DE19621042A1 - Anlage zur Entsalzung von See- bzw. Meerwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Entsalzung von See- bzw. Meerwasser, welche ausschließlich unter Ausnutzung der Sonnenenergie zur Verdunstung und Rekondensation von salzhaltigem Wasser betrieben wird, wobei diese mindestens einen auf oder innerhalb eines Schwimmkörpers angeordneten Verdampferraum umfaßt, der mit einer für Sonnenstrahlen durchlässigen Scheibe abgedeckt ist.

Verfahren und Anlagen, welche zur Meerwasserentsalzung allein unter Ausnutzung der Sonnenenergie arbeiten sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und werden besonders in süßwasserarmen Regionen der Erde, insbesondere in solchen mit hoher Sonneneinstrahlung, eingesetzt.

In der DE 42 39 636 A1 wird beispielsweise eine Wasserentsalzungsanlage beschrieben, welche ausschließlich mit Sonneneinstrahlung als Energiequelle betrieben wird und automatisch arbeitet. Die Anlage umfaßt ein Verdampfungsgefäß und seine konstruktive Verbindung mit einem in den Luftzug eines Schornsteines angeordneten Kondensors, wobei Verdunstungs- und Kondensationsraum gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossen sind. Nachteilig bei dieser Anlage ist die stationäre auf dem Festland befindliche Konstruktion. Weiterhin sind zur Entfernung des Salzes aus dem Verdunstungsgefäß zusätzliche Einrichtungen erforderlich.

Auch bei der in der DE 31 19 615 A1 vorgeschlagenen Lösung zur Meerwasserentsalzung soll die Verdunstung mit anschließender Rekondensation von Meerwasser allein unter Ausnutzung von Sonnenenergie erfolgen. Hierbei wird die Luft, die das zu verdunstende Meerwasser aufnehmen soll, durch eine natürliche Kaminzugwirkung zwischen Wasseroberfläche und einer als Abdeckung dienenden Folie durchgezogen. Die erwärmte und mit Feuchtigkeit angereicherte Luft wird anschließend an Oberflächen, die sich unterhalb des Wasserspiegels befinden, gekühlt, wobei sich das Kondensat hier niederschlägt und in ein mit dem Festland rohrleitungsmäßig verbundenes Sammelbecken abläuft, bevor die Luft in einem Kamin nach außen abgeleitet wird. Antreibend für die Luftströmung ist die kontinuierliche Erwärmung entlang des inneren Kamins, bedingt durch die Temperaturdifferenz zwischen dem tieferen Meerwasser und dem durch Sonneneinstrahlung beheizten oberen Teil des Kamms, jedoch nur solange das Temperaturniveau insgesamt im Kamin höher als in der Umgebung ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Überwindung der Nachteile der bekannten Lösungen für eine Wasserentsalzungsanlage unter Verwendung von Solarenergie als einzigen Energieträger.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12 enthalten.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Entsalzung von See- bzw. Meerwasser besteht danach aus mindestens einem auf oder innerhalb eines Schwimmkörpers angeordneten Verdampferraum, wobei dieser mit einer für Sonnenstrahlen durchlässigen Scheibe abgedeckt ist, wobei im Verdampferraum eine Einrichtung zur Ableitung wasserdampfgesättigter Luft mit darüber befindlichem Ventilator angeordnet ist, die durch die Böden des Verdampferraumes bzw. des Schwimmkörpers geführt ist. Daran schließt sich ein mit Meerwasser gekühlter Kondensator mit in den Verdampferraum rückführenden Leitungen für die wasserdampffreie Luft an, wobei dem Kondensator eine Sammelvorrichtung für das entsalzte Wasser nachgeschaltet ist, die Einrichtungen umfaßt, welche das entsalzte Wasser in einen über den Wasserspiegel angeordneten Behälter fördern. Durch den Boden des Verdampferraumes bzw. des Schwimmkörpers ist weiterhin eine als Wärmetauschereinheit ausgebildete kombinierte Einrichtung zur Zuführung und Ableitung von salzhaltigem Wasser geführt.

Der eigentliche Verdampferraum ist demnach auf oder innerhalb eines Schwimmkörpers angeordnet, wobei je nach Ausführungsvariante der jeweils mit dem Meerwasser in direktem Kontakt befindliche Boden, eine ausreichende Dicke und Isolierfähigkeit aufweist, so daß die gesamte Einrichtung im Wasser schwimmen kann. Der Schwimmkörper ist so bemessen, daß die untere Fläche des Verdampferbehälters vom Wasser nicht umströmt wird und somit auch nicht die Umgebungswassertemperatur annehmen kann.

