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Dokumentenidentifikation DE102006002314B3 01.03.2007
Titel Einrichtung zur thermischen Meerwasserentsalzung
Anmelder Bsata, Raduan Mourtada, 90403 Nürnberg, DE
Erfinder Bsata, Raduan Mourtada, 90403 Nürnberg, DE
DE-Anmeldedatum 17.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006002314
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.03.2007
IPC-Hauptklasse C02F 1/14(2006.01)A, F, I, 20060620, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C02F 1/04(2006.01)A, L, I, 20060620, B, H, DE   
Zusammenfassung Etwa 71% der Erdoberfläche ist von Wasser bedeckt. Über 98% dieser gigantischen Wasserreserven besteht aus Meerwasser unterschiedlicher Salzkonzentration und ist somit dem menschlichen Genuss ebenso entzogen wie den meisten anderen Anwendungen. Der verbleibende winzige Anteil von unter 2% Süßwasser ist zum einen extrem ungleichmäßig verteilt, zum anderen aber noch häufig durch Fremdstoffe stark kontaminiert, dass die Benutzung durch den Menschen teilweise nur nach aufwendigen, kostspieligen Reinigungsverfahren möglich ist.
Die Folgen zeigen sich bereits heute: Ausreichende Versorgung mit Brauch- und Trinkwasser in wenigen Teilen der Erde, extreme Trockenheit, Versteppung, Nahrungsmangel, Elend und extreme Armut in vielen der bevölkerungsreichsten Regionen der Erde. Zunehmender Wassermangel bei gleichzeitig exponential ansteigendem Bevölkerungswachstum gerade in den ärmsten Regionen der Erde wird dieses Problem in den nächsten Jahrzehnten immer extremer werden lassen.
Die vorliegende Erfindung ist die Antwort auf diese Problematik. Sie stellt ein System dar, das einfach, effektiv und kostengünstig in der Lage ist, laufend große Mengen an Meerwasser zu entsalzen und dabei die hierfür aufzuwendende Energie größtenteils zurückgewinnen lässt, um diese dem System erneut zuzuführen. Dies bedeutet einen besonders geringen Kostenaufwand beim Einsatz fossiler Energieträger bzw. eine erhebliche Verringerung der Nutzfläche beim Einsatz der flächenintensiven Solarenergie.

Beschreibung[de]

Rund 70% der Oberfläche des Planeten, auf dem wir leben, ist mit Wasser sehr unterschiedlicher Tiefe bedeckt. Angesichts dieses gigantischen Wasservorrates sollte es eigentlich keine Probleme mit der Wasserversorgung geben. Aber das scheint nur so, denn weniger als 2% davon ist als trinkbares Süßwasser verwendbar.

Die Weltmeere und auch große Binnenseen sind wegen der in ihnen gelösten Salze für die Wasserversorgung der Menschen unmittelbar nicht geeignet.

Zudem ist dieser Süßwasservorrat extrem ungleichmäßig verteilt, zum anderen aber auch noch häufig durch Fremdstoffe so stark verunreinigt, dass die Benutzung durch den Menschen teilweise nur nach aufwendigen, kostspieligen Reinigungsverfahren möglich ist.

Hinzu kommt, dass weltweit der für die Trink- und Nutzwasserversorgung wichtige Grundwasserspiegel laufend sinkt. Erschwerend, kommt hinzu, dass das Grundwasser in weiten Teilen der Erde zunehmender kontaminiert wird.

Die ausreichende Versorgung mit Trink- und Brauchwasser ist in vielen Ländern der Welt nicht mehr gewährleistet. Dem Wasserüberschuss in wenigen Teilen der Erde stehen Länder mit extremer Trockenheit, dauernder Waldbrandgefahr und der Gefahr der Versteppung gegenüber.

Unmittelbare Folge sind Nahrungsmangel, Elend und extreme Armut in den meist bevölkerungsreichsten Regionen der Welt.

Dem zunehmenden Wassermangel steht eine exponential wachsende Bevölkerung gegenüber.

Dieses Problem wird in den nächsten Jahrzehnten große Probleme aufwerfen und es wird vermutlich Kriege um Wasser geben.

