DE3440842A1

DE3440842A1 - Verfahren und vorrichtung zum entmineralisieren, insbesondere entsalzen von wasser

Info

Publication number: DE3440842A1
Application number: DE19843440842
Authority: DE
Inventors: Manfred Karl-Heinz 1000 Berlin Boers
Original assignee: BOERS MANFRED KARL HEINZ
Current assignee: BOERS MANFRED KARL HEINZ
Priority date: 1984-11-05
Filing date: 1984-11-05
Publication date: 1986-05-07

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Entmineralisieren, insbeson-
dersEntsalzen von Wasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1 und eine Anlage zur Durchftihrung dieses Verfahrens.
Die Versorgung mit trinkbarem Wasser ist für viele gebiete der Erde von ezistenzieller Bedeutung. Die Problematik ist bekannt und es wurden bereits zahlreiche Versuche zur Lösung der auftretenden Probleme unternommen. Insbesondere wurden Wasserentsalzungsanlagen in Kiistenbereichen gebaut.
In diesen Wasserentsalzungsanlagen wurden insbesondere in Gebieten mit hoher Sonneneinstrahlung Meer- oder Salzwassermengen in geschlossenen Kessel- und Rohrsystemen verdampft und in anschließenden Kühlsystemem kondensiert. Derartige Anlagen umfassen zahlreiche wartungbedlirftige Aggregate. Aus diesen, zumeist in Meereshöhe gelegenen Anlagen mußte dann das gewonnene , entsalzte Wasser mittels energieverzehrender Pump- und Wasserturmsystemen zum Verbraucher gefördert werden. wegen der aufwendigen Anlagen und Verteilerprobleme können sich diese Systeme nur zögernd durchsetzen, Der Wasserbedarf kann vielfach nicht befriedigt werden.
Der E findung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur VerfUgung zu stellen, mit denen auf einfachste Weise sowohl das Entmineralisierungs- insbesondere Entsalzungsproblem als auch das Verteilerproblem gelöst werden können.
ERfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die technische Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß dEr Erfindung wird die Ueber einer Wassermenge, beispielsweise einem KUstenbereich vorhandene Wasserdampfphase durch einen Kaminsog in einen Kamin eingeleitet. Dieser Kamin muß nicht notwendigerweise senkrecht verlaufen son3Qrn kann in bergigen oder gebirgigen KUstenbereichen unter Neigungswinkeln zur Horizontalen in die Höhe geführt werden. Falls im gfis tenbereich Küstenbereich entsprechende Höhenunterschiede in der natllrliche landschaft vorhanden sind, kann dieser Ksmin bis in eine Höhe geführt werden, die im Bereich des Kondensationsniveaus liegt. Dieser Höhenunterschied gegenüber dem Ansaugbereich erzeugt eine sehr große Saugwirkung im ;min.
Der bis in diese Höhe im Kamin oder Kaminsystem geförderte Wasserdampf kann in entsprechend in dieser Höhe vorgesehenen Anlage kondensieren und gesammelt werden. Aus dieser Höhenlage ist nun unter Ausnutzung der durch die Förderung im Kamin gewonnenen Druckhöhe in einfachster Weise eine Verteilung des entsalzten oder entmineralisierten Wasser auf tiefer liegende Flächenbereiche möglich. Diese Ausnutzung des Amins zur Anhebung der Wasserdampfphase ,wobei die relative Feuchtigkeit dieser Phase gegebenenfalls bis zum Sättigungspunkt ansteigt, fördert gleichzeitig das Wasser in eine Höhenlage, aus der es nach dem Waaserturmprinzip Uber weite Flächenbereiche ohne zusätzliche Energieaufwand verteilt werden kann.
Der Ansaugbereich kann beliebig gestaltet werden. Es können große Ansaugelemente oder mehrere Ansaugelemente nebeneinander oder im Abstand voneinander vorgesehen sein.
Falls das erreichbare höherliegende Höhenniveau unterhalb des Eondensationsniveaus liegt, besteht die Möglichkeit der Wassermenge, insbesondere im Ansaugbereich der Dampfphase, zusätzliche aus der Sonnenstrahlung gewonnene Wärme zuzuführen. Hierdurch wird die relative Feuchtigkeit der abgesaugten Wasserdampfphase erhöht. Diese Erhöhung der relativen Feuchtigkeit kann so bewerkstelligt werden, daß im Bereich des höhergelegenen Höhenniveaus, bis zu welchem der Kamin oder das Kaminsystem führt, eine Kondensation eintreten kann. Die Kondensation kann dann durch an sich bekannte Eiialungssys teme unterstützt werden.
