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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein mit reduziertem Druck arbeitendes Destillationssystem,
das frisches Wasser oder reines Wasser mit hoher Reinheit produzieren
kann, und zwar durch Entfernen von Unreinheiten aus unreinem Wasser
(Meerwasser), Drainage und dergleichen, oder das nützliche
Materialien aus verschiedenen Arten von Abwasserflüssigkeiten
sammeln kann, die nützliche
Materialien beinhalten, und zwar unter Verwendung eines Vakuum-Destillationsverfahrens
oder eines mit reduziertem Druck arbeitenden Destillationsverfahrens
auf einer Energie sparenden Basis.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Um
frisches Wasser aus beispielsweise Meerwasser zu erhalten, sind
bisher bereits verschiedene Verfahren bekannt, wie beispielsweise
ein Destillationsverfahren (ein Verdampfungsverfahren) zum Erhitzen von
Meerwasser, um reines Wasser zu destillieren, ein Umkehr-Osmoseverfahren
zum Erhalten von frischem Wasser durch unter Druck setzen von Meerwasser,
so dass dieses durch eine semi-permeable Membran hindurchtreten
kann, eine Elektrodialyse zum Entfernen eines Salzgehalts aus dem
Meerwasser durch Einführen des
Wassers zwischen Ionen tauschenden Membranen, ein Gefrierverfahren
zum Gefrieren von Meerwasser, um frisches Wasser aus dem so gefrorenen
Wasser zu erhalten, und dergleichen.
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Außerdem ist
auch ein Vakuum-Destillationsverfahren oder ein mit reduziertem
Druck arbeitendes Destillationsverfahren bekannt, bei welchem unreines
Wasser wie beispielsweise Meerwasser erhitzt wird und gekocht wird
in einem Verdampfer unter Vakuum oder unter reduziertem Druck, um
Dampf zu erzeugen, gefolgt von dem Kühlen des so erzeugten Dampfes
in einem Kondensator, um so kondensiertes Wasser zu sammeln. Bei
dem Vakuum-Destillationsverfahren oder dem mit reduzierten Druck
arbeitenden Destillationsverfahren wird im allgemeinen, wenn Wasser
in der Phase von einer flüssigen
durch eine gasförmige
in eine flüssige
Phase transformiert wird, eine große Menge an thermischem Energieaustausch
erzeugt. Um diesen thermischen Energieaustausch abzuschwächen, ist
das betreffende Verfahren gekennzeichnet durch eine Niedrigtemperatur-Destillation
durch Reduzieren des Drucks innerhalb eines Behälters.
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Jedes
der oben erwähnten
herkömmlichen
Verfahren erfordert jedoch nicht nur gesteigerte Gerätekosten,
sondern auch große
Mengen an Arbeit und Kosten für
die betriebliche Wartung und Steuerung. Beispielsweise erfordert
die Umkehrosmose, die eine semi-permeable Membran verwendet, oder
die Elektrodialyse, die eine Ionenaustauschmembran verwendet, eine
Membran mit exzellenter Leistungsfähigkeit zum Erfüllen des Druckwiderstands
oder der Permeabilität
einer spezifischen Lösung,
was das herkömmliche
Verfahren extrem teuer macht, wenn es implementiert wird. Außerdem beinhaltet
jedes Verfahren unvermeidbar komplizierte Arbeiten wie beispielsweise
die Wartung, Inspektion, den Austausch von Komponenten während des
Betriebs des Systems.
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Um
mit den oben erwähnten
Nachteilen Schritt zu halten, sind bereits mit reduziertem Druck
arbeitende Destillationssysteme mit verschiedenen Aufbauten vorgeschlagen
worden, auf die das Vakuum-Destillationsverfahren oder das mit reduziertem
Druck arbeitende Destillationsverfahren angewandt wurde, und zwar in
einem Versuch, ökonomisch
und effektiv die thermische Energie auszunutzen oder den Betrieb
des Systems auf einer Energie sparenden Basis oder auf effiziente
Art und Weise auszuführen.
