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Einrichtung zur Gewinnung,von Süßwasser aus Meerwasser
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Gewinnung von Süßwasser
aus Meerwasser, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einer solchen Einrichtung wird das über Leitungen zur Einrichtung
herangepumpte Meerwasser erwärmt und unter kräftigem Druck in einen Entspannungsraum
gespritzt, in welchem infolge des dynamischen Unterdrucks des erhitzten Meerwassers
auch dessen Siedepunkt stark absinkt, so daß das Meerwasser verdampft, ohne daß
es erforderlich gewesen wäre, es auf die bei dem vorherrschenden Außendruck erforderliche
Temperatur zu erhitzen. Neben dem Dampf entsteht auch ein Sprühnebel aus Wasser,
dessen Salzgehalt angereichert ist. Während man den Dampf in einem Kondensator zum
Niederschlag bringt, wird das Spritzwasser aufgefangen und als Sole mit angereichertem
Salzgehalt abgeleitet.
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Neben dem beträchtlichen Energiebedarf hat die bekannte Anlage den
besonderen Nachteil, daß zum Erreichen einer wirkungsvollen Destillation des Meerwassers
der dem Entspannungsverdampfer nachgeschaltete Kondensator druckdicht nach außen
abgedichtet sein muß, da sonst bei einer Druckzunahme auf Umgebungsdruck die Temperatur
des Dampfes weit unter der dann vorliegenden Siedetemperatur liegen würde.
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Außerdem können sich im Inneren der Unterdruckräume Salzkrusten ablagern.
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Da die Gewinnung von Süßwasser aus Meerwasser in aller Regel in heißen
Ländern besonders wichtig ist, in denen stets mit einer starken und zuverlässigen
Sonneneinstrahlung gerechnet werden kann, sind bereits Versuche angestellt worden,
die Sonnenenergie zur Gewinnung von Süßwasser zu nutzen. Hierzu verwendet man beispielsweise
Glashäuser, in die Meerwasser eingeleitet wird, welches dort infolge der starken
Wärmeeinstrahlung verdunstetiiurid an den Gehäusewänden einen Süßwasser-Niederschlag
bildet. Derartige Einrichtungen arbeiten weitgehend wartungsfrei und haben einen
äußerst geringen Energiebedarf, liefern aber nur einen geringen Ertrag an Süßwasser,
so daß wegen des großen baulichen Aufwandes und Bodenflächenbedarfes derartige Einrichtungen
etwa für landwirtschaftliche Bewässerungszwecke nicht verwendet werden können.
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Außerdem müssen derartige Einrichtungen wie Gebäude errichtet
werden,
wozu ein erheblicher Arbeitsaufwand und der Einsatz von speziell ausgebildeten Arbeitskräften
erforderlich ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung,
die eingangs genannte Einrichtung dahingehend weiterzubilden, daß sie nach der Vormontage
am Auf stellungsort einfach und von ungeübten Arbeitskräften aufgestellt und gegebenenfalls
mit mehreren, gleichartigen Einrichtungen zu größeren Anlagen zusammengestellt werden
kann, wobei zum Betreiben der Einrichtung weitgehend Sonnenenergie genutzt werden
soll.
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Im übrigen soll die Einrichtung verbilligt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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Hierbei ist die Heizeinrichtung als Solarheizung ausgebildet, welche
das Meerwasser, bevor es der Einrichtung zur Entspannungsverdampfung zugeführt wird,
erwärmt wird.
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Bei der Aufstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung in warmen Ländern
ist damit zu rechnen, daß das Meerwasser, das bereits durch die Zuführung mittels
schwarzer, offenliegender Rohre vorgewärmt sein kann, mittels der Solarheizung mindestens
auf eine Temperatur von 600C erwärmt wird. In der Einrichtung zur Entspannungsverdampfung
wird dieses erhitzte Meerwasser teilweise verdampft. Dieser Einrichtung sind Sprühdüsen
nachgeschaltet,-welche verhindern, daß sich
ein zu niedriger Unterdruck
einstellt, so daß wirksam in diesem Teil der Einrichtung der Niederschlag von Salz
verhindert ist.
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Die Sprühdüsen, aus denen Meerwasserdampf, -nebel und -tröpfchen austreten,
sind gegen einen Heizkörper gerichtet, welcher gleichmäßig etwa die Temperatur des
aufgespritzten Meerwassers aufweist, sich aber in einem Dunstraum befindet, dessen
Druck dem Umgebungsdruck entspricht. Da die Temperatur des aufgespritzten Meerwassers
bei diesem Druck den Siedepunkt noch nicht erreicht hat, verdampfen die auftreffenden,
größeren Meerwassertröpfchen nicht, sondern überspülen und beheizen lediglich diesen
Körper. Hierbei geben sie ihre innewohnende Wärme an den Körper weitgehend ab und
dienen gleichzeitig dazu, diesen Heizkörper sauber zu halten und Salzspuren abzuwaschen.
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Der Heizkörper und der diesen umgebende Raum sind derart ausgebildet,
daß sich eine Thermik-Umlaufströmung einstellt, welche vom Heizkörper aus, der die
wärmste Stelle des Raumes bildet, kaminartig nach oben führt. Diese Umlaufströmung
erfaßt den aus den Sprühdüsen austretenden Dampf und Dunst und trägt ihn innerhalb
des Dunstraumes nach oben. Im oberen Bereich des Dunstraumes sind Dunstabzugsöffnungen
ausgebildet, welche derart angeordnet sind, daß verdunstete Teile des Meerwassers
durch diese Öffnungen ziehen und zu den Kondensatoren gelangen können. Der Abstand
zwischen Heizkörper und Dunstabzugsöffnungen ist hierbei auf die sich einstellende
Thermikströmun.g derart abgestimmt, daß größere,
noch mitgerissene
Meerwassertröpfchen entweder verdunsten oder nach unten abregnen. Um diese Wirkung
noch zu unterstützen, verjüngt sich der Dunstraum nach oben, so daß die Thermik
strömung zu einer starken Richtungsumkehr gezwungen ist, wobei an dieser Stelle
etwa vorhandene Tröpfchen durch Fliehkraftwirkung ausgetragen werden, gegen die
Dunstraumwand gelangen und dort herunterlaufen. Auf diese Weise wird die gesamte
Innenoberfläche des Dunstraumes feucht gehalten und gespült, so daß sich keine Salzkruste
bilden kann.
