DE3119615A1

DE3119615A1 - Verfahren und vorrichtung zur meerwasserentsalzung

Info

Publication number: DE3119615A1
Application number: DE19813119615
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Basler; Heiner Dipl.-Phys. 4630 Bochum Bente; Dieter Dipl.-Ing. 4350 Recklinghausen Hollenhorst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-16
Filing date: 1981-05-16
Publication date: 1983-01-13

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung
Beschreibung der Patentanmeldung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und dazugehörige Vorrichtungen zur Meerwasserentsalzung unter Ausnutzung der Sonnenenergie zur Verdunstung und Rekondensation des Meerwassers.
Die Erfindung dient zur Gewinnung von Trinkwasser aus Meer- oder Schmutzwasser in trinkwasserarmen Regionen, insbesondere in solchen hoher Sonneneinstrahlung, ohne größeren zusätzlichen Fremdenergieaufwand.
Sowohl Verfahren als auch Vorrichtungen zur Ausnutzung der Sonnenenergie zwecks Verdunstung von Wasser und anschließender Gewinnung des Kondensats sind bekannt. Hierbei ist häufig nur eine geringe Ausbeute zu erzielen.
Die bekannten Anlagen müssen dabei Fremdenergie benutzen, um z. B. mit Ventilatoren den Luftdurchsatz zu erhöhen und damit eine höhere Verdunstungs- und Kondensationsrate des Wassers zu erzielen.
In vielen Fällen werden absorbierende Materialien zur Abdeckung der Wasseroberfläche und somit zur Verstärkung der Verdunstung benutzt. Das sich niederschlagende Kondensat fließt aufgrund der Schwerkraft in geeigneten Sammelbehältern zusammen.
Ohne Einsatz von Fremdenergie läßt sich kein genügend hoher Durchsatz erreichen. Ohne Ausnutzung von ausgeprägten Luftströmungen bzw. -zirkulationen läßt sich keine gezielte Verdunstung und Rekondensation verwirkIichen. Der Bedarf an zusätzlicher Energie zur Ausbeutesteigerung ist nicht wünschenswert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Zuhilfenahme irgendeiner Fremdenergie zur Durchsatzerhöhung eine ausgeprägte Luftströmung anzutreihon und aufrechtzuerhalten, und damit gezielte Verdunstung und Rekondensation zu realisieren.
Bei diesem erfindungsgemäßen Vorschlag dient also die Sonneneinstrahlung einerseits zur Erhitzung der unter den Absorberplatten durchgezogenen Luft und andererseits zur Erzeugung des Kaminzuges.
Die in den Verfahrensansprüchen 2 und 3 dargelegten Merkmale enthalten weitere Präzisierungen zur Kühlung der feuchten Luft und zur gleichzeitigen Niederschlagung des gewonnenen Kondensats.
In den Ansprüchen 4 bis 13 werden Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Zu diesen Ausgestaltungen ist darüber hinaus zu sagen: In einem auf der Meeresoberfläche befindlichen Gebilde soll ein Ringraum so abgedeckt werden, daß unter Ausnutzung der Sonneneinstrahlung erhöhte Verdunstung erzielt werden kann. Gleichzeitig gestattet die Abdeckung eine gezielte Weiterleitung der verdunsteten Wassermengen. Durch die Anordnung eines Kamins im Zentrum der Anlage, dessen unteres Ende zwecks Rekondensation ausreichend tief in kältere Wasserschichten vordringt und dessen oberes Ende aufgrund der Sonneneinstrahlung und der Verwendung entsprechend absorbierender Materialien auf erhöhtem Temperaturniveau ist, wird ein stetiger Luftstrom aufrechterhalten. Dieser Luftstrom führt aus einem ringförmigen Schlitz unter der oberen Abdeckung kühle Luft aus dem Bereich der Wasseroberfläche unter gleichzeitiger Aufwärmung entlang der Abdeckplatte.
Bei steigender Temperatur steigt die maximale Luftfeuchtigkeit überproportional an. So soll das bei Verdunstung an der Wasseroberfläche entstehende Dampfvolumen mit dem Strom dem zentralen Kanal zugeführt werden.
Der im unteren Teil doppelwandig ausgeführte Kamin Leitet mäanderförmig den Strom zunächst entlang der Außenwand bis zum unteren Kaminende. Da die Außenwand in kaltes Meerwasser eintaucht, liegt eine stetige Wärmesenke vor, so daß dem vorbeiströmenden Volumen Energie entzogen wird.
So wird die Rekondensation ermöglicht. Das anfallende Wasser kann im unteren Kaminbereich gesammelt und einem Tank zugeführt werden. Die Luft strömt im Inneren des Kamins nach oben und entweicht aus der oberen öffnung. 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 Kamins, solange das Temperaturniveau insgesamt im Kamin höher als in der Umgebung ist.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand der beigefügten schematischen Darstellungen der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine pontonartige Baueinheit, die in hexagonaler Form mit anderen baugleichen Einheiten gemäß Fig. 2 wabenförmig aneinandergereiht werden kann. Wie aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, tritt die Luft oberhalb der Schwimmer in den unter der absorbierenden Abdeckung befindlichen Ringraum ein. Unter der Abdeckung entlanggeführt, heizt sich die Luft stetig auf, so daß infolge der überproportional ansteigenden maximalen Luftfeuchtigkeit die verdunsteten Wassermengen aufgenommen werden können.
Zum Zwecke der Rekondensation gelangt diese Luft in einen den zentralen Kamin ringförmig umgebenden Schacht, der unter der Wasseroberfläche in kältere Zonen führt. Die der Luft entzogene Wärme ermöglicht Rekondensation. Unter Schwerkraft trennt sich das Kondensat, welches dem Sammelbehälter zufließt, von dem im Kamin wieder aufsteigenden Luftstrom. Dieser Luftstrom wird auf dem Weg zum Kaminaustritt kontinuierlich aufgeheizt, so daß sich eine natürliche Kaminzugwirkung einstellt, die gleichzeitig das Ansaugen von Luft an der Eintrittsöffnung ermöglicht. Für alle baugleichen Einheiten kann ein gemeinsamer Auffangbehälter genutzt werden.
Figur 3 unterscheidet sich in folgenden Merkmalen von Figur 1: Anstelle der Schwimmer ist die Anlage fest durch Pfeiler am Meeresboden verankert.
Weiterhin ist durch eine doppelwandige Ausführung des unteren, den Kamin umschließenden Ringraumes eine größere Austauschoberfläche mit dem kälteren Meerwasser als Wärmesenke gegeben. Einzelne Auslegungsparameter wie Kaminhöhe, absorbierende Oberfläche, Eintauchtiefe sowie die Konstruktion der Sockel- oder Schwimmeinrichtung können je nach Gegebenheiten aufeinander abgestimmt werden.
Andere konstruktive Ausführungen, wie zum Beispiel eine asymmetrische Anordnung des Kamins, sind ebenso denkbar. In diesem Falle wird am entgegengesetzten Ende des Kamins die Luft in den Raum unter den Absorberplatten gezogen. Damit hat die Luft einen längeren Weg zurückzulegen, und es steht eine längere Zeitspanne zur Verdunstung des von der Luft aufgenommenen Wassers zur Verfügung.
Darüber hinaus sind weitere konstruktive Änderungen möglich, z. B., indem der Auffangbehälter unterhalb der wabenförmig aneinandergereihten Baueinheiten bzw. unterhalb einer Baueinheit fest im Meeresboden verankert ist, wobei ein exzentrisch am Auffangbehälter angeordnetes Entnahmerohr aus dem Meerwasser herausragt.
Zum Ausgleich von zu starken Wellenbewegungen ist in den Baueinheiten unterhalb der Meerwasseroberfläche jeweils ein Sieb vorgesehen.
Bei allen konstruktiven Ausführungen sind am oberen Rand des den Kamin umgebenden Ringraumes Absperrvorrichtungen angebracht, die bei zu hohem Wellengang eine Verunreinigung des Trinkwassers mit Meerwasser verhindern und ansonsten als Abschaltvorrichtung des Verfahrens dienen.
Zweckmäßigerweise ist auch an der Entnahmeöffnung der Auffangbehälter jeweils eine geeignete Absperrvorrichtung installiert zur Vermeidung von Verschmutzungen im Trinkwasser.
L e e r s e i t e

