DE202019100600U1 - Water treatment plant - Google Patents
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Abstract
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).Water treatment plant (1) for the treatment of seawater (5), comprising a hollow cylindrical evaporation body (2) and a hollow cone-shaped condensation cover (3), wherein the condensation cover (3) is fluidically connected to the evaporation body (2), characterized by a cooling device (19) for cooling the outside of the condensation lid (3).
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 seawater to drinking water or service water, comprising a hollow cylindrical evaporation body and a hollow conical condensation cover, which condensation cover is fluidly connected to the evaporation body.
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 seawater. Nevertheless, there is a lack of drinking and service water in coastal desert regions. From a chemical point of view, seawater is an aqueous solution containing various salts. Due to the high salt concentration, seawater can not be used as drinking / industrial 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.To obtain drinking / industrial water from seawater, there are water treatment plants, which reduce the salt concentration of the seawater. Many different devices and methods of desalination are known in the art. In drinking water or low-consumption desert regions, in particular water treatment plants are necessary, which are as uncomplicated as possible to build.
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 plants, so-called watercones are known from the prior art, which have an evaporation body in which seawater is poured manually. Due to the absorption of the sun's rays, the seawater warms up and evaporates until it precipitates 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 has only small amounts of salt and drinking water quality. The drinking water can be taken from the gutter directly by turning the cover. A watercone can produce up to 1.5 liters daily.
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 plants are particularly advantageous because of their simple construction, low material costs and ease of use. However, a disadvantage is the low yield that such a plant provides.
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 distillation or reverse osmosis systems are known from the prior art. In the case of distillation plants, the water is in principle strongly heated so that it evaporates and condenses on a condenser arranged inside the plant. The condenser usually consists of a pipe 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 with high pressure. Disadvantages are the high costs for providing the system, the maintenance work and the resulting costs and the energy consumption for the operation of 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 / industrial water in a short time. The problem is, however, the large energy needs that must be covered for commissioning of such systems. Especially in areas where the power grid is not or only poorly developed, distillation or reverse osmosis systems can not be operated easily. Furthermore, the costs of providing such facilities are very high, so that even poorer people in low-water coastal regions can not 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.Based on the above-described prior art, it is the object of the invention to further develop a water treatment plant to increase efficiency with the lowest possible cost and operating costs.
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 lid on the outside with seawater.
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 about 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 of 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 a receiving space of the seawater 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 it causes a uniform distribution of water vapor on the one hand. On the other hand, the surface is more accessible for cleaning as opposed 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. As plastic, a hard plastic such as acrylic glass (polymethyl methacrylate PMMA) or a flexible, tear-resistant film of, for example, polyvinyl chloride (PVC) can be used. Other translucent and opaque plastics are therefore not excluded. Furthermore, in addition to plastics, the use of other materials conceivable such as metals (steel) or light metals (aluminum). Particularly advantageous is the use of already existing devices that can be converted to a water treatment plant according to the invention in a simple manner. Prerequisite for the use of an existing device is a suitably trained 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 films, the film is stretched over a base body, which gives the film in the clamped state, a hollow cylindrical shape. The use of films is particularly advantageous because the production of translucent films on the one hand is inexpensive and storage is simplified due to the flexibility of the film. Furthermore, it is advantageous that the film can be easily mounted and replaced due to its light weight. This facilitates the replacement of the items in case of damage or contamination. Also, the transport of the individual components to the place of use of the water treatment plant is 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. Preferably, the plastic is black. This has the advantage that the evaporation body absorbs the sunlight particularly strong and thus creates more heat within the evaporation body. This in turn has the further advantage that on the one hand, the water to be treated within the evaporation body is heated faster. On the other hand prevents evaporated water unintentionally already condenses on the evaporation body and simply flows back into the water to be treated before it condenses on a condensation lid and can be collected by a gutter.