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Ein derartiger Dunstraum ist, wie Versuche gezeigt haben, bevorzugt
nicht höher als mannshoch; es ist daher einfach möglich, die gesamte, erfindungsgemäße
Einrichtung - im Gegensatz zu den eingangs genannten, gewächshausartigen Verdunstungsanlagen
- fabrikationsmäßig herzustellen, zu verschiffen und am Auf.stellungsort einfach
abzuladen und aufzustellen.
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Es ist im Prinzip möglich und gegebenenfalls auch vorteilhaft, den
Heizkörper unmittElbar zu beheizen, indem man beispielsweise das aus der Solarheizung
kommende Meerwasser zunächst durch den Heizkörper leitet oder einen Teil dieses
Meerwassers unter Zwischenschalten einer Wärmepumpe abzweigt, um den Heizkörper
auf eine besonders hohe Temperatur zu bringen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist
aber
der Heizkörper als ein sich längs des Dunstraums erstreckender, länglicher Körper
ausgebildet dessen Querschnitt ein gleichschenkliges Dreieck mit am Dunstraumboden
aufsitzender Basis bildet, wobei die geneigten Seitenwände des Heizkörpers korrosionsbeständige
Oberflächen aufweisen, welche den Sprühdüsen zugewandt sind, und wobei der Heizkörper
mit wärmespeicherndem Material gefüllt und zum Dunstraumboden hin wärmeisoliert
ist. Dieser Heizkörper ist strangförmig ausgebildet und kann beliebig lang sein.
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Daher ist die Länge des Dunstraumes nicht an konstruktive Beschränkungen
gebunden, sondern kann auf vorhandene Transportkapazitäten, z. B. containerlängen
oder dergleichen, abgestimmt werden.
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Im übrigen hält dieser Heizkörper aufgrund seiner Wärmeisolierung
und hohen Wärmekapazität eine weitgehend gleichbleibende Temperatur ., welche von
kurzzeitigen Änderungen der Sonneneinstrahlung in die Solarheizung, etwa beim Vorüberziehen
einer Wolke, kaum beeinflußt wird. Somit fördert der erfindungsgemäße Heizkörper
die Herstellung und Aufrechterhaltung stabiler Strömungsverhältnisse im Dunstraum,
welche letztlich dafür sorgen, daß einerseits ein guter Süßwasserertrag erzielt
wird, ohne daß andererseits Soletröpfchen in den Kondensator gelangen.
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Eine besonders bewährte Bauweise des Heizkörpers ist gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung aus einem Schaumstoffkern gebildet, der aus leichtem
Isoliermaterial
besteht, wie etwa Polystyrolschaumstoff oder dergleichen.
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Dieser in Form einer larlggestreckten Pyramide ausgebildete Schaumstoffkern
ist an seinen beiden Schrägseiten mit einer Schicht aus Stein- oder Glaswolle abgedeckt,
welche ihrerseits durch eine Schicht aus Lithiumfluoridpulver abgedeckt ist. Diese
Schicht ist zur Unterseite hin gesondert nochmals durch eine Lage aus Stein- oder
Glaswolle isoliert.
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Die Außenwand des derart aufgebauten Heizkörpers wird dann von zwei
Kunststoffplatten gebildet, welche dachartig und dichtend zusammengefügt sind und
auf der Schicht aus Lithiumfluorid aufsitzen. Somit ist ein Heizkörper geschaffen,
der eine der Oberfläche naheliegende Schicht aus einem Material mit sehr hoher Wärmeaufnahmekapazität
aufweist.
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Gleichzeitig ist dieser Heizkörper aber außerordentlich leicht, so
daß er bereits von vorneherein in die Einrichtung eingebaut werden kann, ohne daß
deshalb deren Boden besonders verstärkt zu werden bräuchte.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist beiderseits des
Heizkörpers an der Unterseite seiner Oberflächen jeweils eine Sole-Auffangrinne
angeordnet, welche an die Einrichtung zum Ableiten der angereichterten Sole angeschlossen
ist. Durch ein geringes Gefälle der Sole-Auffangrinnen und gegebenenfalls durch
entsprechende Ansteuerung der Einrichtung zum Ableiten der angereicherten Sole kann
die warme Sole noch dazu beitragen, die im Dunstraum vorliegende Umlaufströmung
mit zu unterstützen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung
zur Entspannungsverdampfung zwei parallel zum Heizkörper und beiderseits von diesem
angeordnete Entspannungsrohre auf, von welchen mehrere, dem Heizkörper zugewandte
Sprühdüsen ausgehen. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß die Beaufschlagung
des Heizkörpers mit erwärmtem Meerwasser-Sprühnebel über die gesamte Länge hinweg
gleichmäßig erfolgt, so daß Ungleichmäßigkeiten vermieden sind, welche dazu führen
könnten, daß Soletröpfchen in das Kondensat gelangen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Sprühdüsen
in ihrer Sprührichtung einstellbar. Zu diesem Zweck können vorteilhafterweise die
Entspannungsrohre jeweils um ihre Längsachse geschwenkt werden, wobei die dann fest
daran angebrachten Sprühdüsen ebenfalls geschwenkt werden. Es ist aber auch möglich,
zwischen Sprühdüsen und Entspannungsrohr jeweils einen flexiblen Rohrabschnitt anzuordnen,
welcher dann zum Einstellen der Sprühdüsen verformbar ist.
