DE2856960A1 - Heat exchanger especially for cooling water at fresh water recovery by distillation of sea water - Google Patents

Description

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-INC.

Patentanmeldung P 28 56 960.0

PCT/SE78/OOO21 rio-eq-10-pc

ORVAR ELMQVIST L/Bi.

16. März 1979

Wärmetauscher, insbesondere zum Kühlen von Wasser bei der Frischwassergewinnung durch Destillation von Meerwasser

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der insbesondere zur Verwendung beim Kühlen von Wasser in Verbindung mit der Gewinnung von Frischwasser durch Destillation von Meerwasser benutzt werden soll.

Ein Gerät für eine solche Gewinnung ist in der SE-PS 387 offenbart, die vor allem eine Verdampfungskammer zeigt, die eine Vielzahl von Strömungselementen enthält, die im wesentlichen planparallel und lotrecht angeordnet sind. Entsprechend dem in dieser Patentschrift offenbarten Verfahren wird abgekühltes Frischwasser in die Verdampfungskammer eingeführt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wärmetauscher mit Strömungselementen zu schaffen, der zur Verwendung beim Kühlen von Frischwasser vor dessen Einführung in die Verdampfungskammer geeignet ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, es möglich zu machen, entsalztes Meerwasser zu einem solchen Preis zu gewinnen, daß diese Gewinnung wirklich wirtschaftlich ist, um für die normale landwirtschaftliche Bewässerung in Gegenden verwendet werden zu können, die keine eigenen Frischwasservorräte haben. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß man mit sehr geringen Überdrücken in der Lage ist, die immensen Vorräte mit niedriger Temperatur auszunutzen, die im Meerwasser vorhanden sind und die durch Pumpen leicht an

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die Stellen des Bedarfs geleitet werden können. Die kleinen hier in Betracht kommenden und auszunutzenden Ternperaturgradienten bedingen große Oberflächen. Diese Bedingung wird durch konventionelle Wärmetauscher nicht erfüllt.

Konventionelle Wärmetauscher werden aus metallischem Material hergestellt, um den guten Wärmeübertragungskoeffizienten dieser Materialien auszunutzen. Wegen des zuvor genannten Erfordernisses großer Oberflächen bei der Frischwasserproduktion sind diese Wärmetauscher unverhältnismäßig teuer. Ein anderer beschränkender Paktor ist das Erfordernis der Korrosionswiderstandsfähigkeit des in den Wärmetauschern verwendeten Materials im Hinblick auf die Wirkung des Meerwassers.

Die zuvor genannten Schwierigkeiten und Nachteile werden durch einen entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Wärmetauscher beseitigt. Die kennzeichnenden Merkmale eines solchen Wärmetauschers ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die eine schematische Darstellung enthalten.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Strömungselements, das in einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher enthalten ist,

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des StrÖmuncselements,

Fig. 3 ist. eine Vorderansicht eines in dem Strömungselement enthaltenen Klemmelements,

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Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Klemmelements,

Fig. 5 zeigt einen Einlaß (oder Auslaß) in dem Strömungselement mit eingelegtem Klemmelement,

Fig. 6 ist eine Seitenansicht des Wärmetauschers, und Fig. 7 ist eine Ansicht von oben auf den Wärmetauscher.

Das Strömungselement gemäß den Fig. 1 und 2 besteht aus zwei dünnen Blättern 10 und 20, die in Längsrichtung des Strömungselements durch Schweißen in Abständen an mehreren Stellen in Querrichtung so miteinander verbunden sind, daß das Strömungselement mit einer Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Zwischenräumen für den Wassertransport ausgebildet ist. In Fig. 1 sind drei solcher Zwischenräume an der linken Seite und einer an der rechten Seite durch die Bezugsziffern 11, 12, 13, 14 bezeichnet. Der Ausdruck "Schweißen in Abständen" ist so zu verstehen, daß die geschweißten Verbindungen diskontinuierlich sind. Eine geschweißte Verbindung ist durch die Bezugsziffer 15 bezeichnet, und ein Abstand zwischen zwei Verbindungen ist durch die Bezugsziffer 16 bezeichnet. Grundsätzlich ist es möglich, kontinuierliche Verbindungen zu schweißen, aber mit diskontinuierlichen Verbindungen wird eine gewisse Turbulenz der Wasserströmung erreicht. Das Strömungselement ist an seinem oberen Ende mit zwei Einlassen 17 und an seinem unteren Ende mit zwei Auslässen 18 verbunden. Zwischen den Einlassen 17 ist ein Klemmelement 21-22 vorgesehen, derart, daß die Enden des Klemmelements in den Einlassen 17 befestigt sind, und die Blätter 10, 20 sind so um das Klemmelement herumgelegt, daß das Klemmelement zwischen den Blättern angeordnet ist. Das

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Klemmelement erscheint deutlicher in den Fig. 3 und H. Es hat die Gestalt eines T mit einem bogenförmigen Dach 21 und einem geraden Hauptteil 22. Die Art und Weise, wie das Klemmelement in einem Einlaß 17 bzw. einem Auslaß 18 befestigt ist, ergibt sich deutlicher aus Fig. 5, die einen Einlaß 17 mit zwei Vorsprüngen 171 und 172 an der Innenseite des Einlasses von der Seite zeigt. Das Ende des geraden Hauptteils 22 ist zwischen diese Vorsprünge 171 und 172 eingepaßt.

An seinem unteren Ende ist das Strömungselement in der gleichen Weise mit zwei Auslassen 18 verbunden, und die Blätter 10, 20 sind um ein Klemmelement herumgelegt, das identisch mit dem beschriebenen Element 21-22 ist. Die Breite und Länge des Strömungselements kann etwa ¹J m und etwa 10 in betragen, wobei die Entfernung zwischen einer Schweißverbindung und der nächstbenachbarten Verbindung etwa 3 bis 4 cm betragen kann, und wobei der Durchmesser oder die Breite eines Strömungszwischenraums bei einem mit Wasser gefüllten System etwa 2 bis 3 cm betragen kann.

