpe und den Messgeräten verbunden ist und dazu ausgelegt ist, auf Grundlage der gemessenen Temperaturen und/oder der Salzgehalte und/oder dem Sonneneinfallswinkel und/oder von meteorologischen Daten einen Salzwasserzufluss zu berechnen und die Pumpe entsprechend zu steuern.A control and computing unit is then advantageously also present, which is connected to the pump and the measuring devices and is designed to supply an inflow of salt water on the basis of the measured temperatures and/or the salinity and/or the angle of incidence of the sun and/or meteorological data calculate and control the pump accordingly.
Um die Vielzahl der gewinnbaren Messwerte optimal zu nutzen, kann in der Rechen- und Steuereinheit ein neuronales Netzwerk implementiert sein.A neural network can be implemented in the arithmetic and control unit in order to optimally use the large number of measured values that can be obtained.
Für einen montagefreundlichen Aufbau der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung an einem Bestimmungsort ist sie insbesondere als ein Modul aufgebaut ist, wobei mehrere Module miteinander zu einer Meerwasseraufbereitungsanlage verbunden werden können.For assembly-friendly construction of the seawater treatment device at a destination, it is constructed in particular as a module, with several modules being able to be connected to one another to form a seawater treatment plant.
Die Erfindung soll nachfolgend durch Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher beschrieben werden. Hierzu zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf eine vorteilhafte Ausführung einer Meerwasseraufbereitungsvorrichtung, -
2 ein Schnittbild der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung gemäß1 , -
3 eine Seitenansicht der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung gemäß1 , -
4 eine Ansicht der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung gemäß1 von unten, -
5a-5c verschiedene Ausführungsformen der ersten Abdeckung und -
6 eine weitere Ausführung der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung.
-
1 a plan view of an advantageous embodiment of a seawater treatment device, -
2 a sectional view of the seawater treatment device according to FIG1 , -
3 a side view of the seawater treatment device according to FIG1 , -
4 a view of the seawater treatment device according to FIG1 from underneath, -
5a-5c various embodiments of the first cover and -
6 another embodiment of the seawater treatment device.
Die in
Der erste Bereich 2 weist eine erste Abdeckung 2.1, die aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung besteht, eine ersten Höhe hi (dargestellt in
Der zweite Bereich 3 weist eine zweite Abdeckung 3.1, eine zweite Höhe h2 (dargestellt in
Die Pumpe 1 ist in dem Zuführkanal 8 angeordnet, der sich hinter der Pumpe 1 in zwei Kanalzweige verzweigt, die an den Enden jeweils über die Zuführöffnung 7 mit dem ersten Bereich 2 verbunden sind.The
In der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung können auch mehr als eine Pumpe 1 vorhanden sein.More than one
Der Ablaufkanal 5 ist mit dem Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß 12 thermisch gekoppelt und über die eine Ablauföffnung 4 mit diesem verbunden. Die zwei Abführöffnungen 9 sind jeweils mit einem der Abführkanäle 10 verbunden.The
Anstelle des zweizügigen Zuführkanals 8 ist in einer anderen, nicht in den Zeichnungen dargestellten Ausführung, ein einzügiger Zuführkanal 8 vorhanden, der entsprechend über nur eine Zuführöffnung 7 mit dem ersten Bereich 2 verbunden ist. Bei dieser Ausführung ist dann auch nur ein Abführkanal 10 und entsprechend auch nur eine Abführöffnung 9 vorhanden.Instead of the two-