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Durch die Einstellung der Sprühdüsen bzw. die Wahl jenes Oberflächenbereiches
des Heizkörpers, auf welchen der Meerwasser-Sprühnebel auftrifft, kann gewählt werden,
welcher Anteil der dem Sprühnebel innewohnenden Wärmeenergie auf den Heizkörper
übertragen wird. Auch eine von der jeweiligen Tageszeit abhängige, automatische
Verstellung der Sprühdüsen
kann zweckmäßig sein: Wenn beispielsweise
am Mittag eine verhältnismäßig hohe Wärmemenge anfällt, dann können die Sprühdüsen
derart eingestellt werden, daß sie nur den oberen Bereich des Heizkörpers bestreichen.
Dem Heizkörper wird damit eine bestimmte Wärmemenge zugeführt, die zum Betrieb der
Einrichtung zweckmäßig ist. Der übrige, dann stark dampfhaltige Dunst gibt seine
Wärme im Kondensator ab.
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Wenn die Solarheizung aber am Abend eine geringere Wärmemenge auf
das Meerwasser überträgt, dann können die Sprühdüsen so eingestellt werden, daß
ein größerer Anteil des Sprühstrahles den Heizkörper trifft, wobei die auf diesen
übertragene Wärmemenge dadurch im wesentlichen konstant gehalten werden kann. Es
ändert sich somit durch die erfindungsgemäße Ausbildung beitunterschiedlicher Sonneneinstrahlung
zwar der Ertrag an Süßwasser, nicht aber dessen Qualität oder Restsalzgehalt.
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Da es sehr wichtig ist, eine stabile Umlauf strömung innerhalb des
Dunstraumes herzustellen und zu vermeiden, daß Solespritzer in den oberen Bereich
des Dunstraumes gelangen, wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
vorgeschlagen, daß oberhalb der Sprühdüsen beiderseits des Heizkörpers jeweils eine
Leitfläche angeordnet ist, welche zur Formung der Umlaufströmung dient und gleichzeitig
Spritzer abhält. Diese Leitfläche kann ihrer Lage nach ebenfalls vorteilhafterweise
einstellbar sein, wobei
sie bevorzugt um eine parallel zum Heizkörper
verlaufende Achse schwenkbar ist. Die Lagesteuerung der Leitflächen kann gleichzeitig
mit der Lagesteuerung der Sprühdüsen stattfinden oder anst.>lle dieser Lagesteuerung;
der Zweck ist bei beiden Maßnahmen derselbe: Das Einstellen einer von der tatsächlich
über die Solarheizung aufgenommenen Wärmemenge verhältnismäßig unabhängigen Umlaufströmungen
im Inneren des Trennraumes. Die Lagesteuerung kann nach einem experimentell ermittelten
Programm auch in Abhängigkeit von der Tageszeit, der Meerwassertemperatur beim Verlassen
der Sonnenheizung oder nach ähnlichen Parametern programmiert werden, Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist der Dunstraum von einem transportablen, gebäudeähnlichen,
wärmeisolierenden Gehäuse umschlossen, das einen durch etwa mindestens drei Querträger
ausgesteiften Boden aufweist. Ein derartiger Boden kann von einer Stapel- oder Hubeinrichtung
untergriffen werden. Es können auch an den Enden des Bodens Verriegelungselemente
zum Angriff von Container-Hubeinrichtungen vorgesehen sein. Dieses Gehäuse ist wie
ein Haus mit Giebeldach ausgebildet, wobei der Dachgiebel den sich nach oben verjüngenden
Teil des Dunstraumes umschließt.
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Die Wärmeisolierung der Gehäusewände stellt sicher, daß die Beheizung
des Dunstraumes und somit die Einstellung der dort herrschenden Strömungsverhältnisse
vom Heizkörper bewirkt wird, nicht aber von der äußeren Sonneneinstrahlung.
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Im Inneren der beiden geneigten Dachteile des Gehäuses ist jeweils
vozugsweise ein Kondensator angeordnet, welcher seinerseits infolge der erforderlichen
Kühlung dafür sorgt, daß die von oben her besonders starke Sonneneinstrahlung nicht
den Dunstraum in unerwünschter Weise erwärmt.
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In gleicher Weise sind auch die Längswände des Gehäuses doppelwandig
ausgebildet, und im Inneren der Längswände sind bevorzugt Funktionseinrichtungen
unterg bracht, wie etwa die Pumpe zum Betreiben des Entspannungsverdampfers.
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In den Längswänden sind ferner bevorzugt Lufteinlaßöffnungen für die
Kühlluft des jeweils benachbarten Kondensators angeordnet. Die Kühlluft strömt zu
den Lufteinlässen durch den Kondensator hindurch und verläßt das Gehäuse durch Luftauslässe,
welche an der Außenseite des Dachfirstes angeordnet sind.
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Durch die genannte Zusammenfassung der wesentlichen Funktionselemente
der erfindungsgemäßen Einrichtung kann diese äußerst raum- und gewichtssparend aufgebaut
werden, wobei eine Reihe von Isolierungsmaßnahmen, die sonst erforderlich wären,
eingespart werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung
in Leichtbauweise ausgeführt; somit kann die Einrichtung in einer für den Transport
geeigneten Größe
fabrikationsmäßig hergestellt und mit üblichen
Transportmitteln ohne weiteres zu jedem Aufstellungsort gebracht und dort aufgestellt
werden.
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Um aber zu verhindern, daß derart leicht ausgeführte Einrichtungen
etwa von Sturm geschädigt werden, wäre es erforderlich, diese Einrichtungen im Boden
zu verankern.
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Um nun die Notwendigkeit von Fundamenten zu umgehen, wird gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Einrichtung jeweils
mindestens einen Meerwasser-Ballasttank aufweist, der nach dem Aufstellen lediglich
mit dem ohnehin vorhandenen, kostenlosen Meerwasser gefüllt zu werden braucht, wonach
die Einrichtung ein solches Gewicht aufweist, daß die absolut standfest ist. Dieser
Meerwasser-Ballasttank ist bevorzugt im Inneren des Dunstraumes, und zwar jeweils
ein Ballasttank längs einer der Längswände an den Außenseiten des Dunstraumes, angebracht.