Die als Wärmetauschereinheit ausgebildete kombinierte Einrichtung zur Zuführung und Ableitung von salzhaltigem Wasser ist zumindest teilweise als Doppelrohr ausgeführt, wobei Ablauf- und Zulauföffnung im Verdampferraum an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind.

Zwischen der Zuführung und der Ableitung von salzhaltigem Wasser, der als kombinierte Einrichtung ausgeführten Wärmetauschereinheit, sind zur Erzeugung einer Zwangsströmung nach einem besonderen Merkmal der Erfindung, quergerichtete Schikanen angeordnet, wodurch eine Vermeidung von Vermischungen erreicht wird. Die Zulauföffnung der als Wärmetauschereinheit ausgeführten kombinierten Einrichtung zur Zuführung und Ableitung von salzhaltigem Wasser ragt dabei durch die Böden des Schwimmkörpers bzw. des Verdampferraumes in den Verdampferraum hinein.

Die zur Sammelvorrichtung für das entsalzte Wasser gehörende Pumpe, welche das kondensierte und entsalzte Wasser vom untersten Raum des Kondensators über die Wasseroberfläche in einen Sammelbehälter fördert sowie der über der Einrichtung zur Ableitung wasserdampfgesättigter Luft angeordnete Ventilator, werden nach besonderen Merkmalen der Erfindung mit Solartechnik angetrieben, so daß die gesamte Anlage ohne Fremdenergie betreibbar ist.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird der Verdampferraum von einer für Sonnenstrahlen durchlässigen Scheibe hermetisch abgeschlossen.

Nach einem besonders bevorzugten Merkmal der Erfindung ist der Verdampferraum teilweise evakuiert, wodurch die gesamte Wirkungsweise der Anlage noch verbessert werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Anlage auf bzw. innerhalb des Schwimmkörpers mehrere Verdampferräume in Modulbauweise hinter- und/oder nebeneinander geschaltet.

Die gesamte Anlage ist so konstruiert, daß mit Hilfe der Schwimmkörper sich im Verdampferraum ein gewollter Salzwasserpegel eingestellt werden kann.

Die gesamte Anlage ist nach einem besonderen Merkmal der Erfindung durch spannbare Anker fixiert, wodurch neben Gewichts- und/oder Volumenveränderungen am Schwimmkörper die Höhe des Wasserspiegels im Verdampferraum beeinflußt werden kann.

Nach einem besonders bevorzugten Merkmal der Erfindung ist der Schwimmkörper als Wasserfahrzeug ausgebildet. Diese sehr bewegliche Ausführung der Anlage ermöglicht dessen universellen und flexiblen Einsatz. Diese transportable Versorgungseinheit ist solarangetrieben, wobei das entsalzte Wasser auf ebenfalls solarangetriebene Transportboote verladen werden kann.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 den Querschnitt durch eine fixierte Anlage mit nur einem Verdampferraum,

Fig. 2 eine Prinzipskizze für eine Anlage, bei der der Schwimmkörper ein Wasserfahrzeug ist.

Der Verdampferraum 2 der Anlage ist nach Fig. 1 innerhalb eines Schwimmkörper 1 mit ausreichender Dicke und Isolierfähigkeit angeordnet, so daß die gesamte Anlage im Wasser schwimmen kann. Der Schwimmkörper kann wie im vorliegenden Fall aus einem festen Isolierstoff, beispielsweise Holz oder Kunststoff bestehen, oder aber auch als Hohlkörper ausgebildet sein. Er ist ausreichend bemessen, damit der Verdampferboden nicht von Wasser umströmt werden kann und somit auch nicht die Umgebungswassertemperatur annehmen kann. Der Verdampferraum 2 selbst ist mit einer Scheibe 3 aus Glas oder Plexiglas abgedeckt, die für Sonnenstrahlen durchlässig ist und gleichzeitig den Verdampferraum 2 hermetisch abschließt. Die Glasplatte 3 enthält die zur Durchführung der Kabel zum Antrieb des mit Solarenergie angetriebenen Ventilators 5 erforderliche Öffnung. Zur Verbesserung der Wirkungsweise der Anlage kann der Verdampferraum 2 teilweise evakuiert werden. Zur Vermeidung von Glasbrüchen können entsprechende stützende Einrichtungen (nicht dargestellt) zum Schutz der Glasplatte angebracht sein. Zur Verbesserung der Wärmeaufnahme ist der oberhalb des Schwimmkörpers 1 liegende Verdampferraum 2 mit einem dunklen, strahlenabsorbierenden Anstrich versehen.

