DE2650482B2

DE2650482B2 - Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser durch Destillation mittels Sonnenlicht

Info

Publication number: DE2650482B2
Application number: DE2650482A
Authority: DE
Inventors: Reinhold 6050 Offenbach Hock
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-04
Filing date: 1976-11-04
Publication date: 1981-07-09
Also published as: IL53163A0; ZA776307B; AU503118B2; DE2650482A1; ES463875A1; AU2950977A; GR63995B; DE2650482C3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser durch Destillation mittels Sonnenlicht nach dem Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 25 03 251 bekannt geworden. Diese Vorrichtung weist ein als flache Wanne ausgebildetes Becken auf, das von vier Wänden aus einem geeigneten, Licht- und wärmedurchlässigen Material umgeben ist, sowie Sammelrinnen für das Trinkwasser. Dabei decken von den vier Wänden zwei das Becken schräg ab. Beim Betrieb der Vorrichtung wird das Becken mit dem aufzubereitenden Meerwasser gefüllt. Das durch das einfallende Sonnenlicht erwärmte Wasser verdunstet und kondensiert sich an den Innenflächen der geneigten Wände, sobald im Inneren die Sättigungsgrenze der Luft unter den gegebenen Bedingungen erreicht ist. Das Kondensat läuft an den Innenflächen der geneigten Wände in die Sammelrinnen ab, aus denen es abgezogen werden kann. Nachteilig macht sich bei dieser Vorrichtung des Standes der Technik bemerkbar, daß der Wirkungsgrad nicht besonders zufriedenstellend ist. Ferner hat man festgestellt, daß der Kondensationsablauf relativ langsam erfolgt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser derart zu verbessern, daß ein erheblich vergrößerter Wirkungsgrad und eine schnellere bzw. reichhaltigere Kondensation geschaffen wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Abdeckung einen Hohlraum aufweist.

Auf diese Art und Weise wird die Temperaturdifferenz zwischen Wasserdampf und Abdeckung vergrößert, da nicht nur die Kondensationsplatte gekühlt wird, sondern zusätzlich das zur Verdunstung anstehende Wasser durch diesen gegenläufigen Kühleffekt erwärmt wird.

Durch die besonders einfache Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung konnte so auf mehr oder weniger komplizierte Zusatzaggregate verzichtet werden, die sonst die Störanfälligkeit stärkt erhöht hätten. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung also besonders einfach aufgebaut ist, kann sie mit wenig Aufwand auch von ungeschultem Personal an beliebigen Einsatzorten aufgestellt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus den vorstehenden Unteransprüchen hervor.

Im Folgenden wird zum besseren Verständnis der Erfindung und in Verbindung init den Figuren ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch den Aufbau einer bekannten Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser,

Fig.2 einen Querschnitt durch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 3 und 4 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Hohlraum mit angedeuteten Strömungsverhältnissen,

F i g. 5 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Hohlraum mit einer Anordnung für den Zu- und Ablauf,

F i g. 6 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Sonnenkollektor,

F i g. 7 einen Querschnitt durch den in F i g. 6 gezeigten Kollektor,

F i g. 8a u. b Querschnittsansichten von Anordnungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Sonnenkollektor und Vorratsbehälter,

F ι g. 9 einen Querschnitt durch den Sonnenkollektor mit Behälter,

Fig. 10 einen Querschnitt durch den in Fig.9 gezeigten Behälter,

3« F i g. 11 einen Querschnitt durch eine noch weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser und

Fig. 12 eine schematische Ansicht der beiden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die beide mit einem großen Behälter verbunden sind, sowie das dazu gehörige Schaltschema.

In Fig. 1 wird eine Wanne 10 gezeigt, deren Boden Sonnenwärme gut absorbiert, und durch die langsam eine dünne Schicht Meerwasser 11 fließt. Die Wanne ist mit einer schrägen Glasscheibe 12 abgedeckt, die Sonnenlicht durchläßt, was durch die schrägen, von oben rechts kommenden Pfeile dargestellt ist.