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Hierdurch erfüllt der Meerwasser-Ballasttank nicht nur die Funktion,
der an sich leicht transportablen Einrichtung die erforderliche Standfestigkeit
zu verleihen, sondern wirkt zusätzlich noch als Wärmespeicher und Wärmestabilisator
für die thermischen Verhältnisse im Inneren des Dunstraumes, so daß die erfindungsgemäße
Einrichtung infolge der wärme speichernden Meerwasser-Ballasttanks auf Änderungen
in der Sonneneinstrahlung noch weniger anspricht, als dies sonst bereits der Fall
ist.
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Um das Aufheizen der erfindungsgemäßen Einrichtung zu beschleunigen,
ist
gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Einrichtung zum Ableiten der
angereicherten Sole mit einem Wärmeaustauscher zum Aufheizen des Meerwassers in
den Ballasttanks versehen. Ein derartiger Wärmeaustauscher kann beispielsweise ein
Sole-Leitungsrohr sein, welches durch jeden der Ballasttanks hindurchgeleitet ist.
Hierdurch ist es möglich, die der Sole innewohnende Restwärme zur raschen Inbetriebnahme
der erfindungsgemäßen Einrichtung zu nutzen. Ferner kann durch ein bevorzugt automatisch
gesteuertes Schaltventil dafür gesorgt werden, daß die Aufheizung der Meerwasser-Ballasttanks
während des laufenden Betriebs nur dann stattfindet, wenn dies infolge etwa verringerter
Sonneneinstrahlung zweckmäßig sein sollte.
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Zur Ausbildung der Dachteile als Kondensator sind diese jeweils doppelwandig
ausgebildet, wobei bevorzugt jede der Wandflächen mit einer Wärmeisolierung versehen
ist.
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Im oberen Bereich ist die innere Wandfläche mit einem Schlitz versehen,
welcher die Dunstabzugsöffnung bildet.
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Im Inneren der Wandflächen verlaufen quer, d. h. von der Unterkante
der Dachfläche bis zur Oberkante hin, Kühlluftrohre. Diese Kühlluftrohre münden
im Firstbereich in die oben erwähnten Luftauslässe, und stehen mit ihrem unteren
Ende mit Lufteinlaßöffnungen in Verbindung. Diese Kühlluftrohre werden von Kühlluft
durchströmt, bestehen aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, etwa einem
Metall, und bilden die Niederschlagsfläche, an welcher sich Dampf und Dunst niederschlagen
und als Süßwasser
abtropfen. Zum Auffangen des Süßwassers ist
längs der Unterkante eines jeden Dachteils zwischen dessen beiden Wandflächen eine
Sammelrinne zum Sammeln und Ableiten des Kondensats angeordnet.
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Bei ausreichender Dimensionierung der Kühlluftrohre können diese wie
ein Kamin ohne Zwangslüftung von Kühlluft durchströmt werden. Um die erfindungsgemäße
Einrichtung aber so kompakt wie möglich aufbauen zu können, ist es gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen den Lufteinlaßöffnungen
und den Kühlluftrohren eine Gebläseeinrichtung angeordnet ist, welche innerhalb
der doppelwandigen Längswand untergebracht ist. Hierdurch wird der bereits für Pumpen
benutzte, eigentlich Isolierzwecken dienende Abstand zwischen den beiden Wandteilen
der Längswand noch zur Aufnahme weiterer Funktionselemente und Einrichtungen genutzt.
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Die Kühlluftrohre sind bevorzugt als flexible Rippenrohre insbesondere
aus Aluminium ausgebildet; derartige Rippenrohre können nicht nur beim Einbau mühelos
auf jede gewünschte Länge gebracht und in jede gewünschte Form gebogen werden, sondern
weisen eine im Verhältnis zu ihrer Länge sehr große Außenoberfläche auf, so daß
der Wärmeübergang zwischen dem Dunst bzw.Dampf und der Kühlluft zur Kondensatbildung
noch verbessert wird. Außerdem kann ein Rippenrohr zwischen die beiden Wandflächen
eines Dachteiles lose eingelegt werden, ohne daß Distanzhalter vorzusehen wären,
weil Dampf bzw. Dunst ein Rippenrohr auch dann vollständig umströmen kann, wenn
es mit den äußersten
Erhebungen seiner Rippen gegen eine Wandfläche
anliegt.
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Derartige Rippenrohre sind sehr preisgünstig und, wie bereits erwähnt,
sehr einfach einzubauen und können daher auch ohne weiteres von Anlernkräften ausgewechselt
werden, wenn das von Kühlluft durchströmte Innere des Rippenrohres nach jahrelangem
Gebrauch etwa.derart versandet, verstaubt oder verschmutzt sein sollte, daß der
Wärmeübergang zum Kondensieren des Wassers nicht mehr zufriedenstellend ist.-Gemäß
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind an der Innenseite eines jeden Dachteils
über den Dunsteinlaßschlitzen Spritzwasser-Auffangleisten angeordnet, welche entweder
eine einfache Abtropfkante bilden oder rinnenartig das Spritzwasser sammeln, das
von der im Dunstraum herrschenden Umlaufströmung im Firstraum ausgetragen wurde.
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Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß Solespritzer in das Kondensat
gelangen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind unterhalb der
Dunsteinlaßschlitze zusätzlich Spritzwasser-Abschirmflächen angebracht, die bevorzugt
in ihrer Lage einstellbar sind und nicht nur zur Formung der Umlaufströmung im Dunstraum
dienen, sondern auch ein letztes Ablenken der Strömungsrichtung jenes Dunstes bewirken,
der durch die Dunsteinlaßschlitze in den Kondensator gelangen soll.
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Diese Richtungsänderung in der Strömungsrichtung bewirkt nämlich das
Austragen von Soletröpfchen, die sonst mitgerissen
worden wären.