Die Versorgung mit Wasser über Leitungen ist bekannt. So werden in Libyen die Küstenstädte Tripolis und Bengasi seit Jahren über Pipelines mit Süßwasser, das aus Süßwasserseen unterhalb der Sahara stammt, versorgt. Der Aufwand dafür ist enorm. Die mächtigen Pipelines sind 1200 bzw. 900 km lang, die es zu den beiden Küstenstädten Tripolis und Bengasi befördern. Ähnlich könnte man die Wasservorräte in Skandinavien oder aus den großen Seen in Nordamerika und in Kanada dorthin leiten, wo Trinkwasser benötigt wird. Wenn man bereit ist, die Kosten dafür aufzubringen.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob es nicht ein einfaches, zuverlässiges und kostengünstig arbeitendes Verfahren zur Umwandlung, großer Mengen Meerwasser in nutzbares Süßwasser gibt.

Die nachstehend, dargestellte Erfindung zeigt eine Möglichkeit dafür auf.

Das von mir im folgenden vorgestellte „System" ist in der Lage, einfach, effektiv und kostengünstig fortlaufend große Mengen an Meerwasser zu entsalzen.

Es ist auch weitgehend störungssicher und vom Wirkungsgrad her akzeptabel.

Die vorgeschlagene Anordnung orientiert sich zur Erreichung dieses Ziels ausschließlich an der Natur selbst, die seit Jahrmillionen Erdgeschichte ein nach meiner Auffassung perfektes System betreibt, das in der Lage ist, Meerwasser immer wieder neu in Süßwasser umzuwandeln.

Um den Zusammenhang der Erfindung mit den natürlichen Vorgängen zu verdeutlichen, muss ich zunächst letztere etwas näher beschreiben und manche Erkenntnis vervollständigen bzw. berichtigen. Hierzu sind einige Zahlenwerte sehr hilfreich.

Auszug aus der Fachliteratur zur Thermodynamik(1)

(1)
Übungsbeispiele aus der Wärmelehre, 20. Auflage, Werner Bertis, Fachbuchverlag Leipzig.
Betrachtung der Werte für den Druck p = 1 bar:

„Um 1 kg Wasser von 0° C auf eine Siedetemperatur ts = 99,63° C bei einem Druck von 1 bar zu bringen, sind notwendig h' = 417,33 kJ/kg.

Bei der Verdampfung sind zur Auflockerung des inneren molekularen Zusammenhanges erforderlich &phgr;v = 2087,2 kJ/kg (innere Verdampfungswärme).

Zur Volumenvergrößerung von &ngr;' ≈ 0,001 m3/kg bis auf &ngr;'' = 1,694 m3/kg werden benötigt &psgr;v = 169,3 kJ/kg (äußere Verdampfungswärme).

Zur Verdampfung sind also aufzuwenden

r = &phgr;v + &psgr;v = (2087,2 + 169,3) kJ/kg (Verdampfungswärme).

Die Enthalpie von 1 kg trocken gesättigtem Dampf (Sattdampf) ist dann bei einem Druck von 1 bar h'' = h' + r = (417,33 + 2256,5) kJ/kg = 2673,8 kJ/kg.

Bemerkenswert hier ist die Tatsache, dass die infolge der Kondensation bis zum Gefrierpunkt freigesetzte Wärmeenergie lediglich der Energiemenge von h' = 417,33 kJ/kg entspricht, die eingangs zum Sieden des Wassers nicht aber zu dessen Verdampfung aufgenommen wurde.

Die zur Auflockerung der Molekularbindung und zur Volumenvergrößerung aufgenommene Partialenergie bleibt bei der Kondensation unberührt. Demnach muß sich die Erde in einem fortlaufenden signifikanten Erwärmungsprozess befinden. Dies entspricht aber nicht der Realität, da sonst eine permanente Erwärmung der Erde die logische Folge wäre.

Eine analytische Betrachtung meteorologischer Abläufe lässt den Sinn der oben wiedergegebenen Fakten erkennen:

Die Wasserverdunstung aus den Ozeanen, Meeren und anderen Gewässern dient offensichtlich nicht nur der Versorgung aller Lebewesen und sonstiger Organismen wie der Pflanzen mit dem überlebensnotwendigsten Element, sondern auch der Bereitstellung der thermischen Bedingungen, also der Regulierung des thermischen Haushaltes als weitere Option für das Leben auf der Erde.

Aus der Thermodynamik ist allgemein bekannt, dass zur einer vollständigen Rückgewinnung der für die innere und äußere Verdampfungswärme des Wassers aufgebrachte Energie ein Druck von ca. 80 bar erforderlich ist.

