DE69924411T2

DE69924411T2 - Mit druck betriebene meerwasserentsalzungsvorrichtung und verfahren mit gravitationsbetriebener laugenrückführung

Info

Publication number: DE69924411T2
Application number: DE69924411T
Authority: DE
Inventors: Kenneth R. Bosley
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: US20040108272A1; EP1214137B1; US20020125190A1; AU1812800A; US6656352B2; WO2000059612A1; ATE291482T1; EP1214137A1; US6800201B2; EP1214137A4; DE69924411D1; US6348148B1

Description

STAND DER TECHNIK
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umkehrosmoseverfahren zur Entfernung von Salz aus Meerwasser oder aus Inlandsalzgewässern unter Verwendung des Drucks des Meerwassers selbst sowie der Erdanziehungskraft.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Aufgrund der Knappheit von Frischwasser im Südwesten der Vereinigten Staaten und anderen wasserarmen Teilen der Welt, gab es zahlreiche Erfindungen zur Entsalzung von Meerwasser durch Umkehrosmose, Destillation und andere Mittel. Jedoch ist die Entsalzung nach wie vor ein kostspieliges Verfahren. Die konzentrierte Sole, die als Nebenprodukt der Entsalzung erzeugt wird, kann selbst zur Verschmutzung der Umwelt in küstennahen Einrichtungen beitragen. Die Erzeugung von Elektrizität oder anderen Energieformen, die bei der Entsalzung verbraucht werden, kann ebenfalls zur Verschmutzung der Luft, des Wassers und des Landes beitragen.
U.S.-Patent Nr. 4,335,576, ausgegeben am 22. Juni 1982 an Harold H. Hopfe, offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung von Frischwasser aus Meerwasser, die auf der Wasseroberfläche des Meeres schwimmt. Sie bezieht die Energie zur Entsalzung aus der Bewegung der Wellen an der Wasseroberfläche. Die Bewegung des Wassers an der Oberfläche verursacht eine Bewegung von Reaktionsplatten und die Bewegung wird letztlich auf Kolben übertragen, die sich in Zylindern bewegen, um Druck auf Meerwasser ausüben und eine Umkehrosmose zu erzwingen.
U.S.-Patent Nr. 4,452,969, ausgegeben am 5. Juni 1984 an Fernand Lopez, offenbart eine Umkehrosmosevorrichtung zur Erzeugung von Frischwasser aus Meerwasser, die dafür ausgelegt ist, beispielsweise an einer Angelschnur vorübergehend untergetaucht zu werden. U.S.-Patent Nr. 4,770,775, ausgegeben am 13. September 1988 an Fernand Lopez, offenbart eine andere Vorrichtung zur Erzeugung von Frischwasser aus Meerwasser, die ebenfalls dafür ausgelegt ist, vorübergehend untergetaucht zu werden und eine Kammer aufweist, die sich ausdehnt, wenn Frischwasser erzeugt wird. Beide Vorrichtungen verwenden den Druck des Meerwassers selbst, um eine Umkehrosmose zu erzwingen.
U.S.-Patent Nr. 5,167,786, ausgegeben am 1. Dezember 1992 an William J. Eberle, offenbart eine Wellenkraftsammelvorrichtung, die am Meeresboden verankert ist und bei einer Ausführungsform Meerwasser durch Umkehrosmose entsalzt. Bei dieser Ausführungsform wird die Bewegung von Schwimmern verwendet, um einen Generator zu drehen, der Elektrizität erzeugt, um Pumpen anzutreiben, die Meerwasser durch eine Membran in eine Umkehrosmoseeinheit drücken.
U.S.-Patent Nr. 5,229,005 ausgegeben am 20. Juli 1993 an Yu-Si Fok und Sushil K. Gupta, offenbart ein Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser, indem Umkehrosmosevorrichtungen mit Hilfe von Seilen, die an Riemenscheiben befestigt sind, in das Meer abgelassen werden, und sie mit demselben Mittel angehoben werden, um das erzeugte Frischwasser zu entnehmen. Der Druck des Meerwassers selbst wird dazu verwendet, eine Umkehrosmose des Meerwassers durch eine Membran hindurch zu erzwingen, um Frischwasser zu erzeugen.