Zur Erhöhung der relativen Feuchtigkeit der abgesaugten Wasserdampfphase können insbesondere optische Mittel verwendet werden werden, mit denen Sonnenstrahlung auf die Oberfläche der Wassermenge gerichtet, konzentriert oder fokussiert wird.
Hierzu bieten sich Spiegel- und Linsensysteme an. Es ist aber auch möglich die Wassermenge d.urch eine Solarheizung zu beheizen. Zu diesen Zweck können in der Wassermenge im Ansaugbereich der Wasserdampfphase Wärmeaustauscher vorgesehen sein und das Wärme transportmittel kann durch Solarheizröhren, die schwarz gestrichen sind und von Spiegeln umgeben werden, in an sich bekannter Weise geleitet werden.
Es stehen zur Zeit zahlrieche Möglichkeiten zur Verfügung unter Ausnutzung der Sonnenenergie, also ohne zusätzlichen Energieaufwand, insbesondere in tropischen oder sonnenreichen Gebieten, die relative Feuchtigkeit der Wasserdampfphase im Ansaugbereich zu erhöhen.
Sollte die relative Feuchtigkeit der Wasserdampfphase bereits von vornherein so hoch sein, daß eine K ndensation bereits in geringen Höhen eintritt, dann kann eine zu frUhe Kondensation dadurch verhindert werden, daß dem Kamin oder Kaminsystem an zumindest einer vorbestimmten Stelle ausder Sonnenstrahlung gewonnene: Wärme zugefUhrt wird. Diese zuführte Wärme erhöht gleichzeitig den Kaminsog. Eine derarteige Zuführung zusätzlicher Wärme zum Kamin oder Kaminsystem kann auchvorteilhaft sein, wenn man von vornherein zun Erhöhung der Ausbeute die relative Luftfeuchtigkeit der abgesaugten Da.#pfphase möglichst dicht bis zum Sättigungspunkt hin im Bereich der Ansaugstelle durch Solarenergie erhöht.
kon= Zur Erwärmung des Amins kann wieder eine zentrierte Sonnenstrahlung verwendet werden, wobei Spiegel- oder Linsensysteme verwendet werden können. Wenn ein Rohrleitungssystem, welches frei liegt, als Kamin verwendet wird, so kann dieses Rohrleitungssystem in den entsprechenden Berethen geschwärzt werden. Es ist aber auch möglich die Wandungen des Amins als Wärmeaustauscher derart auszubilden, daß an einer entfernten Stelle mittels einer Solarheizung ein Heizmittel erhitzt und dann durch diese Wandung, die mPntelartig ausgebildet sein kann, geleitet wird. Eine weitere Niglichkeit besteht darin, die die Wärme direkt in die Strömung der Wasserdampfphase im Kamin oder Kaminsystem einzuführen. Hierzu können Wårmeaustauscher im Strömungskanal angeordnet werden, die von ebenfalissolar erzeugter Wärme von außen versorgt.
Zur Erleichterung der Kondensation kann es vorteiltaft sein, im Kondensationsbereich in Kondensationsbereichdie Wasserdampfströmung Wasser einzuspritzen. Die Strömung kann durch Abscheider über liralenk- und Prall systeme gefUhrt werden, wobei das kondensierte und entmineralisierte Wasser im Abscheider aufgefangen, gesammelt und einem Vorratsbehaälter zugefUhrt wird.
Falls die geographischen Verhältnisse die Erzeugung eines ausreichenden Kaminsoges nicht zulassen, kann am Ende des Kamins ein Gebläse zur Erzeugung eines Unterdruckes vorgesehen sein. Dieses Gebläse kann baispielsweise über Solarenergie gewonnene Arbeitsenergie angetrieben werden.Es ist aber auch möglich beispielsweise durch Windgeneratoren Strom zum Antrieb des Gebläses zu erzeugen.
Zur Erniedriigung der Temperatur der Strömung des Wasserdampfs im Kaminsystem kann dieser Strömung dadurch Energie dadurch entzogen werden, daß diese Strömung eine Arbeit leistet, beispielsweise können in die Strömung Turbinen wie etwa Axial- oder Radialturbinen eingbaut werden, Die von diesen Turbinen entnommene Energie kann als elektrischer Strom ausgenutzt werden. Durch die Enrergieentnahmen wird die Kondensationsbereitschaft des Wasserdampfes erhöht.