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Beispielsweise
ist bereits ein Vakuum-Destillationssystem zum Destillieren und
Reinigen reinen Wassers aus unreinem Wasser, wie beispielsweise
Grundwasser, Wasser aus der Agrarwirtschaft, industriellem Wasser,
Wasser für
den Hausgebrauch, vorgeschlagen worden, beispielsweise durch die
japanische offengelegte Patent-Veröffentlichung JP-A-06320140. Gemäß dem hier
beschriebenen Vakuum-Destillationssystems wird
Wasser einem Speisewasser-Vorheizer zugeleitet, während ein
Verdampfer mit Wasser bis zu einem vorbestimmten oberen Grenzfüllstand
gefüllt
wird, und dann wird das Wasser in dem Verdampfer erhitzt durch Aktivieren
eines Kühlkompressors,
gefolgt von dem Kühlen
eines Kondensators. Außerdem
werden das Innere des Verdampfers und des Kondensators auf einem
niedrigen Druck nahe am Vakuum gehalten, und dann wird das Wasser
bei einer relativ geringen Temperatur nahe der Raumtemperatur gekocht.
In dem Verdampfer erzeugter Dampf tritt so durch ein Verdampfungsrohr
hindurch, emittiert Hitze in dem Speisewasser-Vorheizer und wird
dann in den Kondensator eingeführt,
um kondensiert zu werden. Wenn der Wasserfüllstand in dem Verdampfer auf
einen vorbestimmten unteren Grenzfüllstand abfällt, wird verbleibendes Wasser
in dem Verdampfer ausgegeben, und gleichzeitig wird kondensiertes
gereinigtes Wasser in dem Kondensator gesammelt. Gemäß diesem
Vakuum-Destillationssystem wird durch die Solarenergie wie beispielsweise
eine Solarbatterie erzeugte Energie verwendet zum Anregen eines
zusätzlichen
elektrischen Heizers, der für
den Verdampfer vorgesehen ist, und daher wird die Ausnutzung thermischer
Energie ökonomisch
implementiert.
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Außerdem ist
bereits ein Destillationssystem zum Destillieren nützlicher
Materialien und Lösungsmittel aus
einer gemischten Lösung,
die verschiedene Materialien beinhaltet, auf einer drastisch Energie
sparenden Basis vorgeschlagen worden, beispielsweise durch die japanische
offengelegte Patent-Veröffentlichung JP-A-05253405.
Dieses Destillationssystem ist versehen mit einem Destillator mit
einer Dampferzeugungskammer und eine Wärmeerzeugungskammer, und es
beinhaltet ein Lösungseinführmittel
zum Einführen
der gemischten Lösung
bei hoher Temperatur in die Dampferzeugungskammer hinein, während Luft
daran gehindert wird, von außen
in den Destillator einzutreten, sowie Drainage-Auslassmittel zum
Auslassen kondensierter Drainage, während verhindert wird, dass
Luft von außen
in den Destillator eintritt. Außerdem
beinhaltet das System Mittel zum Auslassen der kondensierten Lösung, die
nützliche
Materialien beinhaltet, in die Wärmeaustauschkammer
hinein, während
verhindert wird, dass Luft von außen in diese eintritt, und
Mittel zum Ausschließen
von Luft innerhalb des Destillators durch Blasen von Luft ausschließendem Dampf
und durch Unterbrechen der Permeation von Luft von außen in diese
hinein, wobei die Dampferzeugungskammer und die Wärmeaustauschkammer
miteinander durch einen Dampfstromweg kommunizieren. Als Ergebnis
wird die Destillation stets in einer Niederdruckumgebung ausgeführt, ohne
dass Luft darin verbleibt, um dadurch eine sehr effiziente Destillation
durch Niederdruckverdampfung mit einer geringen Temperaturdifferenz über einen
langen Zeitraum hinweg zu erreichen.
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Ein
mit reduziertem Druck arbeitendes Destillationssystem ist beispielsweise
durch die japanische offengelegte Patent-Veröffentlichung
Nr. JP-A-09150001 vorgeschlagen worden. Das System beinhaltet einen Dampferzeugerblock,
mit welchem ein Kondensatorblock zum Ausführen der Kondensation von Dampf
verbunden ist. Außerdem
an den Kondensatorblock angeschlossen ist auch ein Speicherblock
zum Speichern einer kondensierten Lösung. Eine Vakuumpumpe erstreckt
sich zu dem Speicherblock, dem Dampferzeugerblock, und/oder dem
Kondensatorblock, so dass der Druck darin reduziert werden kann.