In den Zuführkanal 8 wird mittels der Pumpe 1 Salzwasser eingespeist. Der Begriff Salzwasser steht stellvertretend für Meerwasser, Salzwasser, Brackwasser oder verunreinigtes Wasser. Das eingespeiste Salzwasser fließt durch den Zuführkanal 8 aufgeteilt zu den zwei Zuführöffnungen 7. Dabei wird es durch eine thermische Kopplung des Zuführkanals 8, genauer dessen Kanalzweige, mit den zwei Abführkanälen 10 bereits vor Eintritt in den ersten Bereich 2 erwärmt. Der Zuführkanal 8 und die Abführkanäle 10 sind vorteilhaft gegenüber ihrer Umgebung und/oder gegenüber dem Wärmeeintrag durch Sonnenlicht isoliert.Salt water is fed into the
Es ist nicht erfindungswesentlich, ob die Vorrichtung einen Zuführkanal 8 oder zwei Zuführkanäle 8 aufweist. Es ist ebenso nicht erfindungswesentlich, ob die Vorrichtung einen Abführkanal 10 oder zwei Abführkanäle 10 aufweist.It is not essential to the invention whether the device has one
In dem ersten Bereich 2 wird die durch die Sonnenenergie in die erste Abdeckung 2.1 eingetragene Wärme von der ersten Abdeckung 2.1 auf das Salzwasser übertragen, wodurch das Salzwasser erwärmt wird. Vorteilhaft beträgt die Temperatur des Salzwassers am Übergang von dem ersten Bereich 2 zu dem zweiten Bereich 3 80-90°C.In the
Es ist erfindungswesentlich, dass die zweite Höhe h2 größer als die erste Höhe hi ist und sich die Ablauföffnung 4 zwischen der ersten Höhe hi und der zweiten Höhe h2 in der dritten Höhe h3 befindet, so dass in dem zweiten Bereich 3 oberhalb eines sich einstellenden Salzwasserspiegels ein Hohlraum verbleibt, in dem Wasserdampf entsteht, der die Luft, die durch die Lufteintrittsöffnungen 6 in den zweiten Bereich 3 eintritt, befeuchtet. Die mit Wasserdampf beladene Luft wird durch die Abführöffnungen 9 in die mit dem zweiten Bereich 3 verbundenen Abführkanäle 10 abgeleitet.It is essential to the invention that the second height h 2 is greater than the first height hi and the
Dadurch, dass sich die Ablauföffnung 4 oberhalb der ersten Höhe hi befindet wird auch gewährleistet, dass der Salzwasserspiegel in dem ersten Bereich 2 gleich der ersten Höhe hi ist. Durch den Kontakt zwischen der ersten Abdeckung 2.1 und dem Salzwasser erfolgt eine Wärmeübertragung von der ersten Abdeckung 2.1 auf das Salzwasser mittels Konvektion, wodurch es in dem ersten Bereich 2 in Fließrichtung zunehmend zu einer Temperaturerhöhung des Salzwassers kommt.The fact that the
Es ist ebenso erfindungswesentlich, dass die erste Abdeckung 2.1 aus Metall oder aus einer Metalllegierung besteht, vorteilhaft mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer 25 W/(m*K), womit die erste Abdeckung 2.1 im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Abdeckung aus Glas nicht-transparent, sondern absorbierend und wärmeleitend ist.It is also essential to the invention that the first cover 2.1 consists of metal or a metal alloy, advantageously with a thermal conductivity greater than 25 W/(m*K), which means that the first cover 2.1 is better than a cover known from the prior art Glass is not transparent but is absorbent and thermally conductive.
Davon ausgehend, dass das Salzwassers nach dem Durchfließen des ersten Bereiches 2 ausreichend erwärmt ist, ist es im Wesentlichen egal, aus welchem Material die zweite Abdeckung 3.1 besteht. Vorteilhaft kann die zweite Abdeckung 3.1 aus dem gleichen Material wie die erste Abdeckung 2.1 gefertigt sein.Assuming that the salt water is sufficiently heated after flowing through the
Das Material für die erste Abdeckung 2.1 ist vorteilhaft so ausgewählt, dass es ein möglichst hohes Absorptionsvermögen für die Wärmestrahlung der Sonne und eine möglichst große Wärmeleitfähigkeit aufweist. Gleichzeitig ist das Material korrosionsbeständig, formstabil und kostengünstig. Die Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Salzwasser ist vorteilhaft durch eine zusätzliche Beschichtung verbessert.The material for the first cover 2.1 is advantageously selected in such a way that it has the highest possible absorption capacity for thermal radiation from the sun and the highest possible thermal conductivity. At the same time, the material is corrosion-resistant, dimensionally stable and inexpensive. The corrosion resistance to salt water is advantageously improved by an additional coating.
