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Dokumentenidentifikation DE3429017A1 13.02.1986
Titel Verfahren zum Reinigen von Wasser durch Destillation und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
Anmelder Lichtblau, Heinz, Eisenstadt, Burgenland, AT
Erfinder Lichtblau, Heinz, Eisenstadt, Burgenland, AT
Vertreter Stracke, A., Dipl.-Ing.; Loesenbeck, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 4800 Bielefeld
DE-Anmeldedatum 07.08.1984
DE-Aktenzeichen 3429017
Offenlegungstag 13.02.1986
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.02.1986
IPC-Hauptklasse C02F 1/16
IPC-Nebenklasse C02F 1/18   B01D 3/00   

Beschreibung[de]

Verfahren zum Reinigen von Wasser durch Destillation

und Anlage zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Wasser durch Destillation, insbesondere zum Entsalzen von Meerwasser, Brackwasser u. dgl., bei dem Abwärme einer Brennkraftmaschine in einem Wärmetauscher eines Verdampfungsgefäßes zur Verdampfung des zu reinigenden Wassers im Verdampfungsgefäß eingesetzt wird.

In vielen Gegenden der Erde ist es oft schwierig, eine ausreichende Trinkwasserversorgung zu erzielen, obgleich Wasser vorhanden wäre. So ist beispielsweise in Trocken- oder Wüstengebieten oft Wasser vorhanden, doch ist dieses auf Grund seines hohen Salzgehaltes ungenießbar. Mancherorts reichen Wüstengebiete oft bis zum Meer, wo dann große stationäre Entsalzungsanlagen zur Herstellung von Trinkwasser eingesetzt werden, wobei hauptsächlich Destillationsverfahren angewendet werden, da Ionenaustauscher und Anlagen, die nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeiten, nur bei niederem Salzgehalt wirtschaftlich sind.

Als Energiequelle für die Beheizung der Destillationsanlagen dient dabei meist die Abwärme von Kraftwerken. Dies hat den Nachteil, daß bei Stillstand des Kraftwerkes kein Trinkwasser erzeugt werden kann. Um die anfallende Energie besser ausnützen zu können, werden fast ausschließlich Mehrstufen-Destillationsverfahren angewendet, wobei die Destillatausbeute im wesentlichen linear mit der Anzahl der Destillationsstufen zunimmt.

Es wurde bereits ein Verfahren zur Destillation salzhaltigen Wassers bekannt, bei welcher das Wasser in den Strom heißer Gase, beispielsweise Abgase einer Gasturbine, fein verteilt eingesprüht wird. Eine derartige Anlage ist zur Bereitung von Trinkwasser ungeeignet, da sich vielfach die in den Gasen enthaltenen Schadstoffe, wie z. B.

SO2# NO u. dgl., mit dem Wasser zu Säuren und anderen schädlichen Bestandteilen verbinden, so daß die Gewinnung von Trinkwasser ausgeschlossen ist.

Bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wurde es bekannt, die im Kühlwasser einer Brennkraftmaschine enthaltene Wärme der Verdampfungsanlage zuzuführen. Die Temperatur des Kühlwassers liegt dabei erfahrungsgemäß in der Größenordnung von 80 - 850. Berücksichtigt man, daß die Meerwassertemperatur größenordnungsmäßig 30 - 350 beträgt (Meerwasser wird üblicherweise als Kühlwasser bei der Meerwasserdestillation verwendet), so ergibt sich auf Grund der geringen Temperaturdifferenz eine sehr große Anlage mit großen Wärmetauscherflächen, die praktisch nur als stationäre Anlage ausgeführt werden kann.

