NO160416B - Destillasjonsanordning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en destillasjonsanordning, og spesielt en anordning for destillasjon av sjøvann for overlevelsesformål.

Det er kjent, f.eks. fra US-patentnr 3,340,186, at man kan destillere en væske, som inneholder salt eller andre lite flyktige komponenter løst i vann, ved hjelp av en anordning som innbefatter en mikroporøs membran som er gjennomtrengelig for vanndamp; et første væske- og dampugjennomtrengelig lag i en avstand fra den nevnte mikroporøse membran slik at det dannes et første kammer for væskens mellom disse; et væske- og gassugjennomtrengelig varmeledende lag anbragt på motsatt side av den mikroporøse membranen slik at det mellom disse dannes et destillatkammer, hvorfra destillatet kan tappes av.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

en destillasjonsanordning av enkel og relativt billig konstruk-sjon og som, i det minste i en utførelse, kan benyttes til å destillere sjøvann for overlevelsesformål.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt

en anordning for destillering av en vandig væske som inneholder salt eller annen lite flyktig komponent, innbefattende en porøs membran som er gjennomtrengelig for vanndamp, men ugjennomtrengelig for vann, et første væske- og dampugjennomtrengelig lag på den ene siden av den mikroporøse membranen i en viss avstand fra denne siden slik at det mellom disse dannes et første kammer for den vandige væske, et væske- og dampugjennomtrengelig, varmeledende lag anbragt på motsatt side av den mikroporøse membranen slik at det mellom disse dannes et destillatkammer hvorfra destillatet kan tappes av, kjennetegnet ved at det første kammeret inneholder et vekemateriale som er i stand til å ta opp en vandig væske og i stand til å oppvarmes ved hjelp av varme som passerer gjennom det første ugjennomtrengelige laget som ligger over vekematerialet, hvorigjennom det, med visse mellomrom, kan føres en vandig væske for å vaske vandig væske inneholdende en konsentrasjon av lav flyktighet ut av vekematerialet, og hvor tykkelsen av membranen

er større enn 13^,um, og at det varmeledende lag i bruk er i kontakt med sjøvannets overflate eller annen masse av kjølende vann.

I en foretrukket utførelse er destillasjonsanordningen i stand til å flyte på overflaten av den vandige væske med det første ugjennomtrengelige laget over vekematerialet og eksponert for solstråling, den mikroporøse membranen ligger under vekematerialet, bundet til dette langs periferien, den nevnte væske-og dampugjennomtrengelige, varmeledende laget er bundet til membranen langs periferien. Den mikroporøse membranen kan rved fordel være avekspandert P.T.F.E. og vekematerialet er sort.

Ét annet væske- og dampugjennomtrengelig lag kan anbringes over det første ugjennomtrengelige laget slik at det dannes et luftgap mellom det første og det andre laget. Dette vil bedre anordningens flyteevne. Alternativt kan det tilveiebringes andre innretninger for å øke flyteevnen.

Anordninger for å skylle konsentert saltoppløsning ut av vekematerialet kan innbefatte anordninger for å øke vekematerialets eksponering i kontakt med sjøvannet som anordningen flyter i.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med referanse til de

-edlagte tegninger hvor:

Fig. 1 er et tverrsnitt at en utførelse av anordningen ifølge oppfinnelsen, langs den longitudianale aksen av anordningen, og fig. 2 er et tverrsnitt av en annen utførelse av anordningen ifølge oppfinnelsen. Anordningen i fig. 2, som er utformet for å flyte på overflaten av sjøvann, innbefatter et første transparent ugjennomtrengelig plastlag 1, et andre ugjennomtrengelig lag 3 (som kan være transparent eller sort) som ligger under det første laget 1 og er bundet til dette langs periferien slik at det dannes et luftkammer 2, en veke 4 fremstilt av sort vekeklede, som er i stand til å ta opp sjøvann, som er plassert under det andre laget 3, en mikroporøs membran 7 som ligger under vekekledet 4 og et væske- og dampugjennomtrengelig, men varmeledende platlag 9 som ligger under den mikroporøse membranen og er festet til denne slik at det dannes et destillatkammer 8 mellom dem.

