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Einrichtung zur Wasserentsalzung durch Sonnenenergie
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wasserentsalzung durch
Sonnenenergie mit einem Verdunstungsbehälter, der einen luftdicht nach außen abgeschlossenen,
mit einer lichtdurchlässigen Wandung versehenen Verdunstungsraum aufweist, an dem
ein mit einer Sperrvorrichtung versehenes, nach außen geführtes Austrittsrohr angeschlossen
ist und in dem sich am Behälterboden eine Wanne für salzhaltiges Wasser befindet,
an der ein von außen zugeführtes Zuführungsrohr für salzhaltiges Rohwasser angeschlossen
ist.
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Eine derartige Einrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
30 15 254 bekannt. In ihrem Verdunstungsbehälter verdunstet während der Sonneneinstrahlung
am Tage das salzhaltige Wasser in der Wanne am Behälterboden und schlägt sich nachts
innen an der lichtdurchlässigen Wandung als Kondensat nieder, von wo es in eine
Auffangrinne im Verdunstungsraum des Verdunstungsbehälters abgeleitet wird. Wegen
der durch die Sonneneinstrahlung im Verdunstungsraum des Verdunstungsbehälters bewirkten
Verdunstung des salzhaltigen Wassers bildet sich im Verdunstungsraum tagsüber ein
Überdruck aus, aufgrund dessen nicht nur ein Teil der im Verdunstungsraum befindlichen
Luft durch das Austrittsrohr, durch das Zuführungsrohr für salzhaltiges Rohwasser
und durch ein von der Auffangrinne abgehendes Ausführungsrohr für Kondensat nach
außen gepumpt wird, sondern auch Sole aus
der Wanne am Behälterboden
durch das Zuführungsrohr für salzhaltiges Rohwasser und aus niedergeschlagenem Wasser
bestehendes Kondensat durch das an der Auffangrinne angeschlossene Ausführungsrohr.
Nachts hingegen schlägt sich das im Verdunstungsraum des Verdunstungsbehälters verdunstete
Wasser nieder. Im Verdunstungsraum bildet sich deshalb ein Unterdruck aus, und salzhaltiges
Rohwasser wird durch das entsprechende Zuführungsrohr hindurch in die Wanne im Verdunstungsraum
am Behälterboden angesaugt. Eine Rückstromsperrvorrichtung im Ausführungsrohr für
Kondensat sorgt während dieser Nachtzeit dafür, daß kein aus kondensiertem Wasser
bestehendes Kondensat während dieser Nachtzeit wieder durch dieses Ausführungsrohr
zurück in die Auffangrinne im Verdunstungsraum des Verdunstungsbehälters gelangt.
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Wie sich herausgestellt hat, hat die bekannte Einrichtung eim Pumpvermögen
für salzhaltiges Rohwasser, das ihre Destillationsleistung erheblich übertrifft.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung
weiterzubilden und ihre Destillationsleistung zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung der eingangs erwähnten
Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.
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Im Entspannungsverdampfer der erfindungsgemäßen Einrichtung wird nicht
nur zusätzlich der durch eingefangene Sonnenenergie gewonnene Wärmeinhalt der aus
dem Verdunstungsbehälter abgepumpten Sole zum Verdunsten von
Wasser
aus der Sole herangezogen, sondern auch die beim Kondensieren dieses verdunsteten
Wassers abgegebene Kondensationswärme zum Verdunsten von salzhaltigem Rohwasser
im Verdunstungsraum des Verdunstungsbehälters, so daß eine verbesserte Destillationsleistung
erzielt wird.
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Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung im Sinne der Verbesserung
der Destillationsleistung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert: Fig. 1 zeigt schematisch einen Berohrungsplan
einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Fig. 2 und Fig. 3 zeigen im Längsschnitt eine praktische Ausführungsform
eines Entspannungsverdampfers aus Fig. 1.
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Die Einrichtung nach Fig. 1 weist einen Verdunstungsbehälter 2 auf
mit einem Behälterboden 4, an dem eine Wanne 5 für salzhaltiges Wasser ausgebildet
ist. Diese Wanne 5 ist mit einem eiförmigen Deckel gasdicht verschlossen, der eine
lichtdurchlässige Wandung 2a darstellt und einen Verdunstungsraum 2b über der Wanne
5 bildet. Innerhalb dieses Verdunstungsraumes 2b befindet sich über der Wanne 5
eine ringförmige Auffangrinne 17 für
Kondensat, das auf der Innenseite
der lichtdurchlässigen Wandung 2a unter Einwirkung der Schwerkraft in die Auffangrinne
17 hinabläuft.
