DE1517379B2

DE1517379B2 - Mehrstufiger entspannungsverdampfer

Info

Publication number: DE1517379B2
Application number: DE1964B0076852
Authority: DE
Inventors: Harold Richard Philadelphia Pa. Lawrance (V.StA.)
Original assignee: Aerojet General Corp
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Inc
Priority date: 1963-05-20
Filing date: 1964-05-20
Publication date: 1976-05-20
Also published as: US3197387A; FR1398246A; GB1021569A; DE1517379A1

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer zur Gewinnung von Trinkwasser aus Salz- oder Seewasser, bestehend aus einem zylindrischen, liegend angeordneten Gehäuse, das vorn und hinten durch eine erste bzw. zweite Stirnwand begrenzt ist und ein Verdampfergefäß umschließt, das zwei im Abstand zueinander liegende Seitenwände aufweist, die zwischen der ersten und zweiten Stirnwand verlaufen, wobei zwei Flüssigkeitstrennwände von den im Abstand zueinander liegenden Seitenwänden und von der ersten Stirnwand in der Nähe der Oberseite des Verdampfergefäßes nach der zweiten Stirnwand in der Nähe des Bodenteils des Verdampfergefäßes verlaufen, um Zuleitungskammern ohne Entspannung unter den Flüssigkeitstrennwänden zu bilden, und wobei eine Flüssigkeitsentspannungskammer über den Flüssigkeitstrennwänden Hegt.

Zahlreiche frühere Ausführungsformen und Bauweisen von Entspannungsverdampfern sind bereits geschaffen worden unter Verwendung von verschiedenen Arten von Zuleitungswasservorrichtungen,

d. h. Vorrichtungen, durch die das Seewasser oder eine andere zu destillierende Flüssigkeit in die besondere Verdampferstufe eingeführt wird. Bei allen Entspannungsverdampfern wird selbstverständlich das zu destillierende Medium durch eine Zuleitungswasservorrichtung in eine Kammer eingeführt, die einen inneren Kammerdruck hat, der unter dem Sättigungsdruck der Flüssigkeit bei der besonderen Temperatur der Flüssigkeit liegt, wodurch ein gewisser Teil der Flüssigkeit schnell in die Dampfphase übergeht, wobei dieser Dampf anschließend kondensiert wird, um das gewünschte Destillat zu erzeugen.

Ein derartiger Entspannungsverdampfer ist in der USA.-Patentschrift 3160571 beschrieben. Bei dieser zuletzt erwähnten Bauweise fand der blitzartige Übergang aus der Wasserphase in die Dampfphase statt, wenn die Flüssigkeit von der nächstvorangegangenen Stufe in jede einzelne Stufe überging. Das heißt, die Flüssigkeit dehnte sich von einer Öffnung in der Wand der nächstvorangehenden Stufe in eine weite Kammer hinein aus, wodurch eine Flüssigkeits-Dampf-Mischung geschaffen wurde, die durch ein Verdampfergefäß geführt und durch ein Aggregatbett geleitet wurde, worin die Flüssigkeit von dem Dampf

getrennt wurde. Solch eine Einheit mußte extrem breit gemacht werden, um den Blitzverdampfungsbereich zu vergrößern und damit die Leistung der Verdampfereinheit. Weiterhin war es notwendig, hohe Druckabfälle aufrechtzuerhalten, um die Flüssigkeits-Dampfphase durch die Aggregatbetten zu leiten.

