NL8204452A - Ontzoutingsinrichting. - Google Patents

Description

« • *

Ontzoutingsinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een nieuwe ontzoutingsinrichting voor het verkrijgen van drinkwater, irrigatiewater of water voor industrieel gebruik uit zoutwater zoals zeewater. Meer in het bijzonder heeft de uit-5 vinding betrekking op een ontzoutingsinrichting, die de energie- eisen vermindert door aanwending van de latente condensatiewarmte van waterdamp bij de verdamping van het zoutwater.

Veel ontzoutingsinrichtingen zijn geproduceerd, en een aantal daarvan worden commercieel aange-10 wend. De sleutelfactor bij deze inrichtingen is om een maximum hoeveelheid drinkwater te produceren met een minimum aan toegevoerde energie. Ontzouting wordt in het gebruikelijke geval tot stand gebracht door of gebruik te maken van een temperatuur-afhankelijke verandering in fase zoals verdamping of bevriezing 15 of door de uitoefening van druk zoals bij omgekeerde osmose.

De vroegere werkwijzen houden de vrijkoming van latente warmte in, en, in het bijzonder, de latente verdampingswarmte bedraagt tot zelfs 540 cal. per gram water, en moet teruggewonnen worden om het warmtegebruiksrendement van de ontzoutingsver-20 richting te verhogen. De verandering in fase gebeurt bij een vaste temperatuur onder een constante druk, zodat terugwinning van de latente warmte altijd gepaard moet gaan met een verandering in druk.

Zoutwater kan ook ontzilt worden door 25 meertrapsafdamping, waarbij de temperatuur en druk van het te verdanken zoutwater door verwarming opgevoerd worden, en de druk wordt dan verminderd tot de atmosferische druk om zodoende het zoutwater te verdampen en waterdamp te condenseren.

Daar bij deze werkwijze een deel van de latente verdampings-30 warmte in de waterdamp teruggewonnen wordt, heeft deze het hoogste rendement van het warmtegebruik en is deze momenteel in wijd verspreid gebruik. Maar deze werkwijze heeft één ernstige tekortkoming: om een redabeler gebruik van de warmte te 8204452 *«. * 2 bereiken, moet geen gas (zoals lucht) in het te verdampen zoutwater optreden en is dus ontgassing nodig vóór het verhogen van de temperatuur en druk. Meertraps afdamping heeft dit bezwaar daar het uitgevoerd wordt in een luchtdicht systeem 5 onder druk.

Kort omschreven is één oogmerk van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een verbeterde ont-zoutingsinrichting, met bijzonder hoog warmterendement.

Een ander oogmerk van de onderhavige 10 uitvinding is om te voorzien in een ontzoutingsinrichting, welke een sectie voor het verwarmen van zoutwater, een tank voor het verdampen van het door de verwarmingssectie gevoerde zoutwater, een tank voor het condenseren van waterdamp, een eerste pijp voor het van de verdampingstank naar de condensa-15 tietank leiden van het water in samenhang met een draaggas, en een tweede pijp voor het naar de verdampingstank leiden van het draaggas nadat het bevrijd is van waterdamp, die in de condensatietank gecondenseerd wordt, omvat.

Bij de ontzoutingsinrichting volgens 20 de onderhavige uitvinding zijn de condensatie- en verdampings- tanks verbonden door een pijp aan de bovenkant daarvan, en omvat de inrichting voorts middelen voor het verwarmen van het van de condensatietank naar de verdampingstank overgebrachte zout--water, minder voor het naar de condensatietank transpor-25 teren van het draaggas dat in de verdampingstank verkregen wordt en dat vervaardigde waterdampdruk meevoert, en in de condensatietank aangebrachte middelen voor het koelen van het draaggas dat de verzadigde waterdampdruk heeft. Bij toepassing van deze vormgeving worden de in het voorgaande beschreven 30 tekortkomingen van de gebruikelijke inrichting, d.w.z. de nood zaak tot ontgassing van het zoutwater en het zeer lage warmterendement bij atmosferische druk als gevolg van het in gebreke blijven om de latente verdampingswarmte terug te winnen, ondervangen.

35 De verdampingstank van de inrichting 8204452 Λ * 3 volgens de onderhavige uitvinding heeft een zodanige tem-peratuurverdeling dat het zoutwater warmer wordt als het omhoog beweegt (een geheel tegengesteld verschijnsel aan wat gewoonlijk plaats vindt in een destillatiekolom), zodat de 5 verzadigde waterdampdruk verhoogd wordt met de temperatuur, en een draaggas verschaft, dat een zeer hoge absolute vochtigheid heeft. Het resulterende draaggas wordt in de condensa-tietank toegevoerd, waar het onderworpen wordt aan warmte-uitwisseling met het zoutwater als het de latente condensatie-10 warmte vrijgeeft door een condensatiepijp in de tank tot het water gecondenseerd wordt uit het draaggas. De inrichting volgens de onderhavige uitvinding is dus voordelig doordat deze in staat is om de latente warmte van de waterdamp met hoog rendement terug te winnen om een daarmee gepaard gaande 15 opmerkelijke toename in het totale warmterendemenfc te bereiken.

Bij de ontzoutingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding kunnen de condensatie- en verdampings-tanks verbonden zijn door een enkele pijp aan hun bovenkant zodat het zoutwater overvloeit van de condensatietank in de 20 verdampingstank en het draaggas, dat de verzadigde waterdamp druk heeft, door de (naderhand te beschrijven) condensatiepijp in de condensatietank getransporteerd wordt. Maar om meeneming van het zoutwater in het draaggas te voorkomen, zijn de twee tanks bij voorkeur aam hun bovenkant verbonden door twee 25 pijpen, waarvan de ene een doorgang vormt voor overvloei van het zoutwater van de condensatietank naar de verdampingstank en de andere een doorgang vormt voor het transporteren van het draaggas (dat in de verdampingstank geproduceerd is en waterdamp bevat) door de condensatiepijp in de condensatietank.

