DE2645265A1

DE2645265A1 - Verfahren und anlage zur nutzung von sonnenenergie in verdampferanlagen

Info

Publication number: DE2645265A1
Application number: DE19762645265
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Koenig
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1978-04-13

Description

Verfahren und Anlage zur Nutzung von Sonnenenergie
in Verdampferanlagen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur Nutzung von Sonnenenergie in Verdampferanlagen, insbesondere zur Meerwasserentsalzung.
Verdampferanlagen für Destillationsprozesse wie sie r. B in der Meerwasserentsalzung angewendet werden, sind in vielen Ausführungen bekannt geworden. Die Anlagen, die überwiegend nach dem Prinzip der Entspannungsverdampfung arbeiten, sind zuverlässig im Betrieb und relativ günstig in den Investitionskosten. Durch eine Optimierung der Prozesse wird ein möglichst niedriger Energieverbrauch angestrebt.
Dieser wird maßgeblich bestimmt durch die notwendige Zufuhr von Wärmeenergie. Für eine wirtschaftliche Betriebsweise und eine relativ kostengünstige Bauausführung der Verdampferanlagen ist Wärmeenergie in Temperaturbereichen von wenigstens 80 - 90 0C erforderlich. Diese Temperaturen sind durch eine unmittelbare Einleitung der Sonnenenergie in Verdampfer anlagen nicht-mit der notwendigen Konstanz erreichbar.
Es sind bereits einfache Anlagen zur Meerwasserentsalzung vorgeschlagen worden, in denen die direkte Sonneneinstrahlung über einen Kollektor unmittelbar eine Verdampfung des Reinwassers aus der Rohflüssigkeit bewirkt und der Dampf anschließend niedergeschlagen und als Destillat aufgefangen und abgeführt wird. Diese Ausführungen haben jedoch nur einen geringen Nutzeffekt wegen des unzureichenden und schwankenden Temperaturniveaus oder erfordern eine unwirtschaftliche Größenausbildung der Anlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das einen wirtschaftlichen Betrieb in Verdampferanlagen unter Nutzung der Sonnenenergie ermöglicht. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Rohflüssigkeit die zur Verdampfung erforderliche Wärme mittels einer Absorberwärmepumpe zugeführt wird, die primärseitig mit Wärme energie aus einem Sonnenwärme absorbierenden Kollektor gespeist wird.
In einer bevorzugten Anwendungsform ist in weiterer Ausbildung des Verfahrens vorgesehen, der Absorberwärmepumpe in der Anlage eine Wärmespeicherung zuzuordnen, so daß ein Ausgleich schwankenden Sonnen energieeinfalls erfolgt.
Außerdem ist es Erfindungsaufgabe, eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Diese Aufgabe der Erfindung ist gemäß den Kennzeichen der Ansprüche 3 und 4 gelöst.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kombination des Sonnenenergie absorbierenden Kollektors mit einer Absorberwärmepumpe und Einspeisung der mit mittlerer Temperatur gewonnenen und auf höheres Temperaturniveau, beispielsweise 90 - 1000 C, angehobenen Sonnenwärme in eine Verdampferanlage, beispielsweise eine mehrstufige Entspannungsverdampferanlage, führt insbesondere bei der Meerwasserentsalzung zu einer idealen Betriebsweise infolge günstiger Energiegestellungskosten. Die Aufwertung der Wärmeenergie von mittlerem Temperaturniveau auf eine geringere Wärmemenge höherer Temperatur erfordert dabei nur einen unwesentlichen zusätzlichen Energieaufwand für Hilfsaggregate wie beispielsweise den Antrieb der Pumpen für die Kreisläufe der Arbeitsmittel in der Anlage. Ansonsten wird der gesamte Energiebedarf aus der Sonnenenergie gedeckt. Diese Primärenergie steht ausreichend zur Verfügung insbesondere in heißen Zonen, wo die Meerwasserentsalzung infolge des Mangels an Süßwasser eine besondere Bedeutung hat.
Die Kosten der Energiegestellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind somit außerordentlich niedrig.
Besonders vorteilhaft wirkt sich weiterhin die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Wärme speicherung aus, mit deren hilfe ein weitgehend kontinuerlicher Betrieb gefahren werden kann, wie es gerade Destillationsprozesse erfordern.
Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich durch einen einfachen und störunanfälligen Aufbau aus.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung und anhand einer Zeichnung erläutert.
Die Zeichnung stellt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage in einem Prinzipschema dar.
Die Hauptgruppen der Anlage bestehen aus dem Sonnenenergie absorbierenden Kollektor i, der Absorberwärmepumpe 9 und der Verdampferanlage 6. Der Kollektor und die Verdampferanlage sind gewissermaßen durch die Absorberwärmepumpe gekoppelt, wobei diese die gesammelte Sonnenenergie auf ein höheres Temperaturniveau hebt und an die Vcrdampfungsanlage bzw. das Rohwasser überträgt. Zusätzlicher, relativ geringer Energieaufwand ist dabei außer der Zuführung der Rohflüssigkeit und Abführung des Süßwassers im wesentlichen nur für Umläufe der Arbeitsmittel in der Absorberwärmepumpe und des Wärmeträgers im Kollektor notwendig.
Dem Kollektor 1 ist ein Flüssigkeitskreislauf 2,3,4,5 zugeordnet, dessen Zirkulation durch die Pumpe 30 bewirkt wird. Die Absorberwärmepumpe besteht in bebekannter Ausführung aus den wesentlichen Bauteilen Austreiber 10, Verdampfer 11, Absorber 12 und Verflüssiger 13. Außerdem sind in den Arbeitsmittelkreislauf eingeschaltet zwei Pumpen 14,15, eine Drossel 16, zwei Wärmespeicher 28,29. Als Arbeitsmittel findet ein Zweistoffgemisch (wie z.B. H20 - NH ) in bekann-3 ter Weise Verwendung. Schließlich gehört zur erfindungsgemäßen Anlage eine Verdampferanlage 6, beispielsweise zur Entsalzung von Meerwasser, die wegen der Vielfalt der anwendbaren Möglichkeiten hier nicht näher beschrieben werden soll, mit Rohwasserzufuhr 7 und Pumpe 31, Süßwasserableitung 8 und Soleableitung 25, Bypass 26 mit Regelventil 27.
Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende: Der Kollektor 1 in an sich bekannter Ausführung überträgt die absorbierte Sonnenwärme an einen flüssigen Wärmeträger, der über einen Kreislauf bildende Verbindungsleitungen 2,3 die Wärme an den Verdampfer 11 der Absorberwärmepumpe und über die Verbindungsleitungen 4,5 an den parallel angeschlossenen AustreiberlO abgibt. Die Temperatur in dieser Stufe entspricht dem aus der absorbierten Sonnenwärme nutzbaren Niveau, beispielsweise 500.
Im Austreiber 10 wird das Arbeitsmittel als Zweistoffgemisch in bekannter Weise getrennt in einen flüssigen Träger und ein gasförmiges Medium. Der flüssige Träger wird über die Leitung 20, die Pumpe 14 dem Absorber 12 zugeführt, während der gasförmige Teil über die Leitung 23 zunächst den Verflüssiger 13 passiert und über die Leitung 21, die Pumpe 15 in den Verdampfer 11 geleitet wird, wo die Flüssigphase unter Druckerhöhung in den gasförmigen Zustand überführt wird.
Durch die Verbindungsleitung 24 gelangt das gasförmige Arbeitsmittel in den Absorber. Bei der Absorption dieses Stoffes in dem flüssigen Träger wird Wärme auf einem Temperaturniveau von etwa 90 -1000 C freigesetzt. Diese wird über die Leitungen 17,18 der Verdampferanlage 6 zugeführt zur Verdampfung des Rohwassers mit anschließender Kondensation und Ableitung des Süßwassers über die Leitung 8. Das mit der Absorption in dem Absorber 12 vorliegende Zweistoffgemisch wird sodann über die Drossel 16 und die Leitung 22 in den Austreiber 10 zurückgeführt zum erneuten Einsatz.
Das eintretende Rohwasser wird über die Pumpe 3i, die Verbindungsleitungen 7,19 durch den Verflüssiger 13 gerührt und entzieht diesem Wärme.
Um den während des Tages unterschiedlichen Sonnenenergieanfall innerhalb der Wärmepumpe 9 ausgleichen zu können, sind in die Verbindungsleitung 21 zwischen Verflüssiger 13 und Verdampfer 11 ein Wärmespeicher 28 und in die Verbindungsleitung 20 zwischen Austreiber 10 und Absorber 12 ein weiterer Wärmespeicher 29 eingeschaltet. Die Speicher gleichen Schwankungen in der anfallenden Sonnenenergie während des Tages aus. Die Wärmespeicherung erfolgt auf niedrigem Temperaturniveau so daß ein Teil Energie zur Transformation auf das in der Verdampferanlage genutzte höhere Temperaturniveau aufgewendet werden muß. Durch den infolge der Wärme speicherung möglichen kontinuierlichen Betrieb der Verdampferanlage kann diese um ca. 30V.
kleiner ausgeführt werden als beim speicherlosen Betrieb.

