AT505023A4

AT505023A4 - Vorrichtung und verfahren zur umwandlung einer substanz von gasförmiger oder flüssiger phase in flüssige und/oder feste bzw. gasförmige und/oder feste phase

Info

Publication number: AT505023A4
Application number: AT10962007A
Authority: AT
Inventors: Christian Ing Schenk; Martin Haberl
Original assignee: Aulitec Maschinen Und Anlagenb
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2008-10-15
Also published as: AT505023B1; WO2009009811A2; WO2009009811A3

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umwandlung einer Substanz von gasförmiger oder flüssiger Phase in flüssige und/oder feste bzw. gasförmige und/oder feste Phase. Sie ist insbesondere als Dünnschichtverdampfer vorteilhaft anwendbar.
Mit "Substanz" sind im Sinne der vorliegenden Beschreibung ganz allgemein materielle Stoffe und Stoffmischungen zu verstehen, unabhängig von deren chemischen Beschaffenheit, von deren Phasenzustand und im Fall von Mischungen von der Art der Mischung wie z.B.

Lösung, Emulsionen, Suspension etc..
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist am direktesten mit solchen Dünnschichtverdampfern vergleichbar, welche eine umschlossene Verdampferkammer mit rotationssymmetrischer, von aussen her beheizter Mantelfläche mit horizontal liegender Achse und einen konzentrisch darin angeordneten, sich drehendem Rotor aufweisen, welcher Wischer oder ähnliche Bauteile trägt, welche ganz oder annähernd an die Mantelfläche der Verdampferkammer heranragen und an dieser die Flüssigkeit, welche daran zu verdampfen ist, verteilen und auch eingedickte Flüssigkeit abtragen sollen.
Dünnschichtverdampfer dieser Art sind beispielsweise in den Schriften DE 1262224 B, DE 1642911 A, DE 1642912 A, DE 1930221 A, DE 1930902 A1, EP 457833 B1, EP 835679 B1 und EP 914854 B1 gezeigt.
All diese Verdampfer weisen eine Einlassöffnung für die zu behandelnde,

also ganz oder teilweise zu verdampfende Flüssigkeit, eine erste, hoch angeordnete Auslassöffnung für den daraus entstandenen Dampf und eine zweite, tief angeordnete Auslassöffnung für das Konzentrat, also den nicht verdampften Rest der Flüssigkeit - welcher auch pastös oder krümelig sein kann, auf. Die Einlassöffnung befindet sich an einem Ende der Achse des Rotors, die beiden Auslassöffnungen an der gegenüberliegenden Seite.

Damit zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung für das Konzentrat möglichst die ganze Flüssigkeit verdampfen kann ohne dass die Temperatur zerstörerisch hoch gewählt werden muss, und damit durch den Dampf möglichst keine Flüssigkeitströpfchen in dessen Auslassöffnung mitgerissen werden, sind diese Verdampfer relativ lang, d.h. die Achslänge der rotationssymmetrischen Verdampferkammer ist um ein Vielfaches grösser als der Durchmesser.
Seite 1 Bei allen Verdampfern besteht das Problem der Verschmutzung und der Ablagerung von Schichten und Krusten an jenen Flächen, welche mit der zu behandelnden Flüssigkeit in Kontakt kommen, insbesondere natürlich an den Verdampfungsflächen, also jenen Flächen, welche beheizt sind damit an ihnen aufgetragene Flüssigkeit verdampft.

Bei den hier erwähnten Verdampfern betrifft das natürlich die beheizte Innenmantelfläche der Verdampferkammer. Stark betroffen sind aber auch die sich radial von der Rotorwelle nach aussen erstreckenden Teile der Wischer, sowie die Rotorwelle selbst. Alle hier erwähnten bekannten Verdampfer werden mit einer durchgehenden, zweiseitig gelagerte Rotorwelle vorgeschlagen, was auf Grund der Länge der Verdampferkammer sinnvoll ist. Lediglich eine der beiden in der EP 457833 B1 vorgeschlagenen Bauweisen zeigt einen einseitig gelagerten Rotor ohne durchgehende Welle. In diesem Fall ist diese Bauweise deshalb möglich, weil damit nur Lipide behandelt werden, also fettartige Stoffe, welche den Rotor an den Mantelflächen der Verdampferkammer gleitend abstützen.
Die Neigung der erwähnten Verdampfer zum Verschmutzen und Verkrusten führt zu einem hohen Wartungsaufwand.

Verdampfer mit einem Rotor mit vertikaler Achse, neigen nicht so sehr zum Verschmutzen, weisen aber andere Nachteile auf.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, Verdampfer mit einer rotationssymmetrischen Verdampfungsfläche mit zumindest annähernd horizontal ausgerichteter Achse und mit einem sich um diese Achse drehenden Rotor, welcher Wischer oder Schaber, oder ähnliche Bauteile aufweist, welche zumindest annähernd an die Verdampfungsfläche reichen, gegenüber den bekannten Ausführungsformen so umzugestalten, dass der zum Betrieb erforderliche Wartungsaufwand verringert wird.
Zum Erfüllen der Aufgabe wird vorgeschlagen die beheizte Verdampfungsfläche an einem sogenannten Verdampferkörper vorzusehen, welcher starr mit dem die Verdampferkammer umgebenden Gehäuse verbunden ist,

eine vorzugsweise rotationssymmetrische innere Mantelschicht und eine vorzugsweise dazu koaxial und um dem gleichen Achslängenabschnitt angeordnete rotationssymmetrische äussere Mantelschicht aufweist, welche beide in die Verdampferkammer ragen, wobei die äussere Mantelfläche von der Wandung der Verdampferkammer unter Einhaltung eines über den Umfang umlaufenden Abstandsbereiches umfasst wird,
Seite 2 einen zwischen beiden besagten Mantelschichten eingebetteten, beheizbaren Bereich aufweist, sowohl an der äusseren, als auch an der inneren Mantelschicht von wischerund/oder schaberartigen Elementen des Rotors überstrichen wird.

