WO2018045477A1 - Verfahren und system zur nutzung von wärmeenergie aus sonnenstrahlung - Google Patents

Verfahren und system zur nutzung von wärmeenergie aus sonnenstrahlung Download PDF

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WO2018045477A1
WO2018045477A1 PCT/CH2017/000082 CH2017000082W WO2018045477A1 WO 2018045477 A1 WO2018045477 A1 WO 2018045477A1 CH 2017000082 W CH2017000082 W CH 2017000082W WO 2018045477 A1 WO2018045477 A1 WO 2018045477A1
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liquid
heat
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layer
fluid
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PCT/CH2017/000082
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Inventor
Roland JORDI
Kurt Baumgartner
Original Assignee
Greensworld Swiss Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0011—Heating features
    • B01D1/0029—Use of radiation
    • B01D1/0035—Solar energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/22—Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/10—Solar heat collectors using working fluids the working fluids forming pools or ponds
    • F24S10/13—Salt-gradient ponds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F28D20/0043—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material specially adapted for long-term heat storage; Underground tanks; Floating reservoirs; Pools; Ponds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a method for using heat energy from solar radiation, in particular in
  • Salt water with storage and use of heat energy is disclosed in WO2004 / 048273 AI. According to the method described in this document is the
  • the salted water is passed through a heat exchanger, which is located in a basin with a brine.
  • the brine is made up of different layers of water that lie one above the other in the basin. Each layer of water has a higher salt content than a layer above it.
  • the brine is heated by solar energy.
  • the heat exchanger is placed in at least one of the deepest water layers, which has a high
  • Heat exchanger was heated by an evaporator directed to make at least part of the saline
  • a solar boiler part comprises a solar pool basin body (1) and a floor heat exchanger (2).
  • the solar pool is successively from top to bottom in an upper
  • the seawater desalination part comprises a vacuum pump (6), a condenser (7), a steam-water separator (8), a fresh water collector (9), a fresh water basin (10), a spray device (11), an evaporator (12) and a Pool for concentrated seawater (13).
  • a disadvantage of the present system is the fact that the
  • An object of the present invention is now to provide a method and a system which make it possible to increase the energy yield.
  • Solar radiation according to the invention comprises the following process steps:
  • Liquid layers wherein the temperature of at least one of the liquid layers increases by the absorption of heat
  • the heat exchanger may be in the lowest or at least
  • the liquid may contain an additive.
  • the liquid may be present in at least one of
  • Liquid layers contain an additive.
  • the additive may contain an element from the group of solids or liquids. At least one of the
  • Liquid layers may contain a hydrocarbon or a hydrocarbon compound, in particular a saturated hydrocarbon or a compound containing a saturated hydrocarbon.
  • a hydrocarbon at least one element of
  • the liquid may contain a salt. At least one of the liquid layers may contain a salt.
  • a salt in particular
  • the liquid in the basin may comprise a lowermost layer of liquid.
  • Liquid layer is above and immediately
  • Liquid layer may contain the surface of the liquid.
  • the lowermost liquid layer may have a content of additive which is greater than the content of additive in a first liquid layer, wherein the first liquid layer is arranged above the lowermost liquid layer.
  • Liquid layer may have a content of additive, in particular a salt content and / or solids content of at least 24%.
  • the first liquid layer may have a content
  • Additive in particular salt content and / or
  • Additive in particular the salt content and / or
  • Solids content of the bottom liquid layer is.
  • the first liquid layer may have a content of additive of not more than 4%.
  • a second liquid layer can be connected to the lowermost liquid layer. The second
  • Liquid layer can be between the first
  • Liquid layer and the lowermost liquid layer may be arranged.
  • Liquid layer have a smaller content of additive than the bottom liquid layer and a greater content of additive than the first
  • the second liquid layer may have an additive content of up to 12%. All information is to be understood as volume%.
  • a third liquid layer may be provided, the third liquid layer being disposed between the second liquid layer and the lowermost liquid layer.
  • the third liquid layer being disposed between the second liquid layer and the lowermost liquid layer.
  • Liquid layer have a smaller content of additive than the bottom liquid layer and a greater content of additive than the second
  • the third liquid layer may have an additive content of 15% to and including 30%.
  • a fourth liquid layer may be provided, the fourth liquid layer being disposed between the third liquid layer and the lowermost liquid layer.
  • the fourth Liquid layer have a smaller content of additive than the bottom liquid layer and a greater content of additive than the second
  • the number of fluid layers in the pool can vary.
  • the height of each liquid layer can vary.
  • each liquid layer can be varied.
  • the height of each liquid layer can be up to 1 m.
  • the height of the lowermost liquid layer may be in the range of 0.6 to 1.0 m, the height of the first liquid layer containing the
  • Fluid surface forms can be in the range 0.6 to 1.0 m.
  • Liquid layer and the lowermost layer of liquid may be in the range 0.6 to 1.0 m.
  • a third liquid layer may be disposed between the second liquid layer and the lowermost liquid layer.
  • the height of the third liquid layer may be in the range 0.095 to 0.15 m.
  • Liquid layer the height of which is in the range of 0.6 to 1.0 m, the content of the additive
  • Liquid layer whose height is in the range 0.095 to 0.15 m, whose content of additive from 15% to
  • the container assembly may be connected to a source of liquid.
  • the liquid source may contain a liquid whose composition or temperature is different from that of
  • Composition or temperature of the liquid layer differs, with which it is in fluid communication.
  • the fluid-conducting connecting element may comprise the lines which lead from the basin into the container or lead from the container into the basin.
  • Each of the lines is according to this embodiment, each with a liquid layer in fluid-conducting
  • the container may contain a heat exchanger.
  • the container may contain means for changing the chemical composition of the liquid layer in question.
  • each of the liquid layers is connected to one line each.
  • the method can be operated in a particularly advantageous manner if the liquid contains at least four liquid layers.
  • the heat transfer fluid can if necessary for heating
  • the heat transfer fluid in a system such as a
  • the plant can be a plant from the group of a multi-stage flash evaporator plant (MSF), a multi-stage distillation unit (MED), a thermal vapor compression (TVC) or a mechanical
  • MVC vapor compression
  • Solar radiation according to the invention comprises a basin which is filled with a liquid.
  • the liquid has a surface for absorbing heat from
  • the liquid comprises a plurality of liquid layers, the density of each Liquid layer is different from the density of each adjacent liquid layer.
  • the heat can be in at least one of
  • a heat exchanger is arranged so that the heat of at least one of the liquid layers is transferable through the heat exchanger to a heat transfer fluid.
  • Liquid layers are via a fluid-conducting
  • the container assembly contains
  • Fluid that is added to the fluid in the pelvis or can pick up fluid from the pelvis can pick up fluid from the pelvis.
  • the heat transfer fluid is passed through the heat exchanger
  • Liquid layer and the heat transfer fluid is therefore according to this embodiment, a partition.
  • This partition is advantageously made of a material with high thermal conductivity.
  • the material may in particular contain an element of the group consisting of titanium or a titanium alloy.
  • the material may comprise a composite material, in particular a composite material containing fibers.
  • the composite material contains an element from the group of glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced composites.
  • the heat transfer fluid is guided in tubes which form the partition wall.
  • the container arrangement may comprise at least one container.
  • the fluid-conducting connecting element may comprise at least one line, so that each of the liquid layers with one of the
  • Container is in communication via the pipe or in
  • At least one of the containers can with a
  • Liquid source be connectable.
  • the fluid-conducting connecting element can thus a
  • the fluid-conducting connecting element can consist of the lines.
  • the lines may each comprise a supply line from the container to the basin and one drainage line each from the basin to the container.
  • Each of the liquid layers can be connected to one line each. At least part of the liquid layers can
  • the content of additive of the lowermost liquid layer may be greater than the content of additive at least one liquid layer above it.
  • system may be used for
  • Heating, for desalination, for cooling, for drying or for energy production, in particular for the production of electricity or heat energy can be used.
  • Heat recovery system can be used.
  • the heat transfer fluid can be a saline
  • liquid especially salt water.
  • saline liquid that has been heated in the heat exchanger may be passed through an evaporator to evaporate at least a portion of the saline liquid.
  • the condensate can be supplied for recovery of the salt for further processing.
  • the evaporated liquid can be condensed again in a condenser. If the liquid is water
  • desalted water is available as a product that can be used as process water or drinking or service water. If necessary, the water
  • Additives such as trace minerals in a Remineral Deutschensstrom be added so that the water can be used as drinking water. Without Additives, the water can come as distilled water on the market.
  • the coolant which is used to operate the condenser, may be the heat transfer fluid, which is preheated as it passes through the condenser and then further heated in the heat exchanger.
  • the method and the associated system allow storage of thermal energy, which
  • Solar radiation can be obtained over longer periods of time.
  • An extended period of time is understood as one hour to about 10 hours.
  • the storage is done by a liquid that is heated by the sunlight.
  • the storage is designed as a long-term energy storage.
  • the stored thermal energy can be utilized by using the heat transfer fluid in a heat recovery system.
  • the pool is filled with a liquid that several
  • Liquid layers contains. In particular, three to four liquid layers can lie one above the other, wherein each layer has a higher density than a layer above it.
  • the investment costs for the production of such a system are therefore low, operating costs are not incurred. Only when the stored energy is to be taken from the system, Further components are needed.
  • an aromatic carrier fluid can be heated in a heat exchanger arranged in the liquid.
