SE414302B - Avsaltningsanleggning - Google Patents

Description

lO 15 20 25 ÉO 55 40 7310375-0 kammaren inströmmande havsvatten.

Enligt uppfinningen uppnås nämnda ändamål vid en anlägg- ning av den inledningsvis nämnda typen i huvudsak därigenom att ångavskiljningskammaren är förlagd på en höjd av storleksord- ningen 6 till 10 m, företrädesvis oa'8 till 10 m över havsvatten- ytan varvid den första och den andra rörledningen mynnar under havsvattenytan och varvid kammaren är anordnad att erbjuda en hydraulisk anslutning mellan den första och den andra ledningen.

Genom uppfinningen åstadkommas sålunda en anläggning som erbjuder självcirkulation av havsvattnet genom anläggningen. Cir- kulationen.styrs av det värmeflöde som av värmekällan tillföres havsvattnet samt den ångavskiljning som uppträder i ångavskilj- ningskammaren. De drivkrafter som påverkar vätskan i anläggningen är dels den densitetsreduoerande uppvärmningen av vattnet i den första ledningen, samt ångbildningen däri, samt densitetshöj- ningen på grund av stegrad saltkoncentration i det vatten som av- går genom den andra rörledningen efter att ha utsatts för destil- lationsprooessen i ångavskiljningskammaren. Det inses därför att man med fördel kan låta värmekällan bestå av en solfångare varvid- den relativa produktionen av vattenånga; dvs. salthalten i vatt- net i den andra ledningen bestämmer vattencirkulationen genom an- läggningen. Genom att avskiljningskammaren är förlagd på den an- givna höjden erfordras endast en minimal styrning av vakuumpum- pen, så att systemet hålles tomt på luft och andra.icke konden- serbara gaser. Ãngavskiljningskammarens höjdläge skall avpassas till den förväntade temperaturen hos det värmda vattnet. Genom föreskriften att systemet skall hållas lufttomt, kommer vattnet att koka i övre delen av den av vakuet lyfta vattenpelarvn, om vattenpelaren har möjlighet att fritt lyftas uppåt. Vattenpala- rens höjd beror därvid i huvudsak på temperaturen hos vattnet.

Med en värmekälla i form av en enkel solfångare kan vattentempera- turen höjas till exempelvis 40°C, vilket motsvarar en höjd av ca 9 m. Emellertid kan man väl tänka sig att utnyttja koncentre- rande solfångare, vilka kan höja temperaturen till exempelvis 7500, vilket motsvarar en höjd av låt säga 6 m.

Kondensorn kan med fördel vara anordnad att överföra åt- minstone en del av vattenångans kondensationsvärme till saltvat- tenflödet i den första ledningen vid en punkt mellan havsytan och solfångaren. Ö Vidare är lämpligen en fjärde rörledning med sin ena ände 10 15 20 25 BO 55 40 7810875-0 5 ansluten till den andra rörledningen och med sin andra ände an- sluten till den första rörledningen vid en punkt mellan värme- källan och den första ledningens inlopp. Den fjärde rörledningen bildar således en shuntledning som sträcker sig parallellt med kammarens hydraulkommunikation mellan den första och den andra ledningen. I det fall kondensorn är anordnad att överföra kon- densationsvärme till den första ledningens saltvattenflöde är lämpligen den fjärde ledningen ansluten till den första ledningen mellan kondensorn och solfångaren. Vidare kan en andra solfångare vara anordnad i den första ledningen mellan kondensorn och den fjärde ledningen. Syftet är därvid att tillse att den vägda den- siteten hos vattenpelaren i den andra ledningen under den fjärde ledningen är högre än den vägda densiteten i den första ledningen, varvid ändamålet är att åstadkomma en recirkulering av en del av det saltvattenflöde som avgår från kammaren genom den andra led- ningen, via den fjärde ledningen till den första ledningen. Detta innebär även en värmeåterföring från den andra ledningen till den första ledningen varvid kriteriet är att salthalten ej får bli för hög i anläggningen till följd av ångavskiljningen i kammaren.