30 Bij de inrichting volgens de onderhavige uitvinding kan het van de condensatietank naar de verdampingstank overgebrachte zoutwater verwarmd worden door een warmtebron zoals een zonnewarmteopvanginrichting, een electrische verwarmer of een ketel die het warmteverlies als gevolg van 35 warmteverspreiding uit de inrichting suppleert. De warmtebron 8204452 » '4 s kan bijvoorbeeld bovenop de condensatie- of verdampingstank geplaatst worden, maar voor het gemak bij het verwarmen van het zoutwater, wordt de warmtebron bij voorkeur geïnstalleerd binnen de pijp die de twee tanks verbindt (of de eerste pijp 5 voor het toevoeren van het zoutwater wanneer de tanks door twee pijpen verbonden zijn). Het draaggas, dat in de verdampingstank verkregen wordt en dat de verzadigde waterdampdruk heeft, kan naar de condensatietank getransporteerd worden door een aanjaagpomp die er voor zorgt dat het draaggas ge-10 transporteerd wordt van de bovenkant van de verdampingstank in de (naderhand te beschrijven) condensatiepijp in de condensatietank. Na het vrijkomen van waterdamp in de condensatiepijp wordt het draaggas gerecirculeerd van de onderkant van de condensatietank naar die van de verdampingstank via een 15 draaggasrecirculatiepijp. De aanjaagpomp voor het transpor teren van het draaggas is met de pijp verbonden tussen de condensatie- en verdampingstanks (of de tweede pijp voor het transporteren van het draaggas wanneer de tanks door twee pijpen verbonden zijn) en de condensatiepijp in de condensatietank van 20 zodat het draaggas gerecirculeerd wordt'de bovenkant van de verdampingstank naar de onderkant van de verdampingstank door de condensatiepijp en de draaggasrecirculatiepijp. Als alternatief kan de aanjaagpomp geïnstalleerd worden binnen de draaggasrecirculatiepijp om hetzelfde doel te bereiken. Het draag-25 gas met de verzadigde waterdampdruk dat getransporteerd wordt van de verdampingstank wordt gekoeld als het binnen de in de condensatietank geïnstalleerde condensatiepijp stroomt. Als gevolg van de temperatuurdaling wordt de waterdamp uit het draaggas gecondenseerd om een dauw van zoetwater op de binnenwanden 30 van de condensatiepijp te vormen, en tegelijkertijd worden de voelbare warmte en latente warmte van de waterdamp vrijgegeven aan het zoutwater in de condensatietank om de temperatuur daarvan te verhogen als het langs de verdampingstank beweegt. In dit geval kunnen stellen condensatie- en verdampingstanks on-35 derling verbonden worden om warmteverlies als gevolg van de t 8204452 5 *w * warmteverspreiding uit de inrichting te verminderen, wat erg voordelig is voor de doeleinden van de onderhavige uitvinding.

Bij de inrichting volgens de onderha-5 vige uitvinding wordt een tank, die daarin een condensatiepijp opgenomen heeft, welke uitgerust is met bijvoorbeeld warmte-verspreidingsplaten om een geleidelijke warmte^uitwisseling te bereiken, als de condensatietank gebruikt, en wordt een tank, die dezelfde vormgeving heeft als die van een gebruikelijke 10 verpakte kolom of destillatiekolom, als de verdampingstank gebruikt.

De onderkant van de condensatiepijp in de condensatietank is met de onderkant van de verdampingstank verbonden door een pijp waardoor het draaggas gerecircu-15 leerd wordt naar de verdampingstank.

Bij de ontzoutingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding, die de in het voorgaande beschreven vormgeving heeft, wordt het draaggas, dat in de verdampingstank verkregen wordt en dat de verzadigde waterdampdruk heeft, 20 door de aanjaagpomp voortgedreven om van de bovenkant van de verdampingstank naar de bovenkant van de condensatiepijp in de condensatietank getransporteerd te worden door de onderlinge verbindingspijp (of de pijp voor het transporteren van het draaggas wanneer de twee tanks door twee pijpen verbonden zijn), 25 en als het draaggas door de condensatiepijp omlaag gedreven wordt, wordt het gekoeld om de waterdamp vrij te geven. Na het bevrijden van de waterdamp, wordt het draaggas getransporteerd van de onderkant van de condensatietank naar de onderkant van de verdampingstank door de draaggasrecirculatiepijp, en in de 30 verdampingstank wordt het draaggas weer verzadigd met water damp en gerecirculeerd naar de condensatiepijp als een gas dat een verzadigde waterdampdruk heeft.

De inrichting volgens de onderhavige uitvinding kan lucht als het draaggas aanwenden, zodat deze 35 niet ontgast behoeft te worden als bij de meervoudige afdam- 8204452 6 pingswerkwijze, en kan gefiltreerd zeewater onmiddellijk als een voedingmateriaal gebruikt worden. Bovendien heeft de inrichting een hoog rendement van het warmtegebruik, zodat een zonnewarmte-opvanginrichting, die een klein ontvangoppervlak 5 heeft, gebruikt kan worden als een warmtebron, die van bijzon der voordeel is bij industriële toepassingen.