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Die Solarheizung kann beispielsweise von einem länglichen Reflektor
mit parabolischem Querschnitt gebildet sein, in dessen Brennachse ein Rohr mit thermodynamisch
schwarzer Außenoberfläche verläuft, durch welches das Meerwasser strömt. Nachteilig
ist bei einer derartigen Einrichtung die große, auf nur verhältnismäßig wenig Meerwasser
konzentrierte Wärmemenge, wodurch zu hohe Meerwassertemperaturen entstehen, welche
zum vollständigen Verdampfen des WassergehaLtes und somit zum Auskristallisieren
des gesamten Salzgehaltes noch im Entspannungsverdampfer führen könnten. Außerdem
haben derartige Sqlarheizungen den Nachteil, daß sie beispielsweise bei einer Störung
im Pumpensystem örtlich stark überhitzen und Schaden nehmen können.
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Daher ist vorzugsweise für die erfindungsgemäße Einrichtung vorgeschlagen,
daß deren Solarheizung von einem flächig ausgebildeten Solarkollektor gebildet ist,
der auf der Außenseite eines Dachteils insbesondere schwenkbar angebracht ist und
bevorzugt sich über dessen Unterkante hinaus erstreckt. Somit bildet der Solarkollektor
eine Fläche, welche die darunter liegende, der Sonne zugewandte Seite der Einrichtung
vor Sonneneinstrahlung abschirmt und somit die Isolierung von Kondensator und Dunstraum
noch weiter verbessert. Außerdem sind derartige Solarkollektoren im Handel in einer
Ausführung erhältlich, welche gegenüber Meerwasser beständig ist und bei Störungen,
wie
etwa dem Auslaufen der Wasserfüllung, nicht soweit überhitzen,
daß sie Schaden nehmen können.
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Die bei derartigen Solarkollektoren meist als nachteilig angesehene
Eigenschaft, daß sie selbst bei heftiger Sonneneinstrahlung in südlichen Ländern
selten eine höhere Wassertemperatur als 800C zu liefern im Stande sind, ist aus
den oben erläuterten Gründen im Rahmen der vorliegenden Erfindung sogar vorteilhaft.
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Der Solarkollektor ist bevorzugt derart schwenkbar angebracht, daß
er stets in eine Lage gebracht werden kann, in welcher er zu den einfallenden Sonnenstrahlen
senkrecht steht. Eine derartige Schwenkeinrichtung kann auch automatisch betrieben
werden.
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Ein derartiger Solarkollektor hat für die vorliegende Einrichtung
noch einen weitesten Vorteil: Sein Fassungsvermögen an Wasser ist verhältnismäßig
groß. Daher belastet er die erfindungsgemäße Einrichtung noch weiter und fördert
ihre Standfestigkeit, so daß auf jegliche Verankerung verzichtet werden kann.
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Der Solarkollektor kann als einzige Fläche ausgebildet sein, ist gemäß
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aber bevorzugt aus mehreren Flächenteilen,
insbesondere zwei Flächenteilen, gebildet, da die Abstützung und schwenkbare Lagerung
mehrerer, kleiner Flächenelemente wesentlich einfacher und kostengünstiger und baulich
leichter ausgeführt
werden kann als eine einzige Lagerung für
ein einziges, einteiliges Flächenelement.
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Die Bauhöhe der erfindungsgemäßen Einrichtung, genauer gesagt die
Bauhöhe des Heizkörpers in Zuordnung zur Innenhöhe des Dunstraumes'kann nach den
jeweiligen Bedingungen optimiert werden. Die Baulänge der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist durch die zur Verfügung stehenden Transportmöglichkeiten vorgegeben.
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Soll daher eine größere Menge an Meerwasser aufbereitet werden, dann
wird zweckmäßiger Weise nicht eine gröBere Einrichtung gebaut, sondern eine Vielzahl
erfindungsgemäßer Einrichtungen in ihrer jeweils optimierten Abmessung zusammengeschlossen.
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Dies hat auch den Vorteil, daß der Ausfall einer Pumpe oder eines
Gebläses nicht den Ausfall der Gesamtanlage nach sich zieht. Durch elektrische Warn-Signaleinrichtungen
kann an einer zentralen Schalttafel oder bei einem Kontrollgang an jeder einzelnen
Einrichtung festgestellt werden, ob alle Geräte ordnungsgemäß arbeiten. Der Ausbau
der Pumpen und Gebläse sowie gegebenenfalls von Steuersystemen an der einzelnen
Einrichtung ist sehr einfach vorzunehmen, da diese gesamten Agregate in den doppelwandigen
Längswänden untergebracht sind und durch geeignete Türen bzw. Klappen von außen
ohne weiteres zugänglich sind, ohne daß der mit Meerwasserdunst angereicherte Dunstraum
betreten zu werden braucht.
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Bei einer derartigen Anlage wird das Meerwasser über eine zentrale
Pumpstation bevorzugt in schwarzen, offenliegenden Rohrleitungen herangebracht,
um bereits unterwegs möglichst viel Wärme aufzunehmen. Der Anreicherungsgrad der
Sole kann derart eingestellt werden, daß diese ohne schädliche Auswirkungen auf
die Umwelt wieder ins Meer zurückgepumpt werden kann. Hierbei können Sole-Rücklaufleitungen
und Meerwasser-Förderleitungen in wärmeaustauschender Berührung verlaufen, um ein
möglichst weitgehend vorgewärmtes Meerwasser heranzubringen.
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Erfahrungsgemäß muß nicht das gesamte, aus Meerwasser gewonnene Süßwasser
den gleichen Entsalzungsgrad aufweisen; so kann für bestimmte Bewässerungszwecke,
oder für Brauchwasser Wasser mit höherem Salzgehalt verwendet werden, als dies etwa
für Trinkwasser zulssig ist. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird daher
vorgeschlagen, daß mehrere erfindungsgemäße Einrichtungen kaskadenartig miteinander
verschaltet sind, und zwar derart, daß das von einer Reihe parallel geschAlteter
Einrichtungen gelieferte Süßwasser zur Einspeisung einer weiteren Reihe parallel
geschalteter, anderer Einrichtungen dient, in welchen dieses 11Süßwasser11 noch
weiter vom Salz befreit wird. Die Sole aus der genannten zweiten Reihe von Einrichtungen
wird wiederum dem Meerwasser zugeführt, welches in die erste Reihe parallel geschalteter
Einrichtungen eingespeist wird. Es können mehrere Reihen bzw. Stufen von jeweils
parallel geschalteten Einrichtungen vorhanden seinr Der besondere Vorteil
einer
derartigen Anlage liegt darin, daß der Wärmegehalt der Sole, die von den Einrichtungen
einer höheren Stufe abgegeben wird, wieder dem Gesamtprozeß zugeführt wird.
