DE1258359B - Mehrstufen-Entspannungsverdampfer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C02b

Deutsche Kl.: 85 b - 4

Nummer: 1258 359

Aktenzeichen: R 28727IV a/85 b

Anmeldetag: 13. September 1960

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrstufen-Entspannungsverdampfer zur Gewinnung von destilliertem Wasser aus Salzwasser, insbesondere aus Meerwasser oder Brackwasser (nachfolgend als »Rohwasser« bezeichnet).

Es ist bereits ein Mehrstufen-Entspannungsverdampfer bekanntgeworden, dessen Hauptteile innerhalb eines einzigen Behälters angeordnet sind. Dieser Behälter ist dabei durch parallele, vertikal verlaufende Trennwände in schmale Kammern von konstanter Tiefe unterteilt, die die einzelnen Verdampferstufen bilden und die jeweils in ihrem unteren Bereich einen Verdampfungsabschnitt und im oberen Bereich von eingetragenem Rohwasser durchströmte Rohre in einem Abschnitt für die Brüdenkondensation aufweisen. Die Rohre sind in Serie geschaltet, so daß das Rohwasser der Reihe nach in die einzelnen aufeinanderfolgenden Kondensationsabschnitte gelangt, wobei es sich progressiv erwärmt. Nach dem Austritt aus dem letzten Kondensationsabschnitt wird das solcherart vorgewärmte Rohwasser mit einer äußeren Wärmequelle zusätzlich erhitzt und dann im Gegenstrom zu den Kondensationsabschnitten durch die Verdampfungsabschnitte, die ebenfalls in Serie miteinander verbunden sind, hindurchgeleitet. In den einzelnen Verdampfungsabschnitten findet infolge der eingestellten Druck- und Temperaturbedingungen eine teilweise Verdampfung statt, wobei die entstehenden Brüden an den Rohren der zugeordneten Kondensationsabschnitte kondensieren und dann als Destillat in Auffangschalen (die sich unterhalb der Rohre über einen Teil der Kammertiefe erstrecken) gesammelt werden. Das den letzten Verdampfungsabschnitt verlassende Rohwasser (die sogenannte »Sole«) kann im Kreislauf zurückgeführt oder aber auch verworfen werden.

Der wichtigste Vorteil eines in einem einzigen Behälter untergebrachten Mehrstufen-Entspannungsverdampfers gegenüber einem herkömmlichen Verdampfer mit gesondert aufgebauten Stufen liegt darin, daß nur noch wenige Rohrleitungen für die Verbindung der einzelnen Stufen erforderlich sind und der gesamte Verdampfer im wesentlichen aus einfachen ebenen Platten aufgebaut werden kann mit der Folge, daß die Konstruktion vereinfacht und verbilligt wird. Trotz dieses Vorteils sind aber die Herstellungskosten für den bekannten Verdampfer auch bei hohem Wirkungsgrad, d. h. bei einem verhältnismäßig kleinen äußeren Wärmeeingang für die Erzeugung einer bestimmten Menge Destillat noch so hoch, daß sie selbst bei einer sehr großen Leistung des Verdampfers noch einen beträchtlichen Kostenfaktor bilden. Dieses liegt Mehrstufen-Entspannungsverdampfer

Anmelder:

Richardsons, Westgarth & Co. Limited,

Northumberland Engine Works,

Wallsend, Northumberland (Großbritannien)

Vertreter:

Dr. K. R. Eikenberg, Patentanwalt,

3000 Hannover, Schackstr. 1

Als Erfinder benannt:

Hugh Robert Morten Craig,

Brunton Lane,

Adolf Frankel,

Gosforth, Newcastle-on-Tyne (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 14. September 1959

im wesentlichen daran, daß durch die vertikale Anordnung der Trennwände innerhalb des Behälters verhältnismäßig viele Toträume entstehen, die keinen oder nur einen vernachlässigbaren Beitrag zur Leistung des Verdampfers liefern, sondern lediglich den Raumbedarf und damit auch den Materialaufwand erhöhen. Solche Toträume befinden sich beispielsweise in den Verdampfungsabschnitten unterhalb der Destillatauffangschalen und in den Kondensationsabschnitten neben den Rohwasserrohren.