Een verder oogmerk van de onderhavige uitvinding is om te voorzien in een ontzoutingsinrichting waarbij de in de condensatiesector opgewekte warmte overge-10 bracht wordt naar de verdampingssectie door een warmtewisse laar om zodoende de terugwinningsmate van deze warmte en het totale rendement van het warmtegebruik te vergroten, wat tot een vermindering in de afmeting van de inrichting en een toename in het ontzoutingsrendement leidt. Dit oogmerk kan be-15 reikt worden door een ontzoutingsinrichting bestaande uit een condensatiesectie en een verdampingssectie die door een tussen-schot gescheiden zijn, waarbij de verdampingssectie, waaraan het zoutwater toegevoerd wordt, uitgerust is met een zoutwater- verwarmingssectie en een zoutwaterafvoerpijp, en de condensa-sectie 20 tie» uitgerust is met een zoetwateruitgang, de verdampings- en condensatiesecties verbonden zijn door een pijp waardoor een draaggas gerecirculeerd wordt, en het tussenschot als een middel van warmte--overdracht van de condensatiesectie naar de verdampingssectie dient.

25 De ontzoutingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding is tot stand gekomen op basis van de nieuwe vinding dat indien de in de condensatiesectie opgewekte warmte overgebracht wordt naar de verdampingssectie, een gewenst hoger rendement bereikt kan worden en het totale warmte-30 gebruik verhoogd kan worden door eenvoudig het volume van het draaggas, dat in het systeem stroomt, te veranderen. De inrichting is in staat om een hoger ontzoutingsrendement te bereiken dan de gebruikelijke producten, en tegelijkertijd kan de afmeting van de inrichting verminderd worden.

35 De uitvinding wordt in het volgende t 8204452 - 1» 7 nader toegelicht aan de hand van in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeelden daarvan.

Figuur 1 is een blokschema dat één uitvoering van de ontzoutingsinrichting volgens de onderhavige 5 uitvinding weergeeft; figuur 2 is een schematische afbeelding van de ontzoutingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding, die in figuur 1 weergegeven is; figuur 3 is een schematische langsdoor-10 snede over een andere uitvoering van de ontzoutingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding; en figuur 4 is een schematische langsdoor-snede over nog een andere uitvoering van de ontzoutingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding.

15 Vervolgens worden de bij wijze van voorbeeld in de tekeningen voorgestelde voorkeursuitvoeringen van de uitvinding meer in detail beschreven.

Figuur 1 is een blokschema van de ontzoutingsinrichting volgens één uitvoering van de onderhavige 20 uitvinding, waarbij paren condensatie- en verdampingstanks naast elkaar aangebracht zijn. In figuur 1 geeft het verwijzingscij-fer 1 condensatietanks aan, en met 2 zijn verdampingstanks aangegeven, en met 3 pijpen , die condensatietanks 1 en verdampingstanks 2 verbinden, waardoor zoutwater toegevoerd wordt.

25 Een ander stel pijpen verbindt de twee tanks en voert het draaggas door, en aanjaagpompen 4 zijn daarin aangebracht. Een hoofdpijp 6 voert het zoutwater toe, en met 7 zijn pijpen aangegeven voor het toevoeren vein het zoutwater naar condensatie-tariks 1. Zoetwater wordt teruggewonnen door hoofdpijp 8, en met 30 9 zijn pijpen aangegeven, waardoor zoetwater teruggewonnen wordt uit elke condensatietank 1. Een draaggasrecirculatiepijp 10, een hoofdzoutwaterafvoerpijp 11, pijpen 12 waardoor het zoutwater afgevoerd wordt uit elke verdampingstank 2, en een warmtepijp 11 (d.w.z. een warmtebron) completeren het leiding-35 netwerk van pijpen. Voorts is in figuur 1 met A een zonnewarmte- 8204452 8 opvanginrichting, en met B een zoetwaterreservoir aangegeven. Een zoutwaterfilter C en een zoutwatervoedingpomp P completeren het stelsel.

Zoutwater van de pomp P stroomt door 5 hoofdpijp 6, wordt gefiltreerd bij C en treedt condensatie tanks 1 binnen door pijpen 7. Het zoutwater wordt omhoog gedreven door een (niet weergegeven) condensatiepijp in de condensatietank 1 en wordt onderworpen aan warmte^uitwisseling op de binnenwand van de condensatiepijp met een draaggas dat 10 naar de condensatietanks 1 (of de condensatiepijpen) toege voerd wordt van de bovenkant van verdampingstanks 2 door middel van aanjaagpompen 5. Het verwarmde zoutwater treedt ver-dampingstank 2 binnen na verwarmd te zijn in pijpen 3 door warmtepijp 13 die verbonden is met zonnewarmte-Opvanginrichting 15 A. Het verwarmde zoutwater beweegt omlaag in verdampingstanks 2 en geeft waterdamp af aan het draaggas dat overgebracht wordt van de onderkant van de condensatiepijpen naar de verdampingstanks 2 door recirculatiepijpen 10, en daarna wordt het zoutwater afgevoerd uit elke verdampingstank 2 door pijpen 12 20 en hoofdpijp 11.

Het draaggas dat toegevoerd wordt in condensatietanks 1 door aanjaagpompen 5, wordt door de condensatiepijp omlaag gedreven, treedt de onderkant van een verdampingstank 2 binnen door een recirculatiepijp 10, en wordt 25 daar verwarmd om een draaggas te worden dat de verzadigde wa- terdampdruk heeft als gevolg van gas-vloeistof-evenwicht en wordt getransporteerd naar de condensatiepijp in de aangrenzende condensatietank 1 door pijp 4. Het draaggas wordt dan door de condensatiepijp omlaag gedreven als het zijn voelbare en 30 latente warmten afgeeft aan het zoutwater op de pijpwand en hieruit een hoeveelheid waterdamp vrijkomt corresponderende met het verschil in temperatuur van het zoutwater. Na het vrijkomen van de waterdamp, wordt het draaggas getransporteerd naar de onderkant van de verdampingstank 2 door recirculatie-35 pijpen 10. Het zoetwater dat verzameld wordt in de condensatie- t 8204452 9 pijpen in condensatietanks 1 wordt daaruit teruggewonnen door pijpen 9 en hoofdpijp 8 en wordt in reservoir B bewaard.