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Die Einrichtung nach Fig. 1 weist ferner einen Zusatzverdunstungsbehälter
20 auf, der genauso aufgebaut ist wie der Verdunstungsbehälter 2 und dementsprechend
eine am Boden 21 ausgebIldeten Wanne 22 für salzhaltiges Wasser aufweist, die mit
einem eiförmigen Deckel gasdicht verschlossen ist, der eine lichtdurchlässige Wandung
20a darstellt und einen Verdunstungsraum 20b bildet. Auch im Verdunstungaraum 20b
de s des Zusatzverdunstungsbehälters 20 ist über der Wanne 22 eine ringförmige Auffangrinne
27 für Kondensat angeordnet, das innen an der Wandung 20a unter Einwirkung der Schwerkraft
nach unten in die Auffangrinne 27 abldut.
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Weiterhin gehören zu der Einrichtung nach Fig. 1 drei vertikal übereinander
angeordnete, zueinander in Serie geschaltete Entspannungsverdampfer 7, denen noch
ein auf dem obersten Entspannungsverdampfer 7 angeordneter Wärmetauscher 23 zugeordnet
ist.
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Jeder der Entspannungsverdampfer 7 weist eine Entspannungs- und Verdampfungskammer
7b auf, in der eine Kondensatauffangabteilung 7c mit zugeordnetem, innerhalb der
Entspannungs- und Verdampfungskammer 7b befindlichen Kühlrohr 11 ausgebildet ist.
Die Kondensatauffangabteilung 7c eines jeden Entspannungsverdampfers 7 ist durch
ein Steigrohr 14 mit den Kondensatauffangabteilungen 7c der benachbarten Entspannungsverdampfer
7 verbunden. Desgleichen ist die Entspannungs- und Ver-
dampfungskammer
7b eines jeden Entspannungsverdampfers 7 durch ein weiteres Steigrohr 13 mit der
Entspannungs-und Verdampfungskammer 7b des benachbarten Entspannungsverdampfers
7 verbunden. Die Kondensatauffangabteilung 7c des obersten Entspannungsverdampfers
7 ist über ein Steigrohr 14 mit einer Kondensatkammer 23c des Wärmetauschers 23
verbunden. Diese Kondensatkammer 23c ist flüssigkeitsdicht gegenüber einer Solekammer
23b des Wärmetauschers 23 abgeschlossen, die über ein Steigrohr 13 mit der Entspannungs-
und Verdampfungskammer 7b des obersten Entspannungsverdampfers 7 in Verbindung steht.
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Die Einrichtung nach Fig. 1 weist schließlich noch einen Soleableitungskanal
32, einen Kondensatbehälter 33 für entsalztes Wasser und einen Zufuhrkanal 36 für
salzhaltiges Rohwasser auf.
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Die Kühlrohre 11 in den Entspannungsverdampfern 7 sind untereinander
und mit dem Kühlrohr 24 im Wärmetauscher 23 in Serie geschaltet. Das Kühlrohr 24
ist schließlich über ein Rückschlagventil 15, das in Richtung des Zufuhrkanals 36
für salzhaltiges Rohwasser sperrt, mit diesem Zufuhrkanal 36 verbunden. Das Kühlrohr
11 des untersten Entspannungsverdampfers 7 ist über ein Zuführungsrohr6 für salzhaltiges
Rohwasser mit der Wanne 5 des Verdunstungsbehälters 2 verbunden, der sich auf einem
höheren geodätischen Niveau befindet als die übereinander angeordneten Entspannungsverdampfer
7 und der diesen Entspannungsverdampfern 7 zugeordnete Wärme-
tauscher
23. Innerhalb der Wanne 5 ist ein an diesem Zuführungsrohr 6 angeschlossener Saugstutzen
45 mit einem Schwimmerventil 46 versehen.
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Ein am Behälterboden 4 des Verdunstungsbehälters 2 innerhalb der Wanne
5 angeordneter Druckstutzen 56 ist über ein Abführungsrohr 12 für Sole mit der Wanne
22 im Zusatzverdunstungsbehälter 20 verbunden. Der Behälterboden 21 dieses Zusatzverdunstungsbehälters
20 befindet sich auf einem niedrigeren geodätischen Niveau als der unterste Entspannungsverdampfer
7. In diesem Behälterboden 21 ist ein Saugstutzen 51 angeordnet, an dem das Abführungsrohr
12 angeschlossen ist. Innerhalb der Wanne 22 ist der Saugstutzen 51 mit einem Schwimmerventil
52 versehen. Ferner ist innerhalb der Wanne 22 ein in diese Wanne 22 hineinragender,
am Boden 21 angeordneter Druckstutzen 57 vorgesehen, an dem die Fortsetzung des
Abführungsrohres 12 für Sole angeschlossen ist, welche außerhalb des Zusatzverdunstungsbehälters
20 zu einem Ansaugstutzen geführt ist, der sich innerhalb der Entspannungs- und
Verdampfungskammer 7b am Boden 10 des untersten Entspannungsverdampfers 7 befindet.