Im Verdampferraum 2 ist eine Einrichtung 4 zur Ableitung wasserdampfgesättigter Luft mit darüber befindlichem Ventilator 5 angeordnet, die durch die Böden des Verdampferraumes 2 und des Schwimmkörpers 1 geführt ist, und woran sich ein mit Meerwasser gekühlter Kondensator 6 mit in den Verdampferraum 2 rückführenden Leitungen 7 für die wasserdampffreie Luft anschließt, wobei dem Kondensator 6 eine Sammelvorrichtung 8 für das entsalzte Wasser nachgeschaltet ist, welches mit Hilfe einer solarangetriebene Pumpe 15 in einen über den Wasserspiegel angeordneten Behälter 10 gefördert wird.

Durch den Boden des Verdampferraumes 2 ist außerdem eine als Wärmetauschereinheit ausgebildete kombinierte Einrichtung 11 zur Zuführung und Ableitung von salzhaltigem Wasser geführt. Diese als Wärmetauschereinheit ausgebildete kombinierte Einrichtung zur Zuführung und Ableitung von salzhaltigem Wasser ist zumindest teilweise als Doppelrohr ausgeführt. Ablauföffnung 13 und Zulauföffnung 12 sind im Verdampferraum 2 an unterschiedlichen Stellen angeordnet, wobei die Zulauföffnung 12 durch den Boden des Verdampferraumes in den Verdampferraum 2 hineinragt.

Zwischen der Zulauföffnung 12 und Ablauföffnung 13 von salzhaltigem Wasser, der als kombinierte Einrichtung 11 ausgeführten Wärmetauschereinheit sind zur Erzeugung einer Zwangsströmung quergerichtete Schikanen 14 angeordnet, wodurch eine Vermeidung von Vermischungen erreicht werden soll.

Die ganze Anlage ist so aufgebaut, daß mit Hilfe des Schwimmkörpers 1 sich im Verdampferraum 2 ein gewünschter Salzwasserpegel einstellen kann. Die Höhe des Wasserspiegels kann durch Gewichts- und/oder Volumenänderungen am Schwimmkörper 1 und durch die spannbaren Anker 16 beeinflußt werden.

Zu Beginn des Verfahrens wird im Verdampferraum 2 über die Zulauföffnung 12 ein bestimmter Wasserspiegel eingestellt. Durch die Sonneneinstrahlung beginnt das Wasser zu verdampfen und die über der dem Salzwasser befindliche Atmosphäre wird durch die Verdampfung mit Wasserdampf gesättigt. Die mit Wasserdampf gesättigte Luft wird durch den über Solartechnik angetriebenen Ventilator 5 in die rohrförmige Einrichtung 4 zur Ableitung der wasserdampfgesättigter Luft geleitet und zum daran anschließenden Kondensator 6 geführt. Der Wasserdampf in der strömenden Luft kondensiert im Kondensator 6, der mit Meerwasser gekühlt wird, aus. Die mehr oder weniger wasserdampffreie Trägerluft wird durch die seitlich angebrachten Rohre 7 durch eigene Strömung wieder in den Verdampferraum 2 zurückgeführt. Das salzfreie Kondensat wird in einer Sammelvorrichtung 8 aufgefangen und mit Hilfe einer solarangetriebene Pumpe 15 in einen über den Wasserspiegel angeordneten Behälter 10 gefördert.