In der deutschen Offenlegungsschrift 1517358 ist weiterhin ein Entspannungsverdampfer beschrieben, bei dem das nicht entspannte Seewasser in einen hohlen Separator gelangt, der an seinem stromoberseitigen Ende an der Wand der Stufe befestigt ist. Dann strömt die Flüssigkeit durch eine Vielzahl von Öffnungen in eine Verdampferkammer. Eine Verdampfung findet statt, nachdem die Flüssigkeit durch die Öffnungen gelangt ist, wobei der nicht verdampfte ¹S Anteil der Flüssigkeit nach unten längs eines gekrümmten Pfades eines Separators strömt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer in der Weise zu verbessern, daß sein Wirkungsgrad erhöht wird, wobei insbesondere die Wärmeverluste über den gesamten Arbeitszyklus verringert werden. Dazu soll insbesondere die Zuleitungsvorrichtung zum Entspannungsverdampfer verbessert werden, die eine maximale Erzeugung von Dämpfen innerhalb jeder Verdampferstufe ermöglicht. Außerdem soll der Schnellverdampfungsbereich vergrößert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sich die im Abstand zueinander liegenden Seitenwände über und unter den Flüssigkeitstrennwänden erstrecken, daß die Zuleitungskammern in Flüssigkeitsverbindung mit dem Inneren des Verdampfergefäßes über die Länge des Verdampfergefäßes stehen, daß das Innere des Verdampfergefäßes in Flüssigkeitsverbindung über die gesamte Länge mit der Entspannungskammer steht, daß die erste Stirnwand Öffnungen aufweist, die unter den Flüssigkeitstrennwänden auf beiden Außenseiten der beiden Wände liegen, daß die zweite Stirnwand Öffnungen über den Flüssigkeitstrennwänden auf beiden äußeren Seiten der Seitenwände aufweist und daß sich die Öffnungen der zweiten Stirnwand nach oben zu einem Punkt unter dem Oberrand der Seitenwände erstrecken.

Nach den weiteren Merkmalen der Erfindung sind über dem Verdampfergefäß Dampfleitflächen derart angeordnet, daß der aufsteigende Dampf seitlich in die Entspannungskammern abgeleitet wird. Die Entspannungskammern stehen über dampfdurchlässige Scheidewände mit dem den Kondensator aufnehmenden Raum in Verbindung. Diese Entspannungskammern sind mit Klappenventilen versehen, durch die der Druck in den Entspannungskammern einstellbar ist. Der Kondensator verläuft im oberen Teil des Gehäuses in Längsrichtung desselben und unter dem Kondensator ist eine Destillat-Sammelmulde angeordnet. Die Destillat-Sammelmulde steht über Ablaufrohre mit einem im unteren Teil des Gehäuses angeordneten Destillat-Sammeltank in Verbindung.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn mehrere Verdampfergefäße abwechselnd mit Räumen angeordnet sind, die durch schräg nach hinten und unten verlaufende Trennwände in untere Zuführungskammern bzw. obere Entspannungskammern unterteilt sind. Die einzelnen, axial aufeinanderfolgenden Stufen stehen über Durchlässe der Stirnwandungen in Verbindung, die jeweils die Entspannungskammer der vorhergehenden Stufe mit der Zuflußkammer der nächstfolgenden Stufe verbinden.

Durch die Erfindung wird es möglich, nur einen relativ kleinen Druckunterschied zwischen aufeinanderfolgenden Stufen vorzusehen, um eine Entspannungsverdampfung zu erzielen, weil die aus Gas und Flüssigkeit bestehende Mischung jeweils infolge der unterschiedlichen spezifischen Gewichte in dem Verdampfergefäß gehoben und anschließend in den Entspannungskammern wieder auf ein niedrigeres Niveau gelangen kann, soweit die Verdampfung noch nicht vollendet ist. Da der Anteil der Entspannungsverdampfung von dem Bereich abhängt, über den die Entspannungsverdampfung erfolgt, kann dieser Bereich einfach dadurch vergrößert werden, daß das Verdampfergefäß und damit die Einzelstufe verlängert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau tritt die Flüssigkeit durch die öffnungen in Zuführungskammern ein. Dann strömt sie um die unteren Ränder der Flüssigkeitstrennwände und in ein Verdampfergefäß unter dem Einfluß des Druckdifferentials zwischen den Stufen ein. Wenn die Flüssigkeit in dem Verdampfergefäß ansteigt, werden die hydrostatischen Wirkungen auf die Flüssigkeit vermindert und die Entspannung beginnt. Die Dichtedifferenz zwischen der Flüssigkeit innerhalb des Verdampfergefäßes und der unverdampften Flüssigkeit, die nach dem Gefäß hin strömt, erzeugt eine unausgeglichene Kraft, die das Druckdifferential für die Strömung beträchtlich ansteigen läßt. Diese Bedingung existiert bei dem erfindungsgemäßen Aufbau an allen Stellen über die gesamte Länge der Stufe, weil die Seitenwände nach unten unter die Flüssigkeitstrennwände vorstehen.