Es ist aber auch allgemein bekannt, dass der in der freien Natur herrschende Druck der Atmosphärendruck ist. Und dieser liegt bei 1000 mbar.

Es drängt sich hier die Annahme auf, dass die Natur doch über einen Mechanismus verfügt, der es ermöglicht, die Erde von Zeit zur Zeit von überschüssiger Wärme zu befreien, um den Lebensraum Erde als solchen aufrecht zu erhalten.

Da nach thermodynamischen Aspekten ein extrem hoher Druck von Nöten wäre, der in der Atmosphäre, wo sich Verdunstung und Niederschlag abwechseln und damit sich auch der Wärmetransport von unten nach oben vollzieht, nicht vorkommt, scheidet die Gesetzmäßigkeit der Thermodynamik als alleiniger Faktor aus. Es muß also mindestens ein weiterer Faktor mitwirken, um den Entzug der überschüssigen Wärme (Entwärmung) der Erde zu bewerkstelligen.

Unter dem Titel „Mechanismus der Gewitter und Blitze"(2)

(2)
Mechanismus der Gewitter und Blitze, aus der VDE-Schriftenreihe 34, Herbert Baatz, VDE-Verlag Berlin
wird in der Schriftenreihe der VDE das Gewitter folgendermaßen definiert:

„Gewitter ist ein mit Aufwinden, Niederschlägen (Regen, Graupel, Hagel) und elektrischen Entladungen in Wolken und nach Erde verbundener meteorologischer Vorgang".

Mit anderen Worten handelt es sich hier um einen durch Thermik erzeugten Aufwind, der infolge von Dichteverringerung senkrecht aufsteigt.

Im Einzelnen: Es wird also einem Gemisch aus den Idealgasen Luft und Wasserdampf Wärmeenergie zugeführt. Hierdurch erhöht sich die Enthalpie &Dgr;h' > h' des Gemischs um den Wärmebetrag Q. Die Folge ist eine Dichteverringerung. Das Gemisch steigt auf und Aufwind entsteht.

Aus der Bewegungsenergie des so erzeugten Winds aus Luft und Wasserdampf sowie aus seiner höheren inneren Wärmeenergie (Enthalpie) zur umgebenden statischen Luft entsteht eine beachtliche Druckdifferenz &Dgr;p = pa – pi, die im inneren der thermisch bedingen Strömung einen Unterdruck pi, in der umgebenden kühleren und dem entsprechend massiveren Außenluft einen Überdruck pa aufweist (Bernoulli).

Diese Druckdifferenz erhöht die Reibung Im Grenzbereich zwischen der nach oben strömenden warmen Luft und der umgebenden kühlen Luft, die dadurch aus ihrem statischen „ruhenden" Zustand mitgerissen wird. Hier gilt der Impulssatz: pwL = pkL = m°wL·vwL = m°kL·VkL

Wobei: pwL, pkL Impuls der warmen bzw. kalten Luft; m°wL Masse warmer Luft < m°kL Masse kalter Luft und vwL Geschwindigkeit warmer Luft > vkL Geschwindigkeit kalter Luft.

Ein weiterer Effekt dieser Druckdifferenz &Dgr;p ist, dass sich die Strömung der warmen Luft von unten nach oben verjüngt. Dieses Verhalten der Strömung ist darauf zurückzuführen, dass das Luft-Wasserdampf-Gemisch von der Anfangsgeschwindigkeit v0 = 0 m/s unten bei h0 = 0 auf vmax = xm/s bei der Höhe h >> h0 beschleunigt wird, wobei x > 0 ist. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit nimmt der Druck pi im Inneren der Strömung kontinuierlich ab. Die Druckdifferenz &Dgr;p zur umgebenden Luft erreicht auf der Höhe h, wo die Strömungsgeschwindigkeit vmax am größten ist, ihr Maximum.

Zusätzlich wirkt sich auch die natürliche Konvektion durch Wärmeabführung der Strömung an ihrer Umgebung (Enthalpieentzug) so formbestimmend durch die damit verbundene Raumänderungsarbeit, dass die Strömung die Form eine Isotherme einnimmt.

Man spricht in diesem Zusammenhang vom Wärmefluss von den warmen zu den kalten Massen. Die Folge ist die oben angegebene Raumänderungsarbeit. Beides, also Energiefluss und Raumänderungsarbeit, sind proportional zur Temperaturdifferenz &Dgr;T.