Eine große Anzahl von Strömungselementen der oben beschriebenen Art sind in dem Wärmetauscher gemäß den Fig. 6 und 7 enthalten. In einem Behälter oder Bassin 60 sind zwei Hauptleitungen mit vier damit verbundenen Zuführleitungen 62, 63, 6H, 65 vorgesehen. Zwischen jeweils zwei dieser Zuführleitungen sind Strömungselemente angeschlossen oder angeordnet, von denen nur einige in der Zeichnung dargestellt sind, nämlich die Elemente 66, 67, 68. Die unteren Enden der Strömungselemente sind mit Ablaufleitungen 72, 73, 7*1, 75 verbunden, die ihrerseits mit Hauptleitungen 71 verbunden sind, von denen eine in Fig. 6 gezeigt ist. Der Wärmetauscher weist

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weiterhin Einlasse 76, 77 j 78 auf, die unterhalb der Strömungselemente angeordnet sind, sowie Auslässe 86, 87» 88, die oberhalb der Strömungselemente angeordnet sind. Die Hauptleitungen 61 sind für verhältnismäßig warmes Wasser von einer Verdampfungskammer bestimmt, die Hauptleitungen 71 sind zum Zuführen von abgekühltem Wasser zu der Verdampfungskammer bestimmt, die Einlasse 76 bis 78 sind für relativ kaltes Meerwasser bestimmt, und die Auslässe 86 bis 88 sind zum Abführen von aufgeheiztem Meerwasser bestimmt.

Beim Betrieb des Wärmetauschers trifft das verhältnismäßig warme Frischwasser (Temperatur an der Einlaßseite z.B. χ + 12° C), das nach unten fließt, auf relativ kaltes Meerwasser (Temperatur an der Einlaßseite χ ⁰C), das nach oben fließt. Die nach unten bzw. nach oben gerichteten Strömungen werden dadurch erleichtert, daß das Frischwasser abgekühlt und das Meerwasser aufgewärmt wird. Die Meerwassertemperatur an der Auslaßseite kann etwa χ + 10° C betragen, während die Temperatur des abgekühlten Frischwassers etwa χ + 3 C betragen kann. Die Drücke auf beiden Seiten der dünnen (0,3 mm) Kunststoffblätter in den Strömungselementen sind fast gleich und rein statisch. Dem frischen destillierten Wasser wird ein geringer statischer Überdruck gegeben, der gerade ausreicht, um die Kanäle der Strömungselemente gegenüber dem umgebenden äußeren Druck gestreckt oder stabil zu halten.

Der in Fig. 6 und 7 gezeigte Behälter bzw. das entsprechende Bassin kann ortsfest ausgebildet sein, beispielsweise als ein in einem Uferstreifen versenktes Bassin, oder als ein schwimmender Stahl- oder Betonbehälter oder als ein im:Meer verankerter Behälter aus Kunststoffgewebe.

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In der vorstehenden Beschreibung und den zugehörigen Ansprüchen ist ausgeführt, daß die Strömungselemente aus zwei Blättern bestehen, was so zu verstehen ist, daß die beiden Begrenzungswände der Strömungselemente aus Blättern oder blattartigen oder folienartigen oder blechartigeri Gebilden bestehen. Im Prinzip hindert nichts daran, daß jede blattartige Wand aus mehreren Blättern besteht.

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Claims (3)

no-eq-lO-pc ANSPRÜCHE

1. Wärmetauscher, insbesondere bestimmt zum Kühlen von Wasser in Verbindung mit der Frischwassergewinnung durch Destillation von Meerwasser in einer Verdampfungskammer, mit einer Vielzahl von Strömungselementen mit im wesentlichen planparalleler und lotrechter Anordnung, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungselemente jeweils aus zwei Blättern bestehen, die in Längsrichtung der Strömungselemente an mehreren Stellen in Querrichtung miteinander verbunden sind, beispiels-' weise durch Schweißen in Abständen, so daß jedes Strömungselement eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Zwischenräumen, die durch diskontinuierliche Verbindungen gebildet sind, zum Wassertransport aufweist, daß die Strömungselemente an ihrem oberen Ende mechanisch mit Einlassen für relativ warmes Frischwasser von der Verdampfungskammer und an ihrem unteren Ende mechanisch mit Auslässen für abgekühltes, zu der Verdampfungskammer zu leitendes Wasser verbunden sind, und daß die Strömungselemente in einem Bassin angeordnet sind, das in seinem unteren Teil unterhalb der Strömungselemente mit Einlassen für relativ kaltes Meerwasser und in seinem oberen Teil oberhalb der Strömungselemente mit Auslässen für ange-/ wärmtes Meerwasser versehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η - ^: zeichnet , daß jedes .Strömungselement an jedem

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Ende um ein mechanisches Klemmelement herumgelegt ist,
das die Form eines T mit bogenförmigem Dach hat, daß
das bogenförmige Dach des Klemmelements von dem Strömungselement wegweist und sein Hauptteil zwischen den beiden Blättern des Strömungselements angeordnet ist, und daß
die Enden des Klemmelements in Einlassen bzw. Auslässen für Wasser von bzw. zu der Verdampfungskammer befestigt sind. ■ ^: ■'■■'■■

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einlasse und Auslässe für
Wasser von und zu der Verdampfungskammer mit speziellen - Vorsprüngen zum.Befestigen des Endes des Hauptteils des Klemmelements ausgebildet sind.

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