DE3612188A1 - Solare meerwasser entsalzungsanlage - Google Patents
Solare meerwasser entsalzungsanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Entsalzungsanlage, die
ausschließlich mit Sonnenenergie betrieben wird. Der
unter den zur Wassererwärmung benötigten Solarkollek
toren entstehende Raum wird zu 25% zum Entsalzen und
zu 75% für Pflanzzwecke genutzt, wodurch eine
doppelte Flächennutzung entsteht. Durch die ebenfalls
doppelte Nutzung des Solarkollektors, am Tage
Einfangen der Sonnenstrahlen, in der Nacht als
Kondensator arbeitend, wird das tagsüber zu erwär
mende Wasser nachts bereits vorgeheizt. Hier wird die
Arbeitsweise der Wärmepumpe angewendet, welche die
Veränderung der Aggregatzustände ausnutzt. Nach dem
Energiegesetz wird zum Verdunsten des Wassers die
gleiche Menge Energie benötigt wie durch die Konden
sation entsteht. Verdunsten, speichern und konden
sieren erfolgt im gleichen Raum. Die Energiemenge,
die benötigt wird, den Zyklus aufrecht zu erhalten,
wird von der Sonne zugeführt.
Durch den zeitlichen Unterschied des Verdunstens zum
Kondensieren werden Wärmekurzschlüsse vermieden.
Zum Verdunsten sind Gradierwerke im geschlossenen
Raum angebracht. Sie bestehen aus Dornbüschen, die
die Verdunstungsoberfläche erhöhen und gerade in
ariden Gebieten in ausreichender Menge vorhanden
sind. Nachdem sie verkrustet sind, werden sie
vermahlen und bieten dann den Grundstoff für einen
hervorragenden Dünger.
Die zum Entsalzen von Meerwasser bekannten Verfahren
sind:
Die Reverse Osmose, die Elektrolyse und die
Destillation, als die von Kohle oder anderen Energien
abhängigen. Nach dem 2. Bericht an den Club of Rome,
würden, allein um den Wasserbedarf des afrikanischen
Kontinents zu decken, um die Jahrtausendwende 16
Kernkraftwerke gebaut werden müssen.
Mit Sonnenenergie betriebene Anlagen gibt es: Die
einfache Verdunstungsanlage, die nach dem Gewächs
hausprinzip arbeitet, die Rieselturmanlage und die
Mehrstufenanlage. Beide Anlagen sind mit BMFT Mitteln
in Sonntlan, Mexico gebaut worden. Die in Sonntlan
entwickelten Entsalzungsanlagen tauschen beide das im
Solarkollektor erwärmte Wasser mit Seewasser aus, da
alle bisher bekannten Kollektoren zu Verkrustungen
neigen, wenn sie direkt mit Seewasser gefüllt werden.
Die in Sonntlan entwickelte Mehrstufenanlage hat die
höchste Leistung und nutzt bereits die
Wärmerückgewinnung.
Meiner Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit dem
geringsten Aufwand an Material die größtmögliche
Ausbeute aus der einstrahlenden Sonnenenergie zu
erhalten. Der Lösung liegen die Patentansprüche Pos 1
bis Pos 10 zugrunde. Die zusätzlichen Vorteile des
universalen Solarkollektors, der von mir für die
Entsalzung speziell entwickelt wurde, kann mit
kleinen Abänderungen auch für andere
Solarenergiebereiche angewendet werden. Der Solar
kollektor soll zu einem gesonderten Patent angemeldet
werden und wird dort näher beschrieben.
Durch die Verwendung von ETFE Folien können erstmalig
Bauteile in großen Abmessungen hergestellt werden die
nahezu unbegrenzt haltbar gegen UV-Licht sind. Bei
der Verwendung eines Solarkollektors aus ETFE Folie
sind auch die tragenden Konstruktionsteile statisch
weniger beansprucht als dieses bei Glas der Fall
wäre. Eine Leichtbaukonstruktion, die auch in dem
Volumen geringer ist, ist auch leichter an die ariden
Küsten zu transportieren. Durch den Aufbau als Halle
mit dem Solarkollektor als Dach werden die
Wärmeverluste der Speicher wieder aktiviert. Der
Platzbedarf als Grundfläche ist die des Solarkollek
tors. Gegen die einfache Verdunstungsanlage ver
glichen ist die Nutzung aus dem Quadratmeter Boden
fläche bis zum 12fachen höher.
Die Verkrustung (Steinsalzbildung) wird durch das
Material ETFE so gering als möglich gehalten und
durch das 2malige tägliche Zusammenziehen und
Ausdehnen beim Druckwechsel noch mehr vermindert.
