NO324258B1 - Framgangsmate og anlegg for avsalting av saltholdig vann. - Google Patents

Abstract

Framgangsmåte og anordning for avsalting av saltholdig vann, der det saltholdige vannet ledes gjennom en varmeveksler (5) anbrakt i et basseng (1) som inneholder saltvann, hvoretter det saltholdige vannet varmet i varmeveksleren (5) ledes gjennom en inndamper (9) for inndamping av i det minste deler av det saltholdige vannet. Damp dannet på denne måten føres til en kondensator (12) for å danne avsaltet vann. Anordningen for avsalting av saltholdig vann omfatter et basseng som inneholder saltvann og en varmeveksler (5) anbrakt i samme. Organ (6) for tilførsel av vann til avsalting er forbundet med et innløp til varmeveksleren (5) mens et utløp fra inndamperen (9) er forbundet med midler for kondensering av vanndampen dannet i inndamperen (13,12).

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte og anordning for avsalting av saltholdig vann.

Bakgrunn

I GB-A-2.016.938 er det beskrevet en framgangsmåte og et apparat for avsalting av saltholdig vann hvorved det saltholdige vannet (sjøvann) ekstraheres fra et reservoar eller basseng og tilføres til en koker eller inndamper hvor det uføres koking av det saltholdige vannet. Damp produsert i inndamperen føres til en varmeveksler for kondensering.

US-A-4.328.788 beskriver et anlegg for lagring av varme i vannbaserte løsninger og gjenvinning av samme. Under varmegjenvinning ekstraheres løsningen fra en sone i bassenget gjennom åpninger, inntaksrør, manifold og ytterligere et rør og tilføres til en varmeveksler utenfor bassenget. Deretter resirkuleres løsningen til bassenget.

I US-A-4.328.788 finnes det imidlertid ingen indikasjon på avsalting av saltholdig vann.

Formål

Formålet med oppfinnelsen er å anvise en framgangsmåte for fjerning av salt fra vann på en effektiv måte ved bruk av enkle midler.

Oppfinnelsen

Dette formålet oppnås med en framgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse der det saltholdige vannet ledes gjennom en varmeveksler anbrakt i et basseng som inneholder saltoppløsning, formet av flere sjikt med vann abrakt over hverandre i bassenget, og hvert vannsjikt oppviser et høyere saltinnhold enn overliggende sjikt, og saltoppløsninga varmes med solenergi og varmeveksleren er lokalisert i det nederste vannsjiktet som oppviser en høy temperatur, hvoretter det saltholdige vannet som har blitt varmet opp i varmeveksleren føres gjennom en inndamper for å fordampe i det minste deler av det saltholdige vannet, hvoretter den resulterende dampen måten tilføres til en kondensator for på denne måten å framskaffe vann frigjort for salt.

Ved bruk av framgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør en bruk av det faktum at et sjikt med saltvann med et forholdsvis høyt saltinnhold dannet i et basseng kan varmes opp til en forholdsvis høy temperatur under påvirkning av solstråling. Ved bruk av en varmeveksler anbrakt i dette sjiktet med saltoppløsning, som oppviser en høy temperatur, kan det saltholdige vannet varmes opp på en kostnadseffektiv måte og deretter tilføres til en inndamper der en kan danne vanndamp fri for salt, hvoretter vanndampen undergår en kondensasjonsprosess.

Følgelig har en framskaffet en framgangsmåte som hovedsakelig opererer utelukkende på solenergi, noe som gjør det mulig å oppnå en rimelig og effektiv avsalting av saltholdig vann.

Oppfinnelsen angår også en anordning for avsalting av saltholdig vannn, som er særlig egnet til utøvelse av framgangsmåten beskrevet foran, hvilken anordning omfatter et basseng som inneholder saltvann, formet av et flertall vannsjikt anbrakt over hverandre i bassenget, og hvert vannsjikt har et høyere saltinnhold enn det overliggende vannsjikt og skal varmes opp med solenergi, og en varmeveksler er anbrakt i det nederste vannsjiktet, hvorved midler for tilførsel av vannet som skal avsaltes er forbundet med et innløp til varmeveksleren og et innløp til en inndamper er forbundet med et utløp fra varmeveksleren, og et utløp fra inndamperen er forbundet med midler for kondensering av vanndampen dannet i inndamperen.

Ved bruk av oppfinnelsen kan en framskaffe en enkel og effektiv anordning for avsalting av vann, en anordning som kan operere automatisk og praktisk talt uten tilsyn.

