DE2631321A1

DE2631321A1 - Meerwasserentsalzungsanlage betrieben durch sonnenenergie unter verwendung der sonnenkonvektoren

Info

Publication number: DE2631321A1
Application number: DE19762631321
Authority: DE
Inventors: Geb Litzenberger Han Berberich
Original assignee: BERBERICH ANLAGENBAU
Current assignee: BERBERICH ANLAGENBAU
Priority date: 1976-07-12
Filing date: 1976-07-12
Publication date: 1978-01-19

Description

Zusstzpatent zur Sonnenenergiegewinnung durch Kollektoren. --
Gegenstand der Anmeldung ist eine Meerwasserentsalzungsanlage, betrieben durch Sonnenenergie unter Verwendung des Hauptpatentes Sonnenkonvektor.
Es ist bekannt, über Verdampfer Meerwasser zu leiten und das Wasser auf Verdampfern zu verdunsten und durch Destillation wieder zurück zu gewinnen.
Ferner sind Dentillationsapparate verschiedenster Bauweise bekannt, um aus Meerwasser Brauchwasser zu erzeugen.
Auch sind aus der Literatur Hohlspiegel sowie Brennspiegel zur Erzeugung hoher Temperaturen zwecks Verdampfung von Meerwasser bekannt.
Gegenstand der Erfindung ist eine homogen in sich geschlossene Anlage zur Entsalzung von Meerwasser, wobei das zu entsalzende Meerwasser zur Kondensation verwendet wird0 Dem Wasserdempf wird Wärmeenergie entzogen, wodurch das Meerwasser sich erwärmt und einem Speicherbehälter zugefUhrt wird. Aus diesem Speicherbehälter wird mittels der schwimmenden Entnahmeleistung im Bereich der höchsten Temperatur des Speicherbehälters das vorgewärmte Meerwasser abgezogen und dem Sonnenkonvektor zugeführt. Die Konvektoren sind in dem Hauptpatent beschrieben, batterienartig geschaltet, so daß ein sehr hoher Wirkungsgrad erzielt wird und das Meerwasser den Siedepunkt beim Verlassen des Konvektors erreicht. Dieses auf den Siedepunkt erhitzte Meerwasser wird mittels einer Breitschlitzdtlse den Verdampferplatten zugefUhrt und oberhalb derselben versprUht.
Der Wasserdampf wird aus dem Verdempfungeraum abgezogen und zwischen den serodynamisch auegehildeten Tropfenabscheidern kondensiert und über die Abflußrinnen und dem Abfluß einem Semmelbehälter zugeleitet.
Die Verdampferplatten werden mittels thermoelektrischer Steuerung besprüht und nach starkem Sslzeu?schlsg durch eine manuelle oder automatische Steuerung mittels einer Wendevorrichtung zur Säuerung der Oberfläche gewendet.
Die wesentlichsten Vorteile dieser Anlage liegen darin, daß nicht - wie bisher - Energiemengen aufgebracht, aber nicht voll genutzt werden.
Figur I zeigt die Vorderansicht der Meerwasserentsalzungsanlage mit Konvektor 10, Speicherbehälter 6, Entnahmeleitung 7, Schwimmer 8, Verbindungsleitung 9, der Verbindungsleitung 5 zum Speicherbehälter, der Überströmleitung 11 zum Verdampfer, die Magnetventile 12, die Sreitschlitzdüse 13, den Verdampfern 14, die Wendevorrichtung 15, die Salzauffangwanne 16, die Kondensationekammer 3, die Tropfabscheider 4, die Abflußleitung für das entsalzte Wasser 21a und den Sammelbehälter 22 für das entsalzte Wasser.
Figur II die Draufsicht der Meerwasserentsalzungsanlage mit Meerwasseransaugleitung 1, Meerwasser la, Pumpe 2 und Verteilung in die Tropfenabscheidung 1b, sowie die Fließrichtungen des Verfahrensstroms.
Figur III zeigt den Querschnitt A - A mit der Verdampferkammer 17, dem dargestellten Wasserdampf 18, dem Ansaugventilator 19, der Ringleitung 20.
Figur IV zeigt die Vorderansicht des Konvektorraums 3 mit den bodenfreien Tropfenabschaltern 4 und deren Abflußanschluß 5.
Figur V zeigt den Schnitt durch die Konvektorkammer C - C.
Figur VI zeigt einen Schnitt durch den Konvektor in der Ebene Uæ B.
Mit dem eintretenden Wasserdampf 18 und dem Induzionswiderstand erzeugenden Tropfenabscheidern 4 sowie dem durch den Tropfenabscheider durchgeführten frischen Meerwasser 1a.
fleschreibung des Verfahrens Über die Ansaugleitung 1 wird frisches Meeruasser la durch die Pumpe 2 angesaugt und durch die Verteilerleitung 1b den Tropfenabscheidern 4 zugeführt.
Die Geschwindigkeit der Hindurchführung des frischen Meerwassers la durch die Tropfenabscheider 4 wird durch Temperaturüberwachung gesteuert, indem die Leistung der Pumpe in ihrer Durchflußmenge geregelt wird., Die Temperatur im Kondensationsraum kann somit, unabhängig von der Außenluft bzw. atmosphärischen Einflüssen störungsfrei arbeiten. Beim Hindurchströmen des Wasserdampfes 18 mit seinem Temperaturbereich zwischen loo und 1200 erwärmt sich das durch die Tropfenabscheider 4 hindurchgeführte Meerwasser 1a und entzieht hierbei dem Wasserdampf einen Großteil seiner Wärmeenergis. Dieses nunmehr vorgewärmte Meerwasser la wird über die Verbindungsleitung 5 in den Speicherbehälter 6 eingeleitet. Der schwimmende Entnahmestutzen 7 auf der höchsten Position innerhalb des Speicherbehälters 6, durch den Schwimmer 8 gehalten, gewährleistet, daß das wärmste im Speicherbehälter 6 vorhandene Wasser entnommen und über die Verbindungsleitung 9 dem Konvektor 1o zugeführt wird.