Een proefneming werd uitgevoerd om zoutwater te ontzilten door het laten werken van de inrichting 5 volgens de onderhavige uitvinding onder de in Tabel I ver melde gesteldheden.

8204452 10 η a * r-ί Λ Ο \ a θ’ ο> Η \ \ \ Ο 0 ri Η rp Ο Ο 0 0 0 \ χ ο ο ο en Ο Ο Ο ή κο r» 01 η ιο Μ α) ι -Ρ ö to -Ρ 0 0 Μ Λ g > •Η 0 0

β β 0 0 G

Μ Η Ν -Ρ 0 0 G G § Ρ Οι 0 0 0 0 0 0 -Ρ > > & -Ρ •Η Β 0 0

Cn Ρ 0 Μ 0 en S

Μ 0 -Ρ ρ -Ρ 0 0 0 is a μ a ή 0 G 0 Ρ Ό Ρ ft Ν 0 ö 0 0 a

G S 0 5 0 C

•Ρ Ο ·Ρ *0 0 0 Ν 0 C 0 Ρ > Λ Λ! 0 Μ 0 β -η +> ·η > Φ β 0 -Ρ 0 ·Ρ -Η Η 0 0> Η β r-S 0 0 > G 0 Ο 0 -Ρ £ Ρ 0-PO-PGP-PP Η 0 > Ρ Ρ 0 0 Λ 0 0·+ί Ο-πΟ-Ρ-Ρ Ο -Ρ 0 £ Φ G Ο ·Ρ Ο 0 0 -Ρ 0 POM^MH&OS Λ 0 0 Ρ £ 0 0 0 Φ * Λ g a ,y ο 0 Ρ Η G 0 0

0 Λ S

Φ , 0 4-> Ρ λ c a λ Φ 0 -Ρ \ η a υ 0 υ ν -ρ 0 0 0 ο ο μ H) Ο ί to ο Ο m β γο os σι ο 0 0 *Ρ Ο Ρ Ρ Ρ ι 0 β 0 ι Φ -Ρ ο 0 εη a 0

•Ρ Ν G Ρ S

0 0 0 -Ρ Ρ G > ρ 0 0 0 ftp ο Ö, > Ο 0 Ν & \ > _ 0 Ρ 0 Φ •Ρ β -Ρ en ·Ρ m β a g Φ en -ρ ρ ·ρ λ G 0 0 -Ρ rj Ρ Ρ £ Λ 0 > 0 Ρ 0 Ο 0 0 Μ ft 0 G ·Ρ >

enpa-PGP-P0 SP00OGOO 0 Φ -Ρ & Ν ·Ρ -Ρ ,G

ι 8204452 11

Resultaten: (1) Aanzetten

Het zeewater in één condensatietank werd verwarmd tot een bepaalde temperatuur en gezonden naar 5 een daarmee gepaarde verdampingstank. Wanneer het zeewater begon te stromen naar de onderkant van de verdampingstank, werd een bepaalde hoeveelheid draaggas (lucht) gepompt naar de verdampingstank, alsmede naar de daarmee gepaarde condensatietank, en werd de temperatuur van het zeewater verhoogd als het draag-10 gas (dat de verzadigde waterdampdruk voor de temperatuur aan de bovenkant van de verdampingstank heeft) gekoeld werd.

De verrichting werd bestendig wanneer het totale systeem (dat al de condensatie- en verdampingstanks omvat) bepaalde temperaturen bereikte.

15 (2) Bestendige toestand-verrichting en de berekening van warmtegebruik

Een systeem bestaande uit één stel condensatie- en verdampingstanks zal beschouwd worden onder de aanname dat de condensatietank gevoed wordt met 54 g zeewater 20 (25°C) per uur, waarbij de temperatuur van het zeewater aan de bovenkant van de condensatietank na warmte^uitwisseling 85°C bedraagt. De hoeveelheid warmte (Q^) die nodig is om de temperatuur van 25°C tot 85°C op te voeren bedraagt: = 54 (cal/°C.hr) x 60 (°C) = 3240 cal/hr.

25 Indien aangenomen wordt dat deze hoeveelheid warmte toegevoerd wordt in de vorm van de latente condensatiewarmte, is 5 g/hr water nodig. Indien 6 g water in het draaggas (90°C) opgenomen is bij de verzadigde waterdampdruk, bedraagt de hoeveelheid lucht (VQno_), aangenomen dat de waterdruk van water bij die 30 temperatuur (90°C) 526 mmHg bedraagt:

Vgo°c = 29 (klaarblijkelijke molecuulgewicht van lucht) x (6/18) x (234/526) =4,3 g/hr.

Het volume van 4,3 g lucht wanneer het toegevoerd wordt aan de verdampingstank bij 30°C (V^qQc) bedraagt: 35 V,.,, = (4,3/29) x R (gas-constante) x 303 C = 4,3 x 0,082 x 303/29 = 3,7 1/hr.