Bei dem bekannten Verfahren wird daher die Brennkraftmaschine zum Antrieb einer Kühlanlage eingesetzt, wobei die Hauptmenge der Beheizungsenergie, der Destillationsanlage aus dem Kältekreislauf der die Kühlung bewirkenden, von der Brennkraftmaschine angetriebenen Gaswärmepumpe bezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die in den Abgasen von Fahrzeugmotoren enthaltenen, erheblichen Energiemengen ausgenützt werden können, um reines Trinkwasser zu erhalten, wobei das Verfahren auf einem Fahrzeug, insbesondere einem Lastkraftwagen, Wasserfahrzeug od. dgl. ausgeübt werden kann, und wobei das Verfahren auch während der Fahrt des Fahrzeuges durchführbar sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art, erz in dungsgemäß, wenn es auf Fahrzeugen, wie z. B. Lastkraftwagen, Wasserfahrzeugen, u. dgl. ausgeübt wird, die Abwärme der Abgase in der Weise genutzt wird, daß das den Wärmetauscher im Verdampfungsgefäß beheizende Wärmeträgermedium in einem weiteren Wärmetauscher von den Abgasen der Brennkraftmaschine, unter Trennung von diesen Abgasen, erhitzt wird. Durch Verwendung der Abgaswärme bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stehen Temperaturen in der Größenordnung von 3000C zur Verfügung, sodaß mit entsprechend geringen Wärmeübertragerflächen das Auslangen gefunden werden kann. Die Abgase kommen dabei nicht in direktem Kontakt mit dem zu reinigenden Wasser, sodaß SO2, Stickoxide, Teerprodukte und, insbesondere in Dieselmotorabgasen enthaltene Rußteilchen im Abgas verbleiben.

In der Anlage zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein von der Abwärme, der Brennkraftmaschine versorgter Wärmetauscher in einem Verdampfungsgefäß zur Verdampfung des zu reinigenden Wassers angeordnet. Dabei bildet erfindungsgemäß jener Wärmetauscher, der den im Verdampfungsgefäß angeordneten Wärmetauscher mit von den Abgasen der Brennkraftmaschine erhitztem Wärmeträgermedium versorgt, einen Teil der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine. Hiebei wird einerseits die Abgaswärme direkt genützt und anderseits gegebenenfalls ein Schalldämpfer eingespart. Dabei kann der Wärmetauscher als Doppelmantelrohr ausgebildet sein, wobei das zentrale Rohr für die Leitung der Abgase dient und der Zwischenraum zwischen zentralem Rohr und äußerem Rohr im Gegenstrom vom Wärmeträgermedium durchströmt ist. In einem solchen Fall wird dem Abgas des Motors kein zusätzlicher Strömungswiderstand entgegengesetzt und damit die Motorleistung nicht herabgesetzt. Außerdem wird eine optimale Ausnützung der Wärmeenergie erreicht.

Um zu verhindern, daß bei Betrieb des Fahrzeuges ohne Betrieb der Destillationsanlage das Wärmeträgermedium und damit das Verdampfungsgefäß überhitzt wird, kann der Wärmetauscher durch einen Bypass umgehbar sein, wobei vor dem Wärmetauscher ein Zweiwegeventil zur wahlweisen Schaltung des Abgasweges in der Abgasleitung vorgesehen ist.

Um zu vermeiden, daß die Schwingungen der Brennkraftmaschine auf den Wärmetauscher übertragen werden, kann zwischen der Brennkraftmaschine und dem Wärmetauscher ein flexibles, stoßdämpfendes Metallrohrstück zwischengeschaltet sein.

Damit die Auswirkungen eines Schlingerns der zu verdampfenden Flüssigkeit im Verdampfungsgefäß, die zu einem Überschwappen der noch nicht gereinigten Flüssigkeit in die bereits gereinigte Flüssigkeit während der Fahrt des Kraftfahrzeuges vermiden werden, kann in dem Verdampfungsgefäß ein zylinderförmiger, sich im Grundriß kreuzende Querwände enthaltender, durchlöcherter Einsatz angeordnet sein, wodurch Schlingerbewegungen der im Verdampfungsgefäß befindlichen Flüssigkeit auf kleine Räume beschränkt werden und keine Gefahr eines Überschwappens besteht.

Weiters kann das Verdampfungsgefäß mit einem Spritzschutz versehen sein, wodurch ein unerwünschtes Ubertreten von zu verdampfendem Wasser in die Destillatleitung verhindert wird. Dabei kann in besonders einfacher Weise als Spritzschutz der Deckel des Verdampfungsgefäßes im Bereich der Einmündung der Dampfabzugsleitung eine Vertiefung aufweisen, wobei der Einmündung gegenüberliegend ein im Mittelbereich nach oben und im Randbereich nach unten gebogenes Spritzblech unter Freilassung eines Spalts zwischen Einmündung der Dampfabzugsleitung und Spritzblech angeordnet ist, wodurch etwa beim Fahren hochgeschleudertes oder beim Sieden nach oben gespritztes noch unreines Wasser am Eintreten in die Dampfabzugsleitung wirkungsvoll gehindert wird.