Das sich erwärmende und zum Teil ausdampfende Salzwasser im Verdampferraum 2 wird durch steigenden Salzgehalt ein höheres spezifisches Gewicht annehmen. Die nach unten offene Rohrleitung 13 wird sich langsam mit dem salzhaltigeren und schwereren Wasser füllen und nach unten in die tiefere See abströmen. Das Nachfüllen von frischem Meerwasser in den Verdampferraum 2 erfolgt über die Zulaufleitung 12, die in die teilweise als Doppelrohr ausgeführte Wärmetauschereinheit 11 führt und die Ablaufleitung 13 umschließt. Dabei entzieht das frische Meerwasser durch entsprechende Maßnahmen (Rippen) dem abströmenden salzhaltigeren Wasser die Wärme und verstärkt nochmals das spezifische Gewicht und damit die Abwärtsströmung. Im Gegenzug erhöht sich langsam die Temperatur des frisch einströmenden Meerwassers, daß seinerseits einen Auftrieb erfahren wird in Richtung Verdampferraum 2. Auf diese Weise soll der Flüssigkeitsspiegel im Verdampferraum 2 konstant gehalten werden. Die als Wärmetauschereinheit 11 wirkende Rohrkombination ist entsprechend isoliert, um Wärmeverluste an das umgebende Meerwasser zu vermeiden.

In Fig. 2 wird eine Prinzipskizze gezeigt für eine Anlage, bei der der Schwimmkörper 1 als Wasserfahrzeug ausgebildet ist. Bei dieser Anlage sind mehrere Verdampfereinheiten 2 hinter- bzw. nebeneinander geschaltet, wobei die verschiedenen Rohrleitungssysteme entsprechend zusammengeschaltet sind. Das entsalzte Wasser wird bei dieser Ausführung auf ein ebenfalls solarangetriebenes Transportboot (nicht dargestellt) verladen.

Claims (12)

1. Anlage zur Entsalzung von See- bzw. Meerwasser, welche mindestens einen auf oder innerhalb eines Schwimmkörpers angeordneten Verdampferraum umfaßt, wobei dieser mit einer für Sonnenstrahlen durchlässigen Scheibe abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - im Verdampferraum (2) eine Einrichtung (4) zur Ableitung wasserdampfgesättigter Luft mit darüber befindlichem Ventilator (5) angeordnet ist, die durch die Böden des Verdampferraumes (2) bzw. des Schwimmkörpers (1) geführt ist, woran sich ein mit Meerwasser gekühlter Kondensator (6) mit in den Verdampferraum (2) rückführenden Leitungen (7) für die wasserdampffreie Luft anschließt, wobei dem Kondensator (6) eine Sammelvorrichtung (8) für das entsalzte Wasser nachgeschaltet ist, die Einrichtungen (9) umfaßt, welche das entsalzte Wasser in einen über den Wasserspiegel angeordneten Behälter (10) fördern,
• - durch den Boden des Verdampferraumes (2) bzw. des Schwimmkörpers (1) weiterhin eine als Wärmetauschereinheit (11) ausgebildete kombinierte Einrichtung zur Zuführung und Ableitung von salzhaltigem Wasser führt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Wärmetauschereinheit (11) ausgebildete kombinierte Einrichtung zur Zuführung und Ableitung von salzhaltigem Wasser zumindest teilweise als Doppelrohr ausgeführt ist, wobei Ablauföffnung (13) und Zulauföffnung (12) im Verdampferraum (2) an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind.

3. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulauföffnung (12) der als Wärmetauschereinheit ausgeführten kombinierten Einrichtung (11) zur Zuführung und Ableitung von salzhaltigem Wasser durch die Böden des Schwimmkörpers (1) bzw. des Verdampferraumes (2) in den Verdampferraum hineinragt.

4. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zuführung (12) und der Ableitung (13) von salzhaltigem Wasser, der als kombinierte Einrichtung ausgeführten Wärmetauschereinheit (11), zur Erzeugung einer Zwangsströmung quergerichtete Schikanen (14) angeordnet sind.

5. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelvorrichtung für das entsalzte Wasser eine solarangetriebene Pumpe (15) umfaßt.

6. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der über der Einrichtung (4) zur Ableitung wasserdampfgesättigter Luft angeordnete Ventilator (5) mit Solartechnik betrieben wird.

7. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferraum (2) von der für Sonnenstrahlen durchlässigen Scheibe (3) hermetisch abgeschlossen wird.

8. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferraum (2) teilweise evakuiert ist.

9. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf bzw. innerhalb des Schwimmkörpers (1) mehrere Verdampferräume (2) in Modulbauweise hinter- und/oder nebeneinander geschaltet sind.

10. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage durch spannbare Anker (16) fixiert ist.

11. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper (1) ein Wasserfahrzeug ist.

12. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anlage solarbetrieben und ohne Fremdenergie arbeitet.