Man kan sålunda säga att anordningen automatiskt avskiljer salt- vatten med för hög salthalt från anläggningen. Om man därför skulle välja ett högt gränsvärde för salthalten hos det vatten som strömmar genom den andra ledningen skulle man eventuellt kun- na avstå från den andra solfângaren om kondensorn har högre verk- ningsgrad med avseende på áterföring av värmet till den första ledningen, ooh det vatten som inströmmar i den första ledningen har en salthalt som markant understiger salthalten i den andra ledningens utloppsdel.

För att stabilisera anläggningen bör lämpligen en baokven- til vara anordnad i den andra ledningens utlopp varjämte en back- ventil lämpligen är anordnad även i den första ledningens inlopp.

Höjdläget för vätskenivån i ångavskiljaren kommer att vari- era i beroende av temperaturen, salthalten och ånghalten i det vätskeflöde som inströmmar i ångavskiljningskammaren från den första ledningen varför ångavskiljningskammaren bör utföras med en relativt stor höjd exempelvis 2 m (varvid kammarens "höjdläge" definieras av det förväntade vattennivåläget i kammaren) för att möjliggöra effektiv ångavskiljning även vid varierande vätska- nivå däri.

Kammaren bör inrymma effektiva ängavskiljare enär varia- '7810875-0 tioner i värmetillförseln medför variationer i kokningens häf- tighet. Sådana ångavskiljare kan innefatta vertikala bafflar mot vilka vätskedroppar och skum slår an, för att sedan av gravita- tionen strömma tillbaka till vätskemassan. Vidare kan man 1 kam- 5 marens övre del anordna konventionella labyrinter för ytterligare avskiljning av saltvattendroppar och -skum från ångströmmen.

I Vakuumpumpen kan med fördel vara ansluten till överdelen av det slutna kondensatuppsamlingskärlet. Kondensatet kan om så öns- kas kontinuerligt avlägsnas från kondensatuppsamlingskärlet med- 10 elst en vätskepump.

Den första solfångaren är lämpligen utförd med stor verti- kal vätskegenomströmningshöjd så att energitillskottet till vätske- flödet kontinuerligt stegras under dess strömning mot ångavskilj- ningskammaren. Det inses att en viss överhettning och ångbildning 15 r av vätskan kan ske i den första solfångaren, till följd av att vätskan i den första solfångaren står under ett visst tryck som representeras av höjden och densiteten hos den ovanförliggande vätskepelaren i den första ledningen och/eller den första sol- fångaren. Denna överhettning/ängbildning i den första ledningen 20 eller den första solfångaren gynnar anläggningens ångproduktion.

Uppfinningen definieras i de bilagda patentkraven.

Uppfinningen kommer i det följande att närmare-beskrivas i form av ett utföringsexempel med hänvisning till bifogade rit- ning som schematiskt visar ett utföringsexempel av den uppfinninge- 25 enliga anläggningen.

På ritningen visas en havsyta med Y. En stigareledning la, lb som innehåller en backventil 12 är anordnad att leda havsvat- ten upp till en ångavskiljningskammare 2 som är belägen på en höjd H av 8-10 m över havsytan Y. En returledning Äa, 4b ansluter 30 till kammaren 2 och mynnar ut under havsytan Y. Returledningens del 4b innehåller en backventil ll. Stigareledningens del lb inne- håller en värmekälla 3 i form av en vertikalt långsträckt sol- fångare vilken kan vara bildad av en parallellkopplad vertikalt orienterad rörskara. En andra värmekälla 10 i form av en motsva- 35 rande solfångare är anordnad i stigareledningens del la. En shuntledning 9 sträcker sig från returledningen Äa, Äb till sti- gareledningen la, lb mellan solfångarna 5 och 10. En ångledning 5 sträcker sig från ångavskiljarens 2 övre del via en värmeväxlare 6 till ett kondensatuppsamlingskärl 7. Värmeväxlaren 6 är anslu- HO tvn till utigurvludnlngunu undre Nol la under solfånguron lo för 10 15 20 25 30 55 40 7810875-0 förvärmning av i ledningen la inströmmande havsvatten, och för kondensering av från kammaren 2 utströmmande vattenånga. En vakuumpump 8 är ansluten till kondensatuppsamlingskärlet 7 för evakuering av ångavskiljningskammaren 2. En ledning 15 med en vattenpump 16 kan vara ansluten till kondensatuppsamlingskärlets 7 undre del för bortföring av bildat färskvatten. Roturlodningens undre del 4b passerar en värmeväxlare 14 som är anordnad mellan den andra solfångaren lO och kondensorn 6 för återföring av värme till stigareledningens vattenflöde.