  • Heat transfer fluid stands for any thermoplastic material
  • the system can therefore be used in a variety of applications, for example for heating, desalination, cooling,
  • FIG. 2 is a diagram of a first embodiment of the inventive system with heat recovery
  • FIG. 3 is a diagram of a second embodiment of the inventive system with heat recovery
  • Fig. 4 is a diagram of a third embodiment of the inventive system with heat recovery.
  • the system shown in Fig. 1 for the use of heat energy from solar radiation comprises a tank 1.
  • the tank 1 is filled with a liquid 2, wherein the liquid 2 has a surface for absorbing heat from Solar radiation, wherein the liquid has a
  • each liquid layer is different from the density of each adjacent liquid layer, heat can be stored in at least one of the liquid layers, whereby the temperature of at least one of the liquid layers increases due to the absorption of the heat, wherein a heat exchanger 5 is arranged in the liquid, so that the Heat at least one of
  • Liquid layers can be transferred through the heat exchanger 5 to a heat transfer fluid 51.
  • a fluid-conducting connecting element 3 in the tank 1 Near the upper side of the basin 1 opens a fluid-conducting connecting element 3 in the tank 1, through which a liquid, such as saline water,
  • the heat exchanger 5 is according to the present
  • Embodiment in the basin 1 on or near its bottom in the lowermost liquid layer 24 or the lowermost liquid layers 23, 24 are arranged.
  • Heat exchanger 5 the heat transfer fluid 51 can be supplied via a line 6.
  • At least one of the liquid layers 21, 22, 23, 24 is in fluid communication with a
  • Container arrangement 60 contains in each case a container 61, 62, 63, 64, wherein the container 61 via the line 31 with the first liquid layer 21st wherein the container 62 is connected via the line 32 to the second liquid layer 22, wherein the container 63 is connected via the line 33 to the third liquid layer 23, wherein the container 64 is connected via the line 34 with the fourth liquid layer 24 ,
  • Each of the containers 31, 32, 33, 34 contains liquid corresponding to the corresponding one
  • Liquid layer 21, 22, 23, 24 can be supplied or liquid from the corresponding
  • Liquid layer can absorb.
  • At least one of the containers 61, 62, 63, 64 may be connected or connected to a source of liquid, which is not shown in the drawing.
  • the fluid-conducting connecting element 3 between the containers 61, 62, 63, 64 may be connected or connected to a source of liquid, which is not shown in the drawing.
  • Container assembly 60 and basin 1 includes in this
  • Liquid from the container in the basin can be introduced.
  • the number of lines corresponds in particular to
  • FIG. 2 shows a diagram of the system according to the invention, which is used for a heat recovery system.
  • the heat transfer fluid 51 can be used to operate a heat recovery system.
  • the heat transfer fluid 51 may contain salt water for use in a desalination plant, which is the
  • Heat exchanger 5 is supplied via a line 6.
  • the heat transfer fluid can be heated in the heat exchanger 5.
  • the heat transfer fluid 51 is fed from a reservoir 4 into the conduit 6.
  • a pump 7 may be arranged in the reservoir 4 for this purpose, which is connected to one end of the line 6, although of course other means for pumping the heat transfer fluid 51 from the reservoir 4 to the heat exchanger 5 can be used.
  • a line 8 is connected, through which the heat transfer fluid 51, which is passed through the heat exchanger 5, an evaporator 9 can be supplied.
  • low-temperature evaporator can be evaporated from a temperature of 30 ° C by the guided to the evaporator heat transfer fluid.
  • a second heat exchanger 10 is disposed in the conduit 8, through which the from
  • the second heat exchanger 10 may contain an element from the group of flow heaters or absorbers.
  • the heat transfer fluid 51 is fed into the evaporator 9.
  • Hot gas for example, hot air or hot steam are supplied to evaporate or move the heat transfer fluid.
  • Hot gas for example, hot air or hot steam are supplied to evaporate or move the heat transfer fluid.
  • Heat transfer fluid 51 is fed from the head of the evaporator 9 in the line 11 and passes via the line 11 into the condenser 12.
  • Heat transfer fluid collects in the bottom of the evaporator 9 and is withdrawn via a drain line 17 from the evaporator.
  • This liquid portion of the heat transfer fluid may contain an increased concentration of substances that can not be evaporated at the temperatures and pressures prevailing in the evaporator.
  • the heat transfer fluid is a saline liquid
  • the liquid portion of the heat transfer fluid contains an increased concentration of salts relative to the feed stream.
  • This liquid portion of the heat transfer fluid can further processing steps be fed, which may include, for example, a salt extraction.
  • a fan 13 may be arranged to convey the gas 29 into the evaporator.
  • the gas 29 can be circulated.
  • the gas can in
  • Condenser 12 can be cooled and can via an unillustrated heating element before entering the
  • a cooling unit 14 may be connected to the condenser 12.
  • the cooling unit 14 can be arranged in particular in the condenser 12.
  • Cooling unit 14 can be operated with heat transfer fluid 51.
  • the heat transfer fluid 51 can be preheated before entering the heat exchanger 5 in the cooling unit 14.
  • a line 16 is provided, through which the condensed in the condenser 12 vaporous portion of the heat transfer fluid 51 as condensate 54 can abfHessen.
  • the line 16 can in a
  • Receptacle 55 for receiving and optionally
  • a pump may be provided between the condenser 12 and the receptacle 55.
  • the broth fluid 51 comprises a salt-containing liquid
  • this saline-containing liquid became in
  • Evaporator 9 withdrawn the salt, so that the condensate 54 is cleaned of salt. If the heat transfer fluid is saline water, it is the
  • Remineralization 56 be provided.
  • the basin 1 is preferably dug in the ground, although it is conceivable that such a basin is built on the surface.
  • the basin 1 has
  • the basin 1 can have a maximum depth of 3 m.
  • the total height of the basin may be in the range of 2.5m to 3.5m, more preferably about 3m.
  • the upwardly facing walls of the basin 1 may have an inclination angle of about 45 °.
  • the basin may have a surface area of at least 8000 m 2 .
  • the bottom and / or the walls of the basin may be covered with a foil, in particular a black foil.
  • the film is preferably liquid impermeable.
  • the pool 1 When the system is to be put into operation, the pool 1 is first filled with liquid 2. Of the Heat exchanger 5 is completely covered by the liquid. The surface of the liquid lies above the fluid-conducting connecting element 3.
  • the fluid-conducting connecting element may contain at least one of the lines 31, 32, 33, 34.
  • the composition of the liquid can be varied by adding or removing liquid from each liquid layer through lines 31, 32, 33, 34.
  • Each of the containers 61, 62, 63, 64 may be a liquid of different composition
  • each of the containers can be in it
  • additives are added so that the composition of each
  • Liquid layer 21, 22, 23, 24 is adjustable. When filled with the liquid 2 tank 1 of the
  • Liquid layers are formed by the different densities of the respective liquid layers.
  • Liquid layers form stable interfaces. These interfaces are formed automatically, even if they are disturbed by external influences.
  • the first liquid layer 21, the optionally present second liquid layer 22 and the third liquid layer 23 may insulating layers
  • the first liquid layer 21 may be formed as an optical barrier layer, through which although the solar radiation in the direction of the lower
  • Liquid layer is passed, at the bottom of which at least part of the return radiation is reflected, so that the radiation in turn into the lowest
  • Liquid layer 24 is introduced.
  • an additive that is at least in the lowest
  • Liquid layer 24 is included, contribute to absorption of the radiation, so that the heat input can be increased.
  • the energy requirement for the operation of the pumps and the second heat exchanger 10 or the generation of the hot gas 29 is preferably obtained from renewable resources, such as wind, sun, water.
  • renewable resources such as wind, sun, water.
  • a wind turbine, solar collectors or the like can be used.
  • an energy storage system can be provided.
  • the surface of the liquid 2 may comprise a breakwater, for example covered with a foil, in order to prevent the formation of undesired waves on the surface of the basin 1.
  • sensors for measuring the temperature in the various liquid layers of the basin and / or measuring devices for measuring the salt content in the various liquid layers may be provided.
  • measuring devices for measuring the air temperature and, if a wind turbine is used, for measuring the wind speed can also be provided.
  • the various sensors and measuring instruments can be equipped with a central control unit to control the
  • Operation of the system e.g. for activating the pumps, for controlling the operation of the windmill, e.g. Adjusting the blades of the wind turbine and activating and / or deactivating the wind turbine, be connected.
  • Flash evaporator system 25 is a system in which a multi-stage flash evaporation of an inlet of
  • saline water for example one
  • Such a multi-stage flash evaporator system 25 comprises a Countercurrent heat exchanger 40, a plurality of
  • Each of the heat exchange chambers includes a heat exchanger 35, 36, 37, 38.
  • the number of heat exchange chambers in this embodiment is four, but it is possible , a smaller or a larger number of
  • the MeerwasserZulank 26 is passed as a heat transfer fluid through the heat exchanger 35, 36, 37, 38 and is heated as a preheated seawater stream 30 in a heater 27 and in the
  • Heat exchanger chamber 45 is returned as a heated seawater stream 39.
  • the heated seawater stream 39 evaporates and heats the in
  • the heated seawater stream 39 partially vaporizes in the first stage of the countercurrent heat exchanger 40.
  • the heat transfer fluid 28 can be used, which leaves the tank 1.