Außerdem wird eine maximale Trennung von unverdampfter Flüssigkeit und Dampf erreicht, weil sich die im Abstand zueinanderliegenden Seitenwände nach oben über die Flüssigkeitstrennwände erstrecken und das Gas-Flüssigkeitsgemisch in dem Verdampfergefäß über die oberen Ränder der Seitenwände ansteigt. Die nicht verdampfte Flüssigkeit tropft nach unten in die auf der oberen Oberfläche der Flüssigkeitstrennwände befindliche Flüssigkeit. Die Dämpfe steigen demgegenüber in den Kondensator auf.

Auch dieser Vorteil kann bei dem Aufbau gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 1517358 nicht erlangt werden, weil dort die unverdampfte Flüssigkeit als Film längs der gekrümmten Oberwand des Separators abfließt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Entspannungsverdampferstufe in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Stufe nach Fig. 1 entlang den Linien 2-2,

Fig. 3 die Stufe nach Fig. 1 im Axialschnitt entlang den Linien 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine der Endwandungen der Verdampferstufe nach F ig. 1 bis 3 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 ein Schema eines vollständigen mehrstufigen Entspannungsverdampfersystems mit den Entspannungsverdampferstufen nach Fig. 1 bis 4,

Fig. 6 eine abweichende Ausführung der erfindungsgemäßen Entspannungsverdampferstufe im Axialschnitt,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht der Stufe nach Fig. 6 entlang den Linien 7-7.

In Fig. 1 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen mehrstufigen Entspannungsverdampfereinheit 10 gezeigt. Die Einheit 10 ist mit einem äußeren zylindrischen Gehäuse 12 versehen, in dem eine Entspannungsverdampferstufe 14 untergebracht ist, die im einzelnen nachstehend beschrieben wird.

Die Entspannungsverdampferstufe 14 liegt zwischen einer Eingangsentspannungsverdampferstufe 16 und einer Ausgangsentspannungsverdampferstufe 18.

Die Stufe 14 wird durch zwei halbkreisförmige Stirnwände 20,22 dargestellt, deren äußerer Umfang direkt an der inneren Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 12 liegt. Die Stirnwände 20 und 22 besitzen Öffnungen, die noch nachstehend erläutert werden. *5

Zwischen jeder der Stirnwände 20 und 22 liegt ein Verdampfergefäß 24, mit im Abstand voneinander liegenden parallelen Seitenwänden 26 und 28, die sich zwischen den Stirnwänden 22 und 20 erstrecken. Die Seitenwände 26 und 28 besitzen Unterkanten 30 und 32, die einen offenen Boden für das Verdampfergefäß 24 bilden und Oberkanten 34 und 36, die eine offene Oberseite für das Verdampfergefäß 24 umgrenzen.

Eine Flüssigkeitstrennwand 38 ist zwischen der Seitenwand 28 und dem Gehäuse 12 angeordnet. Diese Flüssigkeitstrennwand 38 ist eine schräge Oberfläche, die sich von der Oberkante 36 der Seitenwand 28 neben der Stirnwand 20 zur Unterkante 32 der Seitenwand 28 neben der Stirnwand 22 erstreckt. Eine ähnliche Flüssigkeitstrennwand 40 ist zwischen der Seitenwand 26 und dem Gehäuse 12 vorgesehen, die von der Oberkante 34 der Wand 26 neben der Stirnwand 20 zur Unterkante 30 der Wand 26 neben der Stirnwand 22 verläuft.