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 of the evaporation body is connected to at least one support element, such as stilts, which are fastened in the seabed. The evaporation body is either so deep in the water that there is always sea water within the evaporation body. Advantageous with respect to this embodiment is that inside the evaporation body outside weather influences such as strong wind or a stronger waves have no influence. This prevents seawater from mixing with the water already condensed on the evaporation body and making it unusable. Alternatively, the evaporation body can be attached directly to the seabed. In this case, the evaporation body preferably consists of a hard plastic, such as, for example, Plexiglas, which can withstand the water pressure and the tidal force. So that water can flow into the evaporation body, the hollow body has a small opening. This design is particularly advantageous because on the one hand the water inflow into the evaporation body through the small opening can be kept as small as possible, so that heating of the water to be treated takes place faster. On the other hand, a lesser exchange of water takes place between the heated water inside and the cool seawater 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 above two alternatives, it is advantageous that only care must be taken that at low tide the water level is high enough 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 is constantly on support elements above the seawater surface, that even a higher swell can not reach the inner surface of the evaporation body. When constructing 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 there is still seawater below the evaporation body even at low tide and if the evaporation body is high enough at high tide that the evaporation body does not escape from the water Seawater is lapped.
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.The water treatment plant according to the invention has a hollow cone-shaped condensation lid, which is fluidically connected to the evaporation body. The conical shape provides the significant advantage that the evaporated water condenses through the bevelled surface of the cone in the ascent, so that a quasi-barrier is created. Subsequently, the condensed water, following gravity, can flow down the wall of the condensation lid.
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 may also be shaped as a hollow hemisphere with an evaporation body side opening. This has the advantage that there is no tip where dirt accumulates 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 on the inside and / or outside water pipe elements. The water pipe elements are formed for example in the form of grooves or nubs. This causes the condensation water does not drip prematurely before the condensation water reaches the gutter drips. On the outside, the water pipe elements have the advantage that the cooling water is distributed evenly as thin as possible film on the condensation lid. As a result, the cooling of the lid is promoted and simultaneously increases the salt concentration during evaporation. However, the film must not be too thin, otherwise the salt crystallizes on the outside of the condensation lid.
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 plant has a cooling device for cooling the condensation lid on the outside with seawater. The cooling device serves to cool the condensation cover on the outside by evaporation cooling, so that the water vapor within the condensation cover merges 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 seawater for cooling the outside of the condensation lid has the advantage that during cooling seawater evaporates, so that automatically increases the salt concentration of the cooling water. If, according to the used cooling water collected, instead of returning it to the sea, it can be further used for salt production and processed. It is proposed to supply the concentrated cooling water to a directly adjacent saline in order to accelerate the salt extraction process. Other uses of concentrated saltwater are also conceivable. On the other hand, seawater is available in almost inexhaustible quantities on site. The cooling device of the water treatment plant in combination with the outside cooling of the condensation lid results in a combination device that makes it possible to win at the same time drinking / industrial water and salt.
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.The cooling device of the water treatment plant has according to the invention for conveying the water to a pump. The pump can be arranged reversibly on a floating body which is firmly anchored to the seabed. The pump is watertight so that splash water will not damage the electronics and mechanics of the pump. The advantage of a separate 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 because it can be dispensed with an additional float.
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. 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.According to a further feature, the water treatment plant is characterized in that the pump is fluidly connected to one end of a line, wherein the line has a water distribution on the other side, wherein the water distribution device has condensation opening side at least one opening. As an alternative to a standpipe, 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 seawater, corrosive materials should be used in conjunction with corrosion protection. These include, for example, anti-corrosion paints, zinc coatings and other shielding substances. Particularly advantageous is the use of antifouling paints, which additionally prevent the growth of marine organisms on the line or at least slow down greatly.