eine in der Verdampferkammer befindliche Stirnfläche aufweist, aufweist, welche die beiden Mantelschichten miteinander verbindet, den durch die innere Mantelschicht umschlossenen Raum aber offen lässt.
Wirkungsweise und Vorteile dieser Bauweise werden an Hand dreier Zeichnungen, welche zwei vorteilhafte Ausführungsformen veranschaulichen, genauer beschrieben. In den Zeichnungen sind aus Gründen der besseren Erkennbarkeit die Wandstärken von flächigen Teilen unverhältnismässig vergrössert dargestellt.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung von Wärmeisolierschichten verzichtet.
Fig. 1 : zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung ohne Anbauteile aber mit zu verdampfender Flüssigkeit in Ruhe in einer Längsschnittansicht auf die vertikale Mittelebene.
Fig. 2: zeigt die Vorrichtung von Fig. 1 in einer Querschnittansicht auf die in Fig. 1 mit "A-A" gekennzeichnete Schnittebene.
Fig. 3: zeigt eine zweite erfindungsgemässe Vorrichtung ohne Anbauteile aber mit zu verdampfender Flüssigkeit in Ruhe in einer Längsschnittansicht auf die vertikale Mittelebene.
Obwohl die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht nur als Verdampfer verwendbar ist, wird sie aus Gründen der Anschaulichkeit im folgenden vorwiegend als Verdampfer beschrieben.

Mit "Verdampferkammer" ist dabei jener Hohlraum gemeint, welcher durch das "Gehäuse 1" umschlossen wird, die zu verdampfende Flüssigkeit 5 enthält und auch den Verdampferkörper 2 zumindest an seinen als Verdampfungsfläche dienenden, beheizbaren Mantelflächen umschliesst.
In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist an der Innenseite der ersten Stirnseite des die Verdampferkammer umschliessenden, als hohler Kreiszylinder ausgebildeten Gehäuses 1 der Verdampferkörper 2 starr befestigt. An der zweiten Stirnseite des Gehäuses ist der Rotor 3 drehbar gelagert gehalten. Der Verdampferkörper 2 ist auch rotationssymmetrisch ausgeführt. Seine Achse 12 - des weiteren "Geräteachse" genannt - fällt in diesem
Seite 3 Beispiel mit der Achse des Gehäuses 1 zusammen. Von aussen betrachtet stellt der Verdampferkörper 2 einen stark ausgeführten Mantel eines Kreiszylinders dar.

Seine Länge ist kürzer als die Länge der Verdampferkammer, d.h. zwischen seiner freien Stirnseite und der zweiten Stirnseite der Verdampferkammer ist ein Abstand. Im normalen Verdampferbetrieb stehen das Gehäuse 1 und der mit diesem starr verbundene Verdampferkörper 2 still. Das Gehäuse 1 ist im Normalfall wärmeisoliert ausgeführt.
Der Rotor 3 erstreckt sich ebenfalls in die Verdampferkammer und zwar auch koaxial zum Verdampferkörper 2. Er erstreckt sich in der Verdampferkammer von der Lagerdurchführung in der Mitte der zweiten Stirnseite des Gehäuses 1 aus mit vier Radialstreben 3.1 sternartig bis nah an die Mantelfläche des Gehäuses 1 radial nach aussen.

Von den Radialstreben 3.1 des Rotors 3 aus erstrecken sich damit starr verbundene, starre Halteleisten 3.2 parallel zu Geräteachse sowohl an der äusseren Mantelschicht 2.1 als auch an der inneren Mantelschicht 2.2 des Verdampferkörpers 2 entlang. Die Halteleisten 3.2 sind dabei in einem Radialabstand zur jeweils nächstliegenden Mantelschicht des Verdampferkörpers angeordnet.

Dieser Radialabstand wird durch Bürstenleisten 4, deren Borsten an den Halteleisten befestigt sind und sich zum Verdampferkörper hin erstrecken, überbrückt.
Die am meisten bevorzugte, hier skizzierte Betriebsweise ist eine diskontinuierliche:
Bei geschlossenem Konzentratablass 7 wird ständig soviel von der zu behandelnden Flüssigkeit 5 über die Einlassöffnung 6 in die Verdampferkammer geleitet, dass der Spiegel des sich im unteren Bereich der Verdampferkammer bildenden Sees knapp über dem unteren Bereich der inneren Mantelschicht 2.2 des Verdampferkörpers 2 gehalten wird. Der Rotor 3 wird maschinell angetrieben und so um die mit dem Gehäuse 1 und dem Verdampferkörper 2 gemeinsame Geräteachse 12 gedreht (gemäss Fig. 2 im Uhrzeigersinn).

Die am Rotor befestigten und durch diesen bewegten Bürstenleisten 4 tauchen in der tiefsten Phase ihrer Rotationsbewegung in den See der Flüssigkeit 5 ein, werden mit Flüssigkeit getränkt und streichen bei ihrer weiteren oberhalb des Sees verlaufenden Bewegung Flüssigkeit 5 auf die über dem See liegenden Bereiche der Mantelschichten 2.1 , 2.2 des Verdampferkörpers 2.