Før konstruksjonen av anordningen diskuteres mer detaljert

kan det være en fordel å se nærmere på hvordan den virker. Solstråling passerer nedover gjennom det transparente ugjennomtrengelige plastlaget 1, gjennom luftgapet i luftkammeret 2, gjennom det andre ugjennomtrengelige laget 3, og absorberes i vekekledet 4, som fortrinnsvis er sort.

Sjøvann 5 trekkes inn i vekekledet 4 ved de eksponerte kantene

6 av dette, og oppvarmes ved hjelp av solstråling. Vanndamp fra dette varme våte kledet 4 diffunderer nedover gjennom den mikroporøse membranen 7 og kondenseres i destillatkammeret 8 ved kontakt med det kalde plastlaget 9 eller med destillat som allerede er dannet i kammer 8. Plastlaget 9 (kalfkondensor") avkjøles ved hjelp av det sjøvannet 5 som anordningen flyter på. Den mikroporøse membranen 7 tjener til å separere sjøvannet fra destillatet siden den er ugjennomtrengelig for flytende vann.

Anordningen kan oppbevares sammenrullet eller sammenbrettet. Når den trengs åpnes den og luftkammeret 2 fylles ved hjelp

av ventilen 10 med tilstrekkelig luft til at anordningen flyter og til å holde lagene 1 og 3 fra hverandre. Etter en viss tid kan destillat tappes av fra kammeret 8 ved å åpne ventilen 11 plassert i bunnen av destillerapparatet.

Fordampningen av sjøvann fra det sorte vekekledet 4 medfører

en økende saltholdighet i vannet som blir igjen i veken 4. Denne økende saltholdigheten reduserer sjøvannets tendens til

å fordampe fra veken 4, og forårsaker at anordningens virkningsgrad stadig nedsettes. Denne reduksjonen kan motvirkes ved å la friskt sjøvann flyte mellom veken 4 og membranen 7 med et par timers mellomrom mens destillerapparatet er i drift. Denne strømmen av friskt sjøvann vasker ut vannet med høy saltholdig-

het fra veken og gjenoppretter den opprinnelige virkningsgrad. For å kunne vaske veken 4, må det tilveiebringes et området langs kanten 6''av destillerbar støtt som kan åpnes slik at veken 4 kan separeres fra membranen 7. Ved en dryppebevegelse, bringes sjøvann 5 inn i denne åpningen og vasker ut det konsen-trerte sjøvannet.

Seiv om en del av kanten 6 av destillerapparatet må tillate seperasjon av veken 4 fra membranen 7 må den meste av periferien av anordningen være godt festet slik at man unngår at større mengder sjøvann 5 vaskes inn i destillerapparatet mellom veken 4 og membranen 7. Kontinuerlig vasking med kaldt sjøvann 5 i dette området av anordningen forhindrer oppvarming av veken 4 og rsulterer i nedsatt virkningsgrad.

Det er best å laminere veken 4 til det ugjennomtrengelige plastlaget 3 for å forhindre kondensering av damp på laget 3

i området ved luftgap som kan utvikles mellom veken 4 og laget 3. Slik kondensering sprer innfallende solstråling og hindrer at den absorberes i veken 4. En annen mulig konse-kvens av ikke å laminere veken 4 til laget 3, er at veken delvis kan synke, derved føres sjøvann 5 inn fra kanten 6

og flyter innover, derved avkjøles veken 4 og virkningsgraden nedsettes.