Der aufsteigende Wasserdampf kondensiert an der

Unterseite der Glasscheibe 12, die durch die Außenluft relativ kalt ist. Das niedergeschlagene Wasser fließt an der Unterseite der Glasscheibe 12 in eine Rinne 13, die das Wasser liefert.

Das dem Meer entnommene Kaltwasser wird vor

Durchlaufen der Erhitzungswanne 10 oben an der Glasplatte, an der der Niederschlag erfolgt, entlang geleitet, wodurch die Glasplatte wesentlich kühler gehalten wird als unter Normalumständen durch die Außenluft. Zusätzlich nimmt sie bei der Kondensation frei werdende Wärme von der Unterseite der Glasplatte weg.

Fig.2 zeigt demgegenüber eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Glasplatte verdoppelt ist und das Meerwasser durch den Hohlraum 16 zwischen den beiden Glasplatten 14,15 geführt wird.
Abstand und Lage der Abdeckung bzw. der beiden Glasplatten 14 und 15 sollte so sein, daß nicht soviel Wärmestrahlung reflektiert oder vom oberen Durchlaufwasser absorbiert wird, daß die Temperaturverringerung an der Glasplatte durch eine gleich große Temperaturverringerung an der Erhitzungswanne wettgemacht wird und die Temperaturdifferenz gleich bleibt. Diese Gefahr der gleichbleibenden Temperaturdifferenz wird vermieden, wenn der durchlaufende Kaltwas-

serfilm möglichst dünn gehalten wird. Einer »Wärmeinsel« innerhalb des Kühlwassers durch unkontrollierbare Strömungen im Innern der Doppelplatte kann durch mehrere Ein- und Ausflußstellen am Anfang und Ende der Doppelplatte oder durch kammerwtises Durchlaufen entgegengewirkt werden; siehe F i g. 3 und 4.

Man wird diese Art Verdampfungsanlage am besten dort einsetzen, wo eine hohe Lufttemperatur und kaltes Meerwasser, also kalte Strömungen bzw. kalte Auftriebswasser und tropisch-subtropisches Wüstenklima zusammen treffen. Dies ist bei den meisten Wüsten in Küstennähe der Fall, z.B. Küste von Marokko, Mauretanien, Nord-Chile, Süd-Peru. Da bei zu langsamen Durchlauf durch die Doppelglasplatte eine die Temperaturdifferenz verringernde Erwärmung des ι¹; Kühlwassers stattfindet, kann zusätzlich so vorgegangen werden, daß nur ein Teil des Kühlwassers der Erwärmungswanne zugeführt und der andere Teil ins Meer zurückgeleitet wird; siehe hierzu F i g. 5.

Da durchlaufende Sonnenkollektoren weniger Warmestrahlung reflektieren als die soweit erörterte Einrichtung, können Temperaturdifferenz und Durchlaufgescliwindigkeit (und damit die Ausbeute) dadurch erhöht werden, daß man die zuvor dargestellte Einrichtung mit einem »Sonnenkollektor« 17 verbindet; 2^r> siehe Fig.6. Mit 18 sind ggfs. nötige Pumpen bezeichnet.

Es kann ein beliebiger Sonnenkollektor \ erwendet werden. Bei Durchlauf von Meerwasser spielen Korrosion und Ablagerung eine Rolle: Zur Geringhai- so tung der Korrosion ist ein entsprechendes Metall oder Metallegierung (Kupfer/Nickel, Messing, Aluminium etc.) zu verwenden; die Ablagerung kann durch physikalisch oder chemisch wirksame Beigaben (Säure, feine Schlämme für Kondensationskerne) herabgesetzt i> werden. Da die Ablagerung mit Temperaturanstieg und Verlangsamung des Umlaufs steigt, kann dies Problem auch durch die Umlaufsgeschwindigkeit beeinflußt werden.

Korrosion and Ablagerung werden auch dadurch geringer gehalten, wenn der gesamte Kreislauf von der Entnahme des Meerwassers bis zum Eintritt in die Wanne luftfrei gehalten wird.