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Außerdem fällt an den einzelnen Stufen Wasser mit jeweils unterschiedlichem
Salzgehalt an.
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Zu diesem Zweck müssen die Einrichtungen derart eingestellt werden,
daß nicht nur Dampf und Dunst, sondern auch ein gewisser Anteil an salzhaltigem
Meerwassernebel in die Kondensatoren gelangt. Auf diese Weise wird aber der Durchsatz
der einzelnen Einrichtung erheblich gesteigert. Außerdem können die Einrichtungen
während der am Morgen erfolgenden Betriebsaufnahme bereits frühzeitig Wasser liefern,
dessen Salzgehalt abgereichert ist, während dort, wo nur eine einzige Einrichtung
Trinkwasser herstellen soll, es einer gewissen Anlaufzeit bedarf, bis der Reinigungsprozeß
derart stabil ist, daß Trinkwasser anfällt, ohne daß man Gefahr läuft, daß dieses
Trinkwasser durch Salzwassertröpfchen verunreinigt wird.
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Der Gegenstand der Erfindung ist anhand der beigefügten, schematischen
Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert; in der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine
erfindungsgemäße Einrichtung in perspektivischer Darstellung, teilweise aufgeschnitten,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Einrichtung der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Heizkörper, und
Fig. 4 die schematische
Darstellung einer Süßwassergewinnungsanlage, bei- welcher mehrere erfindungsgemäße
Einrichtungen kaskadenartig zusammengeschaltet sind.
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In Fig. 1 ist schematisch eine Einrichtung zum Entsalzen von Meerwasser
perspektivisch und teilweise aufgebrochen dargestellt. Bei dieser Einrichtung sind
mehrere Funktionselemente zum Zweck der deutlicheren Darstellung weggelassen.
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Die Einrichtung weist ein hausähnliches Gehäuse auf, welches von einem
Boden 1, zwei doppelwandigen Längs-Seitenwänden 2, zwei giebelartig zueinander geneigten
Dachwänden 3 und zwei Stirnwänden 4 begrenzt ist. Die genannten Gehäusewände 1 mit
4 umschließen dicht einen Dunstraum 5. Die Wände weisen keinen Eingang auf, können
aber für Wartungs- und Reinigungszwecke mit einem Mannloch versehen sein.
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An der Außenseite der Einrichtung ist eine Meerwasser-Zuleitung 6
vorgesehen, Süßwasserableitungen 7, Soleableitungen 8 und Bedienungselemente 9 für
Regelventile.
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Ferner sind an der Außenseite und eines der Dachteile 3 abdeckend
zwei etwa gleich große Solar-Flächenkollektoren angeordnet, welche mit ihrer jeweils
oberen Kante über Anlenkungen 18 in Pfeilrichtung schwenkbar an der Einrichtung
befestigt sind.
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An der Unterkante eines jeden Solar-Flächenkollektors 10 ist eine
Abstützung 19 vorgesehen, damit die beiden Flächenkollektoten 10 in ihrer Ruhelage
(Fig. 2) auf den zugehörigen Dachteil 3 bzw. auf dem Erdboden aufliegen.
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Der Dunstraum 5 ist, wie aus Fig. 2 näher ersichtlich ist, genau symmetrisch
aufgebaut und weist auf seinem Boden 1 einen länglichen, pyramidenförmigen Heizkörper
11 auf, der in Fig. 3 noch näher gezeigt ist.
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An der Innenseite der beiden Längswände 2 sind übereinanderliegend
jeweils zwei Ballasttanks 12 vorgesehen, welche durch verschlossene Einlaßstutzen
nach der Aufstellung der Einrichtung mit Meerwasser gefüllt werden können.
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Geländerartige Abstützungen 13 halten die Ballasttanks 12 während
des Transportes an Ort und Stelle und stützen sie in gefülltem Zustand ab.
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Zwischen den beiden Ballasttanks 12 und der zugehörigen Abstützung
13 ist ein Zwickel gebildet, in welchem ein Entspannungsrohr 14 für die Einrichtung
zur Entspannungsverdampfung angeordnet ist.
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Diese Einrichtung ist an eine Pumpe (Fig. 2) angeschlossen und weist
jeweils eine oder mehrere Düsen auf, um ein Druckgefälle zu erzeugen. In den Entspannungsrohren
14 herrscht ein so niedriger Druck, daß das durch die (nicht gezeigten) Düsen eingespritzte,
warme Meerwasser teil.
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weise verdampft.
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Auf der den Oberflächen des Heizkörpers 11 zugewandten Seite eines
jeden Entspannungsrohres 14 sind Stutzen angebracht, an deren Enden Sprühdüsen 15
angeordnet sind.
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Das von denSprühdüsen 15 abgegebene Dampf-Sprühnebel-Gemisch trifft
auf die Außenflächen des Heizkörpers 11, wo die nicht verdampfte bzw. verdunstete
Sole nach unten läuft und in beiderseits des Heizkörpers angeordnete Auffangrinnen
8' gelangt, welche mit den Soleauslässen 8 in Verbindung stehen An der Innenseite
der Dachteile 3 ist in deren oberem Bereich eine Spritzwasser-Auffangleiste 16 sichtbar,
die dachrinnenartig Spritzwasser auffängt, das bis in den Firstbereich des Dunstraumes
5 gelangt.
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An der Außenseite des Firstes sind Kühlluftauslässe 17 erkennbar.
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An der Außenseite der Längswände 2 ist jeweils ein Kühllufteinlaßgitter
sichtbar, das abnehmbar ist und den mühelosen Zugang zu Funktionselementen wie einer
Pumpe oder einem Gebläse oder dergleichen bietet.