U.S.-Patent Nr. 5,366,635, ausgegeben am 22. November 1994 an Larry O. Watkins, offenbart eine Entsalzungsvorrichtung und ein Entsalzungsmittel, bei dem ein Abstandselement auf dem Meeresboden angeordnet wird, und der Druck am Meeresboden dazu verwendet wird, Meerwasser durch eine Membran zu drücken, um Frischwasser durch Umkehrosmose zu erzeugen, das daraufhin hinaus gepumpt wird.
Das britische Patent Nr. 2,068,774, herausgegeben am 19. August 1981 an Jose Luis Ramo Mesple, offenbart eine Vorrichtung zur Entsalzung von Wasser durch Umkehrosmose in Zellen, die sich tief auf dem Meeresboden befinden, unter Verwendung des Drucks, der aus dem Wasser tief auf dem Meeresboden resultiert.
Das Dokument JP-55155788-A offenbart eine Vorrichtung zur Entsalzung von Wasser, die Folgendes umfasst: einen Kanal mit einer oberen Öffnung, UOVs, die mit ihrer permeablen Seite mit dem Kanal verbunden sind, und einen Permeatsammelbehälter mit einer Permeatpumpe am Boden des Kanals.
Das Dokument US-4189379 offenbart eine Vorrichtung zur Beförderung von Wasser, das Nährstoffe enthält, aus dem tiefen Ozean zur Meeresoberfläche, indem es beispielsweise durch Elektrodialyse teilweise entsalzt wird und das teilweise entsalzte Wasser einem Kanal mit einer offenen Oberseite zugeführt wird. Das Wasser steigt durch den Kanal aufgrund seiner niedrigeren Dichte auf.
Das Dokument US-3456802-A offenbart eine Entsalzungsvorrichtung, bei der UOVs unter die Oberfläche eines Gewässers getaucht sind und an ihrer Rückstandsseite mit einem Rückstandssammelsystem mit Ablasspumpen und an der Permeatseite mit einem Permeatsammelsystem, das eine Permeatpumpe umfasst, verbunden sind.
Levenspiel et al. (The Osmotic Pump, SCIENCE 183/4121/18-01-1974, 157–160) beschreiben das Prinzip der osmotischen Pumpe, die einen Kanal mit einer offenen Oberseite und einer Öffnung am Boden umfasst, die von einer semipermeablen Membran verschlossen ist. Wenn die Vorrichtung in das Meer eingetaucht wird, dringt aufgrund des hydrostatischen Drucks Wasser durch die Membran ein und steigt aufgrund seiner niedrigeren Dichte in dem Kanal über den Meeresspiegel an.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von dem erwähnten Stand der Technik dadurch, dass nur sie die Tatsache nutzt, dass die konzentrierte Sole, die als Nebenprodukt der Umkehrosmoseentsalzung erzeugt wird, schwerer als Meerwasser ist, um die Energie, die bei der Entsalzung verbraucht wird, zu reduzieren. Wie ersichtlich, beschreibt keine der oben genannten Erfindungen und Patente weder einzeln noch in Kombination die vorliegende Erfindung, wie sie beansprucht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung von Salz aus Meerwasser, um trinkbares Frischwasser zu erzeugen. Ein großer Metallzylinder mit einem offenen oberen und unteren Ende ist küstennah am Meeresboden (oder am Boden eines Binnensees) verankert. Mehrere Druckkörper sind an der Seite des Zylinders befestigt. Das Innere jedes Druckkörpers wird bei etwa einer Atmosphäre Druck gehalten, jedoch werden die Körper in eine Tiefe eingetaucht, bei der der Umgebungswasserdruck mehrere Atmosphären beträgt. In jedem Druckkörper sind mehrere Umkehrosmosevorrichtungen („UOVs") vorhanden, von denen jede eine Membran enthält, die es Wassermolekülen, jedoch keinen Natrium- oder Chlorionen ermöglicht, hindurch zu gelangen. Absperrventile ermöglichen dem Meerwasser, von außerhalb der Körper in die UOVs zu gelangen. Aufgrund des Druckunterschieds gelangen Wassermoleküle durch Umkehrosmose durch die Membranen, während Salz zurückgelassen wird, und Frischwasser wird aus den Druckkörpern zu einer Speichereinrichtung an Land (oder