Die so entstandene Vertiefung – Konkavkurve – im Strömungskegel bietet der relativ kühlen, in Bewegung geratenen Luft der Umgebung mehr Angriffsfläche. Damit lassen sich die kräftigen Windböen, deren Geschwindigkeit oft über 70 km gelegentlich sogar über 110 km pro Stunde liegt, als Begleiterscheinung des Gewitters erklären.

Ich bin der Überzeugung, dass dies der Weg ist, den die freie Natur beschreitet, um, trotz des relativ geringen Atmosphärendrucks von ca. 1000 mbar, aus dem „Kältemittel bzw. Wärmeträgers" Wasserdampf den letzten Wärmerest herauszuholen und ins Weltall zu befördern.

Mit der anschließenden Kondensation und dem Niederschlag schließt sich der Kreislauf des Wärmetransports.

Es sei an dieser Stelle daran erinnert, welche Auswirkungen die Aerodynamik auf die tonnenschweren Flugkörper hat und welchen Druck sie erzeugt, der diese in die Höhe katapultiert.

Erwähnenswert in diesem Zusammenhang ist die Tatsache, dass weltweit zig-tausend Gewitteraktivitäten täglich stattfinden. Fakt ist auch, dass die mit Abstand größte Anzahl an Gewittern am Äquator zu beobachten ist, wo optimale Bedingungen dafür herrschen, anhaltende Wärme und hohe Feuchtigkeit, wodurch eine dauernde Abkühlung eine Notwendigkeit ist.

Es ist also eine Symbiose aus Thermo- und Aerodynamik, die diesen reversiblen Prozess möglich macht und die Wärme-Amplitude im Temperatur-Zeit-Diagramm unseres Klimas in einem bestimmten, für das Leben auf der Erde vertretbaren Intervall hält.

Überlegung:

Man möge sich folgende technische Einrichtung gedanklich vorstellen:

Einen Stromgenerator, einen Elektromotor und eine Kabelverbindung zur Einspeisung des Elektromotors mit Strom vom Generator sowie eine mechanische Vorrichtung zur Kraftübertragung vom Elektromotor auf den Generator.

Im betriebenen Zustand wäre der Motor mit dem vom Generator erzeugten Strom in der Lage, Letzteren mit der notwendigen kinetischen Energie zu versorgen, damit dieser den Motor wiederum weiterhin mit elektrischer Energie einspeist. Die einzige Voraussetzung für die Funktionalität ist, dass die auf dem Hin- und Rückweg der Versorgung entstehenden Verluste mechanischer und elektrischer Natur (Reibung, Wärme, etc.) durch eine externe Energiequelle wettgemacht werden.

Natürlich muß auch dafür gesorgt werden, dass dieser Mechanismus erst in Gang gesetzt wird. Dies kann durch eine externe Energiequelle bewerkstelligt werden.

Das Resultat ist zwei rotierende Massen, jeweils treibend und angetrieben, die nicht belastbar sind, da sonst ein Bremseffekt eintritt und die Funktion zusammenbrechen lässt. Es gilt hier der physikalische Grundsatz: actio = reactio (Newton).

Eine derartige Anordnung einer Kindheitsphantasie ist technisch offensichtlich machbar, jedoch ohne Bedeutung, energetisch defizitär und wirtschaftlich ein Minusgeschäft und ist daher auch alles in allem unsinnig. Umso erstaunlicher erscheint diese scheinbar unsinnige Anordnung, wenn man hierzu eine Parallele in der freien Natur vorfindet.

Auch wenn uns diese Behauptung als realitätsfremd vorkommt, wird sie naturgemäß täglich unzählige Male bei jedem Gewitter bestätigt.

In der Thermik steigt aufgewärmte Luft empor und hinterlässt ein Teilvakuum, einen Unterdruck, den die kalte Luft der Umgebung zu eliminieren anstrebt. Sie drängt sich daher auf, verhindert die Entstehung von Vakuum und übt damit einen Druck (Überdruck) auf die warme Luft aus und beschleunigt somit ihre Geschwindigkeit. Zum Teil wird die kalte Luft der Umgebung mitgerissen. Das beschleunigt den Wärmeaustausch. Resultat: Zwei Massen mit der o.g. Wechselwirkung, treibend und angetrieben, sowie mit dem dazu gehörenden Energiedefizits, das von der Thermik als externe Energiequelle beglichen wird. Am Beispiel des Gewitters erkennt man den Sinn des energetisch defizitären Verhaltens dieses natürlichen Mechanismus. Die zirkulierenden Luftmassen haben die Aufgabe, soviel Wärme wie möglich aufzunehmen, um diese letzten Endes in größeren Höhen zu „entsorgen" und den thermischen Haushalt der Erde auf ein bestimmtes Level zu reduzieren (Schutz vor Überwärmung).