Mit der Erfindung soll demgegenüber ein Mehrstufen-Entspannungsverdampfer geschaffen werden, der die Vorteile der Unterbringung der einzelnen Stufen bei einfacher und robuster Ausführung mit einer guten Raumausnutzung verbindet.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Mehrstufen-Entspannungsverdampfer zur Gewinnung von destilliertem Wasser aus Salzwasser, insbesondere aus Meerwasser, mit einem Behälter, der durch parallele Trennwände in schmale Kammern von konstanter Tiefe unterteilt ist, wobei jede Kammer im unteren Bereich einen Verdampfungsabschnitt und im oberen Bereich von Rohwasser durchströmte Rohre in einem Abschnitt für die Brüdenkondensation aufweist und der dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens ein Bereich der Trennwände nicht vertikal verläuft und

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daß die schräg verlaufenden Wandbereiche einen verlaufenden Wandbereiche 8 a der Trennwände, so Winkel von 10 bis 45° mit der Vertikalen bilden. daß also jede Kammer 7 eine konstante Tiefe besitzt.

Durch die geneigte Anordnung wenigstens eines Die Brüdenkondensation la der Kammern 7 entBereiches der Trennwände gelingt es in überraschen- hält je einen Satz Rohre 11, die vom Rohwasser der Weise, die unerwünschten Toträume nahezu voll- 5 durchströmt werden. Diese Rohre erstrecken sich mit ständig und ohne Leistungseinbuße zu vermeiden·, in- ihrer Hauptachse rechtwinklig zu den Seitenwänden 4 dem die die Leistung bestimmenden Teile der Ver- und 5 und sind satzweise in Serie geschaltet, so daß dampfungsabschnitte und der zugehörigen Konden- das Rohwasser nacheinander in die Kondensationssationsabschnitte schräg versetzt miteinander »ver- abschnitte aller Kammern 7 gelangt. Im Betrieb wird schachtelt« werden. Dieses führt zu einer erheblichen io dabei das Rohwasser im kalten Zustand in die Rohre Verminderung des Raumbedarfs und insbesondere 11 der ersten Brüdenkondensation, die in der Nähe der Verdampferlänge (z. B. auf weniger als 50% der der Stirnwand 1 liegt, eingeleitet. Beim Durchströmen Länge des bekannten Verdampfers), die mit einer ent- der einzelnen Kondensationsabschnitte erhitzt es sich sprechenden beträchtlichen Materialersparnis verbun- infolge der Brüdenkondensation an den Rohren 11 den ist. 15 progressiv.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nach- Nach dem Austritt aus der letzten, an der Nähe der

folgend in Ausführungsbeispielen an Hand der Zeich- Stirnwand 6 gelegenen Brüdenkondensation wird das nungen näher erläutert. Dabei stellt dar in den Rohren 11 vorgewärmte Rohwasser in den

Fig. 1 schematisch im Schnitt eine erste Ausfüh- ersten Verdampfungsabschnitt, nämlich den neben rungsform eines erfindungsgemäßen Verdampfers, 20 der Stirnwand 6 gelegenen Abschnitt, eingeleitet. Zu-F i g. 2 den Verdampfer gemäß F i g. 1 in teilweise vor durchströmt es jedoch noch einen zusätzlichen gebrochener perspektivischer Darstellung bei vergrö- Wärmetauscher, indem es durch eine äußere Wärmeßertem Maßstab, quelle, beispielsweise durch Heizdampf, auf eine

F i g. 3 schematisch im Schnitt eine zweite Ausfüh- höhere Temperatur gebracht wird, damit eine Temrungsform eines erfindungsgemäßen Verdampfers, 25 periturdifferenz zwischen dem letzten Kondensations-F i g. 4 den Verdampfer gemäß F i g. 2 in teilweise abschnitt und dem ersten Verdampfungsabschnitt entgebrochener perspektivischer Darstellung bei vergrö- steht, die zur Entspannungsverdampfung ausreicht, ßertem Maßstab, Dieser Wärmetauscher kann außerhalb des Behäl-

F i g. 5 schematisch im Schnitt eine weitere Aus- ters 1 liegen, befindet sich aber vorzugsweise in dem führungsform eines erfindungsgemäßen Verdampfers, 30 Raum 20 zwischen der Stirnwand 6 und der nächst-F i g. 6 den Verdampfer gemäß F i g. 5 in teilweise folgenden Trennwand 8.

gebrochener perspektivischer Darstellung bei vergrö- Die Verdampfungsabschnitte 7 δ aller Kammern 7

