DE3327958C2

DE3327958C2 - Vorrichtung zum Destillieren von Salzwasser zur Erzeugung von Brauchwasser

Info

Publication number: DE3327958C2
Application number: DE3327958A
Authority: DE
Inventors: Masaharu Kobe Takada
Original assignee: SASAKURA ENGINEERING Co Ltd OSAKA JP
Current assignee: SASAKURA ENGINEERING Co Ltd OSAKA JP
Priority date: 1982-08-06
Filing date: 1983-08-03
Publication date: 1985-05-30
Also published as: FR2531418A1; KR860001490B1; JPS5926184A; FR2531418B1; KR840005706A; DE3327958A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Destillieren von Brauchwasser aus Speise-Salzwasser umfaßt einen Salzwasser-Verdampfer (2) zur Erzeugung eines Dampfes, einen Dampfverdichter (3), der Dampf von dem Salzwasserverdampfer (2) aufnimmt und diesen Dampf verdichtet, sowie einen Dampfkondensator in dem Verdampfer, der den verdichteten Dampf aufnimmt, wobei das Salzwasser verdampft wird, wenn es über den Dampfkondensator in dem Salzwasser-Verdampfer geleitet wird. Der Salzwasser-Verdampfer (2) umfaßt eine Zutrittsleitung (6) für das Speise-Salzwasser und Austrittsleitungen zum Entfernen der Ausgangsprodukte aus dem Salzwasser-Verdampfer (2), wobei die Austrittsprodukte Brauchwasser und konzentriertes Salzwasser umfassen. Eine Wärmepumpe (5) umfaßt einen Pumpenverdampfer (13) und einen Pumpenkondensator (10), die in Wärmeaustausch mit wenigstens einer der Austrittsleitungen (16) und mit dem Salzwasser-Verdampfer (2) stehen, um Wärme von dem Austrittsprodukt auf den Salzwasser-Verdampfer zu pumpen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Destillieren von Salzwasser zur Erzeugung von Brauchwasser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Beim Destillieren von Salzwasser, beispielsweise Seewasser, um Frischwasser mit geringem Energieverbrauch zu gewinnen, kann aus dem Salzwasser erzeugter Dampf direkt verdichtet werden. Hierbei ist es zur weiteren Absenkung des Energieverbrauchs möglich, die Leistungsfähigkeit des Salzwasser-Verdampfers dadurch zu verbessern, daß das Wärmegleichgewicht auch dann aufrechterhalten wird, wenn der Dampfverdichter mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis betrieben wird. Ein anderer Weg, den die vorliegende Erfindung beschreitet, liegt darin, die Energiemenge zu reduzieren, die erforderlich ist, um den Verdampfer auf seiner Arbeitstemperatur zu halten (die oberhalb der Umgebungstemperatur liegt).

Wenn Energie eingespart wird, daß der Dampfverdichter mit geringem Verdichtungsverhältnis betrieben wird, ist die Wärmemenge, die aus der Antriebsleistung nutzbringend umgesetzt wird, verhältnismäßig klein, und daher trägt sie nur wenig dazu bei, den Verdampfer, dem das kalte Salzwasser zugeführt wird, auf einer vorbestimmten höheren Temperatur (etwa 72°C im vorliegenden Fall) zu halten. Demzufolge ist eine zusätzliche äußere Energie erforderlich, lediglich um den Verdampfer auf einer hohen Temperatur zu halten. Daher wird der gesamte Energieverbrauch groß, wenn die zusätzliche Energiemenge nicht reduziert wird.

Bei einer bekannten Vorrichtung der gattungsgemäßen Art (DE-OS 14 44 321) mit Dampfverdichtung wird ein Wärmetauscher verwendet, der die Wärme von dem Brauchwasser und/oder dem abgeführten konzentrierten Salzwasser in das Rohwasser oder Salzwasser überträgt. Dies ist jedoch nicht ausreichend, um das Salzwasser auf einer Verdampfungstemperatur zu halten, die hoch genug ist, um eine wirksame Verdampfung zu bewirken.