Als Rieselturm wird das altbekannte Gradierwerk
verwendet, das in der Hauptsache aus Dornbüschen
besteht, die in den ariden Gebieten genügend
vorhanden sind. Der Betrieb der Anlage erfolgt
vollständig autonom und wird gegenüber aller anderen
Anlagen mit dem geringsten Ersatzteilbedarf
auskommen. Auch sind die technischen Voraussetzungen
späterer Bediener leicht erlernbar, wodurch der
Betrieb der Anlage in Entwicklungsländern als ideal
bezeichnet werden kann.
Der Anlage liegt die Theorie des Energiegesetztes zu
Grunde. Wenn also Wasser verdunstet kühlt es ab und
wenn es kondensiert erwärmt es sich. Die Praxis des
Wasserkreislaufs der Erde verbunden mit dem
Wärmekreislauf des Energiegesetzes machen es möglich,
daß die Anlage funktioniert. Lediglich die Begrenzung
in dem Energiehaushalt der Anlage durch Wärmeverluste
verhindert, daß ein Kreislauf entsteht. Das heißt
unter Laborbedingungen, bzw. bei nahezu 100%
Wärmeisolierung, würde die Anlage laufen, ohne daß
die Sonne einstrahlt. Als Beweis dient der
Wasserkreislauf in der Zeichnung der Fig. 1. Die
Temperaturdifferenz zwischen warmen Meerwasser und
abgekühlter Sole ist die Energiequelle. (Das Wasser
wurde von der Sonne erwärmt, also ist es
Solarenergie.)
Die Zeichnung der Fig. 1 zeigt die Anlage im
Schnitt, sie soll den Unterschied im theoretischen
Wasserkreislauf zu der gleichen Zeichnung Fig. 2 Nacht
erklären.
Das ankommende Meerwasser 18 wird mit den Sprühköpfen
14 über den Gradierwerken 15 versprüht. Durch die
hohe Oberfläche in den Salinen (Gradierwerke) 15
verdunstet das Wasser und kühlt ab. Die wasserhaltige
Luft 13 steigt nach oben und wird am gekühlten
Kondensator 20 abgekühlt, kondensiert und fließt in
der Rinne 22 als salzfreies Kondensat ab. Der
Kondensator 20 wird mit der abgekühlten Sole 16
gekühlt, die dann zurück ins Meer geleitet wird. Die
Differenz der Meerwassertemperatur 22 Grad C zu 14
Grad Sole ergibt die Inbetriebhaltung der Entsalzung.
Vorrausgesetzt, daß keine Wärmeverluste entstehen.
Die Zeichnung Fig. 2 zeigt den Wasserkreislauf der
Anlage wie unter den Patentansprüchen 1 bis 10
beschrieben. Der obere Teil des Blattes zeigt die
Arbeitsweise der Anlage bei Nacht. Der untere Teil
die Arbeitsweise bei Tage seitenverkehrt, so daß der
24 Stunden-Kreislauf erkennbar wird.
Das in der Rohrleitung 18 ankommende Meerwasser wird
in den Wasserspeicher 1 geleitet und gelagert. Die
Wasserpumpe 29 transportiert das kühle Wasser in den
Kondensator 20. Hier wird das kühle Wasser vorgewärmt
und dem Wärmespeicher 4 zugeführt. Das im Wärmespei
cher 5 sich befindende heiße Wasser wird mit den
Sprühdüsen 14 über den Salinen 7 versprüht und
verdunstet zu Regenwolken 13 die sich am Kondensator
20 wieder abkühlen und als Kondenswasser in der Rinne
23 dem salzfreien Kondenswasserspeicher 2 zugeführt
wird. Durch das Verdunsten wirken die Salinen 7 wie
ein Kühlturm 15. Das heiße Wasser kühlt je nach
Rieselgeschwindigkeit mehr oder weniger ab und fließt
als kalte Sole 16 in der Rinne 19 ab. Die Sole 16
wird zum Kühlen in den Speicher 1 zurückgeführt und
mit dem ankommenden Meerwasser, Rohrleitung 18
vermischt oder bei zu hohem Salzgehalt über das
Mischventil 24 als Abfall weggeleitet.
Der durch das Kondensator-Kollektordach 9/20 und die
Zeltfolien 10 nach außen luftdicht abgeschlossene
Raum 8 wird von der Bodenfläche her, Ebene 0-0
von den Salinen 9 und Speichern 4/5 nicht voll
genutzt, dadurch verbleibt in der Anlage ein Raum in
dem nachts eine Regenwaldatmosphäre vorherrscht. Die
Luftfeuchtigkeit ist so hoch, daß sich Regentropfen
bilden und den Boden 30 bewässern.