Vorteilhaft wird als Metall Aluminium oder als eine Metalllegierung eine Aluminiumlegierung verwendet.Aluminum is advantageously used as the metal or an aluminum alloy is used as a metal alloy.
Damit die erste Abdeckung 2.1 und bevorzugt auch die zweite Abdeckung 3.1 möglichst viel Sonnenenergie absorbieren, sind diese vorteilhaft mit einem schwarzen Anstrich oder einer schwarzen Beschichtung versehen.So that the first cover 2.1 and preferably also the second cover 3.1 absorb as much solar energy as possible, they are advantageously provided with a black paint or a black coating.
Aufgrund der thermischen Kopplung zwischen dem Zuführkanal 8 und den Abführkanälen 10 bildet sich ein Temperaturgradient zwischen Wänden und Innenräumen der Abführkanäle 10 aus. Infolge dessen kondensiert der Wasserdampf an den Wänden der Abführkanäle 10.Because of the thermal coupling between the
Um die Wärmekopplung des Zuführkanals 8 und der Abführkanäle 10 so effizient wie möglich zu gestalten, ist es sinnvoll, den Zuführkanal 8 oberhalb oder unterhalb der Abführkanäle 10 horizontal anzuordnen. Dabei können vorteilhaft der Zuführkanal 8 und der Abführkanal 10 eine gemeinsame Trennwand miteinander teilen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Fläche, über die der Zuführkanal 8 mit den Abführkanälen 10 thermisch gekoppelt ist, maximal ist. Noch vorteilhafter ist das Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß 12 gegenüber dem Zuführkanal 8 und gegenüber den Abführkanälen 10 thermisch isoliert. Dadurch kann gewährleistet werden, dass keine unerwünschte Erwärmung der Wände der Abführkanäle 10 und keine unerwünschte Abkühlung des Salzwassers in dem Zuführkanal 8 stattfindet.In order to make the thermal coupling of the
Je nachdem, ob und wo eine Wärmeübertragung an dem Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß 12 stattfinden soll, weist dessen Material entweder eine möglichst geringe oder eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit auf oder das Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß 12 besteht entsprechend der jeweiligen Ausführungsform aus unterschiedlichen Materialien.Depending on whether and where heat transfer is to take place on the heating and
In den Abführkanälen 10 stellt sich aufgrund der Kompression der Luft infolge des Abkühlens durch die Kondensation auch ohne weitere Hilfsmittel ein Unterdruck ein, sodass der Fachmann hier je nach Dimensionierung der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung und den gegebenen Parametern entscheidet, ob zusätzliche Hilfsmittel zum Erzeugen eines Unterdrucks notwendig sind. Vorteilhaft wird der an den Abführkanälen 10 anliegende Unterdruck durch zusätzliche Hilfsmittel erzeugt, sodass die mit Wasserdampf beladene Luft aus dem zweiten Bereich 3 abgesaugt wird.Due to the compression of the air as a result of cooling through the condensation, a negative pressure is created in the
Für die erfindungsgemäße Meerwasseraufbereitungsvorrichtung ist es nicht von Belang, ob Speicher zum Sammeln des anfallenden Kondensats vorhanden sind und ob diese mit den Abführkanälen 10 verbunden sind oder wie und wohin das gewonnene Kondensat abgeführt wird. Das Kondensat kann beispielsweise ohne Zwischenspeicherung zum Wässern von Nutzflächen genutzt oder direkt in ein (Trink-) Wassernetz eingespeist werden.For the seawater treatment device according to the invention, it is irrelevant whether there are reservoirs for collecting the accumulating condensate and whether these are connected to the
Das überschüssige Salzwasser fließt, wie in
Vorteilhaft ist die Ablauföffnung 4 eine Überlaufkante. Noch vorteilhafter sind die Überlaufkante und der Ablaufkanal 5 über die Breite des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes 12 ausgebildet.The
Um die Bauweise der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung möglichst einfach zu gestalten und gleichzeitig alle Vorteile einer erfindungsgemäßen Meerwasseraufbereitungsvorrichtung zu erhalten, ist es vorteilhaft, dass die Abführöffnungen 9 an einem Ende des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes 12 angeordnet sind und die Zuführöffnungen 7 am entgegengesetzten Ende des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes 12 angeordnet sind, wie in