  • the line 8 thus provides the heat transfer fluid 28 for the heater 27th
  • a portion of the heated seawater flow 39 evaporates Forming steam rises in the heat exchanger chamber 45, condenses on the walls of the heat exchanger 35 and can be collected in a collector 42.
  • the condensate can be removed as fresh water stream 41 of the heat exchanger chamber 45.
  • the non-evaporating portion of the heated seawater stream 39 can pass through a wall opening 43 of the Kaitimentrennwand 42 of the heat exchanger chamber 45 in the heat exchanger chamber 46.
  • Heat exchanger chamber forms the second stage of the
  • the heated seawater stream 39 flows from the second stage of the countercurrent heat exchanger into the third stage, that is, into the heat exchanger chamber 47, and from the third stage to the fourth stage, i. in the
  • Heat exchanger chamber 48 wherein in each stage
  • Fig. 4 shows an embodiment of a system comprising a multi-stage distillation plant 18 (MED) for seawater desalination.
  • the heat transfer fluid 28, which flows through a heat exchanger 5 according to one of the previous embodiments, can
  • multistage distillation unit 18 are fed via line 8.
  • line 8 can additionally Heaters are arranged when the temperature of the
  • Heat transfer fluid 28 for the operation of the multi-stage distillation unit 18 is not sufficiently high, which is not shown in the drawing.
  • Distillation plant 18 has according to the present
  • Embodiment three stages 65, 75, 85, but it can be provided in the same way only two stages or more than three stages.
  • a container 68 is provided, in which the heat transfer fluid 28 is fed.
  • the heat transfer fluid 28 is located in
  • the heat transfer fluid 28 may be passed through one or more tubes 69 disposed within the container 68.
  • a salt-containing liquid, such as seawater 70 is fed in the container 68.
  • the heat transfer fluid 28 is removed after the heat transfer to the seawater 70 again from the container 68.
  • the seawater 70 evaporates in the container 68 partially, so that a
  • a liquid portion of the seawater collects in the sump of the container 68 as condensate and can be discharged via a condensate line 67 from the container 68.
  • a spraying device 71 may be arranged in the container 68 in order to distribute the multi-water 70 in the entire container space, so that the
  • Heat transfer from circulating in the or the pipes 69 heat transfer fluid 28 to the seawater droplets or the Seawater fog or seawater film can be improved.
  • the tube 69 may contain at least one element from the group of heat exchange elements, such as
  • ribs For example, ribs, plates, sheets, vanes, deflectors, webs.
  • the condensate can be pumped in the condensate line 67 by means of a pump 72 into the container 78, which contains the second stage 75 of the multistage distillation unit 18.
  • the steam is fed through the steam line 66 into the tank 78.
  • the vapor is passed through the container 78 through a tube 79 or a tube assembly.
  • the steam may partially condense in the tube 79.
  • the condensed vapor in the tube 79 is a
  • the condensate line 67 can lead to a spray device 81 arranged in the container 78, which the
  • Fresh water product stream can be removed.
  • Spray remains in the vapor state and leaves the container 78 via the steam line 76.
  • the vapor line 76 leads to a container 88 of a third stage 85.
  • the third stage 85 can be constructed substantially the same as the second stage 75 and has the function of the steam in the tube 89 in the container 78 on so that it condenses completely and as a sweet water stream into the fresh water collecting 90
  • the salty liquid which collects in the sump of the container 88 can flow over the
  • Condensate 87 are discharged from the container 88 and fed back into the heat exchanger 5 or a further processing, for example for
  • a pump 83 may be provided for conveying the condensate in the condensate line 87.
  • the system may also include a thermal vapor compression (TVC) system.
  • TVC thermal vapor compression
  • the thermal vapor compression system can with the previously described multi-stage
  • Combined distillation unit 18 The use of a thermal vapor compression system is particularly advantageous if steam of at least 3 bar is available.
  • a mechanical vapor compression (MVC) plant can be used if steam is available that has been produced by means of a mechanical vapor compressor.
  • a mechanical vapor compressor can be operated, for example, with a fossil fuel, in particular diesel.

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Abstract

Ein Verfahren zur Nutzung von Wärmeenergie aus Sonnenstrahlung umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Aufnahme von Wärme durch ein mit einer Flüssigkeit (2) gefülltes Becken (1), welches eine Oberfläche aufweist, die der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, Ausbilden einer Mehrzahl von Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24), wobei sich die Dichte einer Flüssigkeits schicht von der Dichte jeder benachbarten Flüssigkeitsschicht unterscheidet, Speichern der Wärme in zumindest einer der Flüssigkeitsschichten, wobei sich die Temperatur zumindest einer der Flüssigkeitsschichten durch die Aufnahme der Wärme erhöht, Übertragen der Wärme zumindest einer der Flüssigkeitsschichten durch einen Wärmetauscher (5) auf ein Wärmeträgerfluid. Die Flüssigkeit (2) steht über ein fluidleitendes Verbindungselement (3) mit einer Behälteranordnung (60) in Verbindung, wobei die Behälteranordnung (60) Flüssigkeit enthält, die der Flüssigkeit (2) im Becken (1) zugeführt werden kann oder Flüssigkeit (2) aus dem Becken (1) aufnehmen kann.

Description

Verfahren und System zur Nutzung von Wärmeenergie aus Sonnenstrahlung Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Nutzung von Wärmeenergie aus Sonnenstrahlung insbesondere in
Kombination mit einer Anlage zur Entsalzung von Salzwasser gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein System zur Nutzung von Wärmeenergie aus Sonnenstrahlung gemäss Patentanspruch 6.
Ein Verfahren und eine Anlage zur Entsalzung von
Salzwasser mit Speicherung und Nutzung von Wärmeenergie ist in der WO2004/048273 AI offenbart. Gemäss dem in dieser Schrift beschriebenen Verfahren wird das
salzhaltige Wasser durch einen Wärmetauscher geleitet, der sich in einem Becken mit einer Salzlauge befindet. Die Salzlauge ist aus verschiedenen Wasserschichten gebildet, die im Becken übereinanderliegen. Jede Wasserschicht weist einen höheren Salzgehalt als eine darüber befindliche Schicht auf. Die Salzlauge wird durch Sonnenenergie erhitzt. Der Wärmetauscher wird in zumindest einer der tiefsten Wasserschichten aufgestellt, die eine hohe
Temperatur aufweisen. Das salzhaltige Wasser, das im
Wärmetauscher erhitzt wurde, wird durch einen Verdampfer geleitet, damit zumindest ein Teil des salzhaltigen
Wassers verdampft.
Gemäss der Gebrauchsmusterschrift CN203360035U umfasst ein Solarbeckenteil einen Solarbecken-Beckenkörper (1) und einen Boden-Wärmeübertrager (2) . Das Solarbecken ist von oben nach unten nacheinander in eine obere
Gegenstromschicht (3), eine Nicht-Gegenstrom-Schicht (4) und eine untere Gegenstromschicht (5) unterteilt. Der Nicht-Gegenstrom-Schicht (4) und der unteren
Gegenstromschicht (5) wird jeweils konzentriertes
Meerwasser von der oberen Gegenstromschicht (3) zugeführt, der oberen Gegenstromschicht (3) wird Süßwasser zugeführt. Der Meerwasserentsalzungsteil umfasst eine Vakuumpumpe (6), einen Kondensator (7), einen Dampf-Wasser-Abscheider (8), einen Süßwassersammler (9), ein Süßwasserbecken (10), eine Sprühvorrichtung (11), einen Verdampfer (12) und ein Becken für konzentriertes Meerwasser (13) . Nachteilig an der vorliegenden Anlage ist die Tatsache, dass das
Solarbecken von der Meerwasserentsalzung nicht vollständig entkoppelt ist. Daher ist eine Regelung der Temperaturen und Konzentrationen in den einzelnen Flüssigkeitsschichten gemäss CN203360035U erschwert, da dem Solarbecken- Beckenkörper (1) ein Süsswasserstrom unbekannter
Temperatur vom Süsswasserbecken (10) zugeführt wird.
Ein weiterer Nachteil dieser vorbekannten Anlage ist die Tatsache, dass für die Meerwasserentsalzung ein sogenannter Fallfilmverdampfer zum Einsatz kommt, dessen Energieausbeute sich als nicht optimal herausgestellt hat.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren und ein System zu schaffen, welche es ermöglichen, die Energieausbeute zu erhöhen.
Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem System gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
Ein Verfahren zur Nutzung von Wärmeenergie aus
Sonnenstrahlung gemäss der Erfindung umfasst die folgenden Verfahrensschritte :
- Aufnahme von Wärme durch ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Becken, welches eine Oberfläche aufweist, die der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist,
- Ausbilden einer Mehrzahl von Flüssigkeitsschichten, wobei sich die Dichte einer Flüssigkeitsschicht von der Dichte jeder benachbarten Flüssigkeitsschicht
unterscheidet,
- Speichern der Wärme in zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten, wobei sich die Temperatur zumindest einer der Flüssigkeitsschichten durch die Aufnahme der Wärme erhöht,
- Übertragen der Wärme zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten durch einen Wärmetauscher auf ein Wärmeträgerfluid. Jede der Flüssigkeitsschichten der Flüssigkeit steht über ein fluidleitendes
Verbindungselement mit einer Behälteranordnung in
Verbindung, wobei die Behälteranordnung Flüssigkeit enthält, die der Flüssigkeit im Becken zugeführt werden kann oder Flüssigkeit aus dem Becken aufnehmen kann. Der Wärmetauscher kann in der untersten oder zumindest
teilweise in der untersten Flüssigkeitsschicht angeordnet sein.