an anderen Orten, an denen es benötigt wird) gepumpt. Anfänglich wird das Meerwasser, das auf der anderen Seite der Membran bleibt und eine stark erhöhte Salzkonzentration aufgrund des Wassers, das durch die Membran hindurch gelangt, aufweist, in den Zylinder gepumpt. (Das Wasser mit einer erhöhten Salzkonzentration wird im folgenden als „Sole" bezeichnet.) Nach einem anfänglichen Schwall erreicht der Pegel der Sole in dem Zylinder bei einer Höhe unterhalb der Höhe des Meerwassers außerhalb des Zylinders aufgrund des größeren Gewichts der Sole verglichen mit unkonzentriertem Meerwasser schließlich ein Gleichgewicht. Nachdem das Gleichgewicht erreicht wurde, können die Pumpen für die Sole ausgeschaltet werden, da die Schwerkraft die Sole veranlasst, von den Druckkörpern hinab zur Oberfläche der Sole in dem Zylinder zu fließen. Dadurch wird der Energiebedarf verringert, der zur Entsalzung von Meerwasser benötigt wird. (Energie wird nach wie vor zum Herauspumpen des Frischwassers benötigt.)
Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein Mittel zur Verringerung des Energiebedarfs bereitzustellen, der für die Entsalzung von Meerwasser erforderlich ist. Herkömmliche Entsalzungsanlagen, die an oder in der Nähe der Meeresküste angeordnet sind, erfordern vier Pumpprozesse: erstens, Pumpen des Meerwassers zur Anlage; zweitens, Pumpen, um den Druck auf einen Pegel zu erhöhen, der hoch genug ist, dass die UOVs arbeiten; drittens, Pumpen der Sole zurück hinaus ins Meer; viertens, Pumpen des Frischwassers zu einem Behälter oder einer Behandlungsanlage zur weiteren Reinigung und letztlich zum Verbraucher. Die vorliegende Erfindung beseitigt bis auf den vierten Pumpprozess alle Pumpprozesse. Während Erfindungen des Stands der Technik von küstennahen Entsalzungsvorrichtungen, wie beispielsweise in U.S.-Patent Nr. 5,366,635 an Watkins, ebenfalls den ersten und zweiten Prozess beseitigen, beseitigt nur die vorliegende Erfindung ebenfalls den dritten Prozess des Herauspumpens der Sole, ohne, dass es erforderlich ist, Energie beim Anheben der UOVs zu verbrauchen, wie beispielsweise in U.S.-Patent Nr. 4,452,969 an Lopez und U.S.-Patent Nr. 5,229,005 an Fok et al.
Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, ein Mittel zur Verringerung des Bedarfs für die Verwendung kostenintensiver Grundstücke an oder in der Nähe der Küste für Entsalzungsanlagen zu schaffen. Da kein Eigentum an der Küste oder in der Nähe der Küste ausschließlich für das Verfahren verwendet wird, können die meisten Grundstückskosten, die mit Entsalzungsanlagen im Zusammenhang stehen, vermieden werden. Eine gewisse küstennahe Grundstückspacht kann erforderlich sein, jedoch sollten diese Kosten wesentlich niedriger sein als die für küstennahe Grundstücke im Zusammenhang mit Erdöl- oder Mineraliengewinnung.
Es ist eine dritte Aufgabe der Erfindung, ein Mittel zu schaffen, das die Erweiterung von Entsalzungsanlagen leichter und kostengünstiger macht. Da kein trockenes Land verwendet wird und jede Plattform eine freie Navigationszone um sie herum aufweisen muss (wie von den meisten Gesetzgebern vorgeschrieben), ist für die Hinzufügung von zusätzlichen Druckkörpern zum Zylinder ausreichend Platz verfügbar und die Erweiterung der Anlage wird wesentlich vereinfacht. Die Erweiterung einer Anlage wird nur durch die Anzahl der Druckkörper beschränkt, die bei angemessenen Tiefen an dem Zylinder angebracht werden können, anstatt von den Erlaubnissen beschränkt zu sein, die von einer Zonenkommission ausgegeben werden, bei denen viele andere Punkte zu erfüllen sind, wie es bei einer landbasierten Entsalzungsanlage der Fall sein kann.
