DE3222538A1

DE3222538A1 - Vorrichtung zum entsalzen von wasser, insbesondere von meerwasser

Info

Publication number: DE3222538A1
Application number: DE19823222538
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7766 Gaienhofen Beil
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-06-16
Filing date: 1982-06-16
Publication date: 1983-12-22
Also published as: ZA829451B

Description

Vorrichtung zum Entsalzen von Wasser, insbesondere
von Meerwasser Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entsalzen von Wasser, insbesondere von Meerwasser, mit einem Wärmegeber für das Salzwasser.
Die vollständige oder teilweisige Entfernung im Wasser gelöster Mineralstoffe zur Gewinnung von Trink- und Brauchwasser erfolgt üblicherweise durch Destillation oder Ionenaustausch. Auch ist es bekannt, nur für wasserdurchlässige Membranen im Rahmen einer sog. Hyperfiltration zum Druckfiltern von Salzwasser zu verwenden. Alle diese Verfahren sind kompliziert und kostenintensiv.
So bedarf es etwa bei einer Kompressionsverdampfer-Anlage einer Verdichtungszone, in der Dampf niedriger Temperatur in einem Dampf hoher Temperatur übergeführt und anschließend destilliert wird. Bei einer Vakuumgefrieranlage wird das Salzwasser eingefroren, dabei entstehendFer.Wasserdampf verdichtet und einer Schmelzanlage zugeführt, der anderseits auch Eis aus einer aufbereiteten Eis/Sohle-Mischung zukommt.Als Produkt jener Schmelzanlage entsteht teilentsalztes Wasser. Es ist leicht erkennbar, daß nicht nur die Unwirtschaftlichkeit einen intensiven Einsatz derartiger Anlagen hinanhält, sondern auch der außergewöhnliche Platzbedarf.
Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der es bei verhältnismäßig geringen Kosten und kleinem Raumbedarf möglich ist, eine hohe Ausbeute weitestgehend entsalzten Wassers zu erzielen.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß einem Sprühraum mit wenigstens einer Sprühdüse für über Außentemperatur gewärmtes Salzwasser eine Tropfenabscheidewand und dieser ein Kondensationsraum mit kühlen Kondensationsflächen nachgeschaltet ist. Das mit bevorzugt 60 bis 800 C der Sprühdüse zugeführte Salzwasser wird zu einem feinen Sprühnebel versprüht, also in kleinste Wasserpartikel zerlegt und einem Luftstrom aufgefrachtet. Die feinen Sprühnebelstrahlen nehmen die Wasserpartikel durch die Tropfenabscheidewand mit, und zwar unter einstellbaren Bedingungen; sowohl die Düsenform als auch deren Druck einerseits und die geometrische Gestalt der Tropfenabscheiderprofile sind vorwählbare Parameter.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dank dieser Steuermöglichkeit denkbar, nach der Tropfenabscheidewand ein aerosolfreies Luft/Wasser-Gemisch zu erhalten, welches an den nachgeschalteten Kühlflächen einer Kondensation unterworfen wird. Dabei fällt als Kondensat entsalztes Wasser in Trinkwasserqualität an.
Gegenüber beispielsweise dem Destillationsverfahren kann man im vorliegenden F#alle auf die Dampfbildung verzichten; es wird unterhalb der Grenze zwischen den beiden Aggregatzuständen flüssig/dampfförmig gearbeitet und lediglich die transportierende Luft bei Erzeugung des erwähnten Sprühnebels mit ihrer von Natur aus festliegenden Größe des Wasserdampfgehaltes beladen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Sprühraum Teil eines von den Tropfenabscheiderprofilen durchquerten etwa horizontal liegenden Strömungsraumes, in dessen Kondensationsteil wenigstens ein Wärmerohr einragt, an dessen kalten Ende die Kondensation des hochgesättigten Luft/Wasser-Gemisches erfolgt.
Derartige Wärmerohre wurden bereits 1944 entwickelt, aber erst 1963 in der Raumfahrt eingesetzt; sie weisen einen Abschnitt auf, dem von außen her Wärme zugeführt wird. Im Inneren verdampft ein Arbeitsmedium und strömt einem anderen Abschnitt des Wärmerohres zu, in welchem der Dampf kondensiert und seine Verdampfungswärme wieder abgibt. Das Kondensat wird durch Kapillarkräfte zur wärmeabgebenden Zone zurücktransportiert.
Die Verwendung eines an sich bekannten Wärmerohres führt hier zu einer sehr kleinen Raumform der ganzen Vorrichtung, wobei es den jeweiligen Gegebenheiten belassen ist, ob der wärmeabgebende Kondensator Teil des Wärmerohres allein in den Luftstrom einragt -- der andere Teil des Wärmerohres ist dann außerhalb der Vorrichtung angeordnet --, oder ob die umlaufende Luft nach dem kondensieren am anderen Ende des Wärmerohres vorbeistreicht und von diesem Wärme abzieht.
Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, statt der beschriebenen Wärmerohre den Tropfenabscheidern den Verdampfer eines Kondensators nachzuschalten, an dem ebenfalls die Kondensierung des Luft/Wasser-Gemisches erfolgen kann.
In diesem Falle wird Kältemittel aus dem Verdampfer der Kältemaschine mit Unterdruck zugeführt; aus der Kältemaschine gelangt Heissgas mit etwa 500 C bei 20 atü in einen Kondensatorteil der Kältemaschine, der erfindungsgemäß im Strömungskanal der Vorrichtung dem Verdampfer nachfolgen kann. Im Kondensator entsteht aus dem Heissgas Kältemittel, welches einem Kältemittelsammler zuströmt, um von diesem über ein Einspritzventil dem erwähnten-Verdampfer zugeführt zu werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind beidseits der Tropfenabscheiderprofile auf diese gerichtete Sprühdüsen vorgesehen, wobei die gegen die Strömungsrichtung sprühenden Sprühdüsen intervallweise eingeschaltet werden, um in den Tropfenabscheiderprofilen hängende Rückstände zu beseitigen; dieses Sprühwasser rieselt nach dem Reinigungsvorgang in das Sammelbecken für das Salzwasser zurück.
Die Vorrichtung selbst ist bevorzugt einschließlich aller Becken in einem Gehäuse untergebracht; außerhalb dieses Gehäuses befindet sich lediglich zum einen ein Sonnenkollektor zum Erwårmen des Sprühwassers sowie anderseits die beschriebene Kältemaschine mit Kältemittelsammler; hieraus erhellt die günstige Montage und Handhabungsmöglichkeit der erindungsgemäßen Vorrichtung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in zwei Figuren unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im schematisierten Längsschnitt.
Ein Gehäuse 10 besteht gemäß Fig. 1 aus einer Bodenplatte 11, davon aufragenden Stirn- und Längswänden 12 und 13 sowie einer Dachplatte 14. In etwa einem Drittel der Gehäusehöhe h entsprechendem Abstand i unterhalb dieser Dachplatte 14 spannt sich zwischen den Längswänden 13 ein horizontales Querblech 15.
Ebenfalls einem Drittel der Gehäusehöhe h entspricht der Abstand k der Bodenplatte 11 von einem Zwischenboden 16, unter dem zwei durch eine Mittelwand 17 getrennte# Becken 18,19 zu erkennen sind. Dem in Fig. 1 rechten Becken 19 fließt über -- Förderpumpen 20 enthaltende -- Salzwasserleitungen 21 Salzwasser W zu, vornehmlich Meerwasser; den Zufluß regeln Schwimmerventile 22.
Aus dem Becken 19 gelangt das Salzwasser W über eine Steigleitung 23 zu Sonnenkollektoren 25, von denen esauf beispielsweise 800 C erwärmt -- durch ein Zulaufrohr 26 einer Sprühdüse 27 zugeführt wird. Diese ist etwa in der Mittelachse M eines von Querblech 15 und Zwischenboden 16 begrenzten Strömungskanales 29 angeordnet, und zwar in horizontalem mittlerem Abstand a zu einer in diesem Strömungskanal 29 in Strömungsrichtung z nachgeordneten Wand aus Tropfenabscheiderprofilen 30. Diese Sprühdüse/n 27 erzeugt/erzeugen einen Sprühnebel S aus Luft und Salzwasser W mit einer Temperatur von beispielsweise 800 C, #der bei Durchgang durch die Wand aus den zur Zwischenplatte 16 geneigten Tropfenabscheiderprofilen 30 von Tropfen befreit wird; letztere fallen in eine Sammelmulde 31 und aus dieser durch einen Auslaß 32 in das Becken 79 zurück.
Eine in Fig. 1 mit 28 bezeichnete und gegen die Strömungsrichtung z gerichtete Sprühdüse ist über eine Leitung 26b an den Salzwasserzufluß angeschlossen und wirddank eines Intervallventiles 33 -- periodisch zur Spülung der Tropfenabscheiderprofile 30 kurzzeitig in Betrieb genommen.
Von der Wand aus Tropfenabscheiderprofilen 30 zieht das -- je nach Wahl des Sprühdruckes, der Düsen und der Tropfenabscheiderform aerosolfreie -- hochgesättigte Luft/Wasser-Gemisch mit einer Temperatur von 40 bis 80° C an einem in den Strömungskanal 28 ragenden Kühlende 39 eines Wärmerohres 40 vorbei; an der Außenfläche des Kühlendes 39 erfolgt ein Kondensationsvorgang, in dessen Verlauf salzarmes Brauchwasser H als Kondensat ausfällt und über eine weitere Fangmulde 34 sowie einen Auslaß 35 in das zweite Becken 18 gelangt, wo es -- gegebenenfalls nach biologischer Impfung -- entnommen werden kann. Im Wärmerohr 40 selbst findet ein Wärmetransport statt; die von ihm bei äußerer Kondensation aufgenommene Wärme gelangt in das Wärmeende 41 und wird dort in den Luftkreislauf y zurückgegeben; es ist auch möglich, das Wärmeende 41 in die Umgebungsluft ragen zu lassen. Dessen Bewicklung 42 erhöht die wärmespendende Oberfläche.