Sie benetzen und reinigen damit diese Mantelschichten.
Die Mantelschichten des Verdampferkörpers 2 sind beheizt, sodass ihre Temperatur den Siedepunkt der aus der Flüssigkeit 5 zu verdampfenden Komponente übersteigt.
Seite 4 Damit wird Flüssigkeit 5, welche auf den Verdampferkörper durch die Bürstenleisten 4 aufgebracht wird, verdampft.
In dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Beispielen erfolgt das Beheizen des Verdampferkörpers 2 vorzugsweise durch heissen Dampf, welcher in den Hohlraum 2.3 durch die Zufuhröffnung 9 eingedrückt wird.

Der Hohlraum 2.3 hat Kreiszylindermantelform und erstreckt sich konzentrisch zu diesen zwischen der äusseren und der inneren Mantelschicht des Verdampferkörpers 2.
Der an den heissen Mantelschichten 2.1, 2.2 des Verdampferkörpers 2 aus der Flüssigkeit 5 entstehende Dampf wird durch die Dampfauslassöffnung 8 aus der Verdampferkammer abgeleitet.

In einer bevorzugten - weil besonders energieeffizienten - Betriebsweise wird er danach - beispielsweise durch Verdichten - etwas weiter erhitzt, über die Zufuhröffnung 9 in den Hohlraum des Verdampferkörpers eingebracht, dort durch Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit 5, welcher über die Wandflächen des Verdampferkörpers stattfindet, abgekühlt, zur Kondensation gebracht und schliesslich als Flüssigkeit über den Kondensatablass 10 wieder aus dem Hohlraum 2.3 entfernt.
Der in der Verdampferkammer befindliche See wird bei diesem Vorgang immer mehr mit nicht verdampfenden Bestandteilen der Flüssigkeit 5 aufkonzentriert. Sobald die Konzentration einen festgelegte Grenze erreicht oder überschritten hat, wird der Flüssigkeitseinlass gestoppt und die aufkonzentrierte Flüssigkeit über den Konzentratablass 7 aus der Verdampferkammer abgelassen.

Als einfaches indirektes Mass für die Konzentration der im See in der Verdampferkammer befindlichen Flüssigkeit 5 kann bei konstant gehaltenem Seespiegel die Menge der zugeführten Flüssigkeit oder des abgelassenen Kondensats herangezogen werden.
In einer leichten Abwandlung dieser Verfahrensweise könnte man bei jedem Arbeitszyklus erst jeweils eine bestimmte Menge Flüssigkeit zuführen, dann verdampfen bis ein eingebauter Füllstandsmesser das Erreichen einer Untergrenze des Flüssigkeitsspiegels feststellt und dann das Konzentrat entfernen.
Da erfindungsgemäss an mindestens zwei zylindermantelförmigen Oberflächen des Verdampferkörpers verdampft wird und nicht wie bei vorbekannten Bauweisen nur an einer, kann die erfindungsgemässe Vorrichtung vergleichsweise kurz gebaut werden.

Da damit die auf den Rotor 3 wirkenden Biegemomente relativ klein bleiben, ist es weder erforderlich, den Rotor an beiden Stirnflächen des Gehäuses 1 zu lagern, noch ihn mit einer
Seite 5 a durchgehenden, entlang der Drehachse verlaufenden Welle auszustatten. Gegenüber dem Stand der Technik entfällt damit ein Oberflächenbereich welcher sehr anfällig für Schmutzansammlungen ist.

Der Rotor braucht also gegenüber dem Stand der Technik weniger oft gereinigt zu werden und auch die einzelnen Reinigungsvorgänge sind vergleichsweise wenig aufwändig..
Die bezüglich Verkrustungen naturgemäss besonders gefährdeten Oberflächen des Verdampferkörpers 2 können im Bedarfsfall vergleichsweise gut gewartet werden da der Verdampferkörper 2 gemeinsam mit jener Stirnfläche des Gehäuses 1 , an der er befestigt ist, von der restlichen Anlage abgenommen werden kann und dann gut transportabel und auch auf Grund seiner relativ kurzen Bauform in allen Bereichen gut zugänglich ist.

Wäre der Rotor 3 - wie bei den vorbekannten Bauformen - an beiden Stirnseiten des Gehäuses gelagert, so wären Demontage und Montage wesentlich aufwändiger.
Da der Verdampferkörper gut von der restlichen Anlage gelöst werden kann, ist es sinnvoll möglich, mehrere, auch zueinander verschiedene Verdampferkörper bereitzuhalten, welche untereinander im Wartungsfall oder in Anpassung an eine geänderte chemische Zusammensetzung der Flüssigkeit 5 rasch ausgetauscht werden können. Es können auch mehrere, koaxial ineinander verschachtelte Verdampferkörper bzw. ein einzelner aus mehreren derartigen Teilen aufgebauter Verdampferkörper vorgesehen werden.
Bei der bisher beschriebenen Betriebsweise steht im Verdampferbetrieb ständig ein Flüssigkeitssee in der Verdampferkammer.

In diesen See tauchen die Bürstenleisten 4 bei jeder Rotorumdrehung ein und werden damit in kurzen zeitlichen Intervallen über ihren ganzen Längsbereich mit Flüssigkeit benetzt. Die Flüssigkeit 5 hat in diesem See über den gesamten Längsbereich der Verdampferkammer weitgehend den gleichen Konzentrationsgrad. Gegenüber vorbekannten Betriebsweisen, bei denen der Konzentrationsgrad der aufgetragenen Flüssigkeit über die Länge der Verdampferkammer vom Einlass zum Auslass hin stark zunimmt, wird auch damit die Verkrustungsanfälligkeit deutlich verringert.
Im Rahmen der Erfindung ist aber auch ein kontinuierlicher Betrieb möglich, bei dem sich kein Flüssigkeitssee am Boden der Verdampferkammer befindet und bei dem sich die Konzentration der Flüssigkeit während ihrer Fortbewegung in axialer Richtung in der Verdampferkammer stark verändert.