Es ist eine vierte Aufgabe der Erfindung, ein Mittel zur Senkung der Kosten der Meerwasserentsalzung zu schaffen, indem die Wartungseinrichtungen zentralisiert werden, da die Druckkörper entfernt und zur Wartung zu einer zentralen Einrichtung gebracht werden können, anstatt der Wartung vor Ort, die für herkömmliche küstenbasierte Entsalzungsanlagen erforderlich ist.
Es ist eine fünfte Aufgabe der Erfindung, die Verschmutzung der Küste zu verringern, die aus der Freigabe von konzentrierter Sole aus den Entsalzungsanlagen resultiert. Herkömmliche Küstenentsalzungsanlagen pumpen ihre Sole durch eine auf dem Meeresboden liegende Pipeline in das Meer, wodurch die Sole am oder in der Nähe des Meeresbodens freigegeben wird. Die Freigabe von Sole in der Nähe des Meeresbodens vergrößert den Bereich, der von der Toxizität der Sole betroffen ist. Bestehende Verfahren zur Verringerung der toxischen Effekte erhöhen die Kosten der Entsalzung durch größere Infrastrukturanforderungen der Anlage oder eine verringerte Verfahrenseffizienz. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einer küstennahen Entsalzungsanlage, ihre Sole in die Mitte des Wassers freizugeben, wo eine Mischung mit dem Meeresstrom effizienter ist, was geringere Auswirkungen auf die Flora und Fauna am Meeresboden zur Folge hat. Da die Anlage in Küstennähe angeordnet werden kann, wird die Sole durch die Meeresströmungen und die Gezeitenwirkung gründlich zurück in das umgebende Meerwasser gemischt und die Gesamtauswirkungen des erhöhten Salzgehalts aus der Solefreigabe könnte zwei oder drei Kilometer stromabwärts unendlich kleiner sein.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Elemente und Anordnungen derselben in einer Vorrichtung für die beschriebenen Zwecke bereitzustellen, die bei der Erreichung ihrer beabsichtigten Zwecke kostengünstig, zuverlässig und voll effektiv ist. Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden bei weiterer Durchsicht der folgenden Beschreibung und Zeichnungen leicht ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematischer Vorderaufriss der Umgebung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist ein schematischer Vorderaufriss der Umgebung der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
3 ist ein schematischer Vorderaufriss der Umgebung der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht von einem der Druckkörper des ersten Typs, der mit jeder der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht von einem der Druckkörper des zweiten Typs, der mit jeder der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Merkmale durchgehend in den angehängten Zeichnungen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung von Salz aus Meerwasser, um trinkbares Frischwasser zu erzeugen. Sie kann entweder im Meer oder in Inlandsalzgewässern verwendet werden.
1 ist ein schematischer Vorderaufriss der Umgebung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Ein großer Metallzylinder 10 mit einem offenen oberen Ende 12 und einer unteren Öffnung 14 ruht auf einer Plattform 13, die am Boden A des Meeres B (oder Binnensees) küstennah verankert ist. (Al ternativ kann ein Rohr oder ein Kanal mit einer anderen Form und/oder einer Vielzahl von oberen Öffnungen und/oder einer Vielzahl von unteren Öffnungen verwendet werden. Des Weiteren kann die Vorrichtung von Schwimmvorrichtungen oder von Kabeln, die an Schiffen befestigt sind, gestützt werden, anstatt auf dem Meeresboden zu ruhen.) Untere Druckkörper 15 sind entfernbar an der Seite des Zylinders knapp oberhalb des Gleichgewichtspegels C der Sole in dem Zylinder befestigt. Wenn eine größere Produktionskapazität erforderlich ist, werden obere Druckkörper 16 hinzugefügt.
2 ist ein schematischer Vorderaufriss der Umgebung der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die dieselbe wie die erste bevorzugte Ausführungsform ist, außer dass der Boden des Zylinders direkt auf dem Meeresboden ruht.