Den visade anläggningen har följande startförlopp; antag att anläggningen initialt är fylld med luft av atmosfärstryck.

Vakuumpumpen 8 startas och sänker trycket. Tack vare backventi- lerna ll och 12 kommer havsvatten att sugas upp i stigareröret la och via shuntledningen 9 fylla returröret 4b, 4a. Vid fort- satt drivning av vakuumpumpen kommer vattnet så småningom att stiga till en nivàskillnad som motsvarar atmosfärstrycket minus vattnets ångtryck vid den aktuella temperaturen, dvs. någonstans mellan 8,5 och 9,8 m (höjden H), så att en hydraulisk kommunika- tion åstadkommes mellan stigareledningen lb och returledningen Äa via ångavskiljningskammaren 2.

Då temperaturen hos vätskan i stigareledningen la, lb stiger till följd av absorption av solstrålningsenergi i sol- fångarna 10, 5 reduceras vätskedensiteten i stigareledningen la, lb varigenom en vätskecirkulation initieras. Om vattentempera- turen är högre i stigareröret lb än den temperatur som svarar mot ångtrycket i ångavskiljningskammaren 2, kommer ångbildning att ske från och med en viss höjd H-h (där totaltrycket i vätskan svarar mot ångtryokets vätsketemperatur) och däröver. Då ång- bildningen således initieras, ökas vätskeflödet i stigareröret lb så att vatten och ånga går in i ångavskiljningskammaren 2 med relativt hög hastighet. Ångavskiljaren 2 ändrar automatiskt sin avskiljande kapaci- tet så att den passar det aktuella drifttillståndet; vid hög tem- peratur hos den vätska som lämnar stigareledningen lb kommer vätskenivån i kammaren 2 att sjunka och kommer en större genom- strömningsarea att frigöras för ångfasen. Ångavskiljaren kan där- för utformas så att approximativt samma ånghastighet upprätthål- les oberoende av belastningsvariationer (varierande värmetillför- sel till solfångarna 3, 10). Kammaren 2 innefattar lämpligen en mångfald vertikala och mot vätskeinloppet vinkelräta bafflar så lO 15 20 25 §O 35 40 7e10avs-o att vattendroppar och skum slår fast mot bafflarna och kamma- rens 2 mantel så att de effektivt kan gravitationsavskiljas.

Värmeväxlaren 14, kondensorn 6 och den andra solfångaren 10 som kan vara utförd i motsvarighet till den första solfånga- ren, är anordnade att bibringa vattnet i stigareledningen la en lägre densitet än vattnet i returledningsdelen 4b så att ett varmt returvattendelflöde från returledningen 4a kan recirkule- ras via shuntledningen 9 till stigareledningsdelen lb när salt- halten i returflödet genom returledningen 4a är lägre än ett förutbestämt värde, som betingas av den i praktiken tillåtliga kokpunktshöjande effekt som salthalthöjningen medför.

Eventuellt erbjuder värmeväxlaren 14 och kondensorn 6 ett sådant värmetillskott i stigareledningsdelen la, att man med hänsyn tagen till salthaltskillnaderna i stigarelednings- delen la och returledningsdelen 4b kan avstå från den andra sol- fångaren lO. Emellertid kan det av praktiska/ekonomiska skäl vara lämpligt att avstå från värmeväxlaren 14 varvid behovet av värmetillförsel i stigareledningsdelen la stiger, troligtvis till sådan nivå att den andra solfångaren 10 erfordras för upp- rättande av önskat flöde.

Punkten P i stigareledningsdelen lb kan antas vara en punkt vari totaltryeket i vätskan svarar mot ångtrycket för vätsketemperaturen. Temperaturen Tp i punkten P är lika med för- ângningstemperaturen vid kammarens 2 vätskeyta plus ett litet temperaturtillskott som beror av höjden heav vätskepelaren mel- lan punkten P och vätskeytan i kammaren 2 samt densiteten hos denna vätskepelare. Ovanför punkten P initieras därför en ång- bildning vilken tjänar till att stegra flödeshastigheten i sti- gareledningsdelen lb varjämte ångavskiljningseffektiviteten i kammaren 2 effektiviseras.