ßertem Maßstab. sind untereinander durch Öffnungen 9, die am un-

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Mehrstufen- teren Ende der Trennwände 8 angeordnet sind, so Entspannungsverdampfer ist aus sechs rechteckigen 35 verbunden, daß das zur Verdampfung bestimmte, Wandplatten, nämlich einem Boden 3, zwei Seiten- vorgewärmte Rohwasser nacheinander die einzelnen wänden 4 und 5, zwei Stirnwänden 1 und 6 und einer Verdampfungsabschnitte 7 b der Kammern 7 durch-Decke 2 ein geschlossener Verdampferbehälter F ge- strömen kann. Diese Öffnungen 9 können durch eine bildet. Der Innenraum dieses Behälters ist durch oder mehrere Ausnehmungen in den Trennwänden 8 Trennwände 8 in eine Anzahl schmaler Kammern 7 40 oder auch durch einen sich über die gesamte Behälunterteilt, die in Behälterlängsrichtung scheibenartig terbreite erstreckenden Spalt zwischen der unteren aufeinanderfolgen. Jede dieser Kammern weist in Kante der Trennwände 8 und dem Boden 3 gebildet ihrem unteren Teil einen Verdampferabschnitt 7 & sein. In Strömungsrichtung des Rohwassers hinter den und in ihrem oberen Teil einen Abschnitt für die Öffnungen 9, und zwar mit verhältnismäßig geringem Brüdenkondensation Ία auf. 45 Abstand zur jeweils zugeordneten Trennwand 8, ist

Die Trennwände 8 besitzen, wie sich am deut- dabei in jeder Kammer 7 ein Wehr 10 vorgesehen, lichsten aus F i g. 2 ergibt, jeweils zwei Wandbereiche das sich über die gesamte Breite der Kammern er- 8 a und 8& von unterschiedlicher Neigung. Die un- streckt und das eine größere Höhe besitzt als die Öffteren Wandbereiche 8 b sind vertikal angeordnet, nungen 9.

während die oberen Wandbereiche 8 a unter einem 50 Das in den ersten Verdampfungsabschnitt einge-Winkel von weniger als 90° zum Boden 3 geneigt leitete Rohwasser verdampft zum Teil, während der sind. Der Verdampfungsabschnitt Ib der Kammern 7 Rest kaskadenartig durch die Öffnungen 9 und über ist dabei durch den Raum zwischen den unteren die Wehre 10 in den nächsten Verdampfungsab-Wandbereichen 8 b . zweier benachbarter Trenn- schnitt, in dem eine etwas niedrigere Temperatur und wände 8 und der Brüdenkondensation 7 a der Kam- 55 ein etwas niedrigerer Druck herrscht, strömt. Dieses mern 7 durch den Raum zwischen den oberen Wand- geht so lange weiter, bis der letzte, dem ersten Konbereichen 8 α zweier benachbarter Trennwände 8 ge- densationsabschnitt zugeordnete Verdampfungsabbildet. schnitt, erreicht ist. Das in diesem letzten Abschnitt

Der Abstand benachbarter Trennwände 8 am Bo- nicht mehr verdampfte Rohwasser kann zurückgeden 3 des Behälters ist vorzugsweise für alle Kam- 60 leitet oder auch verworfen werden., mern 7 gleich groß, kann aber, wenn es betriebliche Die in den Verdampfungsabschnitten der einzelnen

Umstände erfordern, auch für einzelne Kammern 7 Kammern entwickelten Brüden schlagen sich als unterschiedlich gewählt sein. In jedem Fall jedoch ist Destillat an den Rohren 11 nieder und werden in die Anordnung so getroffen, daß der am Boden 3 des Auffangschalen 17, die unterhalb eines jeden Rohr-Behälters gemessene horizontale Abstand benachbar- 65 satzes angeordnet sind, gesammelt. Das Destillat kann ter Trennwände über die ganze Höhe der Kammern 7 aus jedem Kondensationsabschnitt gesondert abgehinweg unverändert bleibt. Dieses gilt sowohl für die zogen werden. Die Schalen 17 können aber auch in vertikalen Wandbereiche 8 b als auch für die geneigt Serie miteinander verbunden sein, so daß das Destillat

an einem einzigen Punkt abgezogen wird. Im übrigen kann auch ein Zwischenboden, der im wesentlichen parallel zum Boden 3 verläuft, in jeder Kammer in Höhe der Verbindung zwischen den Wandbereichen Sa und 8 b der Trennwände 8 angeordnet sein. Dieser Zwischenboden muß dabei natürlich mit einer geeigneten Öffnung versehen sein, damit die Brüden von dem Verdampfungsabschnitt zum zugeordneten Kondensationsabschnitt aufsteigen können.

Der Entspannungsverdampfer gemäß F i g. 3 und 4 ist dem in F i g. 1 und 2 dargestellten Verdampfer sehr ähnlich aufgebaut, weicht von diesem Verdampfer jedoch darin ab, daß die beiden Wandbereiche 8 a und 8 b — der wiederum einander parallel angeordneten — Trennwände 8 keine unterschiedliche Neigung aufweisen, sondern in einer gemeinsamen, im Winkel von weniger als 90° zur Bodenwand geneigten Ebene liegen.