Auf all den oben genannten Erkenntnissen basierend entstand die Idee der nachstehend beschriebenen Erfindung zur thermischen Meerwasserentsalzung, deren Konzeption weitestgehend naturidentisch ist.

Sie ist also eine Simulation meteorologischer Vorgänge, so dass man sie unter den Begriff „Bionik" einordnen kann, jedoch mit zwei wesentlichen Unterschieden, die den Sinn dieser Erfindung verdeutlichen:

  • – Sich überschüssige Wärme zu entledigen ist und bleibt weiterhin eine Aufgabe natürlicher Prozesse. Stattdessen wird sie bei dem nachstehend vorgestellten Verfahren erfindungsgemäß dem System zurückgeführt, um mit dem gleichen Energieaufwand mehr Wassermengen zu entsalzen. Das bedeutet eine Ausbeute am künstlich erzeugten Regen, die die natürliche Regenspende übersteigt.
  • – Der Niederschlag des so künstlich erzeugten Regens erfolgt zeitlich, geographisch und quantitativ nicht nach Launen der Natur, sondern genau da, wo Bedarf besteht an ausgewählten Orten mit einkalkulierten Mengen. Hierbei werden meteorologische Höhen auf technisch erforderliche und haltbare Größen reduziert.

Aus der DE 30 15 25 4 C2 ist eine Einrichtung zur Meerwasserentsalzung bekannt, bei der das zu verdampfende Meerwasser in einem Becken Lagert, das mit einer darüber stehenden gläsernen Halbkugel hermetisch schließt, die ein Überdruckventil im oberen Bereich und eine Kondensatrinne am unteren Rand aufweist, die mit einem Auffangsbecken für Süßwasser durch eine Leitung verbunden ist.

Durch die Aufwärmung unter der Sonneneinstrahlung dehnt sich die Luft unter der Glashaube aus und entweicht zum Teil durch das Überdruckventil. Das Meerwasser im Becken beginnt, aufgrund des fallenden Druckes auch bei relativ niedriger Temperatur, zu verdunsten.

Der aufsteigende Wasserdampf „füllt" nun die entstehenden Lücken zwischen den Luftteilchen. Erst ein später langsam einsetzender Rückgang der Außentemperatur führt zu einer ebenso langsamen freien Konvektion unter der Glashaube mit Kondensatbildung an der Innenwand, deren Verlaufsgeschwindigkeit von der Differenz zwischen der Innen- und Außentemperatur und dem Raumvolumen unter dem Glas abhängt.

Konstruktionsbedingt bleibt die Masse der in der Einrichtung hermetisch eingeschlossenen Luft und damit die Masse des aufgenommenen Wasserdampfes eine endliche, eine begrenzte Größe.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die langwierige freie Konvektion, mit deren Hilfe die Umsetzung des Wasserdampfes in Kondenswasser bewerkstelligt wird.

Die Kosten-/Nutzenrelation ist bei diesem Verfahren ebenfalls ungünstig, da ein relativ hoher technischer Aufwand einer recht geringen Ausbeute an Süßwasser gegenübersteht.

Noch wesentlicher ist, dass dieses System der weltweiten Wasserknappheit keine realistische Lösung bietet.

Der nachstehend beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leistungsfähige Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser nach Vorbild natürlicher Vorgänge wie sie eingangs beschrieben sind, zu schaffen, die möglichst viele Vorteile in sich vereint und Nachteile der oben beschriebenen Einrichtung ausschließt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung dadurch gelöst, dass in einem, der Natur nachempfundenen Kreislauf, Meerwasser Wärme zugeführt, verdampft, aufsteigt, verdichtet, abgekühlt und kondensiert wird, wodurch ein entsalztes Wasser abgeschieden und abgeleitet, zugleich Wärme durch Abkühlung und Verdichtung zurückgewonnen und dem Kreislauf erneut zugeführt wird, womit sich der Kreislauf schließt.