3 ist ein schematischer Vorderaufriss der Umgebung der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die dieselbe wie die zweite bevorzugte Ausführungsform ist, außer dass das Solerohr 35 über einem Kliff E in dem Meeresboden hervorsteht. Diese Ausführungsform kann in Bereichen, wie beispielsweise dem Roten Meer, verwendet werden, wo die Unterseetopographie dies möglich macht. Die Beförderung der Sole über ein Unterseekliff macht es möglich, die Sole effizienter mit dem Meerwasser zu vermischen.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht von einem der Druckkörper des ersten Typs, der mit jeder der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann. Das Frischwassergehäuse 18 im Inneren jedes Druckkörpers wird auf einem Druck gehalten, der unter dem des Umgebungsmeerwassers liegt, vorzugsweise bei einer Atmosphäre Druck, jedoch werden die Körper vorzugsweise in eine Tiefe eingetaucht, bei der der Umgebungswasserdruck mehrere Atmosphären beträgt. In jedem Druckkörper befinden sich mehrere Umkehrosmosevorrichtungen 20 („UOVs"), von denen jede eine selektiv durchlässige Membran 22 aufweist, die ein Solegehäuse 24 umgibt. Die Membran ermöglicht Wassermolekülen, jedoch nicht Natrium- oder Chlorionen, hindurch zu gelangen. (Andere Substanzen können abhängig von den Eigenschaften der Membran ebenfalls aus dem Meerwasser ausgefiltert werden.) Die Druckkörper weisen einen Außenhaut 26 auf, die wasserundurchlässig ist. Meerwasserleitungen 28, die Absperrventile 30 aufweisen, verlaufen durch die Außenhaut und die Membranen, damit Meerwasser von der Außenseite der Körper in die UOVs gelangen kann. Die Absperrventile verbessern die Effizienz des Verfahrens, indem die Sole daran gehindert wird, über denselben Weg direkt in das umgebende Meerwasser zurück zu gelangen. Der Raum zwischen der Außenhaut und den anderen Bestandteilen der Druckkörper bildet das Frischwassergehäuse 18. Aufgrund des Druckunterschieds gelangen Wassermoleküle durch Umkehrosmose durch die Membranen und entsalztes Wasser wird aus den Druckkörpern durch die Frischwasserleitungen 32 und (unter Bezugnahme zurück auf 1) die Pipeline 34 zu einer Speichereinrichtung 36 an Land (oder an anderen Orten, an denen es benötigt wird) hinaus gepumpt. Die Frischwasserleitung sollte extern zu dem Zylinder angeordnet sein, da konzentrierte Sole stark korrodierend ist. Frischwasserpumpen (in den Zeichnungen nicht gezeigt) können in der Speichereinrichtung, der Pipeline, dem Zylinder und/oder an einem anderen Ort angeordnet sein. Durch das Herauspumpen des Frischwassers wird die Druckdifferenz an der Membran aufrechterhalten, so dass die Umkehrosmose fortfahren kann. Das entsalzte Wasser kann in einer lokalen Kläranlage einer weiteren Reinigung unterzogen werden.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht von einem der Druckkörper des zweiten Typs, der mit jeder der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann. Er unterscheidet sich von dem ersten Typ dadurch, dass er einen trockenen Innenraum 42 aufweist, der mit Hilfe einer Entlüftung 44 zur Atmosphäre oberhalb der Oberfläche D, durch die etwaige Feuchtigkeit verdampft, trocken gehalten wird. Die UOVs sind von wasserdichten Flächen 46 eingeschlossen. Frischwasser wird durch Frischwasserrohre 48, die mit der Frischwasserleitung 32 verbunden sind, aus den UOVs abgelassen.