Die Flüssigkeitstrennwand 38 unterteilt die Stufe 14 in eine erste Zuleitungskammer 42 ohne Entspannungsverdampfung unter der Flüssigkeitstrennwand 38 und eine erste Entspannungskammer 44 über der Trennwand 38. In gleicher Art und Weise trennt die Wand 40 die Stufe 14 in eine zweite Zuleitungskammer 46 ohne Entspannungsverdampfung unter der Trennwand 40 und eine zweite Entspannungskammer 48 über der Trennwand 40. Die Stirnwand 22 weist eine erste öffnung 50 auf, die durch die unterste Kante der Trennwand 38, die Seitenwand 28, das Gehäuse 12 und eine ausgeschnittene Kante 51 parallel zur untersten Kante der Trennwand 38 und senkrecht zur Wand 28 an einem Punkt unter der Oberkante 36 der Wand 28 umgrenzt wird. Eine gleichartige öffnung 50' ist in der Stirnwand 20 und in allen anderen so Stirnwänden in dem mehrstufigen System vorgesehen.

Die Stirnwand 22 weist eine zweite öffnung 52 auf, die von der untersten Kante der Trennwand 40, der Seitenwand 26, dem Gehäuse 12 und einer ausgeschnittenen Kante 53 an der Stirnwand 22 senkrecht zur Seitenwand 26 unter deren Oberkante 34 und parallel zur Unterkante der Trennwand 40 umrissen wird.

Wenn das Flüssigkeitsniveau in den Entspannungskammern 44 und 48 über den Kanten 51 und 53 liegt, wird der Raum über dem Wasser in den Kammern 44 und 48 sowohl von der Eingangsstufe 16 als auch von der Ausgangsstufe 18 getrennt.

Weiterhin ist über dem Verdampfergefäß 24 ein Paar gebogener Dampfleitflächen (Deflektoren) 54 und 56 angeordnet, die so wirken, daß sie die Flüssigkeits-Dampfmischung, die aufwärts durch das Verdampfergefäß 24 gedrückt wird, so abweisen, daß sie frei in die Entspannungskammern 44 und 48 fällt, wobei die mit der Flüssigkeit gemischten Dämpfe von der mitgerissenen Flüssigkeit getrennt werden. Diese Dämpfe werden durch geeignete Scheidewände 58 und 60 (Dampf-Flüssigkeitsseparatoren) geführt, die sich entlang des Verdampfers zwischen den Stirnwänden 20 und 22 erstrecken, und aus Labyrinthmaschen hergestellt sind, die Flüssigkeitströpfchen abfangen und dem Dampf gestatten, zu einer Kondensatorgruppe 62 zu gelangen, die oberhalb der Dampfleitflächen 54 und 56 liegt.

Die Kondensatorgruppe 62 besteht aus Kondensatorröhren 64, durch die Kühlflüssigkeitssalzwasser läuft und um die geeignete Kühlrippen 66 angeordnet sind, auf denen sich die Dämpfe kondensieren. Die kondensierten Dämpfe fallen als Flüssigkeit in eine Destillatsammelmulde 68, direkt unter der Kondensatoreinheit 62, die das Destillat auffängt. Das so aufgefangene Wasser wird durch ein Destillat-Rohr 70 geleitet, aus dem es in einem Vorratstank aufgenommen werden kann.

Die Arbeitsweise einer einzelnen Stufe des mehrstufigen Entspannungsverdampfersystems nach der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:

Zunächst tritt heißes Salzwasser in die Zuleitungskammern 42 und 46 ohne Entspannungsverdampfung durch die öffnungen 50' und 52' in der Stirnplatte 20 aus der vorangegangenen Eingangsstufe 16. Diese Flüssigkeit wurde vorher in der Stufe 16 schnell erhitzt und hat eine hohe Dichte, wenn sie durch die Öffnungen 50' und 52' verläuft. Die Flüssigkeit hoher Dichte verdampft jedoch nicht blitzartig, während sie durch die Stirnwand 20 verläuft, da nur eine geringe Änderung im Bereich zwischen den Kammern 44' und 48' an den unteren Enden der Trennwände 38' und 40' vorhanden ist. Diese heiße flüssige Salzwassermenge fließt unter den Unterkanten 30 und 32 der Seitenwandungen 26 und 28, tritt in das Verdampfergefäß 24 ein und fließt dann aufwärts unter dem Einfluß des Druckunterschiedes, der zwischen den Bereichen des nichtverdampften Salzwassers hoher Dichtigkeit und des verdampften Salzwassers niedriger Dichtigkeit besteht. Während die Flüssigkeit in dem Verdampfergefäß 24 aufwärts steigt, werden die hydrostatischen Einwirkungen auf die Flüssigkeit infolge des leicht niedrigeren Druckes in der Stufe 14 gegenüber der Stufe 16 verringert. Wenn dies geschieht, beginnt das Sieden. Die Dichte der siedenden Flüssigkeitsmischung in dem Verdampfergefäß 24 ist wesentlich geringer als die Dichte des nichtverdampften Wassers, das auf einem Niveau etwa unter den Oberkanten 34' und 36' der vorangegangenen Stufe 16 gehalten wird. Der Dichtigkeitsunterschied zwischen dem Salzwasser, das durch das Verdampfergefäß 24 fließt und der Mischung, die hinzufließt, beeinflußt beträchtlich den Druckunterschied. Die Salzwasser-Dampfmischung in dem Verdampfergefäß 24 wird aufwärts über die Oberkanten 34 und 36 gegen die Dampfleitflächen 54 und 56 gepreßt, um frei in die Entspannungskammern 44 und 48, in denen die Entspannungsverdampfung erfolgt, zu fallen. Während dieses freien Falls sind keine hydrostatischen Auswirkungen auf die Flüssigkeits-Dampfmischung vorhanden, der Dampf kann sich frei von der Flüssigkeit trennen und aufwärts zu den Scheidewänden (Separatoren) 58 und 60 steigen. Der Dampf tritt durch die Scheidewände 58 und 60 zu den gekühlten Kondensatorröhren, um in der Destillatsammelmulde 68 gesammelt zu werden.

Das flüssige Salzwasser fällt zurück zu dem Salzwasser außerhalb des Verdampfergefäßes 24. Diese Flüssigkeit fließt dann in Längsrichtung entlang der Seitenwand 26 durch den größer werdenden Bereich zwischen dem Salzwasserniveau und den schrägen Trennwänden 38 und 40. Während sich die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes entlang des Gehäuses vergrößert, nimmt der durchflossene Bereich zu und der Strom erhält eine im wesentlichen konstante Geschwindigkeit aufrecht. Während die Salzwassermenge durch die öffnung 50 in das Verdampfergefäß der nächst darauffolgenden Ausgangsstufe 18 fließt, wird die Fließgeschwindigkeit im Verhältnis zur Gehäuselänge verringert und der Fließbereich wird durch die Flüssigkeitstrennwände der nächstdarauffolgenden Kammer verringert.

Am Ende der Stufe fließt das Wasser unter dem Einfluß der Schwerkraft durch die Wand 22, die die benachbarten Stufen trennt. Der gesamte Zyklus kann dann nochmals wiederholt werden.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß keine Entspannungsverdampfung eingeleitet wird, während die Flüssigkeit durch die öffnungen 50,52 und 50' in den Stirnwänden 22 und 20 fließt und die Druckverluste durch das Aufrechterhalten einer maximalen Dichte an diesem Punkt auf ein Minimum verringert werden. Während die Flüssigkeit in dem Verdampfergefäß 24 steigt, werden die hydrostatischen Kräfte verringert. Die Flüssigkeit wird demgemäß überhitzt, verdampft blitzartig und verringert dadurch die Dichte, die wiederum schnell den hydrostatischen Druck verringert und dadurch zu einem weiteren Verdampfen führt. Der Entspannungsverdampfungsvorgang ist im wesentlichen vollständig, wenn die Flüssigkeit die Oberkanten 34 und 36 des Verdampfergefäßes 24 erreicht und die hydrostatischen Wirkungen zu bestehen aufhören. So wird die maximal mögliche Wärmefreigabe erreicht.