Die Verbindung jeder der Flüssigkeitsschichten mit der Behälteranordnung ermöglicht eine präzise Regelung der Temperaturen und Zusammensetzungen jeder der
Flüssigkeitsschichten, wodurch die Energieausbeute
optimiert werden kann.
Die Flüssigkeit kann einen Zusatzstoff enthalten. Die Flüssigkeit kann in zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten einen Zusatzstoff enthalten. Der Zusatzstoff kann ein Element aus der Gruppe der Feststoffe oder Flüssigkeiten enthalten. Zumindest eine der
Flüssigkeitsschichten kann einen Kohlenwasserstoff oder eine Kohlenwasserstoffverbindung enthalten, insbesondere einen gesättigten Kohlenwasserstoff oder eine Verbindung, enthaltend einen gesättigten Kohlenwasserstoff, enthalten. Als Kohlenwasserstoff kann zumindest ein Element der
Gruppe der Alkane, Cycloalkane, Alkene, Alkine oder der aromatischen Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Benzole, Phenole, Verwendung finden. Die Flüssigkeit kann ein Salz enthalten. Zumindest eine der Flüssigkeitsschichten kann ein Salz enthalten. Als Salz kann insbesondere
Natriumchlorid zum Einsatz kommen.
Insbesondere kann die Flüssigkeit im Becken eine unterste Flüssigkeitsschicht umfassen. Die unterste
Flüssigkeitsschicht ist oberhalb und unmittelbar
angrenzend an den Boden des Beckens angeordnet. An die unterste Flüssigkeitsschicht kann eine erste
Flüssigkeitsschicht anschliessen. Die erste
Flüssigkeitsschicht kann die Oberfläche der Flüssigkeit enthalten. Die unterste Flüssigkeitsschicht kann einen Gehalt an Zusatzstoff aufweisen, der grösser ist als der Gehalt an Zusatzstoff in einer ersten Flüssigkeitsschicht, wobei die erste Flüssigkeitsschicht oberhalb der untersten Flüssigkeitsschicht angeordnet ist. Die unterste
Flüssigkeitsschicht kann einen Gehalt an Zusatzstoff, insbesondere einen Salzgehalt und/oder Feststoffgehalt von mindestens 24% aufweisen.
Die erste Flüssigkeitsschicht kann einen Gehalt an
Zusatzstoff, insbesondere Salzgehalt und/oder
Feststoffgehalt aufweisen, der kleiner als Gehalt an
Zusatzstoff, insbesondere der Salzgehalt und/oder
Feststoffgehalt der untersten Flüssigkeitsschicht ist. Insbesondere kann die erste Flüssigkeitsschicht einen Gehalt an Zusatzstoff von maximal 4% aufweisen. An die unterste Flüssigkeitsschicht kann eine zweite Flüssigkeitsschicht anschliessen. Die zweite
Flüssigkeitsschicht kann zwischen der ersten
Flüssigkeitsschicht und der untersten Flüssigkeitsschicht angeordnet sein. Insbesondere kann die zweite
Flüssigkeitsschicht einen kleineren Gehalt an Zusatzstoff als die unterste Flüssigkeitsschicht aufweisen und einen grösseren Gehalt an Zusatzstoff als die erste
Flüssigkeitsschicht aufweisen. Nach einem
Ausführungsbeispiel kann die zweite Flüssigkeitsschicht einen Gehalt an Zusatzstoff von bis zu 12% aufweisen. Sämtliche Angaben sind hierbei als Volums% zu verstehen.
Eine dritte Flüssigkeitsschicht kann vorgesehen sein, wobei die dritte Flüssigkeitsschicht zwischen der zweiten Flüssigkeitsschicht und er untersten Flüssigkeitsschicht angeordnet ist. Insbesondere kann die dritte
Flüssigkeitsschicht einen kleineren Gehalt an Zusatzstoff als die unterste Flüssigkeitsschicht aufweisen und einen grösseren Gehalt an Zusatzstoff als die zweite
Flüssigkeitsschicht aufweisen. Insbesondere kann die dritte Flüssigkeitsschicht Gehalt an Zusatzstoff von 15% bis einschliesslich 30% aufweisen.
Eine vierte Flüssigkeitsschicht kann vorgesehen sein, wobei die vierte Flüssigkeitsschicht zwischen der dritten Flüssigkeitsschicht und er untersten Flüssigkeitsschicht angeordnet ist. Insbesondere kann die vierte Flüssigkeitsschicht einen kleineren Gehalt an Zusatzstoff als die unterste Flüssigkeitsschicht aufweisen und einen grösseren Gehalt an Zusatzstoff als die zweite
Flüssigkeitsschicht aufweisen.
Die Anzahl der Flüssigkeitsschichten im Becken kann variieren. Die Höhe jeder Flüssigkeitsschicht kann
variiert werden. Die Höhe jeder Flüssigkeitsschicht kann bis zu 1 m betragen.
Nach einem Ausführungsbeispiel kann die Höhe der untersten Flüssigkeitsschicht im Bereich von 0.6 bis 1.0 m liegen, die Höhe der ersten Flüssigkeitsschicht, welche die
Flüssigkeitsoberfläche ausbildet, kann im Bereich 0.6 bis 1.0 m liegen. Die Höhe der zweiten Flüssigkeitsschicht, welche gegebenenfalls zwischen der ersten
Flüssigkeitsschicht und der untersten Flüssigkeitsschicht angeordnet ist, kann im Bereich 0.6 bis 1.0 m liegen.
Gegebenenfalls kann eine dritte Flüssigkeitsschicht zwischen der zweiten Flüssigkeitsschicht und der untersten Flüssigkeitsschicht angeordnet sein. Die Höhe der dritten Flüssigkeitsschicht kann im Bereich 0.095 bis 0.15 m liegen.
Nach einem Ausführungsbeispiel ist eine unterste
Flüssigkeitsschicht vorgesehen, deren Höhe im Bereich von 0.6 bis 1.0 m liegt, deren Gehalt an Zusatzstoff,
insbesondere deren Salzgehalt und/oder deren Feststoffgehalt mindestens 24% beträgt, sowie eine erste Flüssigkeitsschicht, deren Höhe im Bereich 0.6 bis 1.0 m liegt, deren Gehalt an Zusatzstoff maximal 4% beträgt, sowie eine zweite Flüssigkeitsschicht, deren Höhe im
Bereich 0.6 bis 1.0 m liegt, deren Gehalt an Zusatzstoff maximal 12% beträgt, sowie eine dritte
Flüssigkeitsschicht, deren Höhe im Bereich 0.095 bis 0.15 m liegt, deren Gehalt an Zusatzstoff von 15% bis
einschliesslich 30% beträgt.
Nach einem Ausführungsbeispiel kann die Behälteranordnung mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden sein. Insbesondere kann die Flüssigkeitsquelle eine Flüssigkeit enthalten, deren Zusammensetzung oder Temperatur sich von der
Zusammensetzung oder Temperatur der Flüssigkeitsschicht unterscheidet, mit der sie in fluidleitender Verbindung steht .
Insbesondere kann das fluidleitende Verbindungselement die Leitungen umfassen, welche vom Becken in den Behälter führen beziehungsweise vom Behälter in das Becken führen. Jede der Leitungen steht gemäss diesem Ausführungsbeispiel mit je einer Flüssigkeitsschicht in fluidleitender
Verbindung. Hierdurch können die Eigenschaften jeder der Flüssigkeitsschichten jederzeit genau eingestellt werden. Beispielsweise kann die Dichte oder die Temperatur jeder der Flüssigkeitsschichten genau eingestellt werden. Der Behälter kann einen Wärmetauscher enthalten. Der Behälter kann Mittel zur Änderung der chemischen Zusammensetzung der betreffenden Flüssigkeitsschicht enthalten.
Mittels der Leitungen kann somit zu jedem TagesZeitpunkt die optimale Temperatur oder Zusammensetzung jeder der Flüssigkeitsschichten überraschend präzise geregelt werden. Insbesondere ist jede der Flüssigkeitsschichten mit je einer Leitung verbunden. Das Verfahren kann in besonders vorteilhafter Weise betrieben werden, wenn die Flüssigkeit mindestens vier Flüssigkeitsschichten enthält.
Das Wärmeträgerfluid kann bei Bedarf zur Beheizung
verwendet werden. Beispielsweise kann das Wärmeträgerfluid in eine Anlage, beispielsweise eine
Wärmerückgewinnungsanlage oder eine
Meerwasserentsalzungsanlage eingespeist werden.
Insbesondere kann die Anlage eine Anlage aus der Gruppe einer mehrstufigen Flashverdampferanlage (MSF) , einer mehrstufigen Destillationsanlage (MED) , einer thermischen Dampfkompression (TVC) oder einer mechanischen
Dampfkompression (MVC) umfassen.
Ein System zur Nutzung von Wärmeenergie aus
Sonnenstrahlung gemäss der Erfindung umfasst ein Becken, welches mit einer Flüssigkeit befüllt ist. Die Flüssigkeit weist eine Oberfläche zur Aufnahme von Wärme von
Sonnenstrahlung auf. Die Flüssigkeit umfasst eine Mehrzahl von Flüssigkeitsschichten, wobei sich die Dichte jeder Flüssigkeitsschicht von der Dichte jeder benachbarten Flüssigkeitsschicht unterscheidet .