Außerdem
hat der Speicherblock einen Zuführweg
oder Speiseweg, der sich davon erstreckt, zum Zuleiten der kondensierten
Lösung
zu einem Zuleitungsblock. Der Speiseweg mit einer vorbestimmten
Länge hat
ein erstes Ventil, das über ihn
hinüber
angeordnet ist, und zwar an einer Stelle näher an dem Speicherblock, und
ein zweites Ventil, das über
ihn hinüber
angeordnet ist, und zwar an einer Stelle näher an dem Zuführblock
und getrennt von dem ersten Ventil mit einem vorbestimmten Speicherintervall.
Die beiden Ventile können
einzeln geöffnet
und geschlossen werden, und daher ist es, wenn die kondensierte
Lösung
nach Beendigung der Kondensation zu dem Zuleitungsblock geleitet
wird, nicht erforderlich, dass reduzierter Druck in dem Speicherblock
entspannt wird oder die Destillationsarbeit unterbrochen wird. Als
Ergebnis kann die kontinuierliche Destillation bei reduziertem Druck
effektiv erzielt werden.
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US-A-2,400,659
offenbart ein System gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein mit reduziertem
Druck arbeitendes Destillationssystem zu schaffen, das in seinem
Aufbau relativ einfach ist, einfach im Betrieb ist, ohne nur von
dem Antrieb einer Vakuumpumpe abzuhängen, und daher bei geringen
Kosten hergestellt und betrieben werden kann.
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Um
die oben genannten Ziele zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung
ein mit reduziertem Druck arbeitendes Destillationssystem mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die
Außendruck-Kommunikationskammer
des Tanks für
das unreine Wasser kann bis zu einem vorbestimmten Füllstand
mit dem unreinen Wasser gefüllt
werden, die Außendruck-Kommunikationskammer
des Drainagetanks kann mit dem Primer bis zu einem vorbestimmten
Füllstand
gefüllt
werden, die Außendruck-Kommunikationskammer
des Sammeltanks kann mit dem aus reinem Wasser bestehenden Primer
bis zu einem vorbestimmten Füllstand
gefüllt
werden, die Zellen des Tanks für
das unreine Wasser, des Drainagetanks bzw. des Sammeltanks können miteinander
in Verbindung gebracht werden, und das Innere des Separationstanks
kann auf einen reduzierten Druck innerhalb jeder der Zellen evakuiert
werden, wodurch Füllstände des
unreinen Wassers in der Zelle des Tanks für das unreine Wasser, des Primers
in der Zelle des Drainagetanks und des aus dem reinen Wasser bestehenden
Primers in der Zelle des Sammeltanks konstant gehalten werden können mit
Bezug auf den Außendruck
wie beispielsweise den atmosphärischen
Druck.
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Nachdem
die Füllstände des
unreinen Wassers in der Zelle des Tanks für das unreine Wasser, des Primers
in der Zelle des Drainagetanks sowie des aus dem reinen Wasser bestehenden
Primers in der Zelle des Sammeltanks konstant gehalten worden sind,
kann außerdem
verhindert werden, dass die Zellen des Tanks für das unreine Wasser, des Drainagetanks
bzw. des Sammeltanks miteinander kommunizieren, wenn dies sinnvoll
ist, wodurch das unreine Wasser in der Zelle des Tanks für das unreine
Wasser zu dem Verdampfer des Separationstanks geleitet werden kann
und das verbleibende Wasser in dem Verdampfer an die Zelle des Drainagetanks
ausgegeben werden kann, und zwar durch Ausnutzen der effektiven
Wassersäule
zwischen dem Füllstand
des in dem Tank für
das unreine Wasser als gespeicherten unreinen Wassers und des Füllstands
des Primers in dem Drainagetank.
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Die
oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden deutlicher aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung, wenn
diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
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1 ist
ein schematisches Block- und Verteilungsdiagramm, das die Anordnung
eines mit reduziertem Druck arbeitenden Destillationssystems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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2 ist
ein schematisches Block- und Verteilungsdiagramm des in 1 gezeigten
mit reduziertem Druck arbeitenden Destillationssystems, welches
eine Stufe zur Vorbereitung des Betriebsstarts zeigt.