Das kondensierte Wasser befindert sich in einer Höhe, aus der es in tieferliegende Bereiche entweder Fieber Rohrleitungssysteme oder Ueber ein gestaffeltes Becken-und Zisternensystem geführt werden kann.
Die Anlage zur Durchführung der Erfindung weist im Ansaugbereich mindestens einen Ansaugtrichter auf. Von diesem ersteckt sich der Kamin oder das Kaminsystem empor, oder der Kamin/Kaminsystem werden durch ansteigendes Gelände bis auf ein vorbestimmtes höherliegendes Höhenniveau geführt. Wenn das das Gelände es zuläßt, wird das Höhenniveau so gewählt, daß es im Bereich des Kondensationsniveaus des Wasserdampfes liegt. Es ist aber auch möglich, die Kondensation sowohl in größeren alsauch in geringeren Höhen durchzufuhren.
Eine Kondesation in geringerer Höhe erfordert eine entspnechende Kühlung, während eine Kondensation in größeren Höhen dann eine zusätzliche Erhitzung , die unter Verwendung von Solarenergie erfolgt, erforderlich macht. Der Kamin kann als Rohrleitung Uber der Erde geführt werden. Es ist aber auch möglich,den Kamin in die Erde zu verlegen. Neben Rohrleitungssystemen bieten sich auch Kanalsysteme an, zum Beispiel wären solch mit betonierten Wandungen möglich. Die erforderlichen Querschnitte werden aufgrund der benötigten Strömungsbedingungen gewählt. Der Kaminquerschnitt kann sich verjUngen, wobei beispielsweise die Rohrleitung konisch verlaufen kann.
Es kann vorteilhaft sein, daß der Ansaugbereich mit einer lichtdurchlässigen Abdeckung überdacht ist, in die hinein der Absaugtrichter meldet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in der folgenden Beschre.ibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens und Figur 2 eine Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
In Firgur 1 ist eine Wassermenge (1) dargestellt. Bei dieser kann es sich beispielsweise um die Wassermenge in einem Küstenbereich handeln. Es ist aber auch möglich, wie Figur 2 zeigt, daß die Wassermenge in ein Becken (17) eingeleitst oder in diesem gesammelt wird. FUr die erfindungsgemäßen Zwecke kann Meerwasser verwendet werden, Jedoch auch Ab; rack- oder andere verunreinigte Wässer können verwendet werden. Die Wassermenge (Gß kommt in der freien Naturvor und ueber der Oberfläch (2) dieser Wassermenge (1) befindet sich die Wasserdampfphase (3).
Im Im Bereich dieser Wasserdampfphase (3) ist der Ansaugtrichter (7) eines Amins (8) angeordnet. Dieser Kamin (8)igX Gelände, das die Wassermenge (1) umgibt oder an sie angrenzt, aus dem Höhenniveau (G) bis auf ein Höhenniveau (H) geführt. Durhh diesen Höhenunterschied entsteht innerhalb des Kamins ein natUrlicher Sog, der bewirkt, daß im Ansaugbereich (6) Wasserdampf angesaugt und auf die Höhe (H) gefördert wird. Diese Höhe (H) kann im Bereich des Kondensationsniveaus liegen. Der Kamin (8) führt zu einer Kondensationsstation (5). In dieser Xondensationsstation (5) erfolgt die Kondensation des Wasserdampfes. Das so gewonnene entsalzte und entmineralisierte Wasser wird gesammelt und kann dann iinem Verteilersystem (18) zugeführt werden. Für die Verteilung des Wassers auf einen großen Flächenbereich wird die durch die Förderung im Kamin (8) gewonnene Druckhöhe (P) ausgenutzt. Der im Kamin erzeugte Sog (4) ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Sollte der Höhenunterschied zwischen den Höhen (G) und (H) zur Erzeugung eines ausreichenden Soges nicht die erforderliche Größe haben, so kann ein zusätzliches Gebläse (15) vorgesehen sein, welche im Kamin (8) einen Sog erzeugt.
Dieses Gebläse kann durch Windenergie oder Solarenergie angetrieben werden.