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Ein an der Auffangrinne 17 für Kondensat im Verdunstungsraum 2b des
Verdunstungsbehälters 2 angeschlossenes, nach außen geführtes Verbindungsrohr 18
und ein in ähnlicher Weise an der Auffangrinne 27 im Verdunstungsraum 20b des Zusatzverdunstungsbehälters
20 angeschlossenes, nach außen geführtes Verbindungsrohr 28 sind über ein am Boden
10 des untersten Entspannungsverdampfers 7 angeordnetes Steigrohr mit der Kondensatauffangabteilung
7c in der Entspannungs- und Verdampfungskammer 7b des untersten Entspannungsverdampfers
7 verbunden.
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Die Solekammer 23b des Wärmetauschers 23 kommuniziert über eine Rohrleftung
9, in der sich ein in Richtung des Wärmetauschers 23 sperrendes Rückschlagventil
8 befindet, mit dem Verdunstungsraum 2b des Verdunstungsbehälters 2, an dem diese
Rohrleitung 9 über ein nach außen geführtes Austrittsrohr 3 angeschlossen ist, das
im höchsten Punkt des eiförmigen, die Wandung 2a bildenden Deckels des Verdunstungsbehälters
2 angeordnet ist. In diesem Austrittsrohr 3, das zum Kondensatauffangbehälter 33
führt, befindet sich zwischen diesem Kondensatauffangbehälter 33 und der Anschlußstelle
der Rohrleitung 9 ein Rückschlagventil 16, das in Richtung des Verdunstungsbehälters
2 sperrt. Weiterhin ist die Kondensatkammer 23c des Wärmetauschers 23 über ein Kondensatabführuiigsrohr
44 mit dem Kondensatsammelbe hälter 33 verbunden.
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An der von der Solekammer 23b des Wärmetauschers 23 abgehenden Rohrleitung
9 ist vor dem Rückschlagventil 8 eine Soleauslaßleitung 25 abgezweigt, die zum Soleableitungskanal
32 führt. In dieser Rohrleitung 9 befindet sich vor dem Rückschlagventil 8 ein Sammler
59, der geodätisch oberhalb des Verdunstungsbehälters 2 angeordnet ist und mit dem
die geodätischen Höchstpunkte 60 des Kondensatabführungsrohres 44, der Aufnahmeleitung
26 für salzhaltiges Rohwasser und der Soleauslaßleitung 25 durch Rohre, im Falle
der Soleauslaßleitung 25 durch die Fortsetzung der Rohrleitung 9 verbunden sind.
In den geodätischen Höchstpunkten 60 sind entsprechende T-Stücke angebracht.
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Während des Tages strahlt die Sonne durch die lichtdurchlässigen Wandungen
2a und 20a in die Verdunstungsräume 2b und 20b des Verdunstungsbehälters 2 und des
Zusatzverdunstungsbehälters 20, so daß salzhaltiges Wasser in den Wannen 5 und 22
des Verdunstungsbehälters 2 und des Zusatzverdunstungsbehälters 20 verdampft. In
den Verdunstungsräumen 2b und 20b der Verdunstungsbehälter 2 und 20 bildet sich
deshalb ein Überdruck aus. Dieser Uberdruck bewirkt im Falle des Zusatzverdunstungsbehälters
20, daa Sole aus der Wanne 22 durch das Abführungsrohr 12 in die Entspannungs- und
Verdampfungskammer 7b des untersten Entspannungsverdampfers 7 gepreßt wird.
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Desgleichen wird Sole aus der Wanne 5 des Verdunstungsbehälters 2
unter Einwirkung des im Verdunstungsraum 2b dieses Verdunstungsbehälters 2 aufgebauten
Überdruckes und aufgrund der höheren geodätischen Lage der Wanne 5 des Verdunstungsbehälters
2 gegenüber der Wanne 22 des Zusatzverdunstungsbehälters 20 durch das Abführungsrohr
12 in die Wanne 22 des Zusatzverdunstungsbehälters 20 gepreßt. Sein Schwimmerventil
52 sorgt dafür, daß der Spiegel des salzhaltigen Wassers in der Wanne 22 eine bestimmte
vorgegebene Höhe zwischen der Auffanvgrinne 27 und dem Boden 21 nicht übersteigt.