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3 ist
ein schematisches Block- und Verteilungsdiagramm des in 1 dargestellten
mit reduziertem Druck arbeitenden Destillationssystems, das eine
Stufe der Einstellung des reduzierten Drucks direkt vor dem Start
des Betriebs zeigt.
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4 ist
ein schematisches Block- und Verteilungsdiagramm des in 1 dargestellten
mit reduziertem Druck arbeitenden Destillationssystems, das eine
Betriebsstufe des Systems zeigt, und
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5 ist
ein schematisches Block- und Verteilungsdiagramm des in 1 dargestellten
mit reduziertem Druck arbeitenden Destillationssystems, das eine
automatisierte Steuerung darstellt, gemäß der der kontinuierliche Betrieb
des mit reduziertem Druck arbeitenden Destillationssystems erzielt
wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Erfindung wird nun genau mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben,
die eine Ausführungsform der
Erfindung zeigen.
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Aufbau des
mit reduziertem Druck arbeitenden Destillationssystems
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Zunächst mit
Bezug auf 1 ist schematisch der Aufbau
eines mit reduzierten Druck arbeitenden Destillationssystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In der Figur bezeichnen
die Bezugsziffern 10, 12, 14 und 16 einen
Tank für
unreines Wasser, einen Separationstank, einen Drainagetank bzw.
einen Sammeltank. In dem Separationstank 12 sind ein Verdampfer 18 und
ein Heizer 20 vorgesehen.
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Der
Tank 10 für
das unreine Wasser besteht aus einer zur Atmosphäre offenen Kammer 110A sowie einer
Zelle 110B, die miteinander kommunizieren. Die zur Atmosphäre hin offene
Kammer 110A funktioniert als Außendruck-Kommunikationskammer,
die zur Atmosphäre
hin freigegeben ist, zum Kommunizieren mit dem Außendruck
wie beispielsweise dem atmosphärischen
Druck, und die Zelle 110B ist bezüglich der Atmosphäre während des
Betriebs des Destillationssystems verschlossen. Verbunden mit der
zur Atmosphäre
hin offenen Kammer 110A ist eine Zuleitung 10F für unreines
Wasser mit einem über
sie hinüber
angeordneten Zuleitungsventil VF0 für unreines Wasser. Von der
Zelle 110B zu dem Separationstank 12 erstreckt
sich ein Zuführleitung 10a mit
einem Zuführventil
VF1, das über
diese hinüber
angeordnet ist, zum Zuleiten von Wasser zu dem Verdampfer 18.
Außerdem
kommuniziert die Zelle 110B des Tanks 10 für das unreine
Wasser mit dem Separationstank 12 in einem oberen Bereich
des Tanks, und zwar durch eine Kommunikationsleitung 10cp des Tanks
für das
unreine Wasser, über
welche hinüber
Kommunikationsventile VF2 und VF3 für unreines Wasser angeordnet
sind.
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Der
Drainagetank 14 besteht aus einer zur Atmosphäre hin offenen
Kammer 114A und einer Zelle 114B, die miteinander
kommunizieren. Die zur Atmosphäre
hin offene Kammer 114A funktioniert als Außendruck-Kommunikationskammer,
die zur Atmosphäre
hin freigegeben ist, zum Kommunizieren mit dem Außendruck
wie beispielsweise dem atmosphärischen
Druck, und die Zelle 114B ist mit Bezug auf die Atmosphäre während des
Betriebs des Destillationssystems verschlossen. Die Zelle 114B kommuniziert
mit dem Verdampfer 18 des Separationstanks 12 durch
eine Drainageleitung 14a, über welche hinüber ein
Drainageventil VD1 angeordnet ist, um dadurch in dem Verdampfer 18 verbleibendes
Wasser auszulassen. Außerdem
kommuniziert die Zelle 114B des Drainagetanks 14 mit
dem Separationstank 12 in dem oberen Bereich des Tanks,
und zwar durch eine Drainagetank-Kommunikationsleitung 14cp, über welche
hinüber
Drainagetank-Kommunikationsventile VD3 und VD2 angeordnet sind.
