DE69325272T2

DE69325272T2 - Wasserdestillationssystem

Info

Publication number: DE69325272T2
Application number: DE69325272T
Authority: DE
Inventors: Davoud Tajer-Ardebili
Original assignee: TAJER ARDEBILI DAVOUD
Current assignee: TAJER ARDEBILI DAVOUD
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2013-07-24
Also published as: CA2140242A1; US5630913A; EP0651729A4; EP0651729A1; DE69325272D1; KR950702508A; CA2140242C; ATE181041T1; NZ254000A; WO1994002419A1; EP0651729B1; AU660842B2; AU4550493A; JPH07508926A; KR100271115B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wasserreinigungssysteme und insbesondere auf ein Wasserdestillationssystem, welches wesentlich effizienter ist als bisher bekannte Systeme.
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zum Reinigen von Wasser; eines dieser Verfahren ist die Destillation. Ein bekanntes Verfahren zum Destillieren von Wasser beinhaltet das Verdunsten von flüssigem Wasser in einem Vakuum und anschließendes Kondensieren des Wasserdampfes, und zwar abermals im Vakuum, so daß das flüssige Wasser nach der Kondensation keine Verunreinigungen enthält. Beispiele solcher bekannter Verfahren sind in WO 87/07847, AU 26007/88 und US 3,558,436 offenbart.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Wasserdestillationssystem bereitzustellen, welches bei seiner Installation preiswert ist und relativ effizient arbeitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Wasserdestillationssystem:
einen Wasserverdunster, eine Vorrichtung zum Kondensieren von Wasser und einen Wasserspeichertank, wobei der Verdunster, die Vorrichtung zum Kondensieren und der Tank miteinander in Reihe geschaltet sind, so daß Wasser vom Verdunster über die Vorrichtung zum Kondensieren zum Tank gelangt;
einen Wassereinlaß, um eingespeistes Wasser zum Verdunster zuzuführen;
einen Wasserauslaß an dem Tank;
eine Entgasungskammer, welche zwischen dem Wassereinlaß und dem Verdunster zum Entfernen gelöster Gase im eingespeisten Wasser und zum Einhalten eines vorbestimmten Pegels des eingespeisten Wassers im Verdunster angebracht ist;
Vakuumpumpenvorrichtungen zum Reduzieren des Drucks im Verdunster und in der Vorrichtung zum Kondensieren relativ zum äußeren Luftdruck, wobei die Vakuumpumpenvorrichtungen eine Umschlagsvorrichtung und eine Zirkulationspumpe umfassen, um Wasser vom Wasserspeichertank durch eine Zirkulationsleitung zu pumpen, und wobei der Pumpe Wasser vom Wasserspeichertank zugeführt wird und sie Wasser durch eine Durchlaßöffnung der Umschlagsvorrichtung ausgibt, um Wasser zum Wasserspeichertank zurückzuführen, wobei die Umschlagsvorrichtung weiterhin eine Queröffnung umfaßt, welche mit einem Auslaß der Vorrichtung zum Kondensieren verbunden ist, um unter Vakuum dem zum Wasserspeichertank fließenden Wasser Kondensat von der Vorrichtung zum Kondensieren zuzuführen; und
einen einzelnen Kühlkreislauf, wobei der Kühlkreislauf umfaßt;
eine Kondensationsschlange im Wasserverdunster;
eine Verdunstungsschlange in der Vorrichtung zum Kondensieren von Wasser;
einen Kapillarbegrenzer, durch welchen Kühlmittel von der Kondensationsschlange zur Verdunstungsschlage hindurchtritt;
einen Kühlmittelverdichter zum Zirkulieren des Kühlmittels in diesem Kreislauf; und
Vorrichtungen zum Verhindern einer Überhitzung, durch welche das Kühlmittel hindurchtritt, um das Kühlmittel zu kühlen, wobei die Vorrichtungen zum Verhindern einer Überhitzung im Wirkkreislauf hinter dem Verdichter und vor der Kondensationsschlange angebracht sind;