Anfänglich wird das Meerwasser, das auf der anderen Seite der Membranen („Sole") bleibt und aufgrund des Wassers, das durch die Membranen hindurchläuft, eine stark erhöhte Salzkonzentration aufweist, mit Hilfe der Solepumpen 38 durch die Soleleitungen 40 in den Zylinder gepumpt (siehe 4). Mindestens eine der Solepumpen ist vorzugsweise in jedem Druckkörper angeordnet, jedoch sind auch andere Positionen möglich. Durch das Herauspumpen der Sole wird ein Druckunterschied in den Meerwasserleitungen aufrechterhalten, wodurch das Meerwasser veranlasst wird, weiterhin in die Umkehrosmosevorrichtungen zu fließen. Nach einem anfänglichen Schwall erreicht der Pegel der Sole C in dem Zylinder bei einer Höhe unterhalb des Meeresspiegels D außerhalb des Zylinders (siehe 1) aufgrund des höheren Gewichts der Sole verglichen mit unkonzentriertem Meerwasser schließlich ein Gleichgewicht. Nachdem das Gleichgewicht erreicht wurde, können die Pumpen für die Sole ausgeschaltet werden, da die Schwerkraft diese veranlasst, von den Körpern zur Oberfläche der Sole in den Zylindern hinab zu fließen. Dadurch wird die Energie verringert, die zur Entsalzung von Meerwasser benötigt wird. (Sie ist nach wie vor zum Herauspumpen des Frischwassers nötig.) Die unteren Druckkörper 15 sollten zuerst an dem Zylinder angebracht werden, da der Druckunterschied knapp oberhalb des Solepegels C am größten ist. (Während der Druckunterschied bei größeren Tiefen größer wäre, veranlasst die Schwerkraft die Sole nicht, aus den Druckkörpern heraus zu fließen, wenn sie sich unterhalb der Oberfläche der Sole befinden.) Wenn eine größere Kapazität erforderlich ist, sollten die oberen Körper 16 hinzugefügt werden, jedoch ist die Entsalzung darin nicht so effizient, da der Druckunterschied geringer ist.
Die Erdanziehungskraft veranlasst die Sole in dem Rohr, aus der unteren Öffnung herauszufließen, bis das Gewicht der Sole in dem Rohr dem Gewicht einer äquivalenten Wassersäule im Meer außerhalb des Rohrs entspricht. Da Sole fortwährend in das Rohr fließt, wenn die Erfindung in Betrieb ist, ist das Gewicht der Sole in dem Rohr nach wie vor größer als das einer äquivalenten außerhalb befindlichen Meerwassersäule, und die Sole fließt weiterhin heraus. Wenn es im Meer keine Strömungen gäbe, könnte der Salzgehalt des Meeres in dem unmittelbaren Bereich um das Rohr herum schließlich auf etwa den Salzpegel in dem Rohr ansteigen (aufgrund der Diffusion des Salzes durch das Meerwasser, jedoch nicht auf exakt den gleichen Wert). Dadurch würde der Solepegel in dem Rohr auf nahezu den Pegel des Meeres außerhalb des Rohrs ansteigen und es wäre erforderlich, die Solepumpen wieder einzuschalten, damit die Entsalzung fortfährt. (Dies kann bei Inlandsalzgewässern, die keinen Abfluss in das Meer haben, tatsächlich passieren, wenn die Entsalzung in einem massiven Umfang und über lange Zeit durchgeführt würde.) Demnach bezieht die vorliegende Erfindung ihre Energieeinsparungen nicht aus dem Nichts, wie es bei einer Perpetuum-Mobile-Maschine der Fall wäre, sondern aus der Kraft der Erdanziehungskraft, aus Meeresströmungen und aus Zwischenschichtvermischung, die durch elektromagnetische Strahlung angetrieben wird, die durch die nuklearen Reaktionen in der Sonne erzeugt wird, sowie aus der Diffusion, die durch willkürliche Bewegungen der Moleküle und Ionen in dem Meerwasser ermöglicht wird und die ebenfalls von der Wärme der Sonne angetrieben werden.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sämtliche Ausführungsformen umfasst, die in dem Bereich der folgenden Ansprüche liegen. Obwohl das Verfahren der Erfindung als Mittel zur Entsalzung von Meerwasser gedacht ist, könnte es ebenfalls dazu verwendet werden, ein gereinigtes Lösungsmittel aus einer beliebigen Lösung zu entfernen, wenn eine Lösung mit einer höheren Lösungskonzentration dichter ist als eine Lösung mit einer niedrigeren Lösungskonzentration. Eine Vorrichtung, die der bevorzugten Ausführungsform entspricht, jedoch eine kleinere Größe aufweist, könnte in Chemielaboren und chemischen Verarbeitungsanlagen von Nutzen sein.