Die Wärme kann in zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten speicherbar sein, wobei sich die Temperatur zumindest einer der Flüssigkeitsschichten durch die Aufnahme der Wärme erhöht. In der Flüssigkeit ist ein Wärmetauscher angeordnet, sodass die Wärme zumindest einer der Flüssigkeitsschichten durch den Wärmetauscher auf ein Wärmeträgerfluid übertragbar ist. Jede der
Flüssigkeitsschichten steht über ein fluidleitendes
Verbindungselement in fluidleitender Verbindung mit einer Behälteranordnung. Die Behälteranordnung enthält
Flüssigkeit, die der Flüssigkeit im Becken zugeführt werden oder kann Flüssigkeit aus dem Becken aufnehmen.
Das Wärmeträgerfluid wird durch den Wärmetauscher
geleitet, wobei es gemäss einem Ausführungsbeispiel nicht in Kontakt mit der den Wärmetauscher umgebenden
Flüssigkeitsschicht kommt. Zwischen der
Flüssigkeitsschicht und dem Wärmeträgerfluid befindet sich daher gemäss diesem Ausführungsbeispiel eine Trennwand. Diese Trennwand ist vorteilhaferweise aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet. Der Werkstoff kann insbesondere ein Element der Gruppe bestehend aus Titan oder einer Titanlegierung enthalten. Der Werkstoff kann einen Verbundwerkstoff, insbesondere einen Fasern enthaltenden Verbundwerkstoff umfassen. Insbesondere kann der Verbundwerkstoff ein Element aus der Gruppe der glasfaserverstärkten oder kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffe enthalten. Beispielsweise wird das Wärmeträgerfluid in Rohren geführt, welche die Trennwand ausbilden.
Nach einem Ausführungsbeispiel kann die Behälteranordnung mindestens einen Behälter umfassen. Das fluidleitende Verbindungselement kann mindestens eine Leitung umfassen, sodass jede der Flüssigkeitsschichten mit einem der
Behälter über die Leitung in Verbindung ist oder in
Verbindung steht.
Zumindest einer der Behälter kann mit einer
Flüssigkeitsquelle verbindbar sein.
Das fluidleitende Verbindungselement kann somit eine
Leitung umfassen, durch welche Flüssigkeit in den Behälter leitbar ist und eine Leitung umfassen, durch welche
Flüssigkeit aus dem Behälter in das Becken einleitbar ist. Insbesondere kann das fluidleitende Verbindungselement aus den Leitungen bestehen. Insbesondere können die Leitungen je eine Zufuhrleitung vom Behälter zum Becken und je eine Ablaufleitung vom Becken zum Behälter umfassen. Jede der Flüssigkeitsschichten kann mit je einer Leitung verbunden sein. Zumindest ein Teil der Flüssigkeitsschichten kann
Zusatzstoff enthalten. Der Gehalt an Zusatzstoff der untersten Flüssigkeitsschicht kann grösser sein als der Gehalt an Zusatzstoff zumindest einer darüber liegenden Flüssigkeitsschicht.
Nach einem Ausführungsbeispiel kann das System zur
Beheizung, zur Entsalzung, zur Kühlung, zur Trocknung oder zur Energieerzeugung, insbesondere zur Erzeugung von Strom oder Wärmeenergie verwendet werden. Insbesondere ist das Wärmeträgerfluid zum Betrieb einer
Wärmerückgewinnungsanlage einsetzbar .
Das Wärmeträgerfluid kann eine eine salzhaltige
Flüssigkeit umfassen, insbesondere Salzwasser. Die
salzhaltige Flüssigkeit, die im Wärmetauscher erwärmt worden ist, kann durch einen Verdampfer geleitet werden, um zumindest ein Teil der salzhaltigen Flüssigkeit zu verdampfen. Das Kondensat kann zur Gewinnung des Salzes einer Weiterverarbeitung zugeführt werden. Die verdampfte Flüssigkeit kann in einem Kondensator wieder kondensiert werden. Wenn es sich bei der Flüssigkeit um Wasser
handelt, ist als Produkt entsalztes Wasser erhältlich, das als Prozesswasser oder Trink- oder Brauchwasser verwendet werden kann. Gegebenenfalls können dem Wasser
Zusatzstoffe, beispielsweise Spurenmineralien in einer Remineralisierungsanlage, zugesetzt werden, sodass das Wasser als Trinkwasser zum Einsatz kommen kann. Ohne Zusatzstoffe kann das Wasser als destilliertes Wasser auf den Markt kommen.
Das Kühlmittel, welches zum Betrieb des Kondensators verwendet wird, kann das Wärmeträgerfluid sein, welches beim Durchlauf durch den Kondensator vorgewärmt wird und anschliessend im Wärmetauscher weiter aufgeheizt wird.
Das Verfahren sowie das zugehörige System ermöglichen eine Speicherung von thermischer Energie, die aus
Sonneneinstrahlung über längere Zeiträume gewonnen werden kann. Unter einem längeren Zeitraum wird eine Stunde bis ungefähr 10 Stunden verstanden. Die Speicherung erfolgt durch eine Flüssigkeit, die durch die Sonneneinstrahlung erwärmt wird. Somit ist die Speicherung als Langzeit- Energiespeicher konzipiert. Die gespeicherte thermische Energie kann durch Verwendung des Wärmeträgerfluids in einer Wärmerückgewinnungsanlage genutzt werden.
Für die Speicherung der thermischen Energie ist nur ein Becken beliebiger Abmessungen erforderlich, wobei das Becken mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die mehrere
Flüssigkeitsschichten enthält. Dabei können insbesondere drei bis vier Flüssigkeitsschichten übereinander liegen, wobei jede Schicht eine höhere Dichte als eine darüber befindliche Schicht aufweist. Die Investitionskosten für die Herstellung eines derartigen Systems sind daher gering, Betriebskosten fallen nicht an. Erst wenn die gespeicherte Energie dem System entnommen werden soll, werden weitere Bauelemente benötigt. Im einfachsten Fall kann ein ärmeträgerfluid in einem in der Flüssigkeit angeordneten Wärmetauscher erwärmt werden. Das
Wärmeträgerfluid steht für eine beliebige
Weiterverarbeitung zur Verfügung. Das System kann daher in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz kommen, beispielsweise zur Beheizung, Entsalzung, Kühlung,
Trocknung oder zur Energieerzeugung. Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema des erfindungsgemässen Systems, Fig. 2 ein Schema eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Systems mit Wärmerückgewinnung,
Fig. 3 ein Schema eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Systems mit Wärmerückgewinnung,
Fig. 4 ein Schema eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Systems mit Wärmerückgewinnung.
Das in Fig. 1 gezeigte System zur Nutzung von Wärmeenergie aus Sonnenstrahlung umfasst ein Becken 1. Das Becken 1 ist mit einer Flüssigkeit 2 befüllt, wobei die Flüssigkeit 2 eine Oberfläche zur Aufnahme von Wärme von Sonnenstrahlung aufweist, wobei die Flüssigkeit eine
Mehrzahl von Flüssigkeitsschichten 21, 22, 23, 24 umfasst. Die Dichte jeder Flüssigkeitsschicht unterscheidet sich von der Dichte jeder benachbarten Flüssigkeitsschicht, wobei Wärme in zumindest einer der Flüssigkeitsschichten speicherbar ist, wobei sich die Temperatur zumindest einer der Flüssigkeitsschichten durch die Aufnahme der Wärme erhöht, wobei in der Flüssigkeit ein Wärmetauscher 5 angeordnet ist, sodass die Wärme zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten durch den Wärmetauscher 5 auf ein Wärmeträgerfluid 51 übertragbar ist.
Nahe der Oberseite des Beckens 1 mündet ein fluidleitendes Verbindungselement 3 in das Becken 1, durch welches eine Flüssigkeit, beispielsweise salzhaltiges Wasser,
insbesondere Meerwasser, in das Becken 1 fHessen kann. Der Wärmetauscher 5 ist gemäss dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel im Becken 1 auf oder nahe dessen Boden in der untersten Flüssigkeitsschicht 24 oder den untersten Flüssigkeitsschichten 23, 24 angeordnet. Diesem
Wärmetauscher 5 kann das Wärmeträgerfluid 51 über eine Leitung 6 zugeführt werden.
Zumindest eine der Flüssigkeitsschichten 21, 22, 23, 24 steht in fluidleitender Verbindung mit einer
Behälteranordnung 60. Diese Behälteranordnung 60 enthält je einen Behälter 61, 62, 63, 64, wobei der Behälter 61 über die Leitung 31 mit der ersten Flüssigkeitsschicht 21 verbunden ist, wobei der Behälter 62 über die Leitung 32 mit der zweiten Flüssigkeitsschicht 22 verbunden ist, wobei der Behälter 63 über die Leitung 33 mit der dritten Flüssigkeitsschicht 23 verbunden ist, wobei der Behälter 64 über die Leitung 34 mit der vierten Flüssigkeitsschicht 24 verbunden ist. Jeder der Behälter 31, 32, 33, 34 enthält Flüssigkeit, die der entsprechenden
Flüssigkeitsschicht 21, 22, 23, 24 zugeführt werden kann oder Flüssigkeit von der entsprechenden
Flüssigkeitsschicht aufnehmen kann.