Schließlich
erstreckt sich auch eine externe Drainageleitung 14b von
der zur Atmosphäre
hin offenen Kammer 114a nach außen, und zwar über ein
dort hinüber
angeordnetes Drainagetank-Umschaltventil VD4.
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Der
Sammeltank 16 besteht aus einer zur Atmosphäre hin offenen
Kammer 116A und einer Zelle 116B, die miteinander
kommunizieren. Die zur Atmosphäre
hin offene Kammer 116A funktioniert als Außendruck-Kommunikationskammer,
die zur Atmosphäre
hin freigegeben ist, zum Kommunizieren mit dem Außendruck
wie beispielsweise des atmosphärischen
Druck, und die Zelle 116B ist mit Bezug auf die Atmosphäre während des
Betriebs des Destillationssystems verschlossen. Eine Sammelleitung 116A erstreckt
sich von einem Bodenbereich des Separationstanks 12 hin
zur Zelle 116B. Die Sammelleitung 16a hat ein über sie
hinüber
angeordnetes Sammelventil VC1 und funktioniert dazu, in dem Separationstank 12 gespeichertes
gereinigtes Wasser zu sammeln. Außerdem kommuniziert die Zelle 116B des
Sammeltanks 16 mit dem Separationstank 12 im oberen
Bereich des Tanks, und zwar durch eine Sammeltank-Kommunikationsleitung 16cp mit über sie
hinüber
angeordneten Sammeltank-Kommunikationsventilen VC3 und VC2. Schließlich erstreckt
sich eine externe Wasser-Einlassleitung 16b von der zur
Atmosphäre
hin offenen Kammer 116A nach außen über ein Sammeltank-Umschaltventil
VC4, das über
sie hinüber
angeordnet ist.
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Schließlich erstreckt
sich eine Auslassleitung 22a von dem oberen Bereich des
Separationstanks 12 nach außen über ein Auslassventil VE1,
eine Vakuumpumpe 22 sowie ein Rückschlagventil VE2, die jeweils über sie
hinüber
angeordnet sind. Der Heizer 20 und die Vakuumpumpe 22 sind
elektrisch mit Energiequellen-Anschlüssen T verbunden, um wie gewünscht eingeschaltet
werden zu können.
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Betrieb des
mit reduziertem Druck arbeitenden Destillationssystems
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Nun
wird der Betrieb oder die Arbeitsweise des mit reduziertem Druck
arbeitenden Destillationssystems, das wie oben beschrieben aufgebaut
ist, beschrieben, und zwar mit Bezug auf eine Stufe der Vorbereitung
des Betriebsstarts, einer Stufe der Einstellung des reduzierten
Drucks unmittelbar vor dem Start des Betriebs, und eine Betriebsstufe,
mit Bezug auf die 2 bis 4.
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(1) Vorbereitung des Betriebsstarts
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Wie
in 2 dargestellt, sind alle Ventile, abgesehen von
dem Drainagetank-Umschaltventil VD4, dem Sammeltank-Umschaltventil VC4,
dem Speiseventil VF1, dem Drainageventil VD1 und dem Sammelventil VC1
geöffnet,
d.h. die Kommunikationsventile VF2 und VF3 des Tanks für das unreine
Wasser, die Drainagetank-Kommunikationsventile VD2 und VD3, und
die Sammeltank-Kommunikationsventile VC2 und VC3 sind offen, und
dann wird Wasser den zur Atmosphäre
hin offenen Kammern 110A, 114A und 116A des
Tanks 10 für
das unreine Wasser, des Drainagetanks 14 bzw. des Sammeltanks 16 zugeleitet.
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Dabei
wird der Tank 10 für
das unreine Wasser mit unreinem Wasser W1 von der Zuleitung 10F für unreines
Wasser versorgt, durch geeignetes Öffnen des Zuführventils
VF0 für
das unreine Wasser. Der Drainagetank 14 wird mit Primer
W2 wie beispielsweise unreinem Wasser von außen versorgt, und der Sammeltank 16 wird
von Primer W3, der aus reinem Wasser besteht, von außen versorgt.