Vorteilhafterweise sollte die Bauweise dafür gegenüber den Zeichnungen wie folgt geändert sein:
Seite 6 Die Einlassöffnung für die Flüssigkeit sollte an jener Stirnseite des Gehäuses 1 angebracht werden, an der auch der Verdampferkörper 2 angebracht ist. Die Einlassöffnung sollte dabei in dem durch die innere Mantelschicht 2.2 des Verdampferkörpers umschlossenen Flächenbereich in die Verdampferkammer münden.
Die Bürstenleisten 4 sollten nicht parallel zur Geräteachse 12 der Anlage verlaufen, sondern nach Art eines Schraubengewindes spiralig gebogen. Die Gewindesteigung der an der inneren Mantelschicht Seite 2.2 anliegenden Bürstenleisten sollte dabei umgekehrt sein wie die Gewindesteigung der an der äusseren Mantelschicht 2.1 anliegenden Bürstenleisten.

Durch diese Massnahme wird erreicht, dass bei Drehung des Rotors 3 die noch unverdampfte Flüssigkeit, bzw. das Kondensat wie durch einen Schneckenförderer von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung bewegt wird.
Den Längstransport der Flüssigkeit bzw. des Kondensats kann man auch durch Schwerkraft erreichen. Dazu müssen die beiden Mantelschichten 2.1 und 2.2 des Verdampferkörpers 2 nicht kreiszylindermantelförmig ausgebildet sein, sondern so, dass sich ihr Durchmesser mit der zur Geräteachse 11 parallelen Koordinate ändert.

Mit steigendem Abstand zu jener Stirnseite des Gehäuses, an welcher der Verdampferkörper befestigt ist, sollte sich der Durchmesser des durch die äussere Mantelschicht 2.1 gebildeten Rotationskörpers verringern und der Durchmesser des durch die innere Mantelschicht 2.1 gebildeten Rotationskörpers vergrössern.
In einer einfachen und guten Ausführungsform bilden die Mantelschichten 2.1 und 2.2 zwei koaxial ausgerichtete, auf gleichem Achslängenbereich angeordnete Kegelstumpfmantelflächen mit entgegengesetzt ausgerichteter Mantelsteigung.
Zumindest im unteren Bereich der Verdampferkammer sollte der Spalt zwischen der Mantelfläche des Gehäuses und den Halteleisten 3.2 möglichst gering sein.

Es ist auch möglich, an Stelle der die äusseren Bürstenleisten tragenden, mehreren einzelnen Halteleisten, ein einziges zylindermanterförmiges Halterohr zu verwenden an dessen Mantelinnenseite alle Bürstenleisten 3.2 des äusseren Kranzes befestigt sind.
An weiteren, im Rahmen der Erfindung befindlichen - in bestimmten Anwendungssituationen sinnvollen - Variationen wären noch zu erwähnen:
An Stelle von Bürstenleisten 4 können auch durchgehende Wischerblätter, also Profilleisten, am besten aus einem eher weichelastischen Material, vorgesehen werden.
Seite 7 Die Bürstenleisten 4 bzw. Wischerblätter brauchen nicht unbedingt an den Mantelschichten 2.1 bzw. 2.2 des Verdampferkörpers anliegen.

Bei manchen Zusammensetzungen von Flüssigkeiten kann es auch vorteilhaft sein, wenn sie nur bis auf einen kleinen Abstand daran heranreichen.
Der Rotor 3 kann ergänzend oder alternativ zu Bürstenleisten bzw. Wischerblättern auch mit einem oder mehreren Schabern ausgestattet sein, welche mit ihrer Schabkante an den Mantelschichten 2.1 bzw. 2.2 anliegen und Verkrustungen davon abheben.
Dazu ergänzend oder alternativ kann der Rotor auch mit schöpferartigen Teilen ausgestattet sein, welche mit der Rotorbewegung im unteren Teil der der Verdampferkammer mit Flüssigkeit befüllt werden, und in weiteren oben liegenden Bereichen entleert.
Die mit dem Rotor mitbewegten, bürsten-, Wischer-, oder schaber-, oder schöpferartigen Teile können auch relativ zum Rotor beweglich ausgeführt sein.

Damit kann die Nähe dieser Teile zu den Phasenumwandlungsflächen bzw. ihr Anpressdruck an diese einstellbar werden. Ebenso kann damit einstellbar gemacht werden, wie viel Substanz auf welchen Bereich der Verdampfungsfläche aufgetragen wird.
Um den Fluss in der Verdampferkammer zu beeinflussen, kann die Vorrichtung um eine horizontale, quer zur Geräteachse 12 liegende Achse neigbar ausgeführt sein - wie in den Zeichnungen durch die teleskopierbaren Beine 11.1 angedeutet. Die Geräteachse 12 liegt dann nicht mehr zwangsweise horizontal, sondern kann auch etwas geneigt sein.

Sollte sie so geneigt sein, dass sich die tiefste Stelle des Hohlraums 2.3, in welchem sich Kondensat sammelt, nicht mehr an der Öffnung des Gehäuses für den Kondensatablass befindet, so kann dass Kondensat bei Bedarf dennoch mit einem Schlauch, oder Rohr, welches durch diese Öffnung an die tiefste Stelle ragt, abgesaugt werden.
Für die Verdampferfunktion ist entscheidend wichtig, dass die Mantelschichten 2.1, 2.2 beheizbar sind, wie auch immer das bewerkstelligt wird. Der Bereich zwischen den beiden Mantelschichten 2.1 und 2.2 braucht nicht unbedingt hohl und durch ein Fluid beheizbar sein. Die Heizung kann beispielsweise auch elektrisch mittels eines dort eingebetteten stromdurchflossenen Widerstandsmaterials erfolgen.