Zumindest einer der Behälter 61, 62, 63, 64 kann mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden sein oder verbunden werden, was zeichnerisch nicht dargestellt ist. Das fluidleitende Verbindungselement 3 zwischen
Behälteranordnung 60 und Becken 1 umfasst in diesem
Ausführungsbeispiel die Leitungen 31, 32, 33, 34, durch welche Flüssigkeit in den entsprechenden Behälter 61, 62, 63, 64 leitbar ist und eine Leitung durch welche
Flüssigkeit aus dem Behälter in das Becken einleitbar ist. Die Anzahl der Leitungen entspricht insbesondere der
Anzahl Flüssigkeitsschichten. Wenn ein System aus zwei Flüssigkeitsschichten besteht, sind nur die Leitungen 31, 34 erforderlich sowie die Behälter 61, 64. Wenn ein System aus drei Flüssigkeitsschichten besteht, sind die Leitungen 31, 32, 34 erforderlich sowie die Behälter 61, 62, 64. Fig. 2 zeigt ein Schema des erfindungsgemässen Systems, welches für eine Wärmerückgewinnungsanlage zum Einsatz kommt. Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist insbesondere das Wärmeträgerfluid 51 zum Betrieb einer Wärmerückgewinnungsanlage einsetzbar.
Das Wärmeträgerfluid 51 kann für die Anwendung in einer Entsalzungsanlage Salzwasser enthalten, welches dem
Wärmetauscher 5 über eine Leitung 6 zugeführt wird. Das Wärmeträgerfluid kann im Wärmetauscher 5 erwärmt werden. Das Wärmeträgerfluid 51 wird von einem Reservoir 4 in die Leitung 6 eingespeist.
Nach einem Ausführungsbeispiel kann für diesen Zweck eine Pumpe 7 im Reservoir 4 angeordnet sein, die an ein Ende der Leitung 6 angeschlossen ist, wenngleich natürlich auch andere Mittel zum Pumpen des Wärmeträgerfluids 51 vom Reservoir 4 zum Wärmetauscher 5 zum Einsatz kommen können.
An einen Auslass des Wärmetauschers 5 ist eine Leitung 8 angeschlossen, durch die das Wärmeträgerfluid 51, das durch den Wärmetauscher 5 geleitet wird, einem Verdampfer 9 zugeführt werden kann. Vorzugsweise wird ein so
genannter Niedrigtemperaturverdampfer genutzt, durch den an den Verdampfer geleitetes Wärmeträgerfluid ab einer Temperatur von 30° Celsius verdampft werden kann. In einem Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Wärmetauscher 10 in der Leitung 8 angeordnet, durch den das vom
Wärmetauscher 5 einfliessende Wärmeträgerfluid 51
zusätzlich erwärmt werden kann. Der zweite Wärmetauscher 10 kann ein Element aus der Gruppe der Durchflusserhitzer oder Absorber enthalten. Das Wärmeträgerfluid 51 wird in den Verdampfer 9 eingespeist. Alternativ oder in Ergänzung kann dem Verdampfer 9 ein Gas 29, insbesondere ein
Heissgas, beispielsweise Heissluft oder Heissdampf zugeführt werden, um das Wärmeträgerfluid zu verdampfen oder zu bewegen. Der dampfförmige Anteil 52 des
Wärmeträgerfluids 51 wird vom Kopf des Verdampfers 9 in die Leitung 11 eingespeist und gelangt über die Leitung 11 in den Kondensator 12. Der flüssige Anteil 53 des
Wärmeträgerfluids sammelt sich im Sumpf des Verdampfers 9 und wird über eine Abflussleitung 17 aus dem Verdampfer abgezogen.
Dieser flüssige Anteil des Wärmeträgerfluids kann eine erhöhte Konzentration an Substanzen enthalten, die bei den im Verdampfer herrschenden Temperaturen und Drücken nicht verdampft werden können. Wenn das Wärmeträgerfluid eine salzhaltige Flüssigkeit ist, enthält der flüssige Anteil des Wärmeträgerfluids eine ein Bezug auf den Einsatzstrom erhöhte Konzentration an Salzen. Dieser flüssige Anteil des Wärmeträgerfluids kann weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt werden, die beispielsweise eine Salzgewinnung umfassen können.
Ein Ventilator 13 kann zur Förderung des Gases 29 in den Verdampfer angeordnet sein. Das Gas 29 kann insbesondere in einem Kreislauf geführt werden. Das Gas kann im
Kondensator 12 abgekühlt werden und kann über ein nicht dargestelltes Heizelement vor dem Eintritt in den
Verdampfer 9 vorgewärmt werden.
Zum Kühlen des dem Kondensator 12 zugeführten
dampfförmigen Anteils 52 des Wärmeträgerfluids sowie dem im Kreislauf geführten Gas 29 kann eine Kühleinheit 14 mit dem Kondensator 12 verbunden sein. Die Kühleinheit 14 kann insbesondere im Kondensator 12 angeordnet sein. Die
Kühleinheit 14 kann mit Wärmeträgerfluid 51 betrieben werden. Das Wärmeträgerfluid 51 kann vor Eintritt in den Wärmetauscher 5 in der Kühleinheit 14 vorgewärmt werden. Im Bodenbereich des Kondensators 12 ist eine Leitung 16 vorgesehen, durch die der im Kondensator 12 kondensierte dampfförmige Anteil des Wärmeträgerfluids 51 als Kondensat 54 abfHessen kann. Die Leitung 16 kann in einen
Aufnahmebehälter 55 zur Aufnahme und gegebenenfalls
Weiterbehandlung des Kondensats 54 geführt werden.
Gegebenenfalls kann zwischen dem Kondensator 12 und dem Aufnahmebehälter 55 eine Pumpe vorgesehen sein. Wenn das ärmeträgerfluid 51 eine salzhaltige Flüssigkeit umfasst, wurde dieser salzhaltigen Flüssigkeit im
Verdampfer 9 das Salz entzogen, sodass das Kondensat 54 vom Salz gereinigt ist. Wenn es sich beim Wärmeträgerfluid um salzhaltiges Wasser handelt, handelt es sich beim
Kondensat um destilliertes Wasser. Diesem destillierten Wasser können zur weiteren Verwendung Zusatzstoffe
zugesetzt werden. Hierzu kann beispielsweise ein
Remineralisierungsbehälter 56 vorgesehen sein.
Das Becken 1 wird vorzugsweise in den Boden gegraben, wenngleich es auch vorstellbar ist, dass solch ein Becken auf der Oberfläche gebaut wird. Das Becken 1 hat
vorzugsweise eine Tiefe von mindestens 1,5 m. Das Becken 1 kann eine Tiefe von maximal 3 m aufweisen. Insbesondere kann die Gesamthöhe des Beckens im Bereich von 2.5 m bis 3.5 m liegen, besonders bevorzugt ungefähr 3 m betragen. Die aufwärts gerichteten Wände des Beckens 1 können einen Neigungswinkel von ungefähr 45° aufweisen. Das Becken kann eine Oberfläche von mindestens 8000 m2 aufweisen. Der Boden und/oder die Wände des Beckens können mit einer Folie bedeckt sein, insbesondere einer schwarzen Folie. Die Folie ist vorzugsweise flüssigkeitsundurchlässig.
Wenn das System in Betrieb genommen werden soll, wird das Becken 1 zuerst mit Flüssigkeit 2 gefüllt. Der Wärmetauscher 5 wird dabei vollständig von der Flüssigkeit bedeckt. Die Oberfläche der Flüssigkeit liegt oberhalb des fluidleitenden Verbindungselements 3. Das fluidleitende Verbindungselement kann zumindest eine der Leitungen 31, 32, 33, 34 enthalten. Die Zusammensetzung der Flüssigkeit kann durch Zufuhr oder Entnahme von Flüssigkeit aus jeder Flüssigkeitsschicht durch die Leitungen 31, 32, 33, 34 verändert werden. Jeder der Behälter 61, 62, 63, 64 kann eine Flüssigkeit unterschiedlicher Zusammensetzung
enthalten. In jedem der Behälter können der darin
befindlichen Flüssigkeit auch Zusatzstoffe beigegeben werden, sodass die Zusammensetzung jeder
Flüssigkeitsschicht 21, 22, 23, 24 einstellbar ist. Wenn das mit der Flüssigkeit 2 befüllte Becken 1 der
Bestrahlung durch die Sonne ausgesetzt wird, bewirkt der der Wärmeeintrag einen Anstieg der Temperatur zumindest in der untersten Flüssigkeitsschicht 24, welche die höchste Dichte, beispielsweise durch den höchsten Gehalt an
Zusatzstoffen, insbesondere den höchsten Salzgehalt hat. Die Temperatur dieser Flüssigkeitsschicht wird
beibehalten, solange kein Wärmetausch erfolgt.
Es hat sich gezeigt, dass die Temperatur in der
bodennächsten Schicht, gemäss der Fig. 1 oder 2 der vierten Flüssigkeitsschicht 24, ungefähr um ca. 1°C pro Tag ansteigen kann und dass eine Temperatur von bis zu 80°C in der bodennächsten Flüssigkeitsschicht 24 erreicht werden kann.