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Das
in der zur Atmosphäre
hin offenen Kammer 110A des Tanks 10 für das unreine
Wasser gespeicherte unreine Wasser W1 und der in der zur Atmosphäre hin offenen
Kammer 114A des Drainagetanks 14 gespeicherte
Primer W2 stehen in einer solchen Beziehung zueinander, dass ein
Unterschied zwischen einem anfänglichen
Füllstand
L01 des unreinen Wassers W1 und einem anfänglichen Füllstand L02 des Primers W2 eine
vorbestimmte Wassersäule Δ Li (= L01 – L02) hat.
Der aus reinem Wasser bestehende Primer W3, der in der zur Atmosphäre hin offenen
Kammer 116A des Sammeltanks 16 gespeichert ist,
hat einen anfänglichen Füllstand
L03, der bei einer Stelle unterhalb des Bodenbereichs des Separationstanks 12 festgelegt
ist.
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(2) Einstellung des reduzierten
Drucks direkt vor dem Betriebsstart
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Unmittelbar
vor dem Betriebsstart des Destillationssystems wird dann die Vakuumpumpe 22 angetrieben,
während
das Speiseventil VF1, das Drainageventil VD1 und das Sammelventil
VC1 geschlossen gehalten werden, wie in 3 dargestellt.
Demzufolge wird die Evakuierung von Luft ausgeführt, um den Druck in den Zellen 110B, 114B, 116B des
Tanks für
das unreine Wasser 10, des Drainagetanks 14 bzw.
des Sammeltanks 16 zu reduzieren. Als Ergebnis werden die
Füllstände des
unreinen Wassers W1 in dem Tank 10 für das unreine Wasser, des Primers
W2 in dem Drainagetank 14 und des aus dem reinen Wasser
bestehenden Primers W3 in dem Sammeltank 16 verändert, so
dass ein Ausgleich beibehalten wird zwischen dem atmosphärischen Druck
P0, der jede der zur Atmosphäre
hin offenen Kammern 110A, 114A, 116A beeinflusst,
und jeden der druckreduzierten Zustände in den Zellen 110B, 114B und 116B beibehalten
wird.
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Dabei
sind ein Füllstand
L10 des unreinen Wassers W1 in der Zelle 110B des Tanks 10 für das unreine Wasser,
ein Füllstand
L20 des Primers W2 in der Zelle 114B des Drainagetanks 14 und ein
Füllstand
L30 des reinen Wassers W3 in der Zelle 116B des Sammeltanks 16 auf
die in 3 gezeigten Füllstände festgelegt. Demzufolge
sind ein veränderter
Füllstand
L1n des unreinen Wassers W1, ein veränderter Füllstand L2n des Primers W2
sowie ein veränderter
Füllstand
L3n des Primers (reinen Wassers) W3 in den jeweiligen zur Atmosphäre hin offenen
Kammern 110B, 114B und 116B ebenfalls
auf in 3 dargestellte Füllstände festgelegt.
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(3) Betrieb
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Wie
bereits beschrieben, werden, wenn der Ausgleich zwischen dem atmosphärischen
Druck P0 und dem reduzierten Druck in jeder Zelle beibehalten wird,
in dem Tank 10 für
das unreine Wasser, dem Drainagetank 14, dem Sammeltank 16 und
dem Separationstank 12, die Kommunikationsventile VF2 und
VF3 des Tanks für
das unreine Wasser, die Drainagetank-Kommunikationsventile VD2 und VD3 sowie
die Sammeltank-Kommunikationsventile
VC2 und VC3 geschlossen, und gleichzeitig werden das Speiseventil
VF1 und das Drainageventil VD1 geöffnet, wie in 4 dargestellt.
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Indem
die Ventile so eingestellt werden, wird das unreine Wasser W1 in
dem Tank 10 für
das unreine Wasser zugeleitet oder tropft durch die Zuführleitung 10a in
den Verdampfer 18 des Separationstanks 12 hinein.
Das so in den Verdampfer 18 geleitete unreine Wasser W1
wird aufgeheizt und verdampft unter reduziertem Druck durch Einschalten
des Heizers 20. Der entstehende Dampf wird dann abgekühlt und
kondensiert, so dass er zu kondensiertem Wasser wird, das in dem
Bodenbereich des Separationstanks 12 als gereinigtes Wasser
W3' gespeichert
wird. Wasser W2',
das in dem Verdampfer 18 verbleibt, wird durch die Auslassleitung 14a hindurch
in den Drainagetank 14 hinein gesammelt, wenn dies sinnvoll
ist.