Wie in
Um zu gewährleisten, dass unabhängig vom Sonnenstand immer ein Teil des einfallenden Sonnenlichts senkrecht auf die erste Abdeckung 2.1 und/oder die zweite Abdeckung 3.1 trifft, kann die erste Abdeckung 2.1 und/oder die zweite Abdeckung 3.1 vorteilhaft eine wellige Querschnittsform aufweisen, wie in
Eine vergrößerte Oberfläche der ersten Abdeckung 2.1 und/oder der zweiten Abdeckung 3.1 zum Salzwasser hin kann vorteilhaft auch erreicht werden, wenn an der ersten Abdeckung 2.1 und/oder der zweiten Abdeckung 3.1 eine Vielzahl an Wärmeleitelementen 13 ausgebildet ist, wie in
Um einen effizienten Betrieb der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die Salzwasserzuführung und damit den Salzwasserspiegel in dem ersten Bereich 2 zu steuern. Der Salzwasserspiegel in dem ersten Bereich 2 darf nicht zu niedrig sein, da ansonsten ohne Wärmeleitelemente 13 keine direkte Wärmeübertragung durch Konvektion von der ersten Abdeckung 2.1 auf das Salzwasser möglich ist. Um einen zu niedrigen Salzwasserspiegel zu verhindern, sollte vorteilhaft gewährleistet sein, dass mehr Salzwasser in den ersten Bereich 2 eintritt als Wasserdampf in dem zweiten Bereich 3 verdunstet. Es ist außerdem von Vorteil, wenn nicht übermäßig viel Salzwasser in den Zuführkanal 8 und damit in den ersten Bereich 2 gepumpt wird, da so unnötig Energie verbraucht wird. Um eine Steuerung der Salzwasserzuführung zu ermöglichen, sollten Temperatur(en) und/oder Salzgehalt(e) an kritischen Stellen der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung gemessen werden. Dazu sind, wie in
Die Steuerung der Salzwasserzuführung erfolgt vorteilhaft mittels einer mit der Pumpe 1 und mit den Messgeräten 14 verbundenen Steuer- und Recheneinheit 15. Die Steuer- und Recheneinheit 15, in die vorteilhaft ein neuronales Netzwerk implementiert ist, ist dazu ausgelegt, auf Grundlage der gemessenen Temperatur(en) und/oder Salzgehalt(e) und/oder dem Sonneneinfallswinkel und/oder von meteorologischen Daten einen Salzwasserzufluss zu berechnen und die Pumpe 1 entsprechend zu steuern. Es können auch weitere für die Steuerung der Salzwasserzuführung relevante Größen zur Steuerung der Pumpe 1 gemessen und ausgewertet werden.The salt water supply is advantageously controlled by means of a control and
Eine erfindungsgemäße Meerwasseraufbereitungsvorrichtung muss, um (kosten-) effizient zu sein, eine gewisse Größe aufweisen. Da beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft nur eine Erhöhung des Salzgehaltes des Salzwassers von 3% - 6% erfolgt, ist sie umweltverträglich, weist aber eine geringe Effizienz bezogen auf die verwendete Salzwassermenge auf. In Bezug auf die zum Betrieb nötigen Kosten, seien es Anschaffungskosten, Wartungskosten oder Strom- und Betriebskosten, ist die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen sehr hoch. Um hohe Erträge beim Betrieb der erfindungsgemäßen Meerwasseraufbereitungsvorrichtung zu erzielen, ist es also notwendig, eine große Fläche, insbesondere zum Erwärmen und Verdunsten des Salzwassers, zu nutzen.A seawater treatment device according to the invention must be of a certain size in order to be (cost) efficient. Since the operation of a device according to the invention advantageously only increases the salt content of the salt water by 3%-6%, it is environmentally friendly, but has a low efficiency based on the amount of salt water used. On the other hand, the efficiency of the device according to the invention is very high in relation to the costs required for operation, be they acquisition costs, maintenance costs or electricity and operating costs. In order to achieve high yields when operating the seawater treatment device according to the invention, it is therefore necessary to use a large area, in particular for heating and evaporating the saltwater.