Claims

Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser und Inlandsalzgewässern, die in das Salzgewässer oder Meerwasser in einer Weise eingetaucht werden kann, in der die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Kanal (10) mit mindestens einer oberen Öffnung (12), die sich über eine obere Oberfläche des Salzgewässers oder Meerwassers erstreckt, und mindestens eine untere Öffnung (14), die unterhalb der Oberfläche des Salzgewässers oder Meerwassers angeordnet werden kann; mindestens einen Druckkörper (15, 16), der an dem Kanal gehalten wird und mindestens eine Umkehrosmosevorrichtung (20) umgibt, wobei die Umkehrosmosevorrichtung des Weiteren mindestens ein Solegehäuse (24) und mindestens eine Membran (22) umfasst, durch die Wassermoleküle fließen können, durch die jedoch keine Natrium- und Chlorionen fließen können; mindestens eine Salzwasserleitung (28) mit mindestens einem Absperrventil (30), wobei die Salzwasserleitung durch den Druckkörper und die mindestens eine Membran hindurch läuft; mindestens eine Soleleitung (40) zwischen dem mindestens einen Solegehäuse und dem Kanal, wobei die Soleleitung mit mindestens einer Solepumpe (38) verbunden ist, um Sole aus dem mindestens einen der Solegehäuse zum Kanal zu befördern; und mindestens ein Frischwassergehäuse (18), in dem Wasser, das entsalzt worden ist, indem es durch mindestens eine der Membranen geleitet wurde, gesammelt und vom Salzwasser getrennt werden kann, wobei das Frischwassergehäuse mit einer Frischwasserpumpe verbunden ist, um entsalztes Wasser aus dem Frischwassergehäuse zu entfernen, mindestens eine Membran und mindestens ein Frischwassergehäuse weit genug unterhalb der Oberfläche des Salzgewässers oder Meerwassers ange ordnet werden können, so dass ein ausreichender Druckunterschied an der Membran vorliegt, damit Wasser durch Umkehrosmose entsalzt und in dem Frischwassergehäuse gesammelt werden kann, und mindestens eine untere Öffnung des Kanals unterhalb mindestens einem der Solegehäuse und einer der Soleleitungen angeordnet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Membranen eines der Solegehäuse so umgibt, dass Wasser, das nicht durch die mindestens eine Membran gelaufen ist und eine erhöhte Salzkonzentration aufweist, aus dem Solegehäuse gesammelt werden kann und von Wasser getrennt werden kann, das eine niedrigere Salzkonzentration aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eines der Solegehäuse und mindestens eine der Soleleitungen oberhalb eines Pegels angeordnet werden können, bei dem Wasser mit einer erhöhten Salzkonzentration in dem Kanal ein Gleichgewicht erreicht.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei jeder Druckkörper nur ein Frischwassergehäuse aufweist, das durch die Außenhaut gebildet ist, und einen Raum zwischen der Außenhaut und den Umkehrosmosevorrichtungen, den internen Soleleitungen und der Solepumpe einnimmt und eine Frischwasserleitung durch die Außenhaut läuft, durch die entsalztes Wasser herausgepumpt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei jede Umkehrosmosevorrichtung von einer wasserdichten Oberfläche (46) umgeben ist und mittels eines Frischwasserrohrs (48) mit einer Frischwasserleitung (32) verbunden ist, die durch die Außenhaut läuft, durch die entsalztes Wasser herausgepumpt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Innenraum (42) jedes Druckkörpers mit einer Entlüftung (44) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanal nur eine einzelne obere Öffnung und nur eine einzelne untere Öffnung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Druckkörper nur eine einzelne Solepumpe aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in das Salzgewässer oder Meerwasser in einer Weise eingetaucht werden kann, in der die Frischwasserpumpe so betrieben werden kann, dass der Wasserdruck in dem mindestens einen Frischwassergehäuse niedriger ist als der Wasserdruck außerhalb der Druckkörper.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in das Salzgewässer oder Meerwasser in einer Weise eingetaucht werden kann, in der die Frischwasserpumpe so betrieben werden kann, dass der Wasserdruck in dem mindestens einen Frischwassergehäuse der Druckkörper dem Druck an der Oberfläche des Salzgewässers oder Meerwassers entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckkörper entfernbar an dem Kanal gehalten werden, wodurch sie zu Wartungszwecken vorübergehend entfernt werden können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanal zylindrisch ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frischwasserpumpe so betrieben werden kann, dass entsalztes Wasser zur weiteren Reinigung hinaus zu einer Wasserbehandlungsanlage geleitet werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vorrichtung bei Gebrauch in einer Strömung angeordnet ist, um Umwelteinwirkungen durch die Abgabe von Sole zu minimieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Kanal ein unteres Ende aufweist, das dafür geeignet ist, auf dem Boden des Salzgewässers oder Meerwassers zu ruhen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Vorrichtung Mittel aufweist, die für die Stützung der Vorrichtung durch Schwimmen geeignet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Vorrichtung für die Stützung auf einer küstennahen Plattform geeignet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Vorrichtung in den Salzgewässer oder Meerwasser benachbart zu einem plötzlichen Höhenabfall des Bodens des Salzgewässers oder Meerwassers eingetaucht werden kann und ein Mittel zum Befördern der Sole über den plötzlichen Höhenabfall umfasst.