Oppfinnelsen er i det etterfølgende beskrevet i nærmere detalj med hjelp av figurer, der

Figur 1 viser skjematisk en anordning ifølge oppfinnelsen,

Figur 2 viser skjematisk deler av bassenget brukt i anordningen vist i figur 1, der tre vannsjikt er tilstede i bassenget, hvert med ulike saltinnhold, Figur 3 viser skjematisk en anordning for tilførsel av saltholdig vann til bassenget, Figur 4 viser skjematisk deler av bassenget brukt i anordningen vist i figur 1, der en gangvei rager over deler av bassenget,

Figur 5 er ei skjematisk toppskisse av figur 4.

Anordningen illustrert i figur 1 omfatter et basseng 1, hvis bunnside er distansert fra grunnvannsnivået 2 med en avstand på minst 2m.

Et rør 3 åpner inn i bassenget 1 nær oversiden av bassenget 1 for innpumping av saltholdig vann, særlig sjøvann, til bassenget.

Ei fordypning 4 er anbrakt nær bassenget 1 og holdes fylt med vannet som skal avsaltes, særlig sjøvann, i det minste til grunnvannsnivået eller til nivået for sjøvannet. Når fordypninga 4 rager i det minste delvis under sjøvannsspeilet, kan sjøvannet bringes til automatisk å strømme inn i fordypninga 4 uten bruk av pumper eller tilsvarende.

En varmeveksler 5 er anbrakt i bassenget, nær bunnen av samme, som kan forsynes med vann fra fordypninga 4 via et rør 6.1 en effektiv utførelsesform er det anbrakt ei stempelpumpe 7 i fordypninga 4, forbundet med en ende av røret 6, som brukes til dette formålet, selv om det naturligvis kan benyttes andre midler for pumping av sjøvann for avsalting fra fordypninga 4 og til varmeveksleren 5.

Til et utløp av varmeveksleren 5 er det forbundet et rør 8 der vann som skal avsaltes og som føres gjennom varmeveksleren 5 kan tilføres til en i og for seg kjent inndamper 9. Fortrinnsvis anvendes en såkalt lavtemperatur-inndamper, der vann tilført inndamperen kan fordampes ved temperaturer såpass lavt som omlag 30°C.

I en effektiv utførelsesform er det anbrakt en strømningsvarmer 10 anbrakt i røret 8, der vannet som strømmer inn fra varmeveksleren 5 kan varmes ytterligere.

Den øvre enden av inndamperen 9 er forbundet med den øvre enden av en kondensator 12 via et rør 11, og ei vifte 13 er festet i røret 11 for å transportere dampen dannet i inndamperen.

En kjøleenhet 14 kan være forbundet med kondensatoren 12 for å kjøle vanndampen som er tilført kondensatoren.

Nær bunnsiden av kondensatoren 12 er det lokalisert ei pumpe 15 for å fjerne vann som har kondensert i kondensatoren 12 og er frigjort for salt via et rør 16.

Nær bunnsiden av inndamperen 9 er det anbrakt et avløpsrør 17, der restvann som er igjen bak inndamperen 9 kan dreneres vekk til sjøen og/eller returneres til varmeveksleren 5 via et mellomrør 18.

Røret 16 er forbundet med en varmeveksler 19 anbrakt i fordypninga 4, som brukes til å forvarme vannet som skal avsaltes tilstede i fordypninga, ved å avgi varme fra det varmere kondenserte vannet. Utløpet av varmeveksleren 9 er forbundet med et oppsamlingsbasseng 21 for det avsaltete vannet via et rør 20.

Bassenget 1 blir fortrinnsvis gravd ut i bakken, selv om det også er tenkelig å bygge et slikt basseng oppå bakken.

Bassenget har fortrinnsvis en dybde på minst 3 m, og sideveggene i bassenget oppviser fortrinnsvis en stigning med en vinkel på omlag 45°. Som illustrert skjematisk i figur 2, kan bunnen og sideveggene av bassenget være dekket med et lag av sand 22 med en tykkelse på omlag 10 cm, dersom grunnens natur gjør dette mulig. Deretter blir bunnen og de skrånende sideveggene av bassenget 1 dekket med en folie, fortrinnsvis en svart folie, slik at folien dekker bunnen og sideveggene helhetlig på en slik måte at vann ikke kan trenge gjennom samme.

Deretter fylles bassenget med saltvann på en slik måte at det dannes et nedre vannsjikt 23 med en høyde på omlag 1 m og et saltinnhold på omlag 24%, et midtre sjikt med vann 24 med en høyde på omlag 1 m og et saltinnhold på omlag 15%, og et øvre sjikt med vann 25 med en høyde på omlag 1 m og et saltinnhold på 0-4%.