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An der Außenseite der Stirnwand 4 ist eine Kontrolltafel 21 sichtbar,
auf welcher Kontrolllichter einen Aufschluß über den Funktionszustand der Einrichtung
geben.
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In Fig. 2 ist der Querschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung
dargestellt, wobei jedoch die Flächenkollektoren 10 in die Ruhelage bewegt sind.
Soweit aus Fig. 2 entnehmbare Elemente bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben
wurden, wird hierauf Bezug genommen.
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In Fig. 2 erkennt man den streng symmetrischen Aufbau des Dunstraumes
5. Uber dem Heizkörper 11 stellt sich eine durch Pfeile angedeutete Umiaufströmung
ein, von welcher nur ein Teil in die Kondensatoren gelangt, welche nachfolgend beschrieben
werden.
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Die beiden Dachteile 3 weisen eine Außenwand 3a und eine Innenwand
3b auf. Diese Wände sind bevorzugt mit einer zusätzlichen Isolierung versehen, welche
in der Zeichnung aus Gründen der einfacheren Darstellung weggelassen ist.
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Innerhalb des zwischen den beiden Wänden 3a, 3b gebildet: ten Hohlraums
erstrecken sich parallel zur Zeichenebene der Fig. 2 Kühlrohre 22, welche aus Aluminium-Rippenrohren
gebildet sind und mit ihrer Oberseite am Dachfirst der Einrichtung in die Kühlluftauslässe
17 einmünden, während die Unterseite dichtend eine Auffangrinne 24 für Süßwasser
durchdringt, welche ihrerseits über eine Leitung mit der zugehörigen Süßwasserableitung
7 in Verbindung steht.
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Die Unterkante der Kühlrohre 22 mündet in den Innenraum
der
doppelwandig ausgeführten Längswände 2, welche von einer Außenwand 2a und einer
Innenwand 2b gebildet sind.
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Zwischen diesen Wänden befindet sich hinter dem Lufteinlaßgitter 20
ein Gebläse 23, welches durch einen Elektromotor 23a über einen Treibriemen angetrieben
ist.
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Kühlluft wird vom Gebläse 23 durch die Kühlluftrohre 22 hindurchgedrückt.
Die Innenwand 3b des Dachteiles 3 weist in ihrem oberen Bereich einen Dunsteinlaßschlitz
3c auf, der sich in Längsrichtung der Einrichtung erstreckt. Wie durch Pfeile angedeutet,
tritt Dunst und Dampf durch die Schlitze 3c in das Innere des Kondensators und kondensiert
dort. An der Unterseite der Außenwand 3a sind Entlüftungsöffnungen 3d angebracht,
um den Kondensator zu entlüften.
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Über den Dunsteinlaßschlitzen 3c sind die Auffangrinnen 16 angeordnet,
während unterhalb dieser Schlitze 3c Spritzwasser-Abschirmflächen 27 schwenkbar
an der Innenwand 3b derart angelenkt sind, daß sie nach entsprechender Einstellung
verhindern, daß Spritzwasser und mit Dampf bzw.
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Dunst mitgerissene Flüssigkeitströpfchen in die Dunsteinlaß schlitze
3c gelangen.
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In dem durch die linke Seitenwand begrenzten Hohlraum ist eine Pumpe
26 dargestellt, welche über flexible Rohrleitungen 25 mit den Flächenkollektoren
10 in Verbindung steht und Meerwasser durch diese hindurchpreßt bzw. saugt. Diese
Pumpe kann gleichzeitig als Pumpe zum Betreiben der Einrichtungen zur Entspannungsverdampfung
verwendet werden.
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Der Heizkörper 11 sitzt auf einer Isolierunterlage 29, welche eine
größere Fläche einnimmt als der Heizkörper 11, um zu verhindern daß in dessen Nähe
am Boden 1 Wasser auskondensiert.
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Über den Sprühdüsen 15 sind an der Oberseite der Abstützungen 13 schwenkbar
und einstellbar Leitflächen 28 angeordnet, welche einerseits einen Spritzschutz
bilden und andererseits der Formung einer Umlaufströmung dienen.
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Das Gewicht der gesamten Einrichtung ist verhältnismäßig gering; sie
kann daher in fertigmontiertem Zustand oder gegebenenfalls ohne Anbringung der Flächenkollektoren
mittels einer Hubeinrichtung verlastet werden. Zu diesem Zweck sind unter dem Boden
1 sechs Querträger 30 angeordnet, welche der Einrichtung die für den Transport erforderliche
Aussteifung verleihen.
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Die Querträger können beiderseits des Bodens überstehend ausgebildet
werden und dort Anlenkungen für Hebezeug tragen, z.B. Löcher oder ösen zum Eingriff
von Lasthaken, die mit einem Kran oder Hubschrauber in Verbindung stehen.
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Ferner können zwischen Querträgern und Boden der Einrichtung Einstelleinrichtungen
vorgesehen sein, um die Einrichtung auf unebenem Grund absetzen zu können, wonach
mittels der Einstelleinrichtungen die eigentliche Einrichtung nivelliert werden
kann.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Heizkörper
11. Dieser Heizkörper 11 ruht auf einer Bodenplatte aus korrosions- und wärmebeständigem
Kunststoff.
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Diese Platte ist beiderseits zu einer Rinne 8' aufgebogen.
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Auf dieser Bodenplatte ist ein dachgiebelförmiger Isolierkörper 35
aufgesetzt, welcher aus besonders leichtem, wärmeisolierendem Material gebildet
ist.
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Die beiden geneigten Oberflächen dieses Körpers 35 sind von einer
Glas- oder Steinwolleschicht 34 abgedeckt.
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Die Außenoberfläche dieser Schicht ist wiederum mit einer Kunststoff-Sperrschicht
33 abgedeckt, welche mit parallel abstand von außen her durch eine weitere, dachartige
Kunststoffschicht 31 abgedeckt ist. Der zwischen den beiden Kunststoffschichten
31 und 33 gebildete Zwischenraum ist zur Bodenplatte hin durch eine weitere Kunststoff-Sperrschicht
32 und eine Steinwolleschicht 34 isoliert.