Die Dampfabzugsleitung kann zu einem Kondensator führen, der mit von einem Gebläse zugeführter Luft kühlbar ist, wodurch auf besonders einfache Weise eine vollständige Kondensation des Trinkwassers erreicht wird.

Für eine besonders gute Ausnützung der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie kann die Destillationsanlage mehrstufig ausgebildet sein, wobei nur die letzte Destillationsstufe mit dem Gebläse kühlbar ist.

Schließlich kann die Destillationsanlage durch die Lichtmaschine der Brennkraftmaschine mit elektrischer Energie versorgbar sein, wodurch eine vollkommen unabhängig betreibbare Anlage erzielt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen, Fig. 1 schematisch den Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Destillationsanlage zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 eine Detaildarstellung des Verdampfungsgefäßes aus Fig. 1, Fig. 3 im Detail eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausbildung des von den Abgasen der Brennkraftmaschine versorgten Wärmetauschers.

Die Abgase einer Brennkraftmaschine 1, z. B. eines Lastkraftwagens oder Wasserfahrzeuges, werden über eine Auspuffleitung 2 abgeleitet. An die Auspuffleitung 2 ist ein Wärmetauscher 3 angeschlossen, welcher als Doppelmantelrohr ausgebildet ist. Das zentrale Rohr 4 desselben, welches, wie aus Fig. 3 ersichtlich, im äußeren Rohr 5 auch schlangenlinienförmig geführt sein kann, bildet dabei einen Teil der Auspuffleitung und ist von den heißen Abgasen der Brennkraftmaschine 1 durchströmt.

Der Zwischenraum zwischen zentralem Rohr 4 und äußerem Rohr 5 ist, von den Abgasen räumlich getrennt, im Gegenstrom zu den Abgasen von einem Wärmeträgermedium durchflossen, welches über eine Leitung 6 einem Wärmetauscher 7, der in einem Verdampfungsgefäß 8 angeordnet ist, zugeführt und über eine Leitung 9 in den Wärmetauscher 3 rückgeführt wird. In die Leitung 9 ist eine, vorzu#gsweise elektrisch betriebene Umwälzpumpe 10 eingebaut. Zwischen dem zentralen Rohr 4 und der Auspuffleitung 2 ist ein flexibles, stoßdämpfendes Metallstück 11 (Fig. 3) zwischengeschaltet. In das Verdampfungsgefäß 8 wird das zu reinigende Wasser, z. B. zu entsalzendes Meerwasser, über eine Leitung 12 eingebracht. Der gebildete Dampf wird über eine Dampfabzugsleitung 13 einem Kondensator 14 zugeführt, in welchem der Dampf mittels von einem Gebläse 15 zugeführter Luft unter den Taupunkt gekühlt wird. Das so erhaltene Destillat wird über eine Leitung 16 einem Destillatsammelgefäß 16' zugeführt.

Vor dem Wärmetauscher 3 ist in die Auspuffleitung 2 ein Zweiwegeventil 17 eingebaut, mit welchem die Abgase wahlweise entweder durch den Wärmetauscher 3 oder durch eine Bypassleitung 18 geleitet werden können, wodurch vermieden wird, daß es bei außer Betrieb befindlicher Entsalzungsanlage zu einem Überhitzen des Wärmetauschers 3 bzw. des darin enthaltenen Wärmeträgermediums kommt, wenn die Brennkraftmaschine 1 in Betrieb ist.

In dem Verdampfungsgefäß 8 ist ein zylindrischer Einsatz 19 mit seiner Bodenplatte 19' nach oben angeordnet.

Die Wandung und die Bodenplatte 19' des Einsatzes 19 ist durchlöchert. Der Einsatz ist mit Querwänden 20 versehen, die sich kreuzen. Weiters ist das Verdampfungsgefäß 8 mit einem Minimumwasserstandsanzeiger 21 und einem Maximumwasserstandsanzeiger 22 ausgestattet. Das Zweiwegeventil 17 kann dabei entweder händisch oder aber durch eine elektrische Wasserstandsanzeige geschaltet werden, wenn der Minimumwasserstandsanzeiger 21 meldet, daß der Wasserstand im Verdampfungsgefäß 8 unter das Minimalniveau abgesunken ist.