Wenn ein Wärmeträgerfluid 51 durch den Wärmetauscher 5 geführt wird, findet ein Wärmeaustausch zwischen der untersten oder bodennächsten Flüssigkeitsschicht 24, in welcher sich der Wärmetauscher 5 befindet, und dem
Wärmeträgerfluid 51 statt. Diese Beschreibung wurde für die in den Zeichnungen dargestellten vier Flüssigkeitsschichten erstellt. Dem Fachmann ist aber unmittelbar ersichtlich, dass diese Beschreibung für ein System mit zwei, drei, fünf oder mehr Flüssigkeitsschichten in entsprechender Weise gilt.
In der Praxis ist es ersichtlich geworden, dass sehr stabile Grenzflächen zwischen den verschiedenen
Flüssigkeitsschichten durch die unterschiedlichen Dichten der jeweiligen Flüssigkeitsschichten gebildet werden.
Wenn die Flüssigkeitsschichten eine salzhaltige
Flüssigkeit enthalten, weist jede der
Flüssigkeitsschichten eine unterschiedliche
Salzkonzentration auf. Zwischen benachbarten
Flüssigkeitsschichten bilden sich stabile Grenzflächen aus. Diese Grenzflächen bilden sich automatisch wieder, selbst wenn sie durch äussere Einflüsse gestört werden. Die erste Flüssigkeitsschicht 21, die gegebenenfalls vorhandene zweite Flüssigkeitsschicht 22 sowie die dritte Flüssigkeitsschicht 23 können Isolationsschichten
ausbilden. Die erste Flüssigkeitsschicht 21 kann als optische Sperrschicht ausgebildet sein, durch welche zwar die Sonnenstrahlung in Richtung der unteren
Flüssigkeitsschichten geleitet wird, an deren Unterseite zumindest ein Teil der Rückstrahlung reflektiert wird, sodass die Strahlung wiederum in die unterste
Flüssigkeitsschicht 24 eingeleitet wird. Zusätzlich kann ein Zusatzstoff, der zumindest in der untersten
Flüssigkeitsschicht 24 enthalten ist, zu einer Absorption der Strahlung beitragen, sodass der Wärmeeintrag erhöht werden kann.
Der Energiebedarf für den Betrieb der Pumpen und den zweiten Wärmetauscher 10 oder die Erzeugung des Heissgases 29 wird vorzugsweise aus erneuerbaren Ressourcen, wie Wind, Sonne, Wasser gewonnen. Beispielsweise kann ein Windrad, Solarkollektoren oder dergleichen zum Einsatz kommen. Zur Notstromversorgung oder Pufferung kann eine Energiespeicheranlage vorgesehen sein.
Die Oberfläche der Flüssigkeit 2 kann einen Wellenbrecher aufweisen, beispielsweise mit einer Folie bedeckt sein, um die Bildung von ungewünschten Wellen an der Oberfläche des Beckens 1 zu verhindern. eiterhin können Sensoren zum Messen der Temperatur in den verschiedenen Flüssigkeitsschichten des Beckens und/oder Messeinrichtungen zum Messen des Salzgehaltes in den verschiedenen Flüssigkeitsschichten vorgesehen sein.
Weiterhin können auch Messeinrichtungen zum Messen der Lufttemperatur und, falls ein Windrad benutzt wird, zum Messen der Windgeschwindigkeit, vorgesehen sein. Die verschiedenen Sensoren und Messinstrumente können mit einer zentralen Kontrolleinheit zur Kontrolle des
Betriebes des Systems, z.B. zum Aktivieren der Pumpen, zur Regelung des Betriebs des Windrades, z.B. Einstellen der Flügel des Windrades und Aktivieren und/oder Deaktivieren des Windrades, verbunden sein.
Nach einem in Fig. 3 dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel eines Systems gemäss der Erfindung wird das Wärmeträgerfluid, welches das Becken 1 über die Leitung 8 verlässt, einer mehrstufigen
Flashverdampferanlage 25 (MSF) zugeführt. Die
Fliessrichtung des Wärmeträgerfluids verläuft entgegen der Fliessrichtung in Fig. 2. Eine mehrstufige
Flashverdampferanlage 25 ist eine Anlage, in welcher eine mehrstufige Flash-Verdampfung eines Zulaufs von
salzhaltigem Wasser, beispielsweise eines
Meerwasserzulaufs 26 erfolgt. Eine derartige mehrstufige Flashverdampferanlage 25 umfasst einen Gegenstromwärmetauscher 40, der eine Mehrzahl von
Wärmetauscherkammern 45, 46, 47, 48 umfassen kann, die in Serie angeordnet sind, sowie einen Erhitzer 27. Jede der Wärmetauscherkammern enthält einen Wärmetauscher 35, 36, 37, 38. Die Anzahl der Wärmetauscherkammern beträgt in diesem Ausführungsbeispiel vier, es ist aber möglich, eine geringere oder auch eine grössere Anzahl von
Wärmetauscherkammern zu verwenden. Der MeerwasserZulauf 26 wird als Wärmeträgerfluid durch die Wärmetauscher 35, 36, 37, 38 geführt und wird als vorgewärmter Meerwasserstrom 30 in einem Erhitzer 27 aufgeheizt und in die
Wärmetauscherkammer 45 als erhitzter Meerwasserstrom 39 zurückgeführt. In der Wärmetauscherkammer 45 verdampft der erhitzte Meerwasserstrom 39 und erwärmt den im
Wärmetauscher 35 fliessenden Meerwasserzulauf 26, der den Wärmetauscher 35 und den Gegenstromwärmetauscher 40 als vorgewärmter Meerwasserstrom 30 verläset. Der erhitzte Meerwasserstrom 39 verdampft in der ersten Stufe des Gegenstromwärmetauschers 40 teilweise.
Für den Betrieb des Erhitzers 27 kann das Wärmeträgerfluid 28 zum Einsatz kommen, welches das Becken 1 verlässt. Die Leitung 8 liefert somit das Wärmeträgerfluid 28 für den Erhitzer 27.
In jeder der Stufen des Gegenstromwärmetauschers 40 verdampft ein Teil des erhitzten Meerwasserstroms 39. Der sich bildende Dampf steigt in der Wärmetauscherkammer 45 auf, kondensiert an den Wänden des Wärmetauschers 35 und kann in einem Sammler 42 gesammelt werden. Das Kondensat kann als Süsswasserstrom 41 der Wärmetauscherkammer 45 entnommen werden. Der nicht verdampfende Anteil des erhitzten Meerwasserstroms 39 kann durch eine Wandöffnung 43 der Kaitimertrennwand 42 der Wärmetauscherkammer 45 in die Wärmetauscherkammer 46 gelangen. Die
Wärmetauscherkammer bildet die zweite Stufe des
Gegenstromwärmetauschers 40 aus.
Der erhitzte Meerwasserstrom 39 fliesst von der zweiten Stufe des Gegenstromwärmetauschers in die dritte Stufe, das heisst, in die Wärmetauscherkammer 47, und von der dritten Stufe in die vierte Stufe, d.h. in die
Wärmetauscherkammer 48, wobei der in jeder Stufe
aufsteigende Dampf mit dem sich zunehmend abkühlenden Meerwasserzulauf 26 in Kontakt kommt, weil der
MeerwasserZulauf 26 im Gegenstromwärmetauscher 40 im Gegenstrom zum erhitzten Meerwasserstrom 39 geführt wird.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein System, welches eine mehrstufige Destillationsanlage 18 (MED) zur Meerwasserentsalzung umfasst. Das Wärmeträgerfluid 28, welches durch einen Wärmetauscher 5 gemäss einem der vorherigen Ausführungsbeispiele strömt, kann der
mehrstufigen Destillationsanlage 18 über die Leitung 8 zugeführt werden. In der Leitung 8 kann zusätzlich ein Erhitzer angeordnet werden, wenn die Temperatur des
Wärmeträgerfluids 28 für den Betrieb der mehrstufigen Destillationsanlage 18 nicht ausreichend hoch ist, was zeichnerisch nicht dargestellt ist. Die mehrstufige
Destillationsanlage 18 weist gemäss dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel drei Stufen 65, 75, 85 auf, es können aber in gleicher Weise nur zwei Stufen oder mehr als drei Stufen vorgesehen werden. Für die erste Stufe 65 wird ein Behälter 68 vorgesehen, in welchen das Wärmeträgerfluid 28 eingespeist wird. Das Wärmeträgerfluid 28 liegt in
dampfförmigen Zustand vor. Das Wärmeträgerfluid 28 kann durch ein oder mehrere Rohre 69 geführt werden, welche im Inneren des Behälters 68 angeordnet sind. In den Behälter 68 wird auch eine salzhaltige Flüssigkeit, beispielsweise Meerwasser 70 eingespeist. Das Wärmeträgerfluid 28 wird nach erfolgter Wärmeübertragung an das Meerwasser 70 wieder aus dem Behälter 68 entfernt. Das Meerwasser 70 verdampft im Behälter 68 teilweise, sodass ein
dampfförmiger Anteil des Meerwassers den Behälter über eine Dampfleitung 66 verlässt. Ein flüssiger Anteil des Meerwassers sammelt sich im Sumpf des Behälters 68 als Kondensat und kann über eine Kondensatleitung 67 aus dem Behälter 68 ausgetragen werden. Eine Sprühvorrichtung 71 kann im Behälter 68 angeordnet sein, um das Mehrwasser 70 im gesamten Behälterraum zu verteilen, sodass der
Wärmeübergang vom in dem oder den Rohren 69 zirkulierenden Wärmeträgerfluid 28 auf die Meerwassertröpfchen oder den Meerwassernebel oder Meerwasserfilm verbessert werden kann. Das Rohr 69 kann mindestens ein Element aus der Gruppe der Wärmeaustauschelemente enthalten, wie
beispielsweise Rippen, Platten, Bleche, Leitelemente, Umlenkelemente, Stege.