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlkreislauf weiterhin eine Kühlschlange umfaßt, durch welche das Kühlmittel hindurchtritt und welche im Wasserspeichertank angebracht ist, um das sich im Tank befindliche Wasser zu kühlen, wobei die Kühlschlange im Kreislauf nach dem Kapillarbegrenzer und vor dem Verdichter relativ zur Fließrichtung des Kühlmittels im Kreislauf angebracht ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Wasserdestillationssystems;
Fig. 2 eine Schnittansicht von vorn auf das in Fig. 1 gezeigte Wasserdestillationssystem, welches die Anordnung des Systems in einem Gehäuse zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht von links auf das in Fig. 2 gezeigte Gehäuse, wobei die Seitenabdeckungen entfernt sind; und
Fig. 4 eine Ansicht von hinten auf das in Fig. 2 gezeigte Gehäuse.
Ein Wasserdestillationssystem 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt eine Siedekammer oder einen Verdunster 11 sowie eine Kondensationskammer 12. Wasser wird über ein Einlaßrohr 13 mit einem Hubmagnetventil 14 in eine Entgasungskammer 15 eingespeist, wo flüchtige Gase aus dem Wasser entfernt werden. Die Entgasungskammer 15 und die Siedekammer 11 weisen ein Paar von Verbindungsleitungen 16 und 17 auf. Da die Siedekammer 11 und die Entgasungskammer 15 auf selber Höhe angebracht sind, ist der Wasserpegel 18 innerhalb der Kammern 11 und 15 derselbe und wird mittels der Pegelschalter 19 und 20 geregelt.
Die Siedekammer 11 ist über eine Dampfauslaßleitung 21 mit der Kondensationskammer 12 verbunden. Die Siedekammer 11 weist auch einen Konzentratauslaß 22 auf, welcher durch das Hubmagnetventil 23 geöffnet und geschlossen wird. Ein weiteres Hubmagnetventil 24 ist mit einem Lufteinlaß 25 an der Oberseite der Entgasungskammer 15 verbunden. Der Boden der Entgasungskammer 12 weist zur Entsorgung des Kondensats ein Auslaßrohr 26 auf, welches mit einer Umschlagsvorrichtung 27 verbunden ist. Eine Pumpe 28, welche mit einem Rohr 29 verbunden ist, wird dazu verwendet, Wasser im Rohr 29 weiter zu einem Kaltwasserspeichertank 30 zu pumpen. Das im Rohr 29 und im Tank 30 zirkulierende Wasser erreicht im Auslaßrohr 26 der Kondensationskammer 12 ein Vakuum von ungefähr 96%, wodurch sichergestellt wird, daß im gesamten System 10 in der Entgasungskammer 15, der Siedekammer 11 und der Kondensationskammer 12 ein Vakuum aufrechterhalten wird.
Die für die Verdunstung des Wassers in der Siedekammer 11 erforderliche Energie wird durch ein Kühlsystem 31 erbracht. Das Kühlsystem 31 umfaßt Rohrleitungen 39, welche R22-Gas beinhalten. Ein Verdichter 32 wird verwendet, um das R22-Gas durch das Kühlsystem 31 zu pressen. Das System 31 umfaßt weiterhin eine Vorrichtung 33 zur Vermeidung einer Überhitzung, eine unterhalb des Wasserpegels 18 in der Siedekammer 11 angebrachte Kondensationsschlange 34, einen Kapillarbegrenzer 35, eine im Kaltwassertank 30 angebrachte Kühlschlange 36 und eine innerhalb der Kondensationskammer 12 angebrachte Verdunstungsschlange 37.
Das System 10 umfaßt als ein bevorzugtes Merkmal einen Warmwassertank 40, welcher mit dem Kaltwasserspeichertank 30 über ein Rohr 41 mit einem Einwegventil 42 verbunden ist. Der Warmwassertank 40 umfaßt ein elektrisches Heizelement 43, um das darin befindliche Wasser aufzuheizen.
Der Betrieb des Systems 10 erfordert ein Vakuum von bis zu 96%, welches erreicht wird durch Zirkulieren des Wassers bei einer Temperatur von 4ºC bis 7ºC durch den Kaltwasserspeichertank 30, durch das Rohr 29 und die Umschlagvorrichtung 27 mittels der Pumpe 28. Das Wasser im Kaltwasserspeichertank 30 wird durch das Kühlsystem 31 gekühlt.