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Damit
das unreine Wasser W1 und das verbleibende Wasser W2' natürlich herabströmen können, ist eine
effektive Wassersäule ΔLi eingestellt
zwischen einem Ende der Speiseleitung 10a mit dem Speiseventil VF1,
welches Ende mit dem Tank 10 für das unreine Wasser verbunden
ist, und einem Ende der Drainageleitung 14a mit dem Drainageventil
VD1, welches Ende mit dem Verdampfer 18 verbunden ist.
Die maximale effektive Wassersäule ΔLi ist empirisch
so gewählt,
dass sie sich 0,5 m annähert.
Als Ergebnis kann durch Einstellen der Öffnung jedes der Ventile VF1
und VD1 das unreine Wasser W1 kontinuierlich dem Verdampfer 18 in
einer für
die Verdampfung geeigneten Menge zugeleitet werden.
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Dabei
ist der Füllstand
L10 des unreinen Wassers W1 in der Zelle 110B des Tanks 10 für das unreine Wasser
fast konstant, und der Füllstand
L1n des unreinen Wassers W1 in der zur Atmosphäre hin offenen Kammer 110A verändert sich
progressiv hin zu einem niedrigeren Füllstand. Andererseits ist der
Level oder Füllstand
L20 des Primers W2 in der Zelle 114B des Drainagetanks 114 fast
konstant, und der Füllstand
L2n des Primers W2 in der zur Atmosphäre hin offenen Kammer 114A verändert sich
progressiv hin zu einem höheren
Füllstand.
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Auf
diese Art und Weise ist nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit
der Füllstand
des gereinigten Wassers W3' in
dem Bodenbereich des Separationstanks 12 progressiv angehoben.
Dann wird das über
die Sammelleitung 16a, die mit dem Sammeltank 16 kommuniziert,
hinüber
angeordnete Sammelventil VC1 geöffnet,
wodurch das gereinigte Wasser W3' in
den Sammeltank 16 hinein gesammelt wird.
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Dabei
ist der Füllstand
L30 des unreinen Wassers W3 in der Zelle 116B des Sammeltanks 16 konstant, und
der Füllstand
L3n des reinen Wassers W3 in dem zur Atmosphäre hin offenen Tank 116a wird
progressiv hin zu einem höheren
Füllstand
verändert.
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Um
einen Zeitraum zu verlängern, über welchen
das unreine Wasser W1 in Kontakt mit einer druckreduzierten gasförmigen Phase
in dem Verdampfer 18 gerät, um einen Kontakt-Oberflächenbereich
zwischen den beiden Phasen zu vergrößern, kann eine Strömungsfläche des
unreinen Wassers W1 in eine Neigung in Form von Stufen geformt sein.
Als Ergebnis kann die Verdampfung des unreinen Wassers W1 beschleunigt werden.
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Um
den Kondensationseffekt des durch den Verdampfer 18 erzeugten
Dampfes zu verbessern, kann außerdem
die Außenumfangsfläche des
Separationstanks 12 gekühlt
werden durch Luft mittels eines Luftgebläses oder dergleichen (siehe 4),
wenn dies sinnvoll ist. Als Ergebnis kann die Kondensation von in
dem Separationstank 12 erzeugtem Dampf beschleunigt werden.