Im Konvektor lo wird das Meerwasser 1a auf Siedetemperatur, bedingt durch die Konvektorkonstruktion, die aus dem Hauptpatent bekannt ist, erhitzt. Über die gute isolierte Verbindungsleitung 11 gelangt das auf Siedetemperatur erhitzte Meerwasser durch die Magnetventile 12 über die Breitschlitzdüse 13 auf den Verdampfer 14. Die Breitschlitzdüse 13 sowie die Magnetventile 12 sind thermoelektrisch gesteuert bzgl. Beschickung und Druck, der für die Verdüsung erforderlich ist.
Nach Auftreffen auf die Verdampferplatten,des auf den Siedepunkt erhitzten Meerwassers 1a, verdampft das Wasser auf der Oberfläche des Verdampfers 14 und das Salz bleibt zurück. Der Wasserdampf 18 wird im Verdampferraum 17 gesammelt und durch das Umluftsystem , in Verbindung mit dem Ventilator 19 und der Ringleitung 20, in die Kondensationskammer 3 eingeführt und mittels der gekühlten Tropfenabscheider 4 kondensiert.
Bedingt durch die günstige aerodynamische Ausbildung und die dadurch gewährleisteten Induzionstairbel wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht.
Das kondensierte entsalzene Meerwasser gelangt über die Abflußwanne 21 durch den Abflun 21a in den Wasserbehälter 22.
Der Luftstrom innerhalb der Ringleitung ist So geführt, daß er ohne Behinderung bzw. Beeinträchtigung der Verdampfer 14 in die Verdampferkammer 17 eintreten kann. Die Wendevorrichtung 15 ermöglicht ein thermoelektrisch-gesteuertes Wenden der Verdampfer 14.
Das Salz fällt in die Salzauffangwanne 16.
Wirtschaftliche Darlegung der Vorteile gegenüber bisherigen Systemen.
Der entscheidende Vorteil dieser Anlage liegt darin, daß im Uberschuß vorhandene Sonnenenergie zur Entsalzung von Meerwasser eingesetzt wird, wobei die Relation zwischen Investition und Nutzungseffekt in ein sehr günstiges Verhältnis gerückt wurde.
Eine 100 m2-Aniage mit einer Stundenkapazität von 1500 1 Wasser - 10 m3 / Tag P 2500 m / Jahr. Investitionskosten für diese Anlage DM 3o.ooo,--, zu erwartende Lebensdauer einer derartigen Anlage 10 - 15 Jahre. Daraus ergibt sich eine mögilche Investitionsabschreibung von 5 Jahren w 12.500 m3 Leistung, Investition/Jahr DM Io.ooo,-Bei einer bisher bekannten Anlage sind Investitionskosten in Höhe von DM 1S.ooo,-- nötig, Um die Anlage zu betreiben, benötigt man pro Liter Wasser 6000 WE, entspricht 1 Liter Heizöl = 0,10 DM, wobei dieser Betrag fUr Länder mit eigener Heiz#lproduktion als Basis genommen wurde. Bei einer Produktion von 12.500 m3 wären das Energiekosten von 1,25 Mill. DM. Diese Gegenüberstellung zeigt, daß die Investitionskosten bei den bisher bekannten Anlegen nicht den Ausschlag geben, sondern nur die reinen Betriebskosten.
Das aus dem Meer entnommene Salzwasser dient zur Kühlung und Kondensation in den vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Tropfenabscheidern.
Dem Wasserdampf wird die Wärmeenergie entzogen und das Meerwasser erwärmt.
Das erwärmte Meerwasser wird im Speicherbehälter 6 zwischengelagert und durch den in der wärmsten Zone des Behälters mittels Schwimmer gehaltenen Ansaugstutzen abgenommen.
Der Konvektor 10 ist, wie in der Hauptanmeldung ausgeführt, jedoch nach dem Einfallwinkel der Sonnenstrahlen und dem Stand der Sonne manuell oder automatisch schwenk- und neigbar.
Das vorgewärmte Meerwasser wird im Konvektor durch die Batterieschaltung in den Bereich des Siedepunktes erhitzt.
Die Magnetventile 12 werden durch thermoelektrische Steuerung automatisch bedient und geben den Austritt des erhitzten Meerwassers über die Breitschlitzdüsen drucklos oder mittels vorgeschalteten Pumpen mit hohem Druck, fein zerstäubt, auf die Verdampfer ab.
Die Verdampfer bestehen aus dickwandigem Stahl oder Aluminium-Blech oder Guß mit strukturierter Oberfläche, in mattierter, schwarz-lsckierter oder eloxierter Oberfläche, mit oder ohne eingebauter Heizung.
Die Heizung ermöglicht einen schnellen Betriebsbeginn nach Sonnenaufgang. Die Stromerzeugung für die gesamte Anlage kann mittels eines separat aufgebauten Konvektor-Systems mit niedrig siedendem Medium erfolgen, wobei durch Akkumulatoren eine Speicherung das Stromes für die Anheizung der Verdampferplatten ermöglicht wird und bei Stromüberschuß auch voll hindurch die Verdampferplatten zusätzlich beheizt werden können.
Die Wendevorrichtung 15 gewährleistet, daß kein Salzbelag auf den Verdampferplatten den Wirkungsgrad beeinträchtigt.
Die thermoelektrische Schaltung schließt die Magnetventile, sobald der Annäherungswert der Verdampfungstemperatur unterschritten wird.
Die Verdampferoberfläche hat die mehrfache für die Verdampfung benötigte Fläche, damit ein reibungsloser Betrieb durchführbar ist.
Der Verdampferraum ist mit Glas, vorzugsweise Doppelglas, versehen und gut verschlossen.
Die aerodynamischen Tropfenabscheider sind so ausgebildet, daß sich nach dem Laminarverdichtungsstrom hinter der Abreißkante Induzionswirbel bilden, die in Verbindung mit der Unterkühlung eine hohe Wasserausacheidung ermöglichen.