Luftgapet i luftkammeret 2 tjener til å isolere

veken 4 fra avkjølende vinder, og øker dermed virkningsgraden når den omgivende lufttemperatur er lav, siden veken 4 høyst er få grader varmere enn sjøvannet 5. Det kan imidlertid finnes situasjoner hvor denne isoleringen ikke er nødvendig. Dersom sjøvannet 5 er kaldt og den omgivende lufttemperatur

er høy vil anordningen produsere mer destillat uten det iso-lerende luftgapet 2. Derfor er det transparente laget 1 valgfritt. Dersom det ikke benyttes kan luftblærer tilveiebringes langs periferien av anordningen for å holde den oppe og for å forhindre at sjøvann vaskes over laget 3 og kjøler veken 4.

Som vist i fig. 2 kan adskillelsen mellom lagene 1 og 3 begrenses ved at det tilveiebringes hindringer 12 som bindes rundt lagene i en viss avstand fra hverandre.

Anordningen kan holdes flytende ved at det tilveiebringes en eller flere flytende deler 13 ved buen og/eller andre steder, som hver innbefatter et forseglet luftkammer mellom det øvre og det nedre ugjennomtrengelige lag 1 og 3, lagene er, om ønsket, forbundet ved en innsnevring 12.

Egenskapene til membranen 7 er viktige dersom foreliggende oppfinnelse skal fungere riktig. Den må være gjennomtrengelig for damp, men ugjennomtrengelig for flytende vann. Motstanden mot vanninntrengning i porerommene i membranen bør idielt være et mangfold av 7 x 10 -2 kg/cm 2. Membranen bør være meget porøs for å lette diffusjonen av vanndamp og for å hindre varmeledning gjennom membranen. Membranen bør ha en overføringshastighet for fuktig damp på over ca. 1000 g/m 2/24 timer målt etter ASTM E96-66B. Membranen må ikke tillate at vann strømmer inn i porevolumet under drift, og fortrinnsvis bør vann inngangstrykket være over 6,9 (manometertrykk), målt på "Mullins Burst Test" apparatur, for å forhindre utilsiktet fukting. Porøsiteter på opptil 90% kan lett oppnås i membraner som motstår vanninntrengning ved trykk opptil 207 kPa.

Tykkelsen av membranen 7 er kritisk for anordningen ifølge oppfinnelsen. Siden varmstrømmen er fastsatt ved den til-gjengelige stråling vil en meget tynn membran bare tillate et meget lite temperaturfall over membranen. Anordningen begynner ikke å produsere vann før temperaturforskjellen over membranen overskrider en viss minimumsverdi som avhenger av saltholdigheten i det vannet som tilføres i veken. Dersom membranen er for tynn vil den ikke være i stand til å tilveiebringe en minimal temperaturforskjell, og det vil ikke produseres destillat.

Den minste membrantykkelse som kreves avhenger av saltholdigheten i vannet som tilføres og mengden av varmestrøm igjennom membranen. Dersom en tynn membran produserer destillat fra sjøvann vil imidlertid den drivende kraft i form av forskjell i damptrykk være liten og virkningsgraden vil være lav. En meget stor prosentdel av varmestrømmen vil være i form av varmeledning istedenfor fordampning og kondensering av vann. For at anordningen skal virke på sjøvann bør membranen være mer en 13 ym tykk. Den øvre grense på tykkelsen avgjøres ved en utbalansering av økonomiske faktorer. Det er funnet at en membran på ca. 2 00 ym gir et godt kompromiss mellom virkningsgrad og pris for destillasjonsapparatet.

Eksempel 1

To små destillasjonsapparater A og B ble konstruert ved å benytte den geometri som er vist i tverrsnitt fra siden i fig. 2. Ugjennomtrengelige plastlag 1 og 3 ble laget av 0,01 cm tykk klar vinylfilm. Lag 3 og 127,6 g sort vekeklede 4 eiv bomull ble laminert sammen. VinyHagene 1 og 3

ble varmeforseglet sammen langs den rektangulære omkretsen.