Mantelschicht 2.1 und 2.2 können beispielsweise auch aus einem gemeinsamen Vollkörper gebildet sein, in welchen von der Gehäusestirnfläche her spitzwinkelig miteinander verbundene Bohrungen ragen, durch welche ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeträgermedium gepumpt wird.
Seite 8 Der dargestellte Rotor 3 ragt mit einem Wellenzapfen durch eine Stirnseite des Gehäuses 1. Über diesen Wellenzapfen erfolgt die Lagerung des Rotors und der maschinelle Antrieb. Für besonders hohe Dichtheitsanforderungen an die Verdampferkammer kann darauf verzichtet werden, dass die Stirnfläche des Gehäuses durch den Wellenzapfen durchdrungen wird. Der Antrieb kann dann auch elektromotorisch, allerdings nach dem Prinzip eines Magnetrührers, erfolgen.

An der äusseren Seite der betreffenden Stirnseite des Gehäuses wird, beispielsweise mittels einer stromdurchflossenen Dreiphasenwicklung, ein Magnetfeld mit sich parallel zur Ebene der Stirnseite drehender Feldrichtung erzeugt. Die Stirnseite des Gehäuses ist möglichst dünn und aus einem nicht ferromagnetischen Material gebildet.

Der nahe an der inneren Seite der Stirnfläche befindliche Bereich des Rotors 3 ist mit Fixmagneten oder mit ferromagnetischen Teilen versehen, welche durch die Stirnseite hindurch mit dem äusseren Magnetfeld interagieren und dadurch mit dessen Drehbewegung mitgenommen werden.
Natürlich kann die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht nur zum kontrollierten Verdicken von Flüssigkeiten verwendet werden, sondern umgekehrt auch zum kontrollierten Anreichern von Flüssigkeiten mit einer anderen Flüssigkeit durch Zuleitung von entsprechendem Dampf in das durch das Gehäuse 1 umschlossene - bisher als "Verdampferkammer" bezeichnete Volumen, und durch entsprechendes Kühlen der Mantelschichten 2.1, 2.2 des bisher als "Verdampferkörper" bezeichneten Körpers.

Die Mantelschichten 2.1, 2.2 können bei dieser erweiterten Betrachtungsweise als "Phasenumwandlungsflächen" bezeichnet werden, da an ihnen bestimmungsgemäss der Übergang zwischen flüssiger und gasförmiger Phase oder umgekehrt erfolgt. In gleicher Weise kann an diesen Phasenumwandlungsflächen auch ein direkter Übergang eines Stoffes von einer Gasphase in eine feste Phase stattfinden. In diesem Fall müssen an Stelle von Bürstenstreifen 4 oder weichen Wischerblättern feste, eher kantige Schaber verwendet werden, welche die festen Anlagerungen von den Mantelflächen 2.1, 2.2 abschaben.
Der Verdampferkörper 2 braucht nicht nur aus einer einzigen inneren und einer einzigen äusseren Mantelschicht zu bestehen, er kann natürlich aus mehreren derart gebildeten, zueinander koaxial angeordneten Körpern gebildet sein. Damit kann die Bauweise weiter verkürzt werden.

Natürlich ist es auch möglich, wie bei vorbekannten Bauweisen, auch Flächen des Gehäuses beheizbar bzw. kühlbar auszuführen und durch Bürsten, Wischer oder Schaber des Rotors überstreichen zu lassen.
Seite 9 a 9

Die Flüssigkeitszufuhr muss nicht unbedingt durch ein einzelnes Rohr 6 gebildet werden. Es ist beispielsweise auch möglich, die Flüssigkeit über eine Mehrzahl von Sprühöffnungen in die Verdampferkammer zuzuführen, wobei diese Sprühöffnungen über einen weiteren Bereich der Verdampferkammer verteilt angeordnet sein können. Diese Bauweise ist vor allem dann zu empfehlen, wenn kein See von zu verdampfender Flüssigkeit am Boden der Verdampferkammer gebildet werden soll, sondern wenn die eingebrachte Flüssigkeit möglichst unmittelbar verdampfen soll. Die Sprühöffnungen sind dabei vorwiegend oben und/oder seitlich am Gehäuse 1 angebracht.

Es ist aber auch denkbar, sie am Rotor anzubringen und die Flüssigkeit dazu über Leitungen im Rotor heranzubringen.
Da Verdampferkörper 2 und Gehäuse 1 voneinander trennbare Bauteile sind, kann jeder dieser Bauteile bezüglich des Materials aus dem er hergestellt ist und bezüglich einer eventuell auf ihn aufgetragenen Oberflächenbeschichtung besser gezielt optimiert werden als wenn - wie bei den vorbekannten Bauweisen - Gehäuse und Verdampferflächen einstückig vorliegen. Eine Oberflächenbeschichtung soll natürlich gute chemische Beständigkeit und gute Reinigbarkeit, also geringe Haftung für die daran herangebrachten Stoffe aufweisen. Am Verdampferkörper soll sie darüber hinaus besonders gut gleitfähig, temperaturbeständig und kratzbeständig sein.

Der Verdampferkörper ist aus einem möglichst gut wärmeleitenden Material mit hoher chemischer Beständigkeit, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder aus einer speziellen Aluminiumlegierungen herzustellen. Das Gehäuse kann auch aus einem eher wärmeisolierenden, kostengünstigeren Material wie beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt werden.
Die Bauweise gemäss Fig. 3 unterscheidet sich zu jener von Fig. 1 und Fig. 2 in zwei wesentlichen Punkten:
Der Verdampferkörper ist nicht koaxial mit dem Gehäuse 1 angeordnet, sondern etwas unter der Gehäuseachse liegend.