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Automatisierte
Steuerung des kontinuierlichen Betriebs
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Um
den kontinuierlichen Betrieb des erfindungsgemäßen mit reduziertem Druck arbeitenden
Destillationssystems auszuführen,
sind, wie in 4 dargestellt, Wassermesser
LM für
zur Atmosphäre
hin offene Kammer 110A des Tanks 10 für das unreine
Wasser, den Separationstank 12, die zur Atmosphäre hin offene Kammer 114A des
Drainagetanks 14 bzw. die zur Atmosphäre hin offene Kammer 116A des
Sammeltanks 16 vorgesehen. Außerdem ist ein Druckmesser
PM für
den Separationstank 12 vorgesehen. Dann wird das Zuleitungsventil
VF0 für
das unreine Wasser so angesteuert, dass es geöffnet und geschlossen wird,
abhängig von
dem Wassermesser LM der zur Atmosphäre hin offenen Kammer 110A des
Tanks 10 für
das unreine Wasser, und das Sammelventil VC1 wird so angesteuert,
dass es geöffnet
und geschlossen wird abhängig
von dem Wassermesser LM des Separationstanks 12. Außerdem wird
das Drainagetank-Umschaltventil VD4 so angesteuert, dass es geöffnet und
geschlossen wird abhängig
von dem Wassermesser LM der zur Atmosphäre hin offenen Kammer 114A des
Drainagetanks 14, und das Sammeltank-Umschaltventil VC4
wird so angesteuert, dass es geöffnet
und geschlossen wird abhängig
von dem Wassermesser LM der zur Atmosphäre hin offenen Kammer 116A des
Sammeltanks 16. Dann wird die Vakuumpumpe 22 angetrieben
und gesteuert abhängig von
dem Druckmesser PM des Separationstanks 12, während die
Kommunikationsventile VF2 und VF3 für den Tank für das unreine
Wasser, die Drainagetank-Kommunikationsventile VD2 und VD3, die
Sammeltank-Kommunikationsventile VC2 und VC3 sowie das Speiseventil
VF1 und das Drainageventil VD1 so angesteuert werden, dass sie geöffnet werden
und geschlossen wie geeignet durch eine Steuerung, die nicht dargestellt
ist.
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Dank
der wie oben beschriebenen Konstruktion kann die Automatisierung
des kontinuierlichen Betriebs des mit reduzierten Druck arbeitenden
Destillationssystems einfach erzielt werden, indem geeignet unreines
Wasser abhängig
von der Absenkung des Füllstands
L1n des unreinen Wassers W1 in den zur Atmosphäre hin offenen Kammer 110A des
Tanks 10 für
das unreine Wasser zugeleitet wird.
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Experimente 1 und 2
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Ein
mit reduziertem Druck arbeitendes Destillationssystem gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
wurde aufgebaut durch Vorbereiten eines Separationstanks mit den
Abmaßen
250 mm in der Breite × 200
mm in der Länge × 200 mm
in der Höhe.
In dem Separationstank war ein Verdampfer eingebaut, der aus einer
Metallplatte mit einem Verdampfungsflächenbereich von 100.000 mm2 ausgebildet war. Das so aufgebaute System
wurde dazu verwendet, Destillationsexperimente mit reduziertem Druck
bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und unter Verwendung
von Meerwasser als den unreinen Wasser auszuführen. Als Ergebnis wurden die
nun folgenden experimentellen Daten erhalten:
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Wie
sich aus den empirischen Daten ergibt, wurde bewiesen, dass die
Destillation mit reduziertem Druck zum Reinigen von Wasser mit extrem
guter Sammeleffizienz erzielt werden konnte.
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Gemäß dem druckreduzierten
Destillationssystem der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Vakuumpumpe
nur während
der Einstellung des reduzierten Drucks direkt vor dem Start des
Betriebs des Systems angetrieben und bei der Korrektur des reduzierten
Drucks nach dem Betrieb. Als Ergebnis können gestiegene Betriebskosten
aufgrund eines Langzeitantriebs der Vakuumpumpe vermieden werden.
In diesem Fall kann die Energiequelle zum Antreiben der Vakuumpumpe
und des elektrischen Heizers von der Solarenergieerzeugung abgeleitet
werden, und daher kann das System als temporäres mit reduziertem Druck arbeitendes
Destillationssystem in einem Notfall verwendet werden.
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Während beschrieben
worden ist, was gegenwärtig
als bevorzugte Ausführungsform
angesehen wird, können
verschiedene Modifikationen an dieser Ausführungsform vorgenommen werden,
sofern sie in den Anspruch 1 fallen. Beispielsweise kann der Aufbau
und die Anordnung des Tanks für
das unreine Wasser, des Separationstanks, des Drainagetanks und
des Sammeltanks auf verschiedene Art und Weise verändert werden.
Außerdem
kann die zur Atmosphäre
hin offene Kammer jedes Tanks als Außendruck-Kommunikationskammer
aufgebaut sein zum Herstellen eines Kontakts mit dem Außendruck,
der sich von dem atmosphärischen
Druck unterscheidet.