1 denne utførelsen ble innsnevringer 12 varmeforseglet mellom de nye lagene 1 og 3 slik at luft kunne passere rundt dem og fylle alle rommene mellom lagene 1 og 3. Et isolert luftrom 11 3 ble skapt slik at det dannet en bue. Luften i buen 13 var under større trykk enn i de andre luftrommene 2 for å øke anordningens evne til å flyte på bølgende.

En ekspandert polytetrafluoretylen membran 7 ble varmeforseglet langs omkretsen til et 0,01 cm tykt vinyllag 9. Disse ble i sin tur festet langs omkretsen til den øvre sammensatte delen ved hjelp av Velcro (registrert varemerke) festeanord-ninger 14.

Membrandelene i disse destillasjonsapparatene var 57 cm lange og 37 cm brede. De to destillasjonsapparatene fikk flyte på en 3,45% NaCl-oppløsning ved en temperatur på 24 grader, og ble utsatt for en bestråling på 563 vatt/m 2 fra glødelamper i et tidsrom på 4 timer.

Destillasjonsapparat A innbefattet en ekspandert PTFE membran som var 13 ym tykk og hadde en tetthet på ca. 0,1 g/cm 3.

Denne apparaturen produserte 18 ml destillat.

Destillasjonsapparat B innbefattet en ekspandert PTFE membran som var 51 ym tykk og hadde en tetthet på 13 g/cm"^. Dette apparatet produserte 52 ml destillat.

Eksempel 2

En anordning ifølge oppfinnelsen ble konstruert etter den utførelse som er vist i fig. 1. Membranen 7 var 122 cm lang og 76 cm bred, og hadde en tykkelse på 50 ym. 127,6 g sort bomullstøy tjente som veke.

Anordningen ble undersøkt på saltvann ved siden av en solar-destillator fremstilt "Emge Corporation". På en overskyet dag produserte "Emge" destillasjonsapparatet 85 ml destillat, TTi<p>ris apparatet ifølge oppfinnelsen produserte 585 ml destillat.

Claims (3)

1. Anordning for destillering av en vandig væske som inneholder salt eller annen lite flyktig komponent, innbefattende en mikroporøs membran som er gjennomtrengelig for vanndamp,, men ugjennomtrengelig for vann, et første væske- og dampugjennomtrengelig lag på den ene siden av den mikroporøse membranen i en viss avstand fra denne slik at det mellom disse dannes et første kammer for den vandige væske, et væske- og dampugjennomtrengelig, varmeledende lag anbragt på motsatt side av den mikroporøse membranen slik at det mellom disse dannes et destillat hvorfra destillatet kan tappes av, karakterisert ved at det første kammeret inneholder et vekemateriale (4) som er i stand til å ta opp en vandig væske og i stand til å oppvarmes ved hjelp av varme som passerer gjennom det første ugjennomtrengelige laget (3) som ligger over vekematerialet, hvorigjennom det, med visse mellomrom, kan føres en vandig væske for å vaske vandig væske inneholdende en konsentrasjon av lav flyktighet ut av vekematerialet, og hvor tykkelsen av membranen (7) er større enn 13^um, og at det varmeledende lag i bruk er i kontakt med sjøvannets overflate eller annen masse av kjølende vann.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den inneholder oppdriftskammere som gjør den i stand til å flyte på overflaten av den vandige væske med det første ugjennomtrengelige laget (3) eksponert for solstråling, og den mikroporøse membranen (7) liggende under vekematerialet (4) selektivt bundet til dette langs omkretsen, hvor det nevnte væske- og gassugjennomtrengelige, varmeledende laget (9) er bundet til membranen (7) langs omkretsen.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved et ytterligere væske- og gassugjennomtrengelig lag (1) anbragt over det første ugjennomtrengelige laget (3) slik at det dannes et luftgap (2) mellom det første og ytterligere ugjennomtrengelige lag (1, 3).