Die Pflanzen 21, die im Raum 8 angepflanzt sind,
können gedeihen. Da das dunkle Dach in Nord-Süd-
Richtung verläuft, fällt in Ost-West-Richtung das
zum Wachstum der Pflanzen ausreichende Licht ein.
Der Pflanzboden 30 wird in einer Wanne 26 und hat
gleichzeitig die Aufgabe das Wasser als Filterschicht
die nötigen Mineralien zurückzugeben, so daß in der
Drainage 31 vorzügliches Trinkwasser 22 abgezapft
werden kann. Der zwischen den ETFE Zeltfolien 10
entstehende Zwischenraum 27 dient zur Wärmeisolation.
Das Fundament 25 kann zur Abdichtung der Wanne 26 mit
herangezogen werden.
Nachdem in der Nacht durch das Entsalzen (Verdunsten
und Kondensieren) das Wasser in dem Speicher 4
vorgewärmt wurde, wird es bei Tage über den nun als
Solarkollektor 9 fungierenden Kondensator 20 von der
Sonne 12 auf hohe Temperatur gebracht und dem Heiß
wasserspeicher 5 zugeführt. Bei den beiden Speichern
4 und 5 handelt es sich um einen Mehrzonentauscher,
so daß hier am Tage mit der Umwälzpumpe 28 ein
Heizkreislauf entsteht.
Die Regelung des Heizkreislaufes erfolgt wie üblich
mit Thermostaten, die über Elektronik, Ventile oder
Pumpen ansteuern.
Der Regelung des Entsalzungskreislaufes kommen noch
Aeromet, Salinometer, Wassermesser und Hygrometer
hinzu um aus den Vergleichswerten den jeweils
optimalen Wasserdruck und die Rieselgeschwindigkeit
zu ermitteln.
Claims (10)
1. Anlage zur Entsalzung von Meerwasser und anderen
salzhaltigen wässrigen Lösungen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anlage ein geschlossenes
Gebäude ist und zu ca. 75% als Gewächshaus genutzt
wird.
2. Entsalzungsanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die zur Entsalzung
benötigte Energie ausschließlich Strahlungsenergie
von der Sonne ist, die das Wasser im geschlossenen
Raum verdunstet.
3. Entsalzungsanlage nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Naturablauf, "Was
ser verdunstet, steigt nach oben, kühlt ab,
kondensiert und regnet ab" durch den Einsatz von
lichtdurchlässigen Folien und anderer moderner
Werkstoffe nachvollzogen und im Wirkungsgrad
akumuliert wird, so daß eine hohe Wirtschaft
lichkeit entsteht.
4. Entsalzungsanlage nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß keine elektrische
Energie zur Wasserdruckerhöhung, wie dieses bei
der Reversen Osmose oder zur Inganghaltung der
Elektrolyse geschieht, benötigt wird. (Bei
Anordnung der Speicher und Vorratstanks in
verschiedenen Höhen kann die Anlage mit
Schwerkraft arbeiten und das Wasser mit Windkraft
hochgepumpt werden, so daß auch elektrisch
betriebene Umwälzpumpen entfallen).
5. Entsalzungsanlage nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die bei Tage positiv
einstrahlende Sonnenenergie zum Erwärmen des
Wassers und die bei Nacht abstrahlende Energie zum
Kühlen der Kondensatoren mitverwendet wird.
6. Entsalzungsanlage nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das zum Kühlen
verwendete Wasser, bei zum Kondensator umgeschal
teten Solarkollektor, für den nächsten Erwärmungs
zyklus bei Tage vorgewärmt wird.
7. Entsalzungsanlage nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des außer
halb der Anlage nutzbaren Wassers um ein
Vielfaches höher ist, als die Menge des zum
Wachstum der Pflanzen innerhalb der Anlage
benötigten Wassers.
8. Entsalzungsanlage nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das im Gewächshausteil
durch Pflanzen und Boden gefilterte Wasser im
Reinheitsgehalt Trinwasserqualität erreicht. Die
Reinheit des Kondenswassers reicht zur Pflanzen
bewässerung aus.
9. Entsalzungsanlage nach Anspruch 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Pflanzboden in
einer abgedichteten Wanne abgelagert wird, so daß
versickerndes Wasser nur durch die Drainage
abgeführt werden kann, also nicht im Boden unwie
derbringlich verloren geht.
10. Entsalzungsanlage nach Anspruch 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß während der Nachtzeit
im Raum eine Regenwaldatmosphäre erzeugt wird,
wogegen bei Tage eine der Umgebung angepaßte
Atmosphäre vorherrscht. Da bei Tage weder Wasser
verdunstet noch kondensiert wird, kann der Raum
gelüftet werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863612188 DE3612188A1 (de) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | Solare meerwasser entsalzungsanlage |
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Publications (1)
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Family
ID=6298455
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