Auch der Entspannungsverdampfer gemäß F i g. 5 und 6 ist den in F i g. 1 und 2 bzw. 3 und 4 erläuterten Verdampfern sehr ähnlich aufgebaut, besitzt jedoch Trennwände 8, die in drei Wandbereiche 8 a, 8 b und 8 c von unterschiedlicher Neigung unterteilt sind. Dabei bildet der Raum zwischen den unteren, senkrecht zum Boden 3 verlaufenden Bereichen 8 b zweier benachbarter Trennwände 8 den Verdampfungsabschnitt Ib der jeweiligen Kammern 7, während die zugeordnete Brüdenkondensation la durch den Raum zwischen den oberen, ebenfalls senkrecht zum Boden 3 verlaufenden Wandbereichen 8 α und den mittleren, schräg zum Boden 3 verlaufenden Wandbereichen 8 a der benachbarten Trennwände 8 gebildet wird. Die Kondensationsabschnitte der einzelnen Kammern 7 enthalten jeweils vier Sätze Ua bis Ud von Rohren 11 und sind im übrigen, ebenso wie auch die Verdampfungsabschnitte, analog den bereits erläuterten Verdampfern ausgebildet.

In der Darstellung der F i g. 5 und 6 ist im oberen Teil des Raumes zwischen zwei benachbarten Wandbereichen 8 b ein Separator 16 und eine für das Destillat bestimmte Schale 17 untergebracht. Jede der Schalen 17 gibt das Destillat in eine gemeinsame Sammelrinne 18 ab. Falls erforderlich, kann jedoch auch der gesamte Raum zwischen den Wandbereichen 8 b als Verdampfungsabschnitt verwendet werden, wobei dann die jeweiligen Separatoren 16 und Schalen 17 mit in dem Raum zwischen den mittleren Wandbereichen 8 c untergebracht werden müssen.

Die mittleren Wandbereiche 8 c brauchen nicht unbedingt ebene Flächen zu sein, sondern können auch, was durch die strichpunktierte Linie 19 angedeutet ist, zylindrisch gekrümmte Flächen bilden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Separator 16 aufsteigenden Dampfes im wesentlichen konstant bleibt, während sie bei ebener Ausführung der Wandbereiche 8c zunächst ansteigt und dann, wenn der Dampf gerade auf die Rohre 11 auftrifft, wieder abnimmt.

Der Raum zwischen den mittleren Wandbereichen 8c in dem Verdampfer gemäß Fig. 5 und 6, der zur Vergrößerung der Kondensationsabschnitte ausgenutzt ist, nimmt den untersten der in jedem Kondensationsabschnitt enthaltenen vier Sätze 11a bis Hd von den Rohren 11 auf. Auf Grund der Querschnittsform dieses Raumes ist dabei der unterste Rohrsatz mit einer geringeren Zahl von Rohren bestückt als die restlichen Rohrsätze. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Rohrsätze jedes Kondensationsabschnittes parallel geschaltet, können aber auch in Serie geschaltet sein.

Der Winkel, unter dem die nicht vertikalen Bereiche der Trennwände 8 geneigt sind, liegt zwischen und 45°, bezogen auf die Vertikalrichtung.

Die dargestellten und vorangehend beschriebene Verdampfer zeigen aus Gründen der Vereinfachung nur einige wenige Kammern 7. In der Praxis sind im allgemeinen zwanzig und mehr Kammern hintereinandergeschaltet, wobei jede Kammer beispielsweise eine Höhe von etwa 6 m, eine Breite von etwa 8 m und eine Tiefe von etwa 0,5 m aufweisen kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mehrstufen-Entspannungsverdampfer zur Gewinnung von destilliertem Wasser aus Salzwasser, insbesondere aus Meerwasser, mit einem Behälter, der durch parallele Trennwände in schmale Kammern von konstanter Tiefe unterteilt ist, wobei jede Kammer im unteren Bereich einen Verdampfungsabschnitt und im oberen Bereich von Rohwasser durchströmte Rohre in einem Abschnitt für die Brüdenkondensation aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Bereich der Trennwände (8) nicht vertikal verläuft und das die schräg verlaufenden Wandbereiche (8 a bzw. 8 c) einen Winkel von 10 bis 45° mit der Vertikalen bilden.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (8) drei unterschiedlich verlaufende Bereiche enthalten, von denen die unteren und oberen Bereiche (8b und 8 c) senkrecht stehen, während der mittlere Bereich (8 c) geneigt ist.

3. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich (8 c) einer jeden Trennwand (8) eine zylindrisch gekrümmte Fläche (19) sein kann, deren Hauptachse parallel zu den angrenzenden Kanten der oberen und unteren Wandbereiche (8 a und 8 c) verläuft und für alle Trennwände in einer gemeinsamen Horizontalebene liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 686 898;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1052 950.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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