Im Ansaugbereich (6) kann zusätzlich der Oberfläche (2) der Wassermenge Wärme Q1 zugeführt werden uzw Wärme, die aus der Sonnenenergie gewonnen wurde. Ferner kann der Kamin (8) an vorbestimmten Stellen (13) mit einer zusätzliche Wärmemenge (Q2) gespeist werden. Wie Figur 1 zeigt, besteht die Möglichkeit aus der Strömung im Eanal (8) Energie zu entnehmen. Beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist eine Bypassleitung (20) dargestellt, in die eine Turbine (16) eingebaut ist.
An der mit (13) bezeichneten Stelle kann der Kamin (8) beispielsweise geschwärzt sein. An dieser Stelle könmen solargespeiste Wärmeaustauscher im Rohrmantel oder sogar sogar innerhalb der Rohrströmung vorgesehense.in. Es können aber auch Spiegel- oder Linsensysteme vorgesehen sein, die an ausgewählten Stellen (13) den Kamin (8) erwärmen.
Figur 2 zeigt schematisch eine Wassermenge (1), die einem Flachen Becken (17) angeordnet ist. Als Kamin ist ein konisches Rohr (19) vorgesehen und das Ansaugend des Kafins ist von einer Abdeckung (10) umgeben, die Lichtdurchlässig ist. Im An3augbereich (6) wird die Wasseroberfläche (2) zusätzlich bestrahlt. Hierzu ist ein optisches System Dargestellt, das ein Spiegel- oder Linsensystem sein kann. X Es können auch innerhalb der Wassermenge (1) Wärmeaustausche (12) angeordnet sein und das Heizmittel kann an einer anderen Stelle durch Sonnenstrahlung erhitzt werden. Beim dargestellten Ausflfhrungsbeispiel wird das Rohr (19) im Bereich eines bergigen Geländes (B) nach oben gefUhrt. Die senkrechte Aljlfwärtsführung ist wiederum rein schematisch und es sind ohne Weiteres Schrägfuhmuigen möglich. Im Rohr (19) ist eine Turbine (23) vorgesehen, die z.B. elektirschen Strom erzeugen kann. in der Höhe (H) ~ind im Rohr (19) mehrere Abscheider (14) hintereinander angeordnet, in denen Prallelemente (21) oder WAssersprEhdüsen (22) angeordnet sein können. Diese Abscheider (14) sind mit einem Zisternensystem verbunden, von dem tiefer liegendes Gelände bewässert werden kann.
- L e e r s e i t e -

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Ezitmineralisieren, insbesondere Entsalzen von Wasser P a t e n t a n s p r ü ch e 1. Verfahren zum Entmineralisieren, insbesondere Entsalzen von Wasser in der freien Natur und zur Verteilung des gewonnen Wassers auf vorbestimmte Flächenbereiche, dadurch gekennzeichnet, daß die ueber der Oberfläche (2) einer Wassermenge (1) in der freien Natur vorhandene Wasserdampfphase (3) mittels eines Kaminsoges (4) angesaugt und in einen Kamin (8) oder ein waminsystem eingeleitet und in diesem auf ein, über dem Höhenniveau (G) der Oberfläche (2) dieser Wassermenge (1) liegendes Höhenniveau (H) durch den Kaminsog (4) gefördert, und im Bereich dieses Höhenniveaus (H) kondensiert wird, daß das kondensierte, entmineralisierte, insbesondere entsalzte Wasser aufgefangen , gesammelt und unter Ausnutzung der gewonnenen Druckhöhe (P) auf tiefer liegende Flächenbereiche verteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassermenge (1), insbesondere im Ansaugbereich (6) der Wasserdampffhase (3) zusätzliche, aus der Sonnenstrahlung gewonnene Wärme (Q1) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet daß durch optische Mittel zusätzliche Sonnenstrahlung auf die Oberflaäche (2) der Wassermenge (1), insbesondere im Ansaugbereich (6) der Wasserdampfphase (3), gerichtet und/oder konzentriert (fokussiert) wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge (1), insbesondere im Ansaugbereich (6) der Wasserdampfphase (3) durch eine Solarheizung (12) beheizt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß dem Kamin (8) oder Kaminsystem an zumindest einer vorbestimmten Stelle (13) aus der Sonnenstrahlung gewonnene Wärme (Q2) zugefiihrt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (8) oder das Kaminsystem an zumindest einer vorbestimmten Stelle (13) einer direkten und/oder konzentrierten (fokussierten) Sonnenstrahlung ausgesetzt wirds
7. Anspruch nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen des Kamins (8) oder des xaminsystems zumindest an einer vorbestimmten Stelle (13) mittels einer Solarheizung beheizt werden.