Das Kühlsystem 31 wird auch dazu verwendet, das Wasser in der Siedekammer 11 zu verdampfen, wenn es durch die Kondensationsschlage 34 hindurchgetreten ist. Die heißen R22-Gase aus dem Verdichter 32 werden zunächst mittels des Luftkühlers 33 zur Vermeidung einer Überhitzung auf die erforderliche Temperatur zum Verdampfen abgekühlt. Die Temperatur des Wassers innerhalb der Siedekammer wird mittels eines Thermostaten 51 geregelt, welcher die Temperatur der R22-Gase auf einen Bereich von 35ºC bis 55ºC regelt. Die Kondensationswärme des R22-Gases in der Kondensationsschlange 34 liefert die Energie, welche für die Verdampfung des Wassers in der Siedekammer 11 benötigt wird. Der Siedepunkt des Wassers ist dabei aufgrund des hohen Vakuums im System 10 wesentlich niedriger als der Siedepunkt von Wasser bei Atmosphärendruck.
Der Wasserdampf tritt durch die Dampfauslaßleitung 21 und wird in der Kondensationskammer 12 aufgefangen. Das Wasser im Kaltwasserspeichertank 30 wird durch Hindurchführen der R22-Gase durch die Kühlschlangen 36 in den Kaltwassertank 30 in einem Temperaturbereich von 4ºC bis 7ºC gehalten. Ein Thermostat 52 regelt die Temperatur des Wassers innerhalb des Tanks 30. Die Verdunstungsschlange 37 innerhalb der Kondensationskammer 12 wird verwendet, um den Wasserdampf zu kondensieren, welcher seinerseits wiederum von der Kondensationskammer 12 zur Umschlagsvorrichtung 27 weitergeführt wird.
Zur Destillation von Wasser wird eingespeistes Wasser über das Hubmagnetventil 14 in die Entgasungskammer 15 zugeführt. In dieser Stufe werden flüchtige Gase aus dem eingespeisten Wasser entfernt. Ein Pegelschalter 19, 20 regelt den Wasserpegel in der Entgasungskammer 15 und der Siedekammer 11.
Das entgaste Wasser wird dann mittels Schwerkrafteinwirkung der Siedekammer 11 zugeführt, wo es auf den gewünschten Siedepunkt erhitzt wird, und der resultierende Wasserdampf wird über die Dampfauslaßleitung 21 in die Kondensationskammer 12 eingespeist. Der von der Verdunstungsschlange 37 in der Kondensationskammer 12 kondensierte Wasserdampf wird Über die Umschlagsvorrichtung 27 entfernt und mittels der Pumpe 28 in den Kaltwasserspeichertank 30 gepumpt. Abhängig von der Qualität des eingespeisten Wassers öffnen sich die Hubmagnetventile 23 und 24 automatisch, sobald die Konzentration der Verunreinigungen in der Siedekammer 11 ein vorbestimmtes Niveau erreichen, um dieses Konzentrat von Verunreinigungen unter Einwirkung der Schwerkraft zu einem Abwassertank 63 (Fig. 2 bis 4) fließen zu lassen.
Pegelschalter 54 und 55 im Kaltwasserspeichertank 30 werden verwendet, um den Wasserpegel in diesem Tank zu regeln. Wenn der Wasserpegel im Tank den Pegelschalter 54 erreicht, so beendet die Pumpe 28 ihren Betrieb, bis der Pegel des Wassers unterhalb des Pegelschalters 55 absinkt. Wenn der Tank 30 voll ist und die Pumpe 28 zu arbeiten aufgehört hat, wird in der Kondensationskammer 12 weiterhin reines Wasser erzeugt und gespeichert. Dies beruht auf der Tatsache, daß das Vakuum, wenn es einmal erzeugt ist, aufgrund der Kondensation des Wasserdampfs beinahe selbstregenerierend ist. Die Erzeu gung von reinem Wasser wird deshalb fortgesetzt, bis die Verdunstungsschlange 37 vollständig mit Wasser bedeckt ist.
Während der Phase, in der die Pumpe 28 zu arbeiten aufgehört hat, regelt der Thermostat 51 den Betrieb des Verdichters 32, um die Wassertemperatur im Tank 30 auf einem vorbestimmten Niveau zu halten.