Im Wasserbecken (1) wird das darin lagernde Meerwasser durch die Zufuhr von Wärmeenergie, die solar oder durch andere Energiequelle (12) gewonnen wird, zum Verdampfen gebracht.

Über dem Wasserbecken (1) steht ein aus wärmeleitendem, druckbeständigem Material (z.B. Metall) bestehender, etwas modifizierter Stumpfkegel (2), dessen Erzeugende eine Konkavkurve entsprechend einer Isotherme ist, der sowohl oben als auch unten offen ist. Diese Formgebung ergibt sich aus der Raumänderungsarbeit, der die Idealgase, Luft und Wasserdampf, bei Verdichtung und Wärmeabgabe unterliegen. Sie ist daher eine Voraussetzung für die Wärmrückgewinnung.

Eine weitere, wärmeleitende, vorzugsweise aus Metall bestehende Außenkonstruktion, Mantelkonstruktion (3) ummantelt den Stumpfkegel (2) so, dass ein Zwischenraum eingehalten wird. Ihr unterer Rand schließt hermetisch mit der Oberkante der Bodenplatte (7), in der sich das Wasserbecken (1) befindet. Aus ihrer Innenwandung erstreckt sich radial zum Mittelpunkt eine Vielzahl von wärmeleitenden Lamellen (4), die kältemittelführende Leitungen, Kältemittelleitung (5), wärmeleitend aufnehmen.

Der durch Wärmezufuhr entstehende Wasserdampf steigt infolge von Dichteverringerung auf in den der Isotherme nachempfundenen Stumpfkegel (2), verlässt seine obere Mündung und gelangt anschließend in die durch Kältemittel gekühlte, nach allen Seiten hermetisch geschlossene Mantelkonstruktion (3).

Der hier stattfindende Wärmeaustausch zwischen dem Luft-Wasserdampf-Gemisch einerseits und der mittels Lamellen (4) mit der von ihnen aufgenommenen, spiralförmigen Kältmittelleiung (5) gekühlten Mantelkonstruktion (3) andererseits führt zu einer Dichteerhöhung des Luft-Wasserdampf-Gemischs, d.h. zu dessen Volumenverringerung, wodurch Wasserdampf ausscheidet, sich an den kalten Flächen in Form von Kondensat niederschlägt und durch die Gravitationskraft nach unten, in das Süßwasserbecken (8) fließt, während die an der Zirkulation beteiligte, inzwischen abgekühlte und dichter gewordene Luft nach unten strömt und sich unter den Stumpfkegel (2) schiebt, um in den Raum zu gelangen, in dem das Meerwasser erhitzt und verdampft wird, mit der Folge, dass ein neues Luft-Wasserdampf-Gemisch geringer Dichte entsteht. Damit schließt sich der Kreislauf.

Die an den kalten Flächen der Mantelkonstruktion (3) abgegebene Wärme des Luft-Wasserdampf-Gemischs führt zur Erwärmung des in den Kältemittelleitungen (5) zirkulierenden Kältemittels. Letzteres gibt im Laufe seiner Zirkulation diese Wärmeenergie an das vorgelagerte Meerwasser, das sich in den mehrstufigen, thermisch von einander getrennten Vorwärmbecken (6) befindet. Hierdurch wird das Wasserbecken (1) mit vorgewärmtem, zum Verdampfen vorbereiteten Meerwasser versorgt und das zirkulierende Kältemittel kehrt im abgekühlten Zustand wieder in die Mantelkonstruktion (3) zurück. Dieser Kreislauf ermöglicht die Rückgewinnung der genutzten Wärme; die dem System wieder zurückgeführt wird.

Aus der Bewegungsenergie, des Luft-Wasserdampf-Gemischs als Abfolge von Dichteverringerung und der darauf folgenden Dichteerhöhung kann mit Hilfe einer Turbine (9) im Stumpfkegel (2) ein Anteil an mechanischer Energie abgezweigt werden, mit dessen Hilfe eine konventionell angekoppelte Pumpe (10) angetrieben wird, die das Kältemittel in der Kältemittelleitung (5) in Bewegung setzt. Der Vorteil dieser Ankoppelung besteht in der Synchronisation beider von einander abhängender Prozesse, Verdampfung und anschließender Verdichtung u.a. durch Abkühlung. Führt man z.B. dem im Wasserbecken (1) lagernden Meerwasser mehr Wärme zu, so verdampft entsprechend größere Menge Wasser, die mit der sich darin befindlichen Luft im Stumpfkegel (2) Aufsteigt. Der Anteil an kinetischer Energie erhöht sich entsprechend. Ebenso erhöht sich damit die Förderkraft der von der Turbine (9) angetriebene Pumpe (10) und somit auch die Fördermenge an Kältemittel.