Durch die Ausnutzung dieser Kaskadenwirkung der Flüssigkeits-Gasmischung in dem Verdampfergefäß ist nur ein kleiner Druckunterschied zwischen jeder Stufe notwendig, um ein Verdampfen zu erzielen. Das wichtige Merkmal ist das Heben der Gas-Flüssigkeitsmischung und ihr Fallen in die Kammern 44 und 48, so daß eine vollkommene Trennung der Flüssigkeit vom Dampf erreicht werden kann. Diese Trennung geschieht, da keine hydrostatische Wirkung auf die Mischung während des freien Falles vorhanden ist. Da die Größe der Entspannungsverdampfung von dem Bereich abhängt, über den die Entspannungsverdampf img erfolgt, kann der Bereich vergrößert werden, indem einfach das Verdampfergefäß 24 verlängert und die Länge der gesamten Stufe 14 vergrößert wird. ^: - ·

Die Betriebsweise der Einheit nach Fig. 1 bis 4 in einem mehrstufigen Entspannungsverdampf ungssystem ist aus der schematischen Darstellung nach Fig. 5 ersichtlich. In Fig. 5 ist das System nach der vorliegenden Erfindung im allgemeinen durch das Bezugszeichen 72 bezeichnet. Dieses System umfaßt dreißig Entspannungsverdampferstufen Sl bis 530, jede im wesentlichen identisch mit der Stufe 14, die in Fig. 1 bis 4 dargestellt ist.

In Fig. 5 ist die Stufe Sl mit einer Zuführungsleitung 74 gezeichnet. Diese Stufe nimmt das zu destillierende Seewasser auf. Dieses Seewasser oder Salzwasser wird durch die Kondensatorröhren 64 geleitet und als Kühlmittel verwendet. Beispielsweise könnte das einströmende Seewasser eine Temperatur von 27° C haben. Die erste Stufe Sl gibt das Salzwasser durch eine Ausgangsleitung 76 bei ungefähr 32,2° C ab, um das Gleichgewicht im System aufrechtzuerhalten. Dies wird nachstehend genauer beschrieben.

Das einströmende Salzwasser wird auch mit Salzwasser gemischt, das bereits in dem Verfahren verwendet wurde, um seine Temperatur auf ungefähr. 37,8° C zu erhöhen, bevor es durch die Kondensatorröhre 64 verläuft. Wenn das Salzwasser aus der Stufe Sl durch die Kondensatorrohre 64 verläuft, läuft es durch die Ausgangsleitung Cl in die Kondensatorrohre 64 der nächsten Stufe S2. Jede Stufe hat ihr eigenes Ausgangskondensaiorrohr. Die Salzlauge in

!5 den Kondensatorrohren 64 nimmt die Hitze auf, die während des Entspannungsverdampfungsverfahrens in jeder Stufe Sl bis S30 freigegeben wird. Dieser Temperaturgewinn beträgt etwa 1,8 bis 2° C. Auf diese Weise wird in dreißig Stufen die Temperatur des Salzwassers in den Leitungen Cl bis C30 von 38° C bis auf ungefähr 93° C erhöht.

Die Ausgangsleitung C30 für die Stufe S30 ist gleichzeitig der Einlaß ß30 für die Zuleitungswasservorrichtung der Stufe S30. In der Stufe S30 wird die Temperatur des Salzwassers in der Leitung ß30 um 6⁰C erhöht, und zwar durch eine Eingangsleitung 78. Um ein thermisches Gleichgewicht für den gesamten mehrstufigen Verdampfer aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, daß die Erhöhung um 6° C, die in der Ietzten Stufe S30 erreicht wird, wieder ausgeglichen wird. Dies erfolgte jedoch bereits durch die Leitung 76, wie vorstehend besprochen wurde. Die Leitung B30 ist für die Flüssigkeit bestimmt, die durch die öffnungen 50' und 52' in der Stirnwand 20 eintritt, unter Berücksichtigung der Stufe S30 als Äquivalent zur Stufe 14 in Fig. 1 bis 4.