Während dieses Zyklusses kann das gereinigte Wasser im Kaltwassertank nach Bedarf durch einen Auslaß 61 abgelassen werden und kann auch durch das Einwegventil 42 zum Warmwassertank 40 eingespeist werden, wo das Wasser durch das Heizelement 43 aufgeheizt ist, welches mittels eines Thermostaten 44 geregelt wird. Heißes Wasser kann durch den Auslaß 62 zur Verfügung gestellt werden. Deshalb kann durch das Wasserdestillationssystem 10 heißes und kaltes Wasser zur Verfügung gestellt werden.
In den Fig. 2 bis 4 ist gezeigt, daß das System 10 in einem Gehäuse 64 untergebracht ist. Der Wassereinlaß 13 ist an einem Vorratsspeichertank 65 mit einem Einlaß 66 und einem Überflußauslaß 67 vorgesehen. Alle Bestandteile sind im Gehäuse 64 untergebracht, welches einen Kühlventilator 68 sowie einen Auslaß 69 aufweist. Eine Regeleinheit 70 beinhaltet die Spannungsversorgungs- und Reglerschaltungen, welche zum Regeln und Bedienen des Systems 10 verwendet werden.
Das System 10 dient dazu, daß flüchtige Gase im eingespeisten Wasser dann, wenn sie einmal im Vakuum in der Entgasungskammer 15 getrennt worden sind, voneinander bis zum Ausgang der Umschlagsvorrichtung 27 getrennt bleiben. Dies beruht auf der Tatsache, daß flüchtige Gase in einem hohen Vakuum vorliegen und sie dort keine Neigung zeigen, wieder in das Destillat im Rohr 29 in Lösung zu gehen, obwohl die flüchtigen Gase und das Destillat für eine kurze Zeitdauer, d. h. für ungefähr weniger als 1 Sekunde, miteinander bei fast atmosphärischem Druck in Kontakt stehen. Dabei wird jedoch nur ein winziger Bruchteil der flüssigen Gase wieder zurück in das Wasser gelöst werden können. Weiterhin gilt, daß Chlor, welches im eingespeisten Wasser gelöst ist, beim Ausgasen in der Entgasungskammer als Antiseptikum wirkt, um das System 10 zu reinigen.
Das System 10 ist relativ sparsam beim Verbrauch von Energie während des Produktionszyklusses, da der Verdichter 32 verwendet wird, um das eingespeiste Wasser in der Verdunstungskammer 11 zu verdampfen und den Dampf in der Kondensationskammer 12 zu kondensieren, um Wasser im Kaltwasserspeichertank 30 auf einer Temperatur im Bereich von 4ºC bis 7ºC zu halten.
Während des Kühlzyklusses, d. h. wenn der Kaltwasserspeichertank 30 und der Heißwasserspeichertank 40 voll sind und die Pumpe 28 ausgeschaltet worden ist, wird das Destillat (Wasser) in der Kondensationskammer 12 gespeichert und das System 10 paßt die Erzeugungsrate von selbst an die zur Verfügung stehende Oberfläche der Schlange 37 und die Höhe des Vakuums an. Wenn die Kondensationskammer 12 mit Wasser gefüllt ist, so wirkt die Heizvorrichtung 33 zur Vermeidung einer Überhitzung als Kondensator, während die Kühlschlange 36 im Kaltwasserspeichertank als Verdunster wirkt.
Die Anordnung des Systems 10 ermöglicht es, daß die Pumpe 28 und die Umschlagsvorrichtung 27 bei einer Temperatur von 4ºC arbeiten und erzeugt ein hohes Vakuum von bis zu 98%, wobei die Pumpe 28 das zusätzliche Merkmal aufweist, daß das destillierte Wasser zu den Speichertanks 30 und 40 transportiert wird.
Das Sieden des Wassers im Temperaturbereich von 35ºC bis 55ºC sorgt dafür, daß der so gebildete Dampf keine Bakterien, mineralische Verunreinigungen oder gelöste Feststoffe mit radioaktiven Verunreinigungen durch das Kondensationssystem transportiert.
Die typische Wasserqualität, welche bei aus städtischen Wasserleitungen eingespeistem Wasser erzielbar ist, liegt bei ungefähr 1 ppm an gelösten Verunreinigungen.
Die Verdunstung von eingespeistem Wasser und die Kondensation von Wasserdampf kann aufgrund eines Wärmeaustauschers mit Heizelementen oder Kühlelementen erreicht werden.