Um diesen Mangel an Wärme auszugleichen, sind einige andere Verfahren durchgeführt worden, beispielsweise die Zufuhr von extern erzeugtem Dampf oder die Verwendung von Abgaswärme. Am häufigsten wird aber eine elektrische Heizung benutzt. Jedoch können elektrisch nur 860 kcal pro kWh an Wärme erzeugt werden, wenn eine elektrische Heizung benutzt wird, und

dies ist eine der teuersten Energiequellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der der Energieverbrauch noch weiter herabgesetzt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch gekennzeichnet

Hierbei wird die Wärme, die in den Austrittsprodukten Brauchwasser und/oder konzentriertes Salzwasser enthalten ist, durch die Wärmepumpe dem Verdampfer eines mit Dampfverdichtung arbeitenden Destilliergeräts zugeführt, wodurch die normale Verdampfung wirksam bei einer hohen Temperatur erfolgt, jedoch mit vermindertem elektrischen Energieverbrauch im Vergleich mit einer direkten elektrischen Heizung.

Als numerisches Beispiel sei angegeben, daß ein Verdampfer eine Wärmemenge von 12 040 kcal/h benötigu um eine Verdampfung bei etwa 70° C durchzuführen. Wenn diese Wärmemenge durch eine elektrische Heizvorrichtung zugeführt wird, wäre der äquivalente Energieverbrauch etwa 14 kWh. Wenn auf der anderen Seite mittels einer 5,5 kW-Wärmepumpe die Temperatur von 14° C erhöht wird, ergäbe sich eine Wärmemenge von etwa 7730 kcal/h, gemäß den Daten der handelsüblichen Wärmepumpen. Da diese Wärmemenge von 5.5 kW äquivalent mit 4730 kcal/h (5,5 kW χ 860 kcal/h) ist, beträgt die für das Beheizen wirksame Wärmemenge 7730 +4730 = 12 460 kcal/h, was etwa der Wärme im Falle der oben betrachteten elektrischen Heizvorrichtung entspricht. Es führt aber zu einem Energieverbrauch von 5,5 kWh anstelle von 14 kWh. so daß man denselben Heizeffekt mit etwa 1 :2.5 der Leistung erhält.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Destilliervorrichtung schematisch dar.

Die dargestellte Destilliervorrichtung enthält ein Salzwasser-Destilliergerät 1 mit einem Verdampfer 2 und einem motorgetriebenen Dampfverdichter 3, einen Wärmetauscher 4 und eine Wärmepumpe 5, die Wärme aus abgegebenem konzentriertem Salzwasser in das zugeführte Speisewasser überträgt. Die Wärmepumpe 5 umfaßt einen motorgetriebenen Kompressor 11, einen Kondensator 10, ein Expansionsventil 12 und einen Verdampfer 13, die alle in einem geschlossenen Kreis verbunden sind, in dem ein Wärmeträger, ζ. B. halogenierter Kohlenwasserstoff umläuft.

Rohes Salzwasser, das Grundwasser, industrielles Abwasser oder Salzwasser sein kann, wird mit einer Temperatur von etwa 15° C durch ein Rohr 6 aufgenommen und auf zwei Rohrbündel 7 und 8 im Wärmetauscher 4 aufgeteilt, wo es Wärme mit dem Brauchwasserkondensat und mit dem konzentrierten Salzwasser tauscht. Das Brauchwasser und das konzentrierte Wasser sind in dem Wärmetauscher 4 voneinander getrennt, und das rohe Salzwasser wird auf etwa 68° C erwärmt. Die Zweige 7 und 8 vereinigen sich hinter dem Wärmetauscher 4, und das rohe Salzwasser gelangt durch ein Rohr 9 in den Kondensator 10 der Wärmepumpe 5.

In dem Verdampfer 13 der Wärmepumpe entzieht der Wärmeträger dem konzentrierten Salzwasser Wärme, das eine Temperatur von etwa 19°C hat und aus dem Wärmetauscher 4 über eine Pumpe 14 und eine Leitung 15 zugeführt wird. Das konzentrierte Salzwasser wird in dem Verdampfer 13 weiter abgekühlt und dann über eine Leitung 16 abgelassen.

Der Wärmeträgerdampf mit einer Temperatur von etwa 14⁰C wird durch den Kompressor 11 adiabatisch

verdichtet und dabei auf etwa 73° C erwärmt Der Wärmeträger strömt dann in den Kondensator 10, wo er im Wärmeaustausch mit dem Salzwasser steht Der Wärmeträger kondensiert und gibt die Kondensationswärme an das Salzwasser ab, das dabei auf etwa 68° C bis etwa 71 ° C erwärmt wird.