8204452 12 ♦ *

V

Het volume van het draaggas wanneer het de condensatietank (VQ_o_) binnengaat bedraagt: yu c*

Vg0oc = (10,3/21,4) x 0,082 x 363 = 14,3 1/hr, waarin 10,3 de som van de waterdamp (6 g) en lucht (10,3 g) is, 5 en 21,4 het gemiddelde molecuulgewicht van lucht dat de verza digde waterdampdruk voor 90°C heeft /~29 x (234/760) + 18 x (526/760)J. De hoeveelheid warmte Q2 die nodig is voor het verhogen van de temperatuur van het zeewater van 85°C tot 90°C bedraagt: 10 Q2 = 54 x 5 = 270 cal/hr.

De systeemgedragsratio ( / ) (de hoeveelheid zoetwater (lb) verkregen voor 1000 BTU toegevoerde warmte) bedraagt: 'i = [ (6/453)/(270/252) ] x 1000 = 12,2 Derhalve moeten om 100 ton zoetwater per uur terug te winnen 15 de in het voorgaande weergegeven waardenvermenigvuldigd wor den met de factor 16,7 x 10^ £(100 x 10^)/ 6 = 16,7 x 10^J, en wordt het volgende gegeven verkregen: g verpompt zeewater : 5,4 x 16,7 x 10 = 902 t/hr 20 draaglucht : 4,3 x 16,7 x 10^ = 72 t/hr volume van draaglucht (30°C) : 3,7 x 16,7 x 106 = 62.000 m3/hr volume van naar 25 de condensatie tank (90°C) gezonden draaggas : 14,3 x 16,7 x 106 = 239.000 m3/hr C.

warmte-eisen : 270 x 16,7 x 10 = 4.510.000 Kcal/hr 30 opneem^oppervlak van zonnewarmte-o p vanginrichting : 4.510.000/860 = 5250 m2 .

Figuur 2 is een schematische afbeel- 35 ding van de uitvoering van figuur 1. In figuur 2 is met het ver- 8204452 • ♦ 13 wijzingscijfer 1 een condensatietank aangegeven, 2 is een verdampingstank, 3 is een pijp voor het verbinden van condensatietank 1 en verdampingstank 2 waardoor zoutwater toegevoerd wordt, en 4 is een andere pijp voor het verbinden van 5 de twee tanks, maar waardoor het draaggas stroomt, bij 5 is aan aanjaagpomp weergegeven, 7 is een pijp voor het toevoeren van het zoutwater naar condensatietank 1, 9 is een pijp waardoor zoetwater teruggewonnen wordt uit condensatietank 1, 10 is een draaggasrecirculatiepijp, 12 is een pijp waardoor 10 het zoutwater afgevoerd wordt uit verdampingstank 2, 13 is een warmtepijp, en 20 is een condensatiepijp die in condensatietank 1 geïnstalleerd is. Bij 21 is een warmteverspreidings-plaat weergegeven, 22 is een drenkplaat die in verdampingstank 2 geïnstalleerd is, en 30 is een warmte^-isolatie rond conden-15 satietank 1 en verdampingstank 2. Bij de uitvoering van figuur 2 is aanjaagpomp 5 verbonden met pijp 4 en condensatiepijp 20 op een zodanige wijze dat het draaggas getransporteerd wordt van de bovenkant van de verdampingstank 1 in condensatiepijp 20 (met name wordt het draaggas getransporteerd van de onder-20 kant van condensatiepijp 20 naar de onderkant van verdampings tank 2 door recirculatiepijp 10).

Eerst treedt zeewater met een temperatuur van 25°C condensatietank 1 binnen door voedingpijp 7 en wordt het omhoog gedreven door condensatietank 1 als het 25 onderworpen wordt aan warmte^uitwisseling met het draaggas dat de verzadigde waterdampdruk heeft en dat door condensatiepijp 20 omlaag gaat (aangenomen dat het zeewater op het bovenste deel van condensatiepijp 20 een temperatuur van 85°C heeft). Het zeewater, dat het bovenste deel van condensatiepijp 20 30 bereikt, wordt tot 90°C verwarmd door de warmtepijp 31 in zoutwatertoevoerpijp 3 (aangenomen dat zonnewarmte^-opvang-inrichting A (hoge warmtebron) van figuur 1 het zeewater tot 95°C verwarmt), en het verwarmde zeepwater wordt door pijp 3 gevoed naar verdampingstank 2 die dezelfde constructie heeft 35 als die van een verpakte kolom of destillatiekolom. Het zeewater 8204452 ♦ » 14 in verdampingstank 2 geeft waterdamp af aan en verhoogt de temperatuur van draaglucht (die omhoog gedreven wordt door verdampingstank 2 door aanjaagpomp 5) volgens het gedrenkte wandbeginsel, terwijl tegelijkertijd de temperatuur van het 5 zeewater geleidelijk afneemt als het naar de onderkant van ver dampingstank 2 beweegt. Wanneer de temperatuur van het zeewater 30°C bedraagt, bevat de draaglucht de hoeveelheid waterdamp die correspondeert met de verzadigde dampdruk voor 30°C, zodat de temperatuur van het zeewater niet lager'dan 30°C raken 10 zal. Eventueel zeewater dat lager dan 30°C geraakt is wordt uit het systeem af gevoerd via afvoerpijp 12. In dit geval treedt, indien een meer-dan-nodige hoeveelheid draaggas aan verdampingstank 2 toegevoerd wordt, warmteverlies op daar de warmte-energie verbruikt wordt bij het verhogen van de lucht-15 temperatuur, en indien een minder-dan-nodige hoeveelheid draaglucht toegevoerd wordt, is de warmteterugwinning uit con-densatietank 1 niet bevredigend en neemt de terugwinningsmate aan zoetwater af.