Das Nutzen einer großen Fläche kann entweder dadurch gewährleistet werden, dass die Meerwasseraufbereitungsvorrichtung, insbesondere das Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß 12, entsprechend dimensioniert werden. Eine erfindungsgemäße Meerwasseraufbereitungsvorrichtung kann beispielsweise eine Gesamtfläche von 50 m x 100 m oder 100 m x 100 m aufweisen oder noch größer dimensioniert sein. Bei Meerwasseraufbereitungsvorrichtungen mit einer sehr großen Fläche (> 1 km2) ist jedoch eine Montage vor Ort notwendig.The use of a large area can be ensured either by dimensioning the seawater treatment device, in particular the heating and
Um sehr große Flächen zu nutzen, kann die erfindungsgemäße Meerwasseraufbereitungsvorrichtung vorteilhaft auch als ein Modul aufgebaut sein, wobei mehrere Module miteinander verbindbar sind. Mittels mehrerer Module, die wesentlich kleiner sind, ist es so ebenfalls möglich, eine sehr große Fläche zur Meerwasseraufbereitung zu nutzen. Dadurch kann der Montageaufwand vor Ort sowie der Transportaufwand minimiert werden.In order to use very large areas, the seawater treatment device according to the invention can advantageously also be constructed as a module, with several modules being able to be connected to one another. Using several modules, which are much smaller, it is also possible to use a very large area for seawater treatment. As a result, the assembly work on site and the transport work can be minimized.
Um die Produktions-, Montage- und Transportkosten für eine erfindungsgemäße Meerwasseraufbereitungsvorrichtung zu senken, kann der Ablaufkanal 5 vorteilhaft durch eine Folie gebildet sein.In order to reduce the production, assembly and transport costs for a seawater treatment device according to the invention, the
Um den Ablaufkanal 5 zu isolieren, kann er vorteilhaft in das umgebende Erdreich eingelassen werden, da dieses in der Regel eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist.In order to insulate the
Ebenso vorteilhaft kann der Ablaufkanal 5 auch gegenüber dem Untergrund thermisch isoliert sein, um sicherzustellen, dass die im überschüssigen Salzwasser gespeicherte Wärme zu einem größtmöglichen Anteil an das Salzwasser in dem Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß 12 abgegeben wird.Equally advantageously, the
Es ist auch vorteilhaft, die Zuführkanäle 8 und/oder die Abführkanäle 10 gegenüber ihrer Umgebung und/oder gegenüber einem Energieeintrag durch Sonnenlicht zu isolieren. Dadurch kann gewährleistet werden, dass keine unerwünschte Erwärmung der Wände der Abführkanäle 10 und keine unerwünschte Abkühlung des Salzwassers in den Zuführkanälen 8 stattfindet.It is also advantageous to insulate the
Eine erfindungsgemäße Meerwasseraufbereitungsvorrichtung kann durch die Kombination unterschiedlich ausgeführter, voneinander unabhängig gestaltbarer Merkmale, wie das Material der ersten Abdeckung 2.1 oder der zweiten Abdeckung 3.1, die geometrische Form der ersten Abdeckung 2.1 oder der zweiten Abdeckung 3.1 und eventuell daran ausgebildeter Wärmeleitelemente 13, die Anordnung, Größe und Geometrie der Ablauföffnung 4, der Lufteintrittsöffnungen 6 oder die Art des Ablaufkanals 5, die Anordnung der Zuführkanäle 8 und der Abführkanäle 10, die Isolierung des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes 12, der Zuführkanäle 8 oder der Abführkanäle 10 sowie die