Er könnte auch etwas über der Gehäuseachse angeordnet liegen, damit unter ihm noch eine Heizeinheit Platz findet, mit Hilfe derer der See zu Beginn des Verdampfungsvorganges beheizt werden kann.
Die der Rotorlagerung gegenüberliegende Stirnseite des Verdampferkörpers ist ebenfalls als beheizbare bzw. kühlbare Fläche 2.1.1 ausgeführt, welche durch Bürsten 4 bzw. Wischer oder Schaber die am Rotor befestigt sind überstrichen wird. Der Rotor weist dazu an dem, der Lagerseite abgewandten Ende der sich in Achsrichtung
Seite 10 erstreckenden Halteleisten 3.2 wiederum sich in Radialrichtung erstreckende Halteleisten 3.3 auf, welche die Enden der Halteleisten 3.2 miteinander verbinden und besagte an der Verdampferkörperstirnseite wirkende Bürsten, Wischer oder Schaber tragen.
An weiteren Abwandlungen bzw.

Weiterentwicklungen welche noch im Rahmen der Erfindung liegen und in Einzelfällen vorteilhaft sein können sind noch zu nennen:
Der Rotor braucht nicht zwangsweise kontinuierlich in eine Richtung umdrehend bewegt werden. Er kann auch in einem kleineren, definierten Winkelbereich vor- und zurückgeschwenkt werden. Dabei kann eine Bewegungsrichtung zum Auftragen der zu behandelnden Substanz auf die Phasenumwandlungsfläche dienen und die zweite Bewegungsrichtung zum Abschaben bzw. Reinigen von der Phasenumwandlungsfläche.
Mit "rotationssymmetrische Mantelschicht" war im Verlauf der bisherigen Beschreibung eine geometrische Form zu verstehen, welche man sich auch als die Zusammenfügung all jener Punkte vorstellen kann, welche überstrichen werden, wenn eine gerade oder gebogene Linie um eine einzige, feststehende Achse um mindestens 360[deg.] gedreht wird.

Diese exakte Sicht muss etwas aufgeweicht werden. Die Mantelschichten 2.1 , 2.1 können über den Umfangsverlauf auch radiale Erhöhungen oder Vertiefungen aufweisen. Diese können beispielsweise zum Abstreifen der vom Rotor bewegten Elemente dienen, oder dazu, an bestimmten Stellen eine Feststoffschicht anwachsen zu lassen welche nicht durch die am Rotor befestigten Elemente annähernd kontinuierlich abgetragen werden soll, sondern erst dann in einem separaten Arbeitsgang, wenn sie eine bestimmte Mindeststärke erreicht hat und somit beispielsweise als kompakter, handhabbarer Körper oder als körniges Granulat weiter verwendet werden kann.
In dem Fall, dass der Rotor keine vollständigen Drehbewegungen ausführt, sondern nur begrenzte Schwenkbewegungen, brauchen die Mantelschichten 2.1, 2.2 gar nicht über den Umfang geschlossen zu sein.

Bei ausschliesslich kleinen auszuführenden Schwenkbewegungen genügt es, wenn sie im Querschnitt nur eine Schale und nicht einen Kreis bilden.
Besonders vorteilhafte Wartungsmöglichkeiten können sich ergeben, wenn alle Flansche an der Vorrichtung an einer einzigen Stirnseite des Gehäuses, bevorzugt natürlich an jener, an welcher der Rotor 3 nicht gelagert ist, angeordnet werden.
Seiten

Claims

*** Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Phasenumwandlung von zumindest einem Teil einer Substanz von gasförmiger Phase in flüssige Phase oder von gasförmiger Phase in feste Phase oder von flüssiger Phase in gasförmige Phase oder von flüssiger Phase in feste Phase, wobei die Vorrichtung ein durch ein Gehäuse (1 ) umschlossenes, die umzuwandelnde Substanz enthaltendes Volumen aufweist, sowie einen Rotor (3), welcher in dem umschlossenen Volumen um eine zumindest annähernd horizontale Achse drehbar gelagert ist, sowie eine heiz- oder kühlbare Phasenumwandlungsfläche, welche sich in dem umschlossenen Volumen befindet und starr mit dem Gehäuse verbunden ist, sowie bürsten-, Wischer-, schaber-, schöpfer- oder/und sprüherartige Teile (4), die am Rotor befestigt sind, bei dessen Drehbewegung mit diesem mitgedreht werden und ganz oder fast ganz an die Phasenumwandlungsfläche heranragen,

dadurch gekennzeichnet, dass in dem umschlossenen Volumen ein Heiz-/Kühlkörper (2) angeordnet ist, der bezüglich der Drehachse des Rotors (3) eine näher und zugewandt liegende innere Mantelschicht (2.2) und eine entfernter und abgewandt liegende äussere Mantelschicht (2.1) und zumindest einen zwischen diesen Schichten eingebetteten, beheizbaren oder kühlbaren Bereich (2.3) aufweist, der Heiz-/Kühlkörper (2) mit dem das Volumen umschliessenden Gehäuse (1) starr verbunden ist, um die äussere Mantelschicht (2.1) aussen herum ein radialer Abstand zum Gehäuse (1) besteht, bürsten-, Wischer-, schaber-, schöpfer- oder/und sprüherartige Teile vom Rotor (3) aus an beide Mantelschichten (2.1, 2.2) heranragen und diese fast oder ganz berühren.