Das Verdampfungsgefäß 8 weist überdies noch einen Spritzschutz 23 auf, der durch eine im Deckel 8' vorgesehene Vertiefung 24 und ein gegenüber der in der Vertiefung 24 vorgesehenen Einmündung der Dampfabzugsleituna 13 anaeordnetes Spritzblech 25 gebildet ist, wobei letzteres in seinem Mittelbereich nach oben und in seinem Randbereich nach unten gebogen ist. Zwischen dem Spritzblech 25 und der Einmündung der Dampfabzugsleitung 13 ist dabei ein Spalt 26 für den Dampfaustritt freigelassen.

Durch ein so ausgebildetes Verdampfungsgefäß 8 wird erreicht, daß ein Aufschaukeln der Flüssigkeit und ein Schlingern derselben vermieden wird, wodurch dann verhindert ist, daß bei Betrieb der Entsalzungsanlage bei in Fahrt befindlichem Fahrzeug ein Überspritzen der noch nicht gereinigten, also noch salzhaltigen Flüssigkeit in die Dampfabzugsleitung 13 erfolgen kann. Der Einsatz 19 ist dabei mit dem Verdampfungsgefäß 8 fest verbunden, wobei zwischen der Innenwandung des Verdampfungsgefäßes 8 und dem Einsatz 19 ein im vorliegenden Fall etwa 5 mm breiter Spalt freigelassen ist, in welchem die Flüssigkeit auch während der Fahrt des Fahrzeuges relativ ruhig bleibt, wodurch die beiden Wasserstandsanzeiger 21, 22 auch während der Fahrt eine zuverlässige Anzeige geben.

Der gebildete Dampf kann durch die etwa 5 mm Durchmesser aufweisenden Löcher der Bodenplatte 19' des Einsatzes 19 und die etwa 2 mm Durchmesser aufweisenden Löcher in der Seitenwandung desselben nach oben in den Dampfraum entweichen, von wo er über den Spalt 26 in die Dampfabzugsleitung 13 gelangt, wobei der Spritzschutz 23 ein Eintreten von noch ungereinigtem Wasser in die Dampfabzugsleitung 13 verhindert.

Der durch die Dampfabzugsleitung 13 abströmende Dampf gelangt zum Kondensator 14, der nach Art eines Autokühlers mittels eines Gebläses 15 mit Kühlluft beaufschlagbar ist.

Der als Kondensator fungierende Kühler muß dabei etwa ebensogroß wie der Kühler der Brennkraftmaschine dimensioniert sein, da über den Kondensator etwa die gleiche Wärmemenge wie mit dem Motorkühlwasser abgeführt werden muß. Dies ergibt sich aus dem Umstand, daß bei der Verbrennung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine die freiwerdende Energie etwa zu einem Drittel in Wirkleistung, zu einem zweiten Drittel in mit dem Kühlwasser abzuführende Wärmeenergie und zum letzten Drittel in mit den Abgasen entweichende Wärmeenergie umgewandelt wird. Es ist somit die über das Kühlwasser abgeführte und die in den Abgasen enthaltene Wärmeenergie etwa gleich groß, so daß also der den Kondensator 14 bildende Kühler etwa so groß wie der Wasserkühler der Brennkraftmaschine dimensioniert sein muß.

Berechnungen haben dabei ergeben, daß pro Betriebsstunde bei fahrendem Fahrzeug, also bei zumindest mit Teillast laufendem Motor, etwa ein Liter Destillat pro PS und Destillierstufe erzeugt werden kann; bei stehendem Fahrzeug, also bei in Leerlauf arbeitendem Motor, fällt etwa ein halber Liter Destillat an. Da beispielsweise Lastkraftwagen über eine Motorleistung von etwa 200 PS verfügen, können pro Betriebs stunde eines fahrenden Lastkraftwagens etwa 200 Liter Trinkwasser erzeugt werden, welche in einem Vorratstank unterhalb des gebläsegekühlten Kondensators aufgefangen werden. In diesem Vorratstank kann zur Vermeidung von unerwünschten Schlingerbewegungen des Wassers ein dem Einsatz 19 des Verdampfungsgefäßes 8 analoger Einsatz vorgesehen sein. Ähnliche Ergebnisse sind bei Wasserfahrzeugen erzielbar.