Über das Rückschlagventil 16 findet ferner eine Entgasung, d.h. im wesentlichen
eine Entluftung des Verdunstungsraumes 2 des Verdunstungsbehälters 2 über das Austrittsrohr
3 in den Kondensatauffangbehälter 33 statt. Die durch das Abführungsrohr 12 aus
dem Zusatzverdunstungsbehälter 20 in den untersten Entspannungsverdampfer 7 gepreßte
Sole steigt durch die Soleüberlaufrohre15 der einzelnen übereinander angeordneten
Entspannungsverdampfer 7 in die Entspannungs- und Verdampfungskammem 7b dieser über-
einander
angeordneten Entspannungsverdampfer 7 und in die Solekammer 23b des Wärmetauschers
23, aus der sie über die Rohrleitung 9 in den Soleableitungskanal 32 gelangt. Die
heiße Sole entspannt sich auf ihrem Weg von dem untersten Entspannungsverdampfer
7 zum Wärmetauscher 23 am oberen Ende der aus den Entspannungswärmetauschern 7 bestehenden
Wärmetauschersäule entsprechend der zunehmenden geodätischen Höhe, so daß ein gewisser
Wasseranteil dieser Sole in den Entspannungs- und Verdampfungskammern 7b der Entspannungsverdampfer
7 verdampft. Der gebildete Dampf kondensiert an den den Kondensatauffangabteilungen
7c in den Entspannungsverdampfern 7 zugeordneten Kühlschlangen 11, und das Kondensat
tropft in diese Kondensatauffangabteilung 7c. Nicht nur die Sole, sondern auch das
Kondensat steigt entsprechend der Abkühlung in den Steigrohren 13 bzw. 14 von Entspannungs-
und Verdampfungskammer 7b zu Entspannungs- und Verdampfungskammer 7b nach oben,
um schließlich durch den Wärmetauscher 23 hindurch in den geodätisch tiefer liegenden
Soleabflußkanal 32 bzw. in den tiefer liegenden Kondensatsammelbehälter 33 zu gelangen.
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Der während der Sonneneinstrahlung in den Verdunstungsräumen 2b und
20b aufgebaute Überdruck preßt auch das in den Auffangrinnen 17 und 27 des Verdunstungsbehälters
2 und des Zusatzverdunstungsbehälters 20 befindliche kondensierte Wasser durch das
Verbindungsrohr 18 bzw.
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28 in die Kondensatauffangabteilung 7c des untersten Entspannungsverdampfers
10.
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Das Kondensatabführungsrohr 44 sowie die Soleauslaßleitung 25 und
die Aufnahmeleitung 26 für salzhaltiges Rohwasser werden über die Rohrleitung 29
und das Rückschlagventil 8 in das Austrittsrohr 3 entgast.
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Während der Nacht kondensiert bei fehlender Sonneneinstrahlung das
im Verdunstungsbehälter 2 und im Zusatzverdunstungsbehälter 20 verdampfte Wasser
und schlägt sich innen an der lichtdurchlässigen Wandung 2a bzw.
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20a nieder, von wo es in die Auffangrinnen 17 bzw. 27 abläuft. Aufgrund
des sich ausbildenden Unterdruckes wird salzhaltiges Rohwasser aus dem Zufuhrkanal
36 über die Aufnahmeleitung 26, die Kühlmittelseite 24 des Wärmetauschers 23 und
die Kühlrohre 11 der Entspannungsverdampfer 7 sowie über das Zuführungsrohr 6 in
die Wanne 5 des Verdunstungsbehälters 2 gesaugt, in der das Schwimmerventil 46 dafür
sorgt, daß der Spiegel des salzhaltigen Wassers eine vorbestimmte Höhe zwischen
dem Behälterboden 4 des Verdunstungsbehälters 2 und der Auffangrinne 17 nicht übersteigt.
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Wie Fig. 2 zeigte kann ein Entspannungsverdampfer 7 in einer konkreten
Ausführungsform ein Gefäß mit einem hohlzylinderförmigen Gefäßmantel 50 aufweisen,
das mit einem flachen Bodenblech 10 versehen ist, welches mit dem Gefäßmantel 50
luftdicht verschweißt, verlötet oder verklebt ist. Ferner weist dieses Gefäß ein
Deckelblech 51 auf, welches nach außen gewölbt ist und über eine Dichtung 63 am
oberen Rand des Gefäßmantels 50 luftdicht anliegt. Zwischen diesem Deckelblech 51
und dem Bodenblech 10 des nächsthöheren Entspannungsver-
dampfers
7, mit dem dieses Deckelblech 51 unter Ausbildung eines "doppelten Bodens" verschweißt,
verlötet oder verklebt ist, befindet sich eine Schicht 52 aus Isolierstoff.