Der Luftkreislauf y ist bei einer Aussparung 44 zwischen Querblech 15 und Stirnwand 12 aufwärts am Wärmerohr 40 vorbei-gerichtet in einen oberhalb des Querbleches 15 vorhandenen Windkanal 45 mit Lüfter 46. Die Luft gelangt durch eine weitere Aussparung 47 am anderen Ende des Querbleches 15 zur Sprühdüse 27 zurück.
Dank der Injektorwirkung der Sprühdüse 27 ist es auch möglich,ohne Lüfter 46 einen thermischen Kreislauf mit beispielsweise 1 m/sec. Schubgeschwindigkeit zu erhalten.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist am Querblech 15 unterhalb der linken Aussparung 44 ein Verdampfer 49 einer Kältemaschine 50 angeordnet und oberhalb dieser Aussparung 44 ein Kondensator 51 für die Kältemaschine 50.
Letzterer fließt über eine Leitung 52 Kältemittel mit 0 bis 100 C vom Verdampfer 49 zu, Heissgas mit etwa 500 C steigt bei 20 atü durch eine Leitung 53 zum Kopf des Kältemaschinen-Kondensators 51, an dessen Fußende eine Kältemittelleitung 54 zu einem Kälternittelsamraler 55 führt, von dem eine Ableitung 56 zu einem Einspritzventil 57 des Verdampfers 49 gerichtet ist.
Die Sprühdüsen 27, 28 sind wesentlich größer gestaltet, als die aus Luftwäschern bekannten Sprühdüsen; so ist der übliche Durchmesser des Sprühdüsenkopfes mit mehr als 50 mm zu wählen bei tangentialem Salzwassereintritt.
Durch diese Maßgaben wird ein besonders günstiger Sprühnebel S erreicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE Vorrichtung zum Entsalzen ~von Wasser, insbesondere von Meerwasser, mit einem Wärmegeber für dieses Salzwasser, dadurch gekennzeichnet, daß einem Sprühraum mit wenigstens einer Sprühdüse (27) für über Außentemperatur gewärmtes Salzwasser (W) eine Tropfenabscheidewand (30) und dieser ein Kondensationsraum mit kühlen Kondensationsflächen (39, 49) nachgeschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühraumteil eines von Tropfenabscheiderprofilen (30) durchquerten, etwa horizontalen Strömungsraumes (29) ist, indessen Kondensationszone wenigstens ein Wärmerohr (40) einragt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühraum Teil eines von Tropfenabscheideprofilen (30) durchquerten, etwa horizontalen Strömungsraumes (29) ist, in dessen Kondensationsbereich wenigstens ein Verdampfer (49) einer Kältemaschine (50) einragt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung (z) dem Verdampfer (49) ein Kondensator (51) der Kältemaschine (50) nachgeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kondensator (51) und Verdampfer (49) der Kältemaschine (50) wenigstens ein Kältemittelsammler (55) mit zum Verdampfer gerichtetem Einspritzventil (57) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Einspritzventil (57) ferne Ende des Verdampfers (49) mit dem Kondensator (51) über die Kältemaschine (50) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr (40) mit seinem warmen Wärmerohrende aus dem Gehäuse (10) der Vorrichtung hinausragt.
8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühraum (29) vor den Tropfenabscheiderprofilen (30) mit einem Auslaß (32) an ein Salzwasserbecken (19) angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationszone über einen Auslaß (35) mit einem Kondensatsammelbecken (18) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (32, 35) Teil einer Fangschale (31,34) ist.
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch geken#nzeichnet, daß beidseits der Tropfenabscheiderprofile (30) auf diese gerichtete Sprühdüsen (27 und 28) vorgesehen sind, wobei mindestens die gegen die Strömung (z) gerichtete Düse eine Intervallschaltung (33) aufweist.
12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg (29,45) in einem Gehäuse (10) durch ein Querblech (15) od. dgl. in zwei übereinander angeordnete Abschnitte unterteilt ist, deren unterer (29) den Sprühraum aufnimmt.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am übergang (44) vom unteren in den den oberen Abschnitt des Strömungsweges (29,45> die Kondensationsflächen (39,49) vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche. 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Becken (18,19) unterhalb des Sprühraumes (29) in das Gehäuse (10) integriert ist.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühdüse (29) zumindest ein Sonnenkollektor (25) vorgeschaltet ist.