Verfahren zum Entsalzen von Meerwasser, das folgende Schritte umfasst: Leiten von Meerwasser durch ein Absperrventil in ein Solegehäuse, das durch eine Membran, durch die Wassermoleküle jedoch keine Natrium- und Chlorionen fließen können, von einem Frischwassergehäuse getrennt ist; Umkehrosmose des Meerwassers durch Aufrechterhalten eines Druckunterschieds an der Membran, indem entsalztes Wasser aus dem Frischwassergehäuse heraus gepumpt wird; Veranlassen, dass das Meerwasser weiterhin in das Solegehäuse fließt, indem der Druckunterschied an dem Absperrventil aufrechterhalten wird, indem Wasser mit einer erhöhten Salzkonzentration aus dem Solegehäuse in einen Kanal gepumpt wird, der eine offene Oberseite oberhalb der Meeresoberfläche und eine offene Unterseite unterhalb der Meeresoberfläche und unterhalb des Solgehäuses aufweist, und Zulassen, dass der Oberflächenpegel des Wassers mit einer erhöhten Salzkonzentration ein Gleichgewicht in dem Kanal unterhalb der Meeresoberfläche und unterhalb des Solegehäuses erreicht, woraufhin der Vorgang des Pumpens von Wasser aus dem Solegehäuse heraus unterbrochen wird und Wasser mittels Schwerkraft aus dem Solegehäuse heraus in den Kanal fließen kann.
Verfahren zum Trennen eines gereinigten Lösemittels von einer Lösung, das folgende Schritte umfasst: Leiten einer Lösung durch ein Absperrventil in ein erstes Gehäuse, das durch eine Membran, durch die ein Lösemittel, jedoch kein gelöster Stoff fließen kann, von einem zweiten Gehäuse getrennt ist; Umkehrosmose der Lösung durch Aufrechterhalten eines Druckunterschieds an der Membran, indem gereinigtes Lösemittel aus dem zweiten Gehäuse heraus gepumpt wird; Veranlassen, dass die Lösung weiterhin in das erste Gehäuse fließt, indem ein Druckunterschied an dem Absperrventil aufrechterhalten wird, indem die Lösung mit einer erhöhten Konzentration an gelösten Stoffen aus dem ersten Gehäuse in einen Kanal gepumpt wird, der eine offene Oberseite oberhalb der Oberfläche der Lösung und eine offene Unterseite unterhalb der Oberfläche der Lösung und unterhalb des ersten Gehäuses aufweist, und Zulassen, dass der Oberflächenpegel der Lösung mit einer erhöhten Konzentration an gelösten Stoffen ein Gleichgewicht in dem Kanal unterhalb der Oberfläche der Lösung und unterhalb des ersten Gehäuses erreicht, woraufhin der Vorgang des Pumpens der Lösung aus dem ersten Gehäuse heraus unterbrochen wird und die Lösung mittels Schwerkraft aus dem ersten Gehäuse heraus in den Kanal fließen kann.