Die zum Betrieb der Anlage notwendige elektrische Energie für die Pumpen, die Ventilsteuerung u. dgl., wird durch die Lichtmaschine der Brennkraftmaschine erzeugt.

Sollte die vorhandene Lichtmaschine leistungsmäßig nicht ausreichen, dann kann eine zusätzliche Lichtmaschine an der Brennkraftmaschine angeschlossen sein.

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Anspruch[de]

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Reinigen von Wasser durch Destillation, insbesondere zum Entsalzen von Meerwasser, Brackwasser u. dgl., bei dem Abwärme einer Brennkraftmaschine in einem Wärmetauscher eines Verdampfungsgefäßes zur Verdampfung des zu reinigenden Wassers im Verdampfungsgefäß eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für auf Fahrzeugen, wie z. B. Lastkraftwagen, Wasserfahrzeugen od.

dgl., auszuübende Verfahren, die Abwärme der Abgase in der Weise genutzt wird, daß das den Wärmetauscher im Verdampfungsgefäß beheizende Wärmeträgermedium in einem weiteren Wärmetauscher von den Abgasen der Brennkraftmaschine, unter Trennung von diesen Abgasen, erhitzt wird.

2. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem ein von der Abwärme der Brennkraftmaschine versorgter Wärmetauscher in einem Verdampfungsgefäß zur Verdampfung des zu reinigenden Wassers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jener Wärmetauscher (3), der den im Verdampfungsgefäß (8) angeordneten Wärmetauscher (7) mit von den Abgasen der Brennkraftmaschine (1) erhitztem Wärmeträgermedium versorgt, einen Teil der Auspuffleitung (2) der Brennkraftmaschine (1) bildet.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagte Wärmetauscher (3) als Doppelmantelrohr ausgebildet ist, wobei das zentrale Rohr (4) für die Leitung der Abgase dient und wobei der Zwischenraum zwischen zentralem Rohr (4) und äußerem Rohr (5) im Gegenstrom vom Wärmeträgermedium durchströmt ist.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagte Wärmetauscher (3) durch einen Bypass (18) umgehbar ist, wobei vor dem Wärmetauscher (3) ein Zweiwegeventil (17) zur wahlweisen Schaltung des Abgasweges durch den Wärmetauscher (3) oder durch den Bypass (18) vorgesehen ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verdampfungsgefäß (8) ein zylinderförmiger Einsatz (19) angeordnet ist, der Querwände (20) enthält, die - in Draufsicht gesehen - sich kreuzen, wobei der Einsatz durchlöchert ist und oben mit einer Deckplatte (19') versehen ist, unten jedoch offen ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsgefäß (8) an der Einmündung der Dampfabzugsleitung (13) mit einem Spritzschutz (23) versehen ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Spritzschutz (23) der Deckel (8') des Verdampfungsgefäßes (8) im Bereich der Einmündung der Dampfabzugsleitung (13) eine Vertiefung (24) aufweist, wobei der Einmündung gegenüberliegend ein im Mittelbereich nach oben und im Randbereich nach unten gebogenes Spritzblech (25) unter Freilassung eines Spaltes (26) zwischen der Einmündung der Dampfabzugsleitung (13) und dem Spritzblech (25) angeordnet ist.

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfabzugsleitung (13) zu einem Kondensator (14) führt, der mit von einem Gebläse (15) zugeführter Luft kühlbar ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Brennkraftmaschine (1) und dem von den Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagten Wärmetauscher (3) ein flexibles, stoßdämpfendes Metallrohrstück (11) zwischengeschaltet ist.

10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Destillationsanlage mehrstufig ausgebildet ist, wobei nur die letzte Destillationsstufe mit dem Gebläse (15) kühlbar ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Destillationsanlage durch die Lichtmaschine der Brennkraftmaschine (1) mit elektrischer Energie versorgbar ist.







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