Auf diese Weise wird das zugeführte Salzwasser ein erstes Mal durch wiedergewonnene Abwärme aus dem Abwasser, das das Destilliergerät 1 über den Wärmeaustauscher 4 verläßt, und dann ein zweites Mal durch die Kondensationswärme des Wärmeträgers im Kondensator 10 erwärmt

Das Salzwasser gelangt dann durch eine Leitung 17 in einen Trog 18 im Verdampfer 2, und aus dem Trog wird es gleichmäßig auf horizontale Wärmeübertragungsröhren 19 gesprüht. Der Wasserdampf in dem Raum um die Röhren 19 hat eine Temperatur von etwa 73,5° C und wird von dem Dampfverdichter 3 verdichtet und dann in die Röhren 19 eingeführt Der Wasserdampf wird an der äußeren Oberfläche der Röhren 19 gebildet und strömt durch ein Rohr 20 zum Verdichter 3. Das nicht verdampfte oder konzentrierte Salzwasser sammelt sich am Boden 21 des Verdampfers 2 und gelangt durch eine Leitung 22 mit einer Temperatur von etwa 72⁰C zu den Röhren 8 des Wärmetauschers 4, wo es das rohe^ Salzwasser erwärmt

In den Wärmeübertragungsröhren 19 kondensiert der verdichtete Wasserdampf. Das Kondensat fließt aus den Röhren 19 in einen Kondensatsammeiraum 23, durchströmt eine Leitung 24 und wird mit einer Temperatur von etwa 73,5⁰C den Röhren 7 des Wärmetauschers 4 zugeführt, wo es das rohe Salzwasser erwärmt Dabei wird es auf etwa 19°C abgekühlt, bevor es über eine Pumpe 25 und ein Rohr 26 abgeführt wird.

Ein oberer Teil des Kondensatsammeiraums 23 steht in Verbindung mit einer Gasabzugsvorrichtung 27, die das nicht kondensierbare Gas in die Atmosphäre abführt

Es ist klar, daß die Kondensationswärme des Wärmeträgers im Kondensator 10, die im Effekt dem Verdampfer 2 Wärme zuführt auch auf andere Weise dem konzentrierten Salzwasser oder dem Kondensat an einer geeigneten Stelle im Verdampfer 2 statt dem rohen Salzwasser im Kondensator 10 zugeführt werden kann. In allen diesen Fällen wird die Wärme dem Verdampfer 2 zugeführt Auch kann die Wärme durch den Verdampfer 13 auf andere Weise wiedergewonnen werden, beispielsweise aus dem Kondensat in der Leitung 26, wie es durch die gestrichelten Linien 28 angedeutet ist, statt aus dem konzentrierten Salzwasser.

Bei dieser Vorrichtung sind mithin ein mit Dampf-Kompression arbeitendes Salzwasser-Desiilüergerät und eine Wärmepumpe so kombiniert, daß die Konden sationswärme des verdichteten Wärmeträgers dem De stilliergerät zugeführt wird, um die Verdampfungstemperatur des Salzwassers zu erhöhen. Dies führt zu der erforderlichen Erwärmung mit einem elektrischen Energieverbrauch in der Größenordnung von etwa 1 :2,5 desjenigen Energieverbrauchs, der in einem konventionellen System benötigt wird, das für die Erwärmung eine elektrische Heizvorrichtung aufweist.

Daher kann bei dieser Destilliervorrichtung die Verdampfung unter Zuführung einer verhältnismäßig ge- ringen elektrischen Energiemenge wirksam durchgeführt werden. Die Vorrichtung ist zur Erzeugung von Frischwasser und/oder konzentriertem Wasser geeignet, ohne daß ein Boiler od. dgl. erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Destillieren von Salzwasser zur Erzeugung von Brauchwasser mit einem Verdampfer. der Wärmeübertragungsröhren aufweist, einem daran angeschlossenen Dampfverdichter und einer Leitung zum Zuführen des rohen Salzwassers in den Verdampfer, die einen Wärmetauscher aufweist, der durch Leitungen mit dem Kondensatsammeiraum und dem Boden des Verdampfers verbunden ist sowie Leitungen zum Abführen von abgekühltem Kondensat und abgekühltem konzentriertem Salzwasser (Austrittsprodukte) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer(13) einer Wärmepumpe (5) mit der Abführ'situnp mindestens eines Austrittsprodukts und der Kondensator (10) der Wärmepumpe mit der Leitung (9/17) zum Zuführen des rohen Salzwassers verbunden sind.

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