Etableringen av vannsjiktene, som hver har ulike saltinnhold, kan utføres på en effektiv måte ved bruk av organet 26 som er vist skjematisk i figur 3, og to slike organ er forbundet med den frie enden av en gangbane 27 som strekker seg over deler av bassenget fra en side av samme, og gangbanen er fortrinnsvis forsynt med gelender 28.

Organet 26 omfatter et vertikalt rør 29, som er bevegbart vertikalt i et støtteorgan 30 som er festet til gangveien 27. To horisontale sirkulære plater 31 og 32 som rager parallelt med hverandre, er festet til bunnenden av røret, og platene er forbundet med hverandre og innbyrdes distansert ved hjelp av avstandsorgan 33 anbrakt mellom platene. Den øvre plata 31 kan oppvise en diameter på eksempelvis 100 cm, og den nedre plata kan oppvise en litt mindre diameter, for eksempel 80 cm, og avstandsorganene holder fortrinnsvis platene i en innbyrdes avstand på 3 cm.

Platene 31 og 32 kan posisjoneres til ethvert ønsket nivå inne i bassenget 1 ved å bevege røret 29 i støtteorganet 30.

Når anordningen skal settes i drift fylles først bassenget 1 med sjøvann eller tilsvarende til en høyde på omlag 1.80 m.

Deretter arrangeres organene 26 på en slik måte at platene 31 og 32 vil posisjoneres like over varmeveksleren lokalisert i bassenget. Etter dette vil vann med høyt saltinnhold tilføres til den øvre enden av røret 29 i hvert organ 26, og vannet vil strømme jevnt i horisontalretning mellom platene 31 og 32 fra røret 29 og inn i bassenget, som er indikert med pilene i figur 3, uten å danne noen uønskete hvirvler i vannet som allerede befinner seg i bassenget. På denne måten kan det bygges opp et sjikt 23 med høyt saltinnhold i bassenget til en høyde på omlag 1 m, der vannivået stiger fra et opprinnelig nivå på omlag 1.80 m til et nivå på omlag 2.80 m. Deretter beveges de to organene 26 oppover til en posisjon der platene 31 og 32 er distansert fra bunnen av bassenget 1 med en avstand på omlag 1.80 m. I denne posisjonen tilføres igjen vann med passende saltkonsentrasjon til bassenget for å danne det andre sjiktet 24 med saltinnhold på omlag 15%, der vannivået i bassenget til slutt stiger til et nivå på omlag 3 m.

I praksis har det vist seg at det dannes svært stabile grenseflater mellom de ulike sjiktene på grunn av den spesifikke densitet hos de respektive sjiktene 23-25, der hvert sjikt har sitt egne spesifikke saltinnhold, og disse grenseflatene vil automatisk gjendannes når de forstyrres av ekstern påvirkning.

Når et basseng fylt på denne måten eksponeres for stråling fra sola, vil solvarmen forårsake at temperaturen i det nederste sjiktet, som har det høyeste saltinnholdet, øker og holdes ved like der. I praksis har det vist seg at temperaturen i det nedre sjiktet 23 kan stige med omlag 1° per dag, og at det over tid kan oppnås en temperatur på omlag 80°C i dette nedre sjiktet. I tilfeller der en for eksempel har basseng med en bunnflate på 40 x 50 m, vil det oppnås et hett saltvannssjikt 23 med et saltinnhold på omlag 24% som dekker et areal på omlag 2000 m<2>.

Det midtre sjiktet 23 tjener som et isolasjonssjikt der solvarme absorberes og ledes nedover via det øvre sjiktet 25.

Etter at det nedre sjiktet 23 på denne måten har blitt varmet opp til den ønskete temperaturen, kan en aktivere pumpa 7 for å pumpe vann fra fordypninga 4 gjennom varmeveksleren og til inndamperen. Varmeveksleren vil ekstrahere varme fra sjiktet 23, slik at vannet som ledes ut av varmeveksleren vil ha en temperatur som er omtrentlig lik temperaturen i vannet i sjiktet 23. Om ønskelig kan denne temperaturen heves ytterligere i strømningsvarmeren 10. Vannet som på denne måten tilføres til inndamperen 9 vil i stor grad fordampe, og den resulterende dampen vil ledes til kondensatoren. Resterende vann, som vil ha et til sammenlikning høyt saltinnhold, kan dreneres vekk via røret 17, som beskrevet foran.