Um aber den oben beschriebenen Kreislauf aus dem Stillstand in Gang zu setzen, muss bei jeder Betriebsaufnahme der Vorrichtung auf fremde Energiequelle zurückgegriffen werden. Der eingangs beschriebene Mechanismus des Gewitters, der es ermöglicht, den letzten Rest an Wärme aus dem Wasserdampf herauszuholen ohne einen Druck von ca. 80 bar aufzubringen, beruht auf der Relation, Überdruck der angreifenden Luft der Umgebung zu Unterdruck der aufwärts strömenden Massen aus Luft und Wasserdampf.

Um die Druckverhältnisse in der Vorrichtung nicht zu beeinträchtigen, wird das gewonnene Süßwasser aus dem Süßwasserbecken (8) über eine Süßwasserleitung (8) abgeleitet, die mit einem hermetisch verschließbaren Ventil ausgestattet ist.

Mit der Bestimmung der dem Meerwasser zuzuführenden Wärmemenge lässt sich der Gewittermechanismus simulieren. Hierdurch wird die größtmögliche Wärmemenge zurückgewonnen, die man dann dem System zurückführt.

1
Wasserbecken
2
Stumpfkegel
3
Mantelkonstruktion
4
Lamellen
5
Kältemittelleitung
6
Vorwärmbecken
7
Bodenplatte
8
Süßwasserbecken
9
Turbine
10
Pumpe
11
Süßwasserleitung
12
Energiequelle


Anspruch[de]
Einrichtung zur thermischen Meerwasserentsalzung

– mit einem sowohl nach unten als auch nach oben offenen, durchströmbaren Stumpfkegel (2), an dessen unterem Ende das zu verdampfende Meerwasser im Wasserbecken (1) lagert, aus dem durch Wärmezufuhr Dampf entsteht und im Stumpfkegel (2) aufsteigt, und

– mit einer aus wärmeleitendem Material, z.B. Metall, bestehenden Mantelkonstruktion (3) als Außenkonstruktion, die mit der Bodenplatte (7) luftdicht verbunden ist und, die den innen stehenden Stumpfkegel (2) mit Abstand, der eine Zirkulation des entstehenden Luft-Wasserdampf-Gemischs erlaubt, hermetisch umschließt und, deren Innenwandfläche von einer Vielzahl von senkrecht verlaufenden, sich radial nach innen erstreckenden Lamellen (4) unterbrochen wird, die eine Kältemittelleitung (5) wärmeleitend aufnehmen, und

– mit einem am unteren Ende der Mantelkonstruktion (3) angeordneten Sammelbecken für das ausgefällte Kondensat als Süßwasserbecken (8), das mit Hilfe einer hermetisch verschließbaren Süßwasserleitung (11), die das gewonnene Süßwasser nach außen ableitet, und

– mit Vorwärmbecken (6), aus dem das Wasserbecken (1) mit dem durch die Wärme des in der Kältemittelleitung (5) als Wärmeträger fließenden Kältemittels vorgewärmten, zur Verdampfung vorbereiteten Meerwasser eingespeist wird.
Einrichtung zur thermischen Meerwasserentsalzung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkonstruktion des Stumpfkegels (2) im Höhenschnitt eine Konkavkurve beschreibt, die der Nachbildung einer Isotherme entspricht, dessen beide Enden offen und freidurchströmbar sind. Einrichtung zur thermischen Meerwasserentsalzung nach Anspruch 1–2 dadurch gekennzeichnet, dass zur Umwälzung des sich in der Kältemittelleitung (5) befindlichen Kältemittels synchron zur Verdampfungsgeschwindigkeit des Meerwassers im Wasserbecken (1), eine Pumpe (10) angeordnet ist, die von einer Turbine (9) im oberen Bereich des Stumpfkegels (2) auf konventionelle Weise angetrieben wird. Einrichtung zur thermischen Meerwasserentsalzung nach Anspruch 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmbecken (6) thermisch von einander abgeschottet sind.






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