Das Kondensat kann in der Kondensatleitung 67 mittels einer Pumpe 72 in den Behälter 78 gepumpt werden, welcher die zweite Stufe 75 der mehrstufigen Destillationsanlage 18 enthält. Der Dampf wird durch die Dampfleitung 66 in den Behälter 78 eingespeist. Der Dampf wird durch ein Rohr 79 oder eine Rohranordnung durch den Behälter 78 geführt. Der Dampf kann im Rohr 79 teilweise kondensieren. Der kondensierte Dampf im Rohr 79 ist ein
Süsswasserproduktstrom.
Die Kondensatleitung 67 kann zu einer im Behälter 78 angeordneten Sprühvorrichtung 81 führen, welche die
Funktion hat, den im Rohr 79 zirkulierenden Dampf
abzukühlen, sodass der zweiten Stufe 75 der
Süsswasserproduktstrom entnommen werden kann.
Ein Teil des durch die Sprühvorrichtung 81 erzeugten
Sprühnebels verbleibt im dampfförmigen Zustand und verlässt den Behälter 78 über die Dampfleitung 76.
Die Dampfleitung 76 führt zu einem Behälter 88 einer dritten Stufe 85. Die dritte Stufe 85 kann im Wesentlichen gleich aufgebaut sein wie die zweite Stufe 75 und hat die Funktion, den Dampf im Rohr 89 im Behälter 78 weiter abzukühlen, sodass dieser vollständig kondensiert und als Süss asserstrom in die Süsswassersammelleitung 90
eingespeist werden kann. Die sich im Sumpf des Behälters 88 sammelnde salzhaltige Flüssigkeit kann über die
Kondensatleitung 87 aus dem Behälter 88 ausgetragen werden und wieder in den Wärmetauscher 5 eingespeist werden oder einer Weiterverarbeitung, beispielsweise zur
Salzgewinnung, zugeführt werden. Eine Pumpe 83 kann zur Förderung des Kondensats in der Kondensatleitung 87 vorgesehen sein.
Insbesondere wenn zusätzliche thermische Energie in Form von unter Druck stehendem Dampf vorhanden ist, kann das System auch eine thermische Dampfkompressionsanlage (TVC) enthalten. Die thermische Dampfkompressionsanlage kann mit der vorgängig beschriebenen mehrstufigen
Destillationsanlage 18 kombiniert sein. Die Verwendung einer thermischen Dampfkompressionsanlage ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Dampf von mindestens 3 bar zur Verfügung steht. Eine mechanische Dampfkompressionsanlage (MVC) kann eingesetzt werden, wenn Dampf zur Verfügung steht, der mittels eines mechanischen Dampfkompressors hergestellt worden ist. Ein mechanischer Dampfkompressor kann beispielsweise mit einem fossilen Brennstoff, insbesondere Diesel betrieben werden.
Für den Fachmann ist offensichtlich, dass viele weitere Modifikationen zusätzlich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne vom erfinderischen Konzept abzuweichen. Der Gegenstand der Erfindung wird somit durch die vorangehende Beschreibung nicht eingeschränkt und ist durch den Schutzbereich bestimmt, der durch die Ansprüche festgelegt ist. Für die Interpretation der Ansprüche oder der Beschreibung ist die breitest mögliche Lesart der Ansprüche massgeblich.
Insbesondere sollen die Begriffe „enthalten" oder
„beinhalten" derart interpretiert werden, dass sie sich auf Elemente, Komponenten oder Schritte in einer nichtausschliesslichen Bedeutung beziehen, wodurch angedeutet werden soll, dass die Elemente, Komponenten oder Schritte vorhanden sein können oder genutzt werden können, dass sie mit anderen Elementen, Komponenten oder Schritten
kombiniert werden können, die nicht explizit erwähnt sind. Wenn die Ansprüche sich auf ein Element oder eine
Komponente aus einer Gruppe beziehen, die aus A, B, C... N Elementen oder Komponenten bestehen kann, soll diese
Formulierung derart interpretiert werden, dass nur ein einziges Element dieser Gruppe erforderlich ist, und nicht eine Kombination von A und N, B und N oder irgendeiner anderen Kombination von zwei oder mehr Elementen oder Komponenten dieser Gruppe.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Nutzung von Wärmeenergie aus
Sonnenstrahlung,
welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- Aufnahme von Wärme durch ein mit einer Flüssigkeit (2) gefülltes Becken (1) , welches eine Oberfläche aufweist, die der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist,
- Ausbilden einer Mehrzahl von Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24), wobei sich die Dichte einer
Flüssigkeitsschicht von der Dichte jeder benachbarten Flüssigkeitsschicht unterscheidet,
- Speichern der Wärme in zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten, wobei sich die Temperatur zumindest einer der Flüssigkeitsschichten durch die Aufnahme der Wärme erhöht,
- Übertragen der Wärme zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten durch einen Wärmetauscher (5) auf ein Wärmeträgerfluid, gekennzeichnet dadurch, dass jede der Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24) der Flüssigkeit (2) über ein fluidleitendes
Verbindungselement (3) mit einer Behälteranordnung (60) in Verbindung steht, wobei die Behälteranordnung (60) Flüssigkeit enthält, die der Flüssigkeit (2) im Becken (1) zugeführt werden kann oder Flüssigkeit (2) aus dem Becken (1) aufnehmen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) in zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24) einen
Zusatzstoff, beispielsweise einen Zusatzstoff aus der Gruppe der Feststoffe oder Flüssigkeiten, insbesondere ein Salz enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass eine unterste Flüssigkeitsschicht (24) vorgesehen ist, dass an die unterste Flüssigkeitsschicht (24) eine erste Flüssigkeitsschicht (21) anschliesst, wobei die unterste Flüssigkeitsschicht (24) einen Gehalt an Zusatzstoff aufweist, der grösser als der Gehalt an Zusatzstoff in der ersten Flüssigkeitsschicht (21) ist .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteranordnung (3) mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerfluid (51) zur Beheizung verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidleitende
Verbindungselement die Leitungen (31, 32, 33, 34) umfasst .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der
Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24) mit je einer Leitung (31, 32, 33, 34) verbunden ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) mindestens vier Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24) enthält .
9. System zur Nutzung von Wärmeenergie aus
Sonnenstrahlung, umfassend ein Becken (1), welches mit einer Flüssigkeit (2) befüllt ist, wobei die
Flüssigkeit (2) eine Oberfläche zur Aufnahme von Wärme von Sonnenstrahlung aufweist, wobei die Flüssigkeit eine Mehrzahl von Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24) umfasst, wobei sich die Dichte einer
Flüssigkeitsschicht von der Dichte jeder benachbarten Flüssigkeitsschicht unterscheidet,
- wobei Wärme in zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten speicherbar ist, wobei sich die Temperatur zumindest einer der Flüssigkeitsschichten durch die Aufnahme der Wärme erhöht, wobei in der Flüssigkeit (2) ein Wärmetauscher (5) angeordnet ist, sodass die Wärme zumindest einer der
Flüssigkeitsschichten durch den Wärmetauscher (5) auf ein Wärmeträgerfluid (51) übertragbar ist,
gekennzeichnet dadurch, dass jede der
Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24) mittels einem fluidleitenden Verbindungselement (3) mit einer
Behälteranordnung (60) verbunden ist, wobei die
Behälteranordnung (60) eine Flüssigkeit enthält, die der Flüssigkeit (2) im Becken (1) zugeführt werden kann oder die Behälteranordnung (60) Flüssigkeit (2) aus dem Becken (1) aufnehmen kann.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteranordnung (60) mindestens einen Behälter (61, 62, 63, 64) umfasst, wobei das fluidleitende Verbindungselement (3) mindestens eine Leitung (31,
32, 33, 34) umfasst, wobei jede der
Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24) mit einem der
Behälter (61, 62, 63, 64) über die Leitung (31, 32,
33, 34) in Verbindung ist.
11. System nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) aus vier
Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24) besteht.
12. System nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidleitende
Verbindungselement (3) aus den Leitungen (31, 32, 33, 34) besteht.
13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass jede der Flüssigkeitsschichten (21, 22, 23, 24) mit je einer Leitung (31, 32, 33, 34) verbunden ist.
14. System nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest einer der Behälter (61, 62, 63, 64) mit einer Flüssigkeitsquelle verbindbar ist.
15. System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der
Flüssigkeitsschichten einen Zusatzstoff enthält, wobei Gehalt an Zusatzstoff der untersten
Flüssigkeitsschicht (24) grösser ist als der Gehalt an Zusatzstoff zumindest einer darüber liegenden
Flüssigkeitsschicht (21, 22, 23) .
16. System nach einem der Ansprüche 9 bis 15, umfassend eine Anlage aus der Gruppe einer mehrstufigen
Flashverdampferanlage (25) (MSF) , einer mehrstufigen Destillationsanlage (MED) (18), einer thermischen Dampfkompression (TVC) oder einer mechanischen Dampfkompression (MVC) .
17. Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 9 bis 16 zur Beheizung, Entsalzung, Kühlung, Trocknung oder zur Energieerzeugung.
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