1. Vorrichtung zur Phasenumwandlung von zumindest einem Teil einer Substanz von t gasförmiger oder flüssiger Phase in flüssige und/oder feste bzw. gasförmige und/oder feste Phase, wobei die Vorrichtung ein durch ein Gehäuse umschlossenes, die umzuwandelnde Substanz enthaltendes Volumen aufweist, sowie einen Rotor, welcher in dem umschlossenen Volumen um eine zumindest annähernd horizontale Achse drehbar gelagert ist, sowie eine heiz- oder kühlbare Phasenumwandlungsfläche, welche sich in dem umschlossenen Volumen befindet und starr mit dem Gehäuse verbunden ist, sowie bürsten-, Wischer-, schaber-, schöpfer- oder/und sprüherartige Teile, die am Rotor befestigt sind, bei dessen Drehbewegung mit diesem mitgedreht werden und ganz oder fast ganz an die Phasenumwandlungsfläche heranragen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem umschlossenen Volumen ein Körper (2) angeordnet ist,

der bezüglich der Drehachse des Rotors (3) eine näher und zugewandt liegende innere Mantelschicht (2.2) und eine entfernter und abgewandt liegende äussere Mantelschicht (2.1) und zumindest einen zwischen diesen Schichten eingebetteten, beheizbaren oder kühlbaren Bereich (2.3) aufweist, der Körper (2) mit dem das Volumen umschliessenden Gehäuse (1) starr verbunden ist, um die äussere Mantelschicht (2.1 ) aussen herum ein radialer Abstand zum Gehäuse (1) besteht, bürsten-, wischer-, schaber-, schöpfer- oder/und sprüherartige Teile vom Rotor (3) aus an beide Mantelschichten (2.1, 2.2) heranragen und diese fast oder ganz berühren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der einer Lagerung des Rotors (3) zugewandten Stirnseite des Heiz-/Kühlkörpers (2) ein Materi-

Seite 12 albereich die beiden Mantelschichten (2.1, 2.2) miteinander verbindet, den durch die innere Mantelschicht (2.2) umschlossenen Raum aber offen lässt,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der einer Lagerung des Rotors (3) zugewandten Stirnseite des Körpers (2) ein Materialbereich die beiden Mantelschichten (2.1, 2.2) miteinander verbindet, den durch die innere Mantelschicht (2.2) umschlossenen Raum aber offen lässt,

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mantelschichten (2.1, 2.2) geometrisch als Rotationsflächen ausgebildet sind deren Achse mit der Drehachse des Rotors (3) zusammenfällt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mantelschichten (2.1 , 2.2) geometrisch als Rotationsflächen ausgebildet sind deren Achse mit der Drehachse des Rotors, (3) zusammenfällt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heiz-/Kühlkörper (2) am Gehäuse (1) lösbar befestigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2) am Gehäuse (1) lösbar befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) nur an einer Seite des Gehäuses (1 ) drehbar gelagert gehalten ist und dass der Heiz-/Kühlkörper (2) an der gegenüberliegenden Gehäuseseite befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) nur an einer Seite des Gehäuses (1) drehbar gelagert gehalten ist und dass der Körper (2) an der gegenüberliegenden Gehäuseseite befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschichten (2.1, 2.2) Zylindermantelform aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschichten (2.1 , 2.2) Zylindermantelform aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen des durch die äussere Mantelschicht (2.1) gebildeten Rotationskörpers mit steigendem Abstand zu jener Seite des Gehäuses (1), an welcher der Heiz-/Kühlkörper (2) befestigt ist, einen geringer werdenden Durchmesser aufweisen und dass die Querschnittsflächen des durch die innere Mantelschicht (2.2) gebildeten Rotationskörpers mit steigendem Abstand zu jener Seite des Gehäuses (1), an welcher der Heiz-/Kühlkörper (2) befestigt ist einen grösseren werdenden Durchmesser aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen des durch die äussere Mantelschicht (2.1) gebildeten Rotationskörpers mit steigendem Abstand zu jener Seite des Gehäuses (1), an welcher der Körper (2) befestigt ist, einen geringer werdenden Durchmesser aufweisen und dass die Querschnittsflächen des durch die innere Mantelschicht (2.2) gebildeten Rotationskörpers mit steigendem Abstand zu jener Seite des Gehäuses (1), an welcher der Körper (2) befestigt ist einen grösseren werdenden Durchmesser aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschichten (2.1) und (2.2) zwei koaxial ausgerichtete, auf gleichem Achslängenbereich angeordnete Kegelstumpfmantelflächen mit entgegengesetzt ausgerichteter Mantelsteigung sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschichten (2.1 ) und (2.2) zwei koaxial ausgerichtete, auf gleichem Achslängenbereich angeordnete Kegelstumpfmantelflächen mit entgegengesetzt ausgerichteter Mantelsteigung sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Mantelschichten (2.1, 2.2) annähernd oder ganz heranragenden Bereiche der Bürstenleisten (4) bzw. Wischerblätter bzw. Schaber bzw. Sprüher nach Art eines Schraubengewindes spiralig gebogen sind, wobei die an die inneren Mantelschicht (2.2) heranragenden derartigen Bereiche eine entgegengesetzte

Seite 13 Gewindesteigung aufweisen wie die an die äussere Mantelschicht (2.1) heranragenden derartigen Bereiche.

9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Mantelschichten (2.1, 2.2) annähernd oder ganz heranragenden Bereiche der Bürstenleisten (4) bzw. Wischerblätter bzw. Schaber bzw. Sprüher nach Art eines Schraubengewindes spiralig gebogen sind, wobei die an die inneren Mantelschicht (2.2) heranragenden derartigen Bereiche eine entgegengesetzte Gewindesteigung aufweisen wie die an die äussere Mantelschicht (2.1) heranragenden derartigen Bereiche.