Für im Meerwasser gelöste, innerhalb des Kreislaufs freiwerdende Gase ist eine Entlüftung zweckmäßig. 4^r> Korrosions- und ablagerungsmindernd wirkt auch, daß wegen der hohen Temperaturdifferenz eine Erhitzung im Kollektor über 100⁰C nicht notwendig wird und — wenn sie dreht — jederzeit durch Erhöhung der Umlaufsgeschwindigkeit verhindert werden kann.

Zur besseren Ausnutzung der Einstrahlungswärme und zur leichteren mechanischen Reinigung von Ablagerungen soll — unbeschadet der Verwendungsmöglichkeit beliebiger Kollektoren — folgender Kollektor vorgesehen werden:

Der Kollektor 17 besteht aus einem Boden mit Rand, einem wärmeabsorbierenden Deckel und zwei spiralig oder rechtwinklig sich aufwickelnden Metallstreifen (-folien), die zur Wasserführung (zur Ausrichtung des Wasserflusses) dergestalt dienen, daß kalter und f>o erhitzter Wasserstrom im ersten größeren Teil des Durchflusses möglichst viel gemeinsame Wandfläche haben, und welche Streifen oder Folien von hoher Wärmeleitfähigkeit mit dem Deckel fest und wärmeüberlagernd (aber zur Reinigung lösbar) verbunden sind und mit dem Boden durchgehend Berührung haben; siehe hierzu Fi g. 7.

Die Wärmeeinstrahlung wird dadurch besser ausgenutzt, daß einmal kalte und erhitzte Strombereiche im überwiegenden Bereich des Kollektors im Gegenstrom nebeneinander laufen und ferner die die Ströme trennende Folie vom Deckel her die Wärme weiter überträgt

Die Trennfolie oder der Trennstreifen ermöglichen zugleich eine einfache mechanische Reinigung von Ablagerungen.

Der Metallstreifen ist hochelastisch, die Ablagerungen (hauptsächlich Kalzium- und Magnesiumsulfate und -karbonate) sind starr und brüchig, so daß leichte Bewegungen oder Biegungen der zur Reinigung entnommenen Metallstreifen den angesetzten Belag abspringen lassen, ohne den Metallstreifen zu beschädigen. Da der Streifen fest aber lösbar mit dem Deckel verbunden ist, ist auch an der Ansatzstelle am Deckel eine ablagerungsfreie Linie, von der aus die Ablagerung leichter beseitigt werden kann.

Die soweit beschriebene Anlage funktioniert nur bei Tag, d. h. bsi Sonneneinstrahlung (auch bei bedecktem Himmel wegen Durchtritts der Infrarotstrahlung durch die Bewölkung).

Zum Zweck der Heißwasserreserve in der Nacht ist aus diesem Grund in die Anlage ein (möglichst temperaturisolierter) Großbehälter 19 zur Aufbewahrung erwärmten und zu erwärmenden Meerwassers vorgesehen; siehe hierzu Fig.8a + b. Er muß genug Inhalt haben, um den Betrieb in der Nacht aufrechterhalten zu können.

1. Möglichkeit

Der Großbehälter 19 wird aus dem Kühlwasser gespeist, das durch die Doppelglasplatte 14, 15 fließt, und er gibt sein später erwärmtes Meerwasser ab an den Kollektor 17 zur Weitergabe an die Verdampfungswanne 10 (Tagesbetrieb und/oder Nachtbetrieb) oder ggfs. unmittelbar an die Verdampfungswanne (Nachtbetrieb); siehe wieder F i g. 8a + b.

Der Behälter 19 sollte wegen der räumlichen Ausdehnung einer Sonnenwärmeverdampfungsanlage unterirdisch unter der Anlage angebracht werden; dies bringt den zusätzlichen Vorteil, daß die Wärmeabgabe aus dem Behälter nach oben teilweise an den Kollektor 17 oder die Verdampfungswanne 10 erfolgt.

Der Behälter 19 wird tagsüber durch Sonnenkollektoren 17 beheizt, die in einer Heizschlage 20 ihre Wärme an das Meerwasser des Behälter 19 abgeben; siehe Fig. 9.

Zusätzlich kann das Meerwasser des Behälters in Meeresgegenden mit häufigem Wind (viele Küstenwüsten sind in der Passatregion) durch Windenergie elektrisch beheizt werden (oder durch zeitweilig nicht anders verwendbare Abfallenergie, wobei das Transportproblem zu bedenken ist).