Vakuumpumpen 8 kan vara miljödriven. Så kan exempelvis vakuumpumpen 8 vara driven av en elmotor som strömförsörjes från en elackumulator vilken laddas av en vindgenerator, en våg- driven generator eller en solcell. Alternativt kan vakuumpumpen vara mekaniskt driven av ett vindkraftverk eller ett vågkraft- verk. 7 Det inses att den uppfinningsenliga anläggningen icke kräver några pumpar eller andra speciella flödesreglerande anord- ningar för att styra vätskeflödena trots varierande värmetill- försel. Detta innebär en ytterst förenklad eller automatiserad

Claims (6)

'7810'875~Q flödesreglering av anläggningen vilken dessutom medger möjlig- heten av att på enkelt sätt kunna utnyttja solfångare för till- försel av förångningsenergi och för att åstadkomma önskad styr- ning av flödena. Enär vidare vakuumpumpen 8 endast har till upp- gift att tömma systemet på luft eller andra kondenserbara gaser inses att reglerbehovet blir minimalt även för vakuumpumpen. Dessutom kan såsom nämnts vakuumpumpen drivas av sol, vind eller vågkraft varigenom behovet av yttre energitillförsel till anlägg- ningen helt skulle kunna bortfalla. §_Aml;j N T K R ê_y

1. Anläggning för avsaltning av havsvatten innefattan- de en första rörledning (la, lb) för framledning av saltvatten till en ångavskiljningsknmmnre (2), som är förlagd på en höjd (H) av mellan 0 och JO m, företrädesvis mellan S och ln m, över havsvattenytan, en värmekälln (3, 10) som innefattar en första solfångare vid den första rörledningen, en andra rör- ledning (4a, 4b) för bortledning av saltvatten från kammaren (Z), varvid den första och den andra rörledningen (la, lb; 4a, 4b) mynnar under havsvattenytan, och varvid ångavskilj- níngskammaren är anordnad att etablera en hydraulisk kommuni- kation mellan den första ledningen (la, lb) och den andra led- ningen (4a, 4b), en tredje rörledning (5) för bortledning av vattenånga från kammaren (2) till en kondensor (6) och ett kondensatuppsamlingskärl (7), och en vakuumpump (8) som är ansluten till anläggningens ångförande delar (2, 5, 6, 7) och som är anordnade att i kammaren (2) etablera ett tryck som är lika med eller lägre än ångtrycket för det i kammaren inkomman- de havsvattnet, k ä n*n e t e c k n a d av att en fjärde rörledning (9) sträcker sig från den andra rörledningen (4a, 4h) och ansluter till den första rörledningen (la, lb) vid en punkt mellan värmekällan (3) och den första ledningens (la, lb) inlopp, och att den första solfângaren (3) är inkopp- lad i serie med den första rörledningen (la, lb) nedströms den fjärde rörledníngens (9) anslutning till den första rör- ledningen. . ..........._..__.._....- _ '7810875-0

2. Anläggning enligt krav 1, kgä n n e t e c k n a d av att kondcnsorn (6) är anordnad att överföra åtminstone en del av kondensatíonsvärmet till den första ledningen vid en punkt mellan havsytan (Y) och den första solfångaren (5).

3. Anläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att den fjärde ledningen (Q) ansluter till den första led- ningen (la, lb) mellan kondensorn (6) och den första solfångaf ren (3). i I

4. dAnläggning enligt krav 3, av att en andra solfångare (10) är anordnad i ningen (la, lb) mellan kondensorn (6) och den (9). k ä n n e t e c k n a d den första led- fjärde ledningen

5. Anläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att en backventil (ll) är anordnad vid den andra ledningens (4a, 4b) utlopp under havsytan (Y). 7 k ä n n e t e c k n a d första ledning-

6. Anläggning enligt krav 1, av att en backventil (12) är anordnad vid den ens (la, lb) inlopp.