Steuerung der Pumpe 1, vorteilhaft gestaltet sein. So können die aufgezeigten vorteilhaften Ausführungen, die nicht alternativer Art sind, gemeinsam oder auch nur einzeln in Ausführungsbeispielen verwirklicht sein.A seawater treatment device according to the invention can be configured by combining differently designed features that can be designed independently of one another, such as the material of the first cover 2.1 or the second cover 3.1, the geometric shape of the first cover 2.1 or the second cover 3.1 and any heat-conducting
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Meerwasseraufbereitungsvorrichtung weist eine Ablauföffnung 4 auf, die eine Überlaufkante ist. Die Überlaufkante und der Ablaufkanal 5 sind über die Breite des Erwärmungs-und Verdunstungsgefäßes 12 ausgebildet. Die Abführöffnung 9 der Abführkanäle 10 ist an einem Ende des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes 12 angeordnet und die Zuführöffnung 7 der Zuführkanäle 8 ist am entgegengesetzten Ende des Erwärmungs- und Verdunstungsgefäßes 12 angeordnet. Das Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß 12 weist eine Länge L auf und die Zuführkanäle 8 und die Abführkanäle 10 verlaufen über mindestens die Länge L parallel zu dem Erwärmungs- und Verdunstungsgefäß 12. Die Zuführkanäle 8 sind oberhalb der Abführkanäle 10 horizontal angeordnet. Sowohl die erste Abdeckung 2.1 als auch die zweite Abdeckung 3.1 bestehen aus Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer 25 W/(m*K). Zudem enthält die Vorrichtung Messgeräte 14 sowie eine Steuer- und Recheneinheit 15, die mit der Pumpe 1 und den Messgeräten 14 verbunden ist und dazu ausgelegt ist, auf Grundlage der von den Messgeräten 14 gemessenen Temperatur(en) und/oder Salzgehalt(e) und/oder dem Sonneneinfallswinkel und/oder auf Grundlage von meteorologischen Daten einen Salzwasserzufluss zu berechnen und die Pumpe 1 entsprechend zu steuern.A preferred embodiment of the seawater treatment device has a
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Pumpepump
- 22
- erster Bereichfirst area
- 2.12.1
- erste Abdeckungfirst cover
- 33
- zweiter Bereichsecond area
- 3.13.1
- zweite Abdeckungsecond cover
- 44
- Ablauföffnungdrain hole
- 55
- Ablaufkanaldrain channel
- 66
- Lufteintrittsöffnungair inlet opening
- 77
- Zuführöffnungfeed opening
- 88th
- Zuführkanalfeed channel
- 99
- Abführöffnungdischarge opening
- 1010
- Abführkanaldischarge channel
- 1111
- Kondensatcondensate
- 1212
- Erwärmungs- und VerdunstungsgefäßWarming and evaporation vessel
- 1313
- Wärmeleitelementheat conducting element
- 1414
- Messgerätgauge
- 1515
- Steuer- und Recheneinheit Control and computing unit
- hiHi
- erste Höhefirst height
- h2h2
- zweite Höhesecond height
- h3h3
- dritte Höhethird height
- LL
- Längelength
Claims (14)
Priority Applications (2)
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PCT/DE2022/100218 WO2022199756A1 (en) | 2021-03-24 | 2022-03-22 | Seawater preparation device |
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DE102021107393.6A DE102021107393B3 (en) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | seawater treatment device |
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DE102021107393.6A Active DE102021107393B3 (en) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | seawater treatment device |
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