De draaglucht wordt op de volgende 20 wijze gerecirculeerd. Terwijl deze de verzadigde waterdamp- druk voor 30°C heeft, treedt de draaglucht eerst verdampingstank 2 binnen van de onderkant door recirculatiepijp 10, en onder het bewaren van het gas-vloeistof-evenwicht met het verwarmde zeewater dat door de verdampingstank 2 omlaag komt, 25 wordt de draaglucht verwarmd en beweegt deze naar de bovenkant van de verdampingstank 2. Aan de bovenkant van verdampingstank 2 bedraagt de temperatuur van de draaglucht ongeveer 90°C en heeft deze de verzadigde waterdampdruk voor die temperatuur. Wanneer de drager, die deze verzadigde waterdampdruk heeft, 30 naar condensatiepijp 20 geleid wordt door aanjaagpomp 5, ontstaat een negatieve druk in de bovenkant van verdampingstank 2 en wordt de verdamping -van waterdamp verder versneld. Als deze door condensatiepijp 20 gaat geeft de draaglucht, die de beschreven verzadigde waterdampdruk heeft, zijn voelbare warmte 35 aan het zeewater af, en bijgevolg wordt het dauwpunt daarvan 8204452 15 verlaagd en condenseert waterdamp op de wanden van condensa-tiepijp 20, onder het vrijgeven van de latente warmte. Gecondenseerde kleine waterdruppeltjes bewegen onder inwerking van de zwaartekracht omlaag en verzamelen zich in een zoetwater-5 reservoir (reservoir B in figuur 1) door terugwinningspijp 9.

Na warmte-'Uitwisseling met het zeewater heeft de draaglucht een temperatuur van 30°C en wordt deze weer aan verdampings-tank 2 toegevoerd door recirculatiepijp 10, om zeewater/zoet-water-omzetting, draagluchtrecirculatiekringloop te voltooien. 10 Figuur 3 is een schematische langsdoor- snede die een andere uitvoering van de inrichting volgens de uitvinding weergeeft. Figuur 4 is een schematische langsdoor-snede die nog een andere uitvoering van de inrichting weergeeft. De in figuur 3 weergegeven inrichting is er een van 15 betrekkelijk kleine schaal of laboratoriumschaal geschikt voor het produceren van ongeveer één liter zoetwater per uur, en de inrichting van figuur 4 is er een van betrekkelijk grote schaal berekend op het produceren van verscheidene tonnen zoetwater per dag.

20 In figuur 3 geeft het verwijzingscijfer 201 een verdampingssectie aan, 101 is een condensatiesectie, en 31 is een hulpsectie voor het opwarmen van zoetwater. De inrichting bestaande uit verdampingssectie 201, condensatiesectie 101 en zoutwateropwarmsectie 31 heeft een cilindrische 25 vorm en deze secties zijn gescheiden door tussenschotten 32 en 33 die vervaardigd zijn van een materiaal dat bestand is tegen de corroderende uitwerking van zoutwater en dat hoogst warmtegeleidend is (bijvoorbeeld corrosiebestendige aluminium-plaat). Deze tussenschotten zijn uitgerust met warmte^-uitwisse-30 lingsribben 41 resp. 51. De buitenwand 34 van de inrichting is omgeven door een warmte-isolerend materiaal dat warmte--iso-latie verschaft ten aanzien van de buitentemperatuur.

Zoutwatervoeding wordt eerst gevoerd door een (niet weergegeven) filter om daarin zwevende vaste 35 stoffen te verwijderen en wordt gezonden naar opwarmsectie 31 8204452 16 door een pomp 35. De warmte, die in condenseersectie 101 vrijkomt, wordt overgebracht naar opwarmsectie 31 door tussen-schot 33, en aan dit tussenschot verbonden ribben 51 en wordt aangewend om het zoutwater te verwarmen. Het verwarmde 5 zoutwater treedt uit de bovenkant van opwarmsectie 31 en gaat een zoutwaterverwarmingssectie 36 binnen, waar het verwarmd wordt tot een bepaalde temperatuur alvorens gevoed te worden naar verdampingssectie 201.

In verdampingssectie 201 komt het 10 zoutwater in contact met het neerdalende draaggas, dat de waterdamp en warmte-energie wegvoert. Het zoutwater drenkt tussenschot 32 en ribben 41 en vormt een film (van zoutwater) op deze oppervlakken als het in druppels neerkomt. Het zoutwater, dat de onderkant van verdampingssectie 201 bereikt 15 heeft, wordt onmiddellijk uit de weg geruimd door afvoerpijp 12, maar afhangende van de temperatuur van het zoutwater, kan het uit de weg geruimd worden na warmte-uitwisseling met de zoutwatervoeding door een (niet weergegeven) vloeistof-vloei-stof-type warmtewisselaar.

20 Zoals in het voorgaande vermeld, wordt het draaggas (gewoonlijk lucht, maar ook andere gassen zoals stikstof kunnen aangewend worden) toegevoerd aan verdampingssectie 201 van de onderkant, en in die sectie komt het in contact met het zoutwater en verwijdert de waterdamp en warmte-25 energie daaruit. Zodoende is ter plaatse van de bovenkant van verdampingssectie 201 het draaggas opgevoerd tot een temperatuur dicht bij die van het omringende zoutwater en heeft het een waterdampdruk dicht bij het verzadigde niveau. Het draaggas, dat deze waterdampdruk heeft, wordt in condensatiesectie 101 30 gedreven door aanjager 5 via recirculatiepijp 4, en als het neerdaalt in condensatiesectie 101, wordt de temperatuur daarvan verlaagd om de oververzadigde waterdamp te condenseren en warmte te laten vrijkomen. Het draaggas, dat de onderkant van condensatiesectie 101 bereikt, wordt weer naar verdampings-35 sectie 201 gezonden door recirculatiepijp 10 die afgetakt is 8204452 β 17 van zoetwateruitgang 9, en door het herhalen van de in het beschreven voorgaande/procedure wordt het draaggas gecirculeerd tussen verdampingssectie 201 en condensatiesectie 101.