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 guided via the line and on to a water distribution device, which is also arranged on the condensation cover side. The cooling water is distributed evenly on the condensation cover by means of the water distribution device, so that the surface of the condensation cover is cooled uniformly. It should be noted that the cooling water layer running down on the condensation cover is adjusted so that the maximum evaporation quantity and thus the maximum cooling is achieved, and enough so that the cooling water does not evaporate completely and the salt crystallizes immediately on the outside of the condensation cover. Because the cooling is due to the resulting evaporation energy, which is responsible for the heat transfer. 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 tube. The water distribution device can also be designed as a nozzle, which is designed differently depending on requirements. Thus, the nozzle may have several small openings from which the cooling water is discharged, so that the amount of cooling water can be controlled and distributed evenly on the condensation lid.
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 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 regulates the amount of cooling water, for example, depending on the outside temperature and / or the sun's ray intensity. The stronger the sunlight and thus the heat buildup on the surface of the condensation cover is, the more cooling water must 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 pipe elements results in the synergistic effect that the water distribution and thus the cooling of the condensation cover 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.The energy to operate the pump is generated according to the invention by a power generator. The power generator is a device that generates electrical energy from existing resources to be particularly independent of power grids. The power generating unit preferably has a drive unit and a generator, which converts 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.The drive unit has in the simplest case a turbine, which is driven for example by wind power or tidal forces. The use of tidal energy is particularly advantageous when the tidal current is particularly strong at the location and / or the coastal landscape drops steeply, so that even at low tide, the water level is high enough to drive the turbine. Solar energy can be directly converted into electricity instead of a turbine with the help of photovoltaic systems. Particularly preferred is the use of wind power for a power generator when in the coastal region in any case regularly blowing a strong wind.
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 electric current by using the wind and / or tidal force driven a simple turbine and in this way the required pumping power is provided. The pump can according to either by means of electric current and / or by a simple turbine in the intended use, the cooling water, so the seawater, high on the condensation cover convey.
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 plant has both a gutter and a collecting trough. The collecting channel is used to collect the condensed in condensate lid drinking water. The collecting channel, on the other hand, serves to catch the cooling water used, in which the salt concentration is increased many times due to the evaporation process. As described above, the cooling water can be supplied 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 on the inside an additional gutter, so that in the case of condensation already on the evaporation body, the condensation can be collected and removed. This ensures that, especially at night, when the temperatures fall sharply, especially in desert regions, so that temperature differences of up to 30 degrees are achieved, the water condensed on the evaporation body is collected. The additional gutter 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 guided 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.The water treatment plant has according to a further feature a collecting container. The collecting container is fluidically connected to a drain and serves to further receive the drinking water. There, the drinking water can be collected and stored in larger quantities. To remove the drinking water, a tap is proposed, 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 plant has a heating element. The heating element is located within the evaporation body in the seawater to heat the water to be treated and thus promote evaporation. The necessary power for generating the heat receives the heating element from the power generator, which is why the power generator 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 power generator, turbine or heating element depends on the environment in which the water treatment plant is placed. If the tidal force or wind power is insufficient to operate the pump and the heating element at the same time, the heating element can be dispensed with in this case.
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 plant according to1 ; -
3 a schematic representation of a water treatment plant on stilts; -
4 a schematic representation of a water treatment plant according to a further embodiment, -
5 a schematic representation of a water treatment plant according to a further embodiment, -
6 a schematic representation of a water treatment plant according to another embodiment -
7 a schematic representation of a water treatment plant with multiple 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.Preference is given to the use of tidal energy when the tidal current at the intended site is strong enough and stable. Particularly preferred is the use of tidal energy 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 when blowing a regular wind at the 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 WasserdampfsAscent direction of the water vapor
- 1313
- Innenwandunginner wall
- 1414
- Fließrichtung des KondensatsFlow direction 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 (8)
Applications Claiming Priority (2)
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DE102018118827.7 | 2018-08-02 | ||
DE102018118827 | 2018-08-02 |
Publications (1)
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---|---|
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DE102019102531.1A Pending DE102019102531A1 (en) | 2018-08-02 | 2019-02-01 | Water treatment plant |
DE202019100600.5U Expired - Lifetime DE202019100600U1 (en) | 2018-08-02 | 2019-02-01 | Water treatment plant |
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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 |
-
2019
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