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Innerhalb eines jeden Gefäßes mit dem Gefäßmantel 50 ist auf dem Bodenblech
10 koaxial ein Hohlzylinder 53 mit Abstand vom Deckelblech 51 angeordnet, dessen
Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Gefäßmantels 50. Der Zwischenraum
zwischen dem Gefäßmantel 50 und dem Hohlzylinder 53 bildet die Kondensatauffangabteilung
7c des betreffenden Entspannungsverdampfers 7, in der jeweils ein Kühlrohr 11 in
Form einer koaxialen Wendel angeordnet ist. Ein Steigrohr 14 ist vom Zwischenraum
zwischen dem Hohlzylinder 53 und dem Gefäßmantel 50 durch das Deckelblech 51, die
Isolierschicht 52 und das Bodenblech 10 des nächsthöheren Entspannungsverdampfers
7 hindurch in den Zwischenraum zwischen dem Hohlzylinder 53 und dem Gefäßmantel
50 dieses nächsthöheren Entspannungsverdampfers 7 geführt. Ferner ist durch das
Bodenblech 10 des untersten Entspannungsverdampfers 7 das Verbindungsrohr 18 zur
Auffangrinne 17 des Verdunstu#ngsbehälters 2 geführt, welches in den Zwischenraum
zwischen dem Gefäßmantel 50 und dem Hohlzylinder 53 mündet. In ähnlicher Weise ist
durch das Bodenblech 10 des untersten Entspannungsverdampfers 7 das Abführungsrohr
12 geführt, das innerhalb des Hohlzylinders 53 mündet und an der Wanne 22 des Zusatzverdunstungsbehälters
20 angeschlossen ist. Ein Steigrohr 13 ist ferner durch das Deckelblech 51, die
Isolierschicht 52 und das Bodenblech 10 des nächsthöheren Entspannungsverdampfers
7 geführt, es mündet innerhalb der Hohlzylinder 53 dieser beiden unmittelbar übereinander
angeordneten Entspannungsverdampfer 7.
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Wie Fig. 3 zeigt, unterscheidet sich eine konkrete Ausführungsform
des Wärmetauschers 23 von den Entspannungsverdampfern 7 nach Fig. 2 im wesentlichen
nur dadurch, daß der innerhalb eines zylindrischen Gefäßes mit der Außenwand 55
koaxial auf dem Blechboden 10 angeordnete Hohlzylinder 56 bis zum Deckel 57 reicht
und dort mit Dichtungen 58 versehen ist. Zwischen dem Hohlzylinder 56 und der Außenwand
55 ist die Kondensatkammer 23c ausgebildet, in der auch die durch eine koaxiale
Rohrwendel gebildete Kühlmittelseite 24 angeordnet ist und in die ein durch das
Bodenblech 10 geführtes Steigrohr 14 ausgehend vom am höchsten angeordneten Entspannungsverdampfer
7 mündet. Innerhalb des Hohlzylinders 56 befindet sich die Solekammer 23b, in die
ebenfalls ein durch das Bodenblech 10 geführtes Steigrohr 13 ausgehend vom am höchsten
angeordneten Entspannungsverdampfer 7 mündet.
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Durch den Deckel 57 ist die Rohrleitung 9 ausgehend vom Innenraum
des Hohlzylinders 56 und die Soleauslaßleitung 25 ausgehend vom Zwischenraum zwischen
dem Hohlzylinder 56 und der Außenwand 55 geführt.
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Der durch die übereinander angeordneten Entspannungsverdampfer 7 mit
den Gefäßmänteln 50 und dem Wärmetauscher 23 mit der Außenwandung 15 gebildete Stapel
kann mit Hilfe von Zugankern 59, von denen jeder durch eine Durchführung 62 im Deckel
57 geführt ist, und mit Hilfe von Muttern 61 gegen eine mit Füßen versehene, nicht
dargestellte Grundplatte am Boden des untersten Entspannungsverdampfers 7 verspannt
sein, wobei die einzelnen Gefäße mit den oben offenen Gefäßmänteln 50 mit Hilfe
der Dichtung 63 aufeinander luftdicht abgestützt sind.
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5 Patentansprüche 3 Figuren
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