De als gevolg van condensatie van water-5 damp in condensatiesectie 101 vrijgekomen warmte wordt terug gewonnen door middel van tussenschotten 32, 33 en ribben 41, 51, en de door tussenschot 32 en ribben 41 teruggewonnen warmte wordt overgebracht naar zoutwateropwarmsectie 31 en omgezet in voelbare warmte terwijl de door tussenschot 33 en 10 ribben 51 teruggewonnen warmte overgebracht wordt naar ver dampingssectie 201 en omgezet wordt in de latente verdampings-warmte.

Zoals in het voorgaande beschreven, bestaat de ontzoutingsinrichting volgens deze uitvoering uit 15 een verdampingssectie en een condensatiesectie, en zonodig een zoutwateropwarmsectie 31. Daar tussenschotten 32 en 33, alsmede ribben 41 en 51 die respectievelijk aan tussenschotten 32 en 33 verbonden.zijn, een in hoofdzaak vrije overdracht van warmte tussen secties veroorloven, zijn zowel de warmte-20 terugwinningsmate als het rendement van het warmtegebruik aan merkelijk verbeterd. Bijgevolg kan, door het veranderen van de door het systeem circulerende hoeveelheid draaggas, een gewenste ontziltingsmate (de hoeveelheid zoetwater ten opzichte van de zoutwatervoeding) bereikt worden, en is een maximum 25 van 40 % bereikbaar. Derhalve kan de inrichting volgens de uit vinding kleiner uitgevoerd worden dan het gebruikelijke product.

Een zonnewarmte^opvanginrichting, elec-trische verwarmer, ketel of dergelijke kan als de zoutwater-verwarmingssectie 36 gebruikt worden, maar een zonnewarmte-30 opvanginrichting verdient de voorkeur. De verwarmingssectie 36 verhoogt de temperatuur van het zoutwater (dat reeds enigermate verwarmd is door opwarmsectie 31) dicht bij een niveau dat voor verdamping nodig is en suppleert eventueel warmteverlies dat opgetreden is tengevolge van bijvoorbeeld warmteverspreiding 35 uit de inrichting.

8204452

A

τ» 18

De ribben 41 hebben de functie van het overbrengen, in samenhang met scheidingswand 32, van de in condensatiesectie 101 opgewekte warmte naar verdampings-sectie 201 om zodoende de latente verdampingswarmte aan het 5 zoutwater af te geven. Derhalve moet het totale oppervlak- gebied van de ribben 41 bij voorkeur groot genoeg ontworpen worden om de warmteterugwinningsmate te verbeteren. Het totale oppervlakgebied van de ribben 41 kan vergroot worden door het oppervlakgebied van elke ribbe 41 te vergroten en 10 door het verbinden van een maximum aantal ribben 41 aan het tussenschot 32. Het zoutwater regent van de bovenkant van ver-dampingssectie 201, een film van zoutwater wordt op tussenschot 32 en ribben 41 gevormd, en naarmate het totale oppervlakgebied van de ribben groter is, is de op de zoutwaterfilm 15 uitgeoefende latente verdampingswarmte groter en wordt meer waterdamp geproduceerd. Hetzelfde kan van de ribben 51 gezegd worden, en het zal bij het verwarmen van het zoutwater voordelig zijn indien zij een voldoende groot totaal oppervlakgebied hebben.

20 Niet alleen ribben 41, en 51, maar ook verschillende filters of andere soorten van warmtewisselaars kunnen met voordeel bij de onderhavige uitvinding aangewend worden indien zij in staat zijn om warmte van condensatiesectie 101 over te brengen op verdampingssectie 201 en 25 zonodig op opwarmsectie 31, en indien zij een voldoende groot contactgebied met het zoutwater verschaffen. Opgemerkt moet worden dat de ribben 41 en 51, alsmede filters of warmtewisselaars achterwege gelaten kunnen worden indien de tussenschot ten 3 2 en 33 vervaardigd worden van een materiaal dat 30 tot een doeltreffende warmte--uitwisseling in staat is.

Figuur 4 toont een uitvoering van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding die geschikt is voor het produceren van verscheidene tonnen zoetwater per dag, en bij deze uitvoering zijn de zoutwateropwarmsecties 31 en 35 ribben 41 en 51 vervangen door warmtewisselaars 37, elk waarvan 8204452 ·» • *· 19 in verbinding staat met verdampingssectie 201 en condensa-tiesectie 101 door een tussenschot 32.

De warmtewisselaars 37 worden in een reeks gestapeld en gebruiken zoutwater als een warmte--over-5 drachtsmedium. Aan de onderste warmtewisselaar 37 wordt een zoutwatervoeding toegevoerd door pomp 35, en het zoutwater beweegt omhoog door de hogere wisselaars 37 en bereikt een zoutwaterverwarmingssectie 36 via de bovenste wisselaar 37. Het zoutwater als een warmte--overdrachtsmedium neemt de in con-10 densatiesectie 101 opgewekte warmte op en maakt een deel van die warmte in verdampingssectie 201 vrij. Deze warmte^uit-wisselingswerking herhalende en door elke warmtewisselaar gaande wordt het zoutwater zelf verwarmd, en in verwarmingssectie 36 wordt het verwarmd tot de temperatuur die voor verdamping 15 nodig is en daarna aan verdampingssectie 201 toegevoerd van de bovenkant daarvan.