Claims

Patentansprüche Di. Verfahren zur Nutzung von Sonnenenergie in Verdampfer anlagen insbesondere zur Meerwasserentsalzung, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohflüssigkeit die zur Verdampfung erforderliche Wärme mittels einer Absorberwärmepumpe zugeführt wird, die primärseitig mit Wärmeenergie aus einem Sonnenwärme absorbierenden Kollektor gespeist wird.
2. Verfahren nach Anspruch is dadurch gekennzeichnet, daß in dem Arbeitsmittelkreislauf der Absorberwärmepumpe Mittel zur Wärmespeicherung vorgesehen sind, so daß mindestens die während eines Tages in dem Kollektor unterschiedlich anfallende Sonnenwärme in der Absorberwärmepumpe bei der sekundärseitigen Wärme ab gabe au.sgeglichen wird.
3. Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Somienenergie absorbierenden Kollektor (1) mit Flüssigkeitskreislauf (2,3,4,5), eine Verdampferanlage (6) mit Zufuhr einer Rohflüssigkeit (7) und Ableitung des Destillats (8), eine die Verdampfer anlage und den Kollektor verbindende Absorberwärmepumpe (9) mit Austreiber (10), Verdampfer (11), Absorber (12), Verflüssiger (13), Pumpen (14,15), Drossel (16), Zweistoffgemisch als Arbeitsmittel, wobei Austreiber (10) und Verdampfer (11) der Absorberfärmepwnpe (9) unter Wärmeaufnahme an den Flüssigkeitskreislauf (2,3,4,5) des Kollektors (1) angeschlossen sind und der Absorber (12) unter Wärmeabgabe mit der Verdampferanlage (6) verbunden ist und ferner der Verflüssiger (13) in wärmetauschender Verbindung mit der Zuführung der Rohflüssigkeit (7) steht.
4. Anlage nach Anspruch 3 zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Absorberwärmepumpe (9) in die Verbindungsleitung (20) zwischen Austreiber (10) und Absorber (12) ein Wärmespeicher (28) und in die Verbindungsleitung (21) zwischen Verflüssiger (13) und Verdampfer (11) ein weiterer Wärmespeicher (29) angeordnet sind.