Die Flüssigkeit, die die Wärme von den Kollektoren 17 in den Großbehälter überträgt, ist normales Wasser; der Weg vom Kollektor 17 bis zur Heizschlange 20 im Behälter 19 ist ein geschlossener Kreislauf; das Problem von Korrosion und Ablagerung tritt hier nur geringer und nur an der Außenseite der wärmeaustauschenden Heizspirale 20 auf; dem Problem der Wärmeaustauschverringerung durch Ablagerung läßt sich durch entsprechende Länge der Spirale entgegenwirken.

Der Behälter sollte in mehrere Kammern (aufsteigend oder nebeneinander) zerfallen, um bis zum Ende des Nachtbetriebes Warmwasser zu bringen; siehe Fig. 10.
Um innerhalb des Behälters diejenige Kammer, aus

der das Meerwasser in den Kollektor und/oder in die Verdampfungswanne tritt, am intensivsten zu heizen, soll die wärmeaustauschende Heizschlange zuerst die wärmste Kammer und danach die übrigen bis zur kältesten, in die das Meerwasser eintritt, durchlaufen.

2. Möglichkeit

Da die geographischen Zonen, in denen das System wirtschaftlich arbeiten kann, sehr wenig Bewölkung haben und dadurch bei Nacht die Atmosphäre sehr schnell abkühlt, (so daß dann die Lufttemperatur sehr schnell niedriger sein kann als die Temperatur des einfließenden, zur Kühlung benutzten Meerwassers) kann die Kondensationsfläche der Verdampfungswanne auch folgendermaßen konstruiert werden:
die doppelte Glasplatte, durch die das kühlende Meerwasser läuft, wird ersetzt durch eine einfache Metallfolie 21, die an Stelle der leichten Abschrägung der Deck- und Kondensationsplatte (wie in F i g. 1 und 2) wesentlich steiler aufgerichtet ist in Form einer aufeinanderfolgenden Reihe von Spitzdächern, an deren unterster Kante sich die Rinnen 13 zur Wegführung des Kondenswassersbefinden;siehe Fig. 11.

Dies hat den Vorteil, daß die Kondensationfläche (hier also gegenüber der kalten Außenluft) von wesentlich größerer Oberfläche ist; hinzu kommt, daß die dünne Metallfolie (-platte) eine höhere Temperaturleitfähigkeit als eine Glasplatte hat.

3. Kombinierte Möglichkeit

Es sind sowohl die Verdampfungswanne nach Fig. 2 als auch nach Fig. 11 nebeneinander geschaltet zu abwechselndem Betrieb. Sobald das Meerwasser wärmer wird als die Atmosphäre (nach Einbruch der Nacht) wird von einem Verdampfer gem. Fig.2 auf einen solchen nach F i g, 11 umgeschaltet; nach Sonnenaufgang wird zurückgeschaltet; siehe hierzu Fig. 12 mit dortigem Schaltschema.

Die Anlage kann im Vakuumprinzip wie z. B. die Flashverdampfer arbeiten: dies wäre aber wesentlich aufwendiger; es kann darauf verzichtet werden; das System soll unter normalem atmosphärischem Druck arbeiten. Der dann mit dem abfließenden Kondenswasser und der Sole gemeinsam austretende, sich nicht niederschlagende Dampf kann zusätzlich durch eine Kondensationsspirale, bei der das umgebende Kühlwasser das eintretende Meerwasser ist, niedergeschlagen werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser durch Destillation mittels Sonnenlicht, mit einer Wanne, die mit einer für Sonnenlicht durchlässigen, schrägen Abdeckung versehen ist, und mit einem Sammler für an der Unterseite der kühlbaren Abdeckung niedergeschlagenes Kondensat, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (14,15) einen Hohlraum (16) aufweist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (16) mehrere parallel oder in Reihe von Meerwasser durchflossene Bereiche aufweist

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fließweg des Meerwassers zwischen den Hohlraum in der Abdeckung und den Boden der Wanne ein an sich bekannter Sonnenkollektor (17) geschaltet ist.