8. Verfahren nach einer der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Strömung der Wasserdampfphase im Kamin (8) oder Katainsystem zumindest an einer vorbestimmten Stelle (13) mittels in dieser angeordneter, solargeheizter Wärme auf scher, Wärme zugeführt wird.
Verfahren 9. Verfahren nach einem der AnsprUche 1 bis 8 dadurch gekennrteichnet, daß die Strömung der Wasserdampfphase im Kamin (8) oder Rminsystem im Bereich des höher liegenden Höhenniveaus (E) zur Kondensation gekühlt wird.
10. Verfahren nach einem der AnsprUche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß in die Strömung der Wasserdampfphase im Kamin (8) oder Kaminsystem im Bereich des höherliegenden Höhenniveaus (H) Wasser eingespritzt wird.
11. Verfahren nach einem der AnsprUche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung der Wasserdampfphase im Bereich des häherliegenden Höhenniveaus (H) durch zumindest einen Abscheider (14) hindurchgeleitet wird.
12. . Verfahren nach einem der AnsprUche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß im Kamin (8) oder Kaminsystem mittels eines Gebläses (15) ein Unterdruck erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der AnsprUche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet#, daß zumindest einem Teil der Strömung der Wasserdampphase im Kamin (8) oder Kaminsystem Energie durch Antrieb einer Turbine (16; 23) entzogen wird.
14. Verfahren auch einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge (1) in ein Becken (17) eingeleitet und/oder in diesem gesammelt wird.
15. Anlage zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugbereich (6) mindestens ein Ansaugtrichter (7) vorgesehen ist, von dem aus der Kamin (#) oder das Kazinsystem durch ansteigendes Gelände bis auf ein vorbestimmtes bestimmtes, höher liegendes Röhenniveau(H) geführt ist, in welchem eine Kondensations- und Sammelstation (5) angeordnet ist, an die sich ein Verteilersystem (18) an##t schließt.
16. Anlage nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (8) eine Rohrleitung (19) ist.
17. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daßrer Kamin (8) ein Kanal ist.
18. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Amins (8) oder Kaminsystems sich in Strömungsrichtung verjüngt.
19. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugbereich (6) mittels einer#lichtdurchlässigen Abdeckung (10) überdacht ist.
20. Anlage nach einem der AnsprUche 15 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß ein Linsen- und/oder Spiegelsystem (11) zur Bestrahlung der Oberfläche (2) der Wassermenge (1) zumindest im Ansaugbereich (6) vorgesehen ist.
21. Anlage nach einem der AnsprUche 15 bis 20 dadurch geL-ennzeichnet, daß in der Wassermenge (1) zumindest im Ansaugbereich (6) solarbeheizte Wärmeaustauscher (12) vorgesehen sind.
22. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 21 dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (8) oder das Kaminsystem an zumindest einer vorbestimmten Stelle (13) geschwärzt ist.
23. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 22 dadurch dadurch gekennzeichnet daß am Kamin (8) oder Kaminsystem an zumindest einer vorbestimmten Stelle (13) ein Linsen- und/oder Spiegelsystem vorgesehen ist, welches Sonnenstrahlen auf diese Stelle (13) richtet und/oder Konzentriert (fokussiert).
24. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Amins (8) oder Kaminsystems an zumindest einer vorbestimmten Stelle (13) einen sa>larbeheizten Wärmeaustauscher bildet.
25. Anlage nach einem der AnsprUche 15 bis 24 dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsquerschnitt des Amins (8) oder Kaminsystems ein solarbeheizter Wärmeaustauscher angeordnet ist.
26. Anlage nach einem der Ansprüche 16 bis 25 dadurch gekennzeichnet, daß dei Rohrleitunglkonisch ausgebildet ist.
27. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 26 dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (8) oder das Kaminsystem im Strömung querschnitt oder in einem BypaSs (20) eine Turbine auweist.
28. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 27 dadurch gekennzeichnet, daß im Kamin (8) oder Kaminsystem im höher gelegenen Hbhenniveau (E) zumindest ein Abscheider (14) mit Prallorganen (21) und/oder Wassersprühdüsen (22) angeordnet ist.