Claims

1. Wasserdestillationssystem, welches umfaßt:

einen Wasserverdunster (11), eine Vorrichtung zum Kondensieren von Wasser (12) und einen Wasserspeichertank (30), wobei der Verdunster, die Vorrichtung zum Kondensieren und der Tank miteinander in Reihe geschaltet sind, so daß Wasser vom Verdunster über die Vorrichtung zum Kondensieren zum Tank gelangt;

einen Wassereinlaß (13), um eingespeistes Wasser zum Verdunster zuzuführen;

einen Wasserauslaß (61) an dem Tank;

eine Entgasungskammer (15), welche zwischen dem Wassereinlaß (13) und dem Verdunster (11) zum Entfernen gelöster Gase im eingespeisten Wasser und zum Einhalten eines vorbestimmten Pegels des eingespeisten Wassers im Verdunster angebracht ist;

Vakuumpumpenvorrichtungen zum Reduzieren des Drucks im Verdunster und in der Vorrichtung zum Kondensieren relativ zum äußeren Luftdruck, wobei die Vakuumpumpenvorrichtungen eine Umschlagsvorrichtung (27) und eine Zirkulationspumpe (28) umfassen, um Wasser vom Wasserspeichertank durch eine Zirkulationsleitung (29) zu pumpen, und wobei der Pumpe Wasser vom Wasserspeichertank zugeführt wird und sie Wasser durch eine Durchlaßöffnung der Umschlagsvorrichtung (27) ausgibt, um Wasser zum Wasserspeichertank zurückzuführen, wobei die Umschlagsvorrichtung weiterhin eine Queröffnung umfaßt, welche mit einem Auslaß der Vorrichtung zum Kondensieren (12) verbunden ist, um unter Vakuum dem zum Wasserspeichertank fließenden Wasser Kondensat von der Vorrichtung zum Kondensieren zuzuführen; und

einen einzelnen Kühlkreislauf, wobei der Kühlkreislauf umfaßt;

eine Kondensationsschlange (34) im Wasserverdunster;

eine Verdunstungsschlange (37) in der Vorrichtung zum Kondensieren von Wasser;

einen Kapillarbegrenzer (35), durch welchen Kühlmittel von der Kondensationsschlange (34) zur Verdunstungsschlage hindurchtritt;

einen Kühlmittelverdichter (32) zum Zirkulieren des Kühlmittels in diesem Kreislauf; und

Vorrichtungen (33) zum Verhindern einer Überhitzung, durch welche das Kühlmittel hindurchtritt, um das Kühlmittel zu kühlen, wobei die Vorrichtungen (33) zum Verhindern einer Überhitzung im Wirkkreislauf hinter dem Verdichter und vor der Kondensationsschlange angebracht sind;

dadurch gekennzeichnet,

daß der Kühlkreislauf weiterhin eine Kühlschlange (36) umfaßt, durch welche das Kühlmittel hindurchtritt und welche im Wasserspeichertank angebracht ist, um das sich im Tank befindliche Wasser zu kühlen, wobei die Kühlschlange im Kreislauf nach dem Kapillarbegrenzer und vor dem Verdichter relativ zur Fließrichtung des Kühlmittels im Kreislauf angebracht ist.

2. Wasserdestillationssystem nach Anspruch 1, wobei der Wassereinlaß ein Regelventil (14) umfaßt, um den Zufluß von eingespeistem Wasser zu regeln, welches durch den Einlaß eintritt.

3. Wasserdestillationssystem nach Anspruch 2, wobei der Verdunster ein Auslaßregelventil (23) umfaßt, welches so betrieben werden kann, daß es Wasser und weitere Verunreinigungen hierin aus dem Verdunster entfernen kann.

4. Wasserdestillationssystem nach Anspruch 3, wobei das System einen Warmwasserspeichertank (40) umfaßt, welcher Wasser vom Wasserspeichertank empfängt, wobei der Wasserspeichertank ein Heizelement (43) umfaßt.

5. Wasserdestillationssystem nach Anspruch 4, worin ein Einwegventil (42) zwischen dem Speichertank (30) und dem Warmwasserspeichertank (40) angebracht ist.

6. Wasserdestillationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verdunster (11) während des Betriebs des Systems auf einem Temperaturbereich zwischen 35ºC und 55ºC gehalten wird.

7. Wasserdestillationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wasser im Speichertank während des Betriebs des Systems auf einem Temperaturniveau zwischen 4ºC und 7ºC gehalten wird.