Het zoutwater, dat in verdampingsectie 201 gesproeid wordt door sproeimiddelen 38, vormt een zoutwater-film op het oppervlak van elke warmtewisselaar 37 en elk tussen-20 schot 32, en neemt de in condensatiesectie 101 opgewekte warm te op en gebruikt deze als de latente verdampingswarmte.

De in verdampingssectie 201 geproduceerde waterdamp wordt door aanjager 5 voortgedreven en door het draaggas getransporteerd naar condensatiesectie 101 samen met de warmte-energie daarvan.

25 In condensatiesectie 101 beweegt het draaggas, dat de verza digde waterdampdruk heeft, omlaag als het gekoeld wordt door het overbrengen van warmte op het tussenschot 32 en de warmtewisselaars 37. Bijgevolg wordt de temperatuur van het draaggas tot het dauwpunt daarvan verlaagd en condenseert waterdamp 30 op de warmtewisselaars 37 en tussenschot 32 om daaraan warmte af te geven. De gecondenseerde waterdamp komt in druppels neer en wordt uit het systeem afgevoerd voor de uitgang 9.

Volgens de onderhavige uitvinding kan het in verwarmingssectie 36 voorverwarmde zoutwater gebruikt 35 worden als een warmte-overdrachtsmedium dat door de bovenste 8204452 "V; 20 warmtewisselaar 37a in verdampingsectie 201 gaat en teruggevoerd kan worden naar verwarmingssectie 36 door een circulatie-kringloop. Daar het zoutwater, dat door de bovenste warmtewisselaar 37a stroomt, tot een uiterst hoge temperatuur ver-5 wand is, is deze gewijzigde uitvoering doelmatig voor het be vorderen van de verdamping van het zoutwater en het verhogen van de terugwinningsmate van zoetwater.

Als alternatief kan een deel van de zoutwatervoeding aangewend worden als een warmte^-overdrachts-10 medium dat door de onderste warmtewisselaar 37b gaat en op een geschikte plaats kan een deel van het zoutwater dat in die warmtewisselaar 37b verwarmd is gecombineerd worden met ander zoutwater dat naar verdampingssectie 201 gezonden wordt. Deze werkwijze is doelmatig om de warmteterugwinningsmate te ver-15 groten.

Kort samengevat is in het voorgaande een ontziltingsinrichting beschreven, die een sectie voor het opwarmen van toegevoerd zoutwater onder aanwending van bij daaropvolgende waterdampcondensatie vrijgekomen warmte omvat.

20 Een zonnewarmte-opvanginrichting kan gebruikt worden om het zoutwater op te voeren tot een goede verdampingstemperatuur, en een draaggas wordt aangewend als een drager voor het transporteren van waterdamp van verdampings- naar condensatiesec-ties.

8204452

Claims (8)

1. Ontzoutingsinrichting, bestaande uit een sectie voor het opvoeren van de temperatuur van zoutwater, een sectie voor het verwarmen van het zoutwater dat door 5 de temperatuuropvoersectie gevoerd is, een sectie voor het verdampen van het zoutwater dat door de verwarmingssectie gevoerd is, een sectie voor het condenseren van waterdamp, eerste middelen voor het leiden van de waterdamp in de verdam-pingssectie naar de condensatiesectie in samenhang met een draag- 10 gas, tweede middelen voor het leiden van het draaggas naar de verdampingssectie na de condensatie van waterdamp in de condensatiesectie, en middelen voor het overbrengen van de door de condensatie van water opgewekte warmte van de condensatiesectie naar tenminste de verdampingssectie. 15 2.inrichting volgens conclusie 1, voorts gekenmerkt door middelen voor het voortdrijven van draaggas dat bezwangerd is met waterdamp in de verdampingssectie van de verdampingssectie naar de condensatiesectie en voor het overbrengen van het draaggas, na de condensatie van waterdamp, 20 van de condensatiesectie naar de verdampingssectie, een zout- waterafvoerpijp die aan de verdampingssectie verbonden is, en een uitgang in de condensatiesectie voor het opnemen van zoetwater.

3. Inrichting volgens conclusie 1, 25 gekenmerkt doordat deze meer dan één stel verbonden condensa tie- en verdampingssectles omvat.

4. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat deze middelen omvat voor het verwarmen van het zoutwater in de verwarmingssectie, bestaande uit een zonne- 30 warmte-Opvanginrichting.

5. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de condensatiesectie gescheiden is van de verdampingssectie door een tussenschot, en de condensatiesectie ook gescheiden is van de temperatuuropvoersectie door 35 het tussenschot, waarbij de in de condensatiesectie door con- 8204452 V- * densatie van waterdamp opgewekte warmte overgebracht wordt van de condensatiesectie naar de verdampingssectie en de temperatuuropvoersectie door de tussenschotten.

6. Inrichting volgens conclusie 1, 5 gekenmerkt doordat de temperatuuropvoersectie afwisselend door de condensatiesectie en verdampingssectie voert, waarbij de in de condensatiesectie door condensatie van waterdamp opgewekte warmte overgebracht wordt op het zoutwater in de temperatuuropvoersectie om de temperatuur daarvan te verhogen. 7. inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de temperatuuropvoersectie bestaat uit zoutwaterleidingorganen die door de condensatiesectie gaan.

8. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de temperatuuropvoersectie uit warmte- 15 uitwisselingsorganen bestaat.

9. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de eerstgenoemde middelen uit leidingorga-nen bestaan, die de verdampings- en condensatiesecties verbinden, en aanjaagorganen daarin omvatten.

10. Inrichting, in hoofdzaak zoals voor gesteld in de beschrijving en/of tekeningen. 8204452