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Dieser Zwischenraum ist mit Lithiumfluoridpulver ausgefüllt, welches
ein außerordentlich hohes Wärmespeichervermögen aufweist, Obwohl Lithiumfluorid
am besten geeignet ist, kann zweckmäßigerweise
auch ein anderes
Material verwendet werden, etwa ein Keramikkörper, wie er in elektrischen Nachtspeicheröfen
Verwendung findet.
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Die Höhe der dargestellten Heizeinrichtung kann vorzugsweise etwa
60 bis 80 cm betragen.
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Als besonders geeignete Abmessungen einer Einrichtung haben sich ergeben
eine Länge von 6 m, eine Breite von etwa 3,4 m und eine Höhe von etwa 2,25 m.
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Eine derartige Einrichtung ist im Stande, bei nur sehr geringer Stromaufnahme,
die für Pumpen und Gebläse erforderlich ist, täglich etwa 100 t Meerwasser umzusetzen
und hierbei etwa 20 bis 25 t Süßwasser zu gewinnen.
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Das gezeigte Ausführungsbeispiel weist sechs feste Querstreben 30
unter dem Boden 1 auf. Es können aber mehr oder weniqer Querstreben oder Stützfüße
vorqesehen sein, welche wiederum vorzugsweise verstellbar angeordnet sein können,
so daß die Einrichtung auch auf unebenem Grund aufgestellt werden kann.
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Wie bereits erwähnt, sind alle Wände 1, 2, 3, 4 vorteilhafterweise
isoliert. Diese Isolierschichten sind jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Bevorzugt weist der Solar-Flächenköllektor eine Selektivbeschichtung
auf, um das zur Verfügung stehende Sonnenlichtspektrum
voll auszunutzen.
Vorzugsweise ist in den Solarkollektor ein Leerlauf schutz eingebaut.
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Unter den Solar-Flächenkollektoren können vorteilhafterweise ausklappbare
Stützen vorgesehen sein, um die Anlenkungen zu entlasten.
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In Fig. 4 ist eine Anlage gezeigt, bei welcher eine Anzahl der eben
beschriebenen Einrichtungen zu einer Süßwasser-Gewinnungsanlage zusammengeschlossen
sind. In Fig. 4 bedeutet jedes Kästchen eine Einrichtung der beschriebenen Art,
jeder vom Kästchen weg nach unten führende Pfeil den Soleauslaß 8, jeder in das
Kästchen hineinführende Pfeil eine Meerwasserzuleitung 6 und jeder nach oben aus
dem Kästchen herausführende Pfeil eine Süßwasserableitung 7.
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Die Striche bedeuten Leitungen; wo sich Striche lediglich kreuzen,
besteht zwischen den beiden entsprechenden Leitungen keine Verbindung. Verbindungsstellen
sind durch ausgezogene Punkte bezeichnet.
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Das Meerwasser wird an der Stelle 36 in eine Sammelleitung eingegeben.
Aus dieser Sammelleitung wird eine erste Reihe parallel geschalteter Einrichtungen
gespeist. Deren Süßwasserauslaß strömt in eine zweite Sammelleitung, bei welcher
an der Stelle 38 Süßwasser mit einem ersten Salzgehalt entnommen werden kann, der
niedriger ist als jeder des Meerwassers.
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Die Sole strömt aus den Einrichtungen der ersten, untersten Reihe
in eine andere Sammelleitung, welche an der Stelle 37 die Sole abgibt.
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Aus der die Anzapfung 38 aufweisenden Sammelleitung wird die nächsthöhere
Reihe parallel geschalteter Einrichtungen gespeist, deren Soleauslaß wird in die
Meerwassereinspeisung 36 geleitet, und deren Süßwasserauslaß wird in eine weitere
Sammelleitung gespeist, die eine Anzapfung 39 aufweist, an welcher Süßwasser mit
einem zweiten, kleineren Gehalt an Salz entnommen werden kann.
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In gleicher Weise ist eine dritte Reihe parallel geschalteter Einrichtungen
vorgesehen, deren Süßwasserauslaß in eine weitere Sammelleitung strömt, bei welcher
an der Anzapfung 40 Süßwasser mit einem dritten, noch geringeren Gehalt an Salz
entnommen werden kann.
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Der Vorteil dieser Anlage liegt darin, daß die in der Sole der zweiten
und dritten Reihe parallel geschalteter Einrichtungen enthaltene Restwärme dem Salzwasser-Reinigungsprozeß
ohne jeglichen Aufwand wieder zugeführt wird.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß Wasser mit unterschiedlichem
Salz-Anreicherungsgrad entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck entnommen werden
kann.
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Schließlich liegt ein weiterer Vorteil darin, daß bei den einzelnen
Einrichtungen nicht, wie beim Betrieb nur einer einzigen Einrichtung, sorgfältig
vermieden werden muß, daß Salzwassertröpfchen
in den Kondensator
gelangen. Die Einrichtungen können daher mit höherem Durchsatz betrieben werden;
Schwankungen in der Sonneneinstrahlung müssen nicht so sorgfältig ausgeglichen werden
wie beim Betrieb nur einer einzigen Einrichtung.
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Die Reinigung einer einzelnen Einrichtung sowie auch der gesamten,
in Fig. 4 gezeigten Anlage ist denkbar einfach: Man läßt nach Sonnenuntergang die
Pumpen noch eine gewisse Zeit in Betrieb und durchspült somit die gesamte Einrichtung
bzw. Anlage mit frischem Meerwasser, welches nicht mehr verdampfen kann, da es die
hierzu erforderliche Temperatur in den Sonnenkollektoren nicht mehr erhält.
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Gleichzeitig ist aber der Dunstraum 5 einer jeden Einrichtung noch
durch die gespeicherte Wärme erwärmt, so daß das Meerwasser eine hervorragende Reinigungswirkung
ausüben kann.
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- Ende der Beschreibung -