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung Patentansprüche 1. Verfahren zur Meerwasserentsalzung unter Ausnutzung der Sonnenenergie zur Verdunstung und Rekondensation des Meerwassers, dadurch gekennzeichnet, daß die verdunstendes Meerwasser aufnehmende Luft durch eine Kaminzugwirkung zwischen der Wasseroberfläche und abdeckenden Absorberplatten durchgezogen wrrd und die Absorberplatten sowie die darunter durchgezogene Luft durch die Sonneneinstrahlung erwärmt werden, und daß die feuchte Luft anschließend in einem Behälter indirekt durch das Meerwasser gekühlt wird und das Kondensat sich niederschlägt, bevor die Luft in den Kamin gelangt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchte Luft zur indirekten Kühlung und Trocknung in Bereiche unterhalb der Meerwasseroberfläche gezogen und anschließend nach oben ins Freie entlassen wird.
3. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das anfallende Kondensat in einen unterhalb der Meerwasseroberfläche liegenden Auffangbehälter abläuft.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberplatten aus einem schwarzen Körper bestehen, mit am äußeren Rand angeordneten Eintrittsöffnungen für die Luft und einem zentralen, inneren Kühlbehälter, der im Wasser unterhalb der Meerwasseroberfläche angeordnet ist, und der mit einem daran angeschlossenen, aus dem Wasser herausragenden Kamin verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlbehälter aus zwei senkrechten, ineinander geschachtelten eckigen oder runden Rohren besteht, wobei das äußere Rohr unten den Ablauf mit Anschluß an einen Auffangbehälter besitzt und das innere Rohr unten nicht ganz in das äußere Rohr hineinragt und einen oben aus dem Wasser herausragenden Kamin bildet.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohre im Ringspalt durch als Kühlrippen ausgebildete Streben miteinander verbunden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaminrohr unten in eine umlaufende Rinne mit Ablauf zum Auffangbehälter hineinragt.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberplatten an der Außenseite des Kamins angebracht sind.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Vorrichtung mit dem Kühlbehälter, den Absorberplatten und dem Kamin nur am äußeren Rand der Absorberplatten abgestützt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen auf Schwimmern abgestützt sind.
II. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen auf festen Pfeilern abgestützt sind.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von baugleichen, wabenförmigen Einheiten zusammengefaßt wird mit Anschluß an einen Auffangbehälter.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin zur besseren Aufheizung aus absorbierendem Material gefertigt ist.