Claims

Anspruch (fl) Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, dadurch gekennzeichnet, daß Meerwasser la zur Kondensation des Wasserdampfes 18 durch Tropfenabscheider 4 geführt wird und dem Wasserdampf 18 die Wärmeenergie entzieht.

Dieses erwärmte Meerwasser la wird in einem gut isolierten Speicherbehälter 6 gelagert und mittels einer an der Oberfläche schwimmenden Entnahmeleitung 1 dem Sonnenkonvektor zugeführt und in diesem auf Siedetemperatur durch Infrarotstrahlen der Sonne erhitzt. Dieses auf Siedetemperatur erhitzte Meerwasser la tritt gesteuert durch Magnetventile 12 über Sreitschlitzdüsen 13 versprüht bzw. vernebelt, auf die Verdampferplatten 14. Das verdampfte und gasförmige Wasser 18 wird abgesaugt und im Kondensationsraum 3 kondensiert und einem Vorratsbehälter 22 zugeführt. Das auf den Verdampferplatten 14 befindliche Salz wird durch eine Wendevorrichtung 15 entfernt.

Anspruch 2 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß vorerwärmtes Wasser durch das Entnahmesystem, in Verbindung mit einem Anschlußstutzen mit Filter 7 und dem Schwimmer 8, das in der wärmsten Zone befindliche Wasser dem Konvektor 1o zugeführt wird.

Anspruch 3 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß frisches Meerwasser la durch die Tropfenabscheider 4 geführt wird.

Anspruch 4 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, daß die TropFenabscheider 4 Strömungsabreißkanten aufweisen.

Anspruch 5 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der elektrothermischen Steuerung im Kondensationsraum 3 die Durchflußgeschwindigkeit des frischen Mesrwassers la über die Pumpe 2 geregelt wird.

Anspruch 6 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Konvektoren In in Serie bzw. in Batterien geschaltet sind.

Anspruch 7 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Konvektoren 10, entsprechend des Sonnenstandes und dem Einfallwinkel der Sonnenstrahlen (manuell oder automatisch), gesteuert werden.

Anspruch 8 Meerwasserentsalzungsanlsge, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 7 dadurch gekennzeichnet, daß das erhitzte Meerwasser über Breitschlitzdflsen 13 drucklos oder mit hohem Druck zerstäubt aus den Verdampferplatten 14 gelangt.

Anspruch 9 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, daß thermoelektrisch gesteuerte Magnetventile 12 vor den Sreitschlitzdüsen 13 angebracht sind.

Anspruch 10 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Wendevorrichtung 15, die Verdampferplatten 14, nach Bedarf manuell oder automatisch wendet.

Anspruch 11 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 1o dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferplatten 14 aus Stahl oder Aluminium bzw. Stahl -oder Aluminium-Guß gefertigt sind, mit oberflächenvergrdßernder Struktur.

Anspruch 12 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Verdampferplatten-14 mattiert, schwarz lackiert oder eloxiert sind.

Anspruch 13 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdempferplatten 14 mit Heizung versehen sind.

Anspruch 14 Meerwasserentsalzungsanlage, ganz oder teilweise betrieben durch Solarenergie, nach Anspruch 1 - 13 dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferraum 17 mit ein- oder doppelwandigem Glas abgeschlossen ist.