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10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (1) und Heiz-/Kühlkörper (2) aus verschiedenem Grundmaterial bestehen.

10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (1) und Verdampferkörper (2) aus verschiedenem Grundmaterial bestehen.

11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (1) und Heiz-/Kühlkörper (2) an jenen Flächen, welche dem durch das Gehäuse umschlossenen Raum zugewandt sind, beschichtet sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (1) und Verdampferkörper (2) an jenen Flächen, welche dem durch das Gehäuse umschlossenen Raum zugewandt sind, beschichtet sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie um eine zur Drehachse des Rotors (3) normal liegende, horizontale Achse schwenkbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stirnseite des Heiz-/Kühlkörpers (2) auch als beheizbare oder kühlbare Fläche ausgeführt ist und dass ein bürsten-, Wischer-, schaber-, schöpfer- oder/und sprüherartiger Teil, welcher am Rotor befestigt ist, an sie heranreicht.

13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stirnseite des Körpers (2) auch als beheizbare oder kühlbare Fläche ausgeführt ist und dass ein bürsten-, Wischer-, schaber-, schöpferoder/und sprüherartiger Teil, welcher am Rotor befestigt ist, an sie heranreicht.

14. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Heiz-/Kühlkörper (2), welche jeweils durch eine innere Mantelschicht (2.2) und einer äusseren Mantelschicht (2.1) begrenzt sind und durch bürsten-, Wischer-, schaber-, schöpfer- oder/und sprüherartige Teile überstrichen werden, koaxial ineinander angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Körper, welche jeweils durch eine innere Mantelschicht (2.2) und einer äusseren Mantelschicht (2.1) begrenzt sind und durch bürsten-, Wischer-, schaber-, schöpfer- oder/und sprüherartige Teile überstrichen werden, koaxial ineinander angeordnet sind.

15. Verfahren zur Umwandlung von zumindest einem Teil einer Substanz von gasförmiger Phase in flüssige Phase oder von gasförmiger Phase in feste Phase oder von flüssiger Phase in gasförmige Phase oder von flüssiger Phase in feste Phase, wobei eine Vorrichtung verwendet wird, welche ein durch ein Gehäuse (1) umschlossenes, flüssige und/oder gasförmige und/oder feste Phase enthaltendes Volumen aufweist, sowie einen Rotor (3), welcher in dem umschlossenen Volumen um eine zumindest annähernd horizontale Achse in Drehung gehalten wird, sowie eine heiz- oder kühlbare Phasenumwandlungsfläche, welche sich in dem umschlossenen Volumen befindet, mit dem Gehäuse starr verbunden ist, sich

Seite 14 bezüglich der Drehachse der Rotors aus einer weiter entfernt und abgewandt liegenden äusseren Mantelschicht und einer näher und zugewandt liegenden inneren Mantelschicht zusammensetzt, wobei die Vorrichtung weiters bürsten-, Wischer-, schaber-, schöpfer- oder/und sprüherartige Teile (4) aufweist, die mit dem Rotor verbunden sind, mit diesem mitgedreht werden und ganz oder fast ganz an die Phasenumwandlungsfläche heranragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschichten (2.1, 2.2) auf eine Temperatur beheizt bzw. gekühlt werden, welche je nach Richtung der beabsichtigten Phasenumwandlung über bzw. unter der jeweiligen Phasenumwandlungstemperatur liegt.

15. Verfahren zur Umwandlung einer Substanz von gasförmiger oder flüssiger Phase in flüssige und/oder feste bzw. gasförmige und/oder feste Phase, wobei eine Vorrichtung verwendet wird, welche ein durch ein Gehäuse umschlossenes, flüssige und/oder gasförmige und/oder feste Phase enthaltendes Volumen aufweist, sowie einen Rotor, welcher in dem umschlossenen Volumen um eine zumindest annähernd horizontale Achse in Drehung gehalten wird, sowie eine heiz- oder kühlbare Phasenumwandlungsfläche, welche sich in dem umschlossenen Volumen befindet, mit dem Gehäuse starr verbunden ist, sich bezüglich der Drehachse der Rotors aus einer weiter entfernt und abgewandt liegenden äusseren Mantelschicht und einer näher und zugewandt liegenden inneren Mantelschicht zusammensetzt, wobei die Vorrichtung weiters

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16.

- bürsten-, Wischer-, schaber-, schöpfer- oder/und sprüherartige Teile aufweist, die mit dem Rotor verbunden sind, mit diesem mitgedreht werden und ganz oder fast ganz an die Phasenumwandlungsfläche heranragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschichten (2.1, 2.2) auf eine Temperatur beheizt bzw. gekühlt werden, welche je nach Richtung der beabsichtigten Phasenumwandlung über bzw. unter der jeweiligen Phasenumwandlungstemperatur liegt.

Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Teil des durch das Gehäuse (1) umschlossenen Volumens durch Steuerung des Zuflusses und des Abflusses ein See von Flüssigkeit (5) gebildet wird, dessen Spiegel knapp über dem unteren Bereich der inneren Mantelschicht (2.2) liegt und dass die Mantelschichten (2.1 , 2.2) über den Siedepunkt der Flüssigkeit (5) erhitzt werden.

Seite 15 Patentansprüche

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Teil des durch das Gehäuse (1 ) umschlossenen Volumens durch Steuerung des Zuflusses und des Abflusses ein See von Flüssigkeit (5) gebildet wird, dessen Spiegel knapp über dem unteren Bereich der inneren Mantelschicht (2.2) liegt und dass die Mantelschichten (2.1 , 2.2) über den Siedepunkt der Flüssigkeit (5) erhitzt werden.

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