Vanndampen som tilføres til kondensatyoren 12 vil fordampe i kondensatoren, og det avsaltete vannet som dannes på denne måten kan dreneres fra kondensatoren 12 ved hjelp av pumpa 15 som beskrevet foran. Vannet tilstede i fordypninga 4 er allerede forvamet av restvarme fra det kondenserte vannet, slik at temperaturen i vannet som tilføres til varmeveksleren 5 allerede kan være høyere enn temperaturen i sjøvannet som tilføres til fordypninga.

Det avsaltete vannet som tilføres til bassenget 21 kan om ønskelig undergå ytterligere behandling før det blir brukt.

Driften av anordningen krever svært lite energi og omfatter energi som kreves for drift av pumpene 7 og 15 og strømningsvarneren 10. Denne energien kan for eksempel genereres av ei vindmølle, men det er også tenkelig å bruke solcellepanel eller tilsvarende til dette formålet. Energien som genereres kan lagres i batterier for bruk i perioder der det ikke er nok vind till å drive vindmølla og/eller at solcellepanelene ikke genererer tilstrekkelig med energi.

Som illustrert skjematisk i figur 2, kan det arrangeres en såkalt bølgebryter 34 (kun vist skjematisk) nær den øvre delen av bassenget 1 med det formål å hindre at det dannes uønskete bølger ved overflata av bassenget.

Videre kan det forsynes følere 35 og 36, for eksempel på gangbanen 27, som illustrert skjematisk i figur 4, for å måle temperaturen i de ulike sjiktene i bassenget og for å måle saltinnholdet i samme.

Dessuten kan det forsynes måleapparat for måling av lufttemperatur og i tilfelle bruk av vinmølle, målere for måling av vindhastighet. De ulike følerne og måleapparatene kan forbindes til en sentral kontrollenhet for regulering av driften av anordningen, slik som aktivering av pumpene 7 og 15 og regulering av vindmølla, for eksempel justering av bladene på vindmølla og aktivering og/eller deaktivering av vindmølla.

Fra det ovenstående er det åpenbart at en har framskaffet en anordning som vil kreve lite vedlikehold og som vil forbruke lite energi, energi som dessuten kan genereres av ei vindmølle eller av solcellepanel eller tilsvarende.

Claims (8)

1. Framgangsmåte for avsalting av saltholdig vann, karakterisert ved at det saltholdige vannet ledes gjennom en varmeveksler anbrakt i et basseng som inneholder saltvann formet av et flertall sjikt med vann anbrakt oppå hverandre i bassenget, idet hvert vannsjikt oppviser et høyere saltinnhold enn et overliggende sjikt, og saltvannet varmes opp av solenergi og av varmeveksleren anbrakt i det nederste vannsjiktet som oppviser en høy temperatur, hvoretter det saltholdige vannet som er varmet opp i varmeveksleren ledes gjennom en inndamper for å fordampe i det minste deler av det saltholdige vannet, hvoretter den resulterende dampen ledes til en kondensator for på denne måten å framskaffe vann frigjort for salt.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det i bassenget etableres et nedre vannsjikt med saltinnhold på omlag 24%, et midtre vannsjikt med saltinnhold på omlag 15% og et øvre vannsjikt med et saltinnhold på 0-4%

3. Framgangsmåten ifølge krav 2, karakterisert ved at hvert sjikt formes til en høyde på omlag 1 m.

4. Framgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at vannet som skal avsaltes tilføres til en varmeveksler anbrakt i bassenget fra ei fordypning som inneholder vann, og det kondenserte vannet ledes gjennom en varmeveksler anbrakt i fordypninga.

5. Framgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at vanndampen dannet i inndamperen underlegges en kondensasjonsprosess i en kondensator, til hvilken det er forbundet en kjøler for tilførsel av avkjølt luft til kondensatoren.

6. Anordning for avsalting av saltholdig vann, karakterisert ved at den omfatter et basseng som inneholder saltvann formet av flere vannsjikt anbrakt oppå hverandre i bassenget, og hvert vannsjikt oppviser et høyere saltinnhold enn et overliggende vannsjikt, og er arrangert for å varmes opp av solenergi, og en varmeveksler er anbrakt i det nederste vannsjiktet, hvorved organ for tilførsel av vannet som skal avsaltes er forblindet med et innløp til varmeveksleren og et innløp hos en inndamper er forbundet med et utløp fra varmeveksleren, mens et utløp fra inndamperen er forbundet med organ for kondensering av vanndampen dannet i inndamperen.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at den omfatter ei fordypning, for tilførsel av sjøvann som skal avsaltes og for viderebefordring av samme til varmeveksleren anbrakt i bassenget.

8. Anordning ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at inndamperen er forbundet med en kondensator, og at anordningen omfatter ei pumpe for transport av kondensat dannet i kondensatoren til et mottaksbasseng for vannet.