Da das Salzwasser, das in die Stufe S30 eintritt; in der Leitung B30 wärmer ist als das Salzwasser, das durch die Kondensatorrohre C29 eintritt, kondensiert der Dampf auf den Kühlrippen 66, um in der Destillatsammelmulde 68 gesammelt zu werden. Es ist klar, daß das Destillat einzeln von jeder Stufe Sl bis S30 abgenommen oder abgeleitet werden könnte in der Weise, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, um seine Wärme in dem System aufrechtzuerhalten und möglichst die Gleichgewichtsbedingungen herzustellen.

Der Salzwasserstrom aus der Stufe S29, der durch die Öffnungen 50 und 52 in der Stirnwand 22 in die nächstfolgende Stufe 18 (S28) fließt, ist mit S28 bezeichnet.

Wenn in Betracht gezogen wird, daß in der Stufe S30 Sättigungsbedingungen herbeigeführt wurden, dann sind in jeder Stufe stromabwärts ebenfalls Sättigungsbedingungen erreicht, wenn das Gleichgewicht in jeder Stufe erzielt wird. Weiterhin wird in dieser Weise der Temperaturunterschied zwischen dem Salzwasser, das durch die Kondensatorrohre 64 verlauf t.und dem Salzwasser, das unter den Flüssigkeitstrennwandungen 38 und 40 eintritt, aufrechterhalten.

Der Strom aus der Ausgangsleitung 76 der Stufe Sl wird mit dem durch die Leitung zufließenden Eingangsstrom vermischt, um die Eingangstemperatur konstant .zu halten. Geeignete Ventile können vorgesehen werden, um die Konzentrationen von Eingangssalzwasser gegenüber dem schnell verdampfenden Salzwasser zu verändern.

Um das System in Betrieb zu setzen, wird die Leitung 76 abgestellt und Salzwasser durch die Leitung

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74 geführt, die das Salzwasser durch die Kondensatorrohre 64 der Stufe 530 leitet. In der Stufe 530 wird dieses Salzwasser beispielsweise durch Dampf erhitzt, der durch die Leitung 78 eintritt, was zu einem Temperaturunterschied führt, während das auslaufende Salzwasser durch die Leitungen B30 bis Bl läuft, unter Anstieg der Temperatur in den Kondensatorröhren Cl bis C30. Der Vorgang wird fortgesetzt, bis die Temperatur in der letzten Stufe 530 das Sättigungsniveau erreicht. Dann wird die Leitung 76 geöffnet, um weitere Erhöhungen des Temperaturniveaus des Systems zu verhüten und die Gleichgewichtsbedingungen aufrechtzuerhalten.

In Fig. 6 und 7 ist ein Tandem-Mehrstufen-Entspannungsverdampfersystem gezeigt, das nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung arbeitet.

Damit der Entspannungsverdampfer nach der vorliegenden Erfindung beim Destillieren von großen Mengen von Seewasser, wie etwa 10 Millionen Gallonen pro Tag, nützlich sein kann, muß seine Leistung so groß sein, daß sie ohne Verlust an Wirkungsgrad noch erhöht werden kann. Da die Leistung von der Menge des Destillats abhängt, das in einem gegebenen Verfahrensstadium erzeugt wird, kann diese Leistung durch eine Vielzahl von Wasserzuführungsvorrichtungen erhöht werden. Dazu gehören auch Verdampfungskammern, wie sie in Fig. 1 bis 4 gezeigt wurden, angeordnet in Tandem-Anordnung.

In Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer solchen Tandemstufe gezeigt, die mit 80 bezeichnet ist. Die Stufe 80 ist von rechteckigem Querschnitt mit senkrechten Seitenwänden 82 und 84, einer Decke 86 und einem Boden 88.

Unterhalb der Decke 86 befindet sich eine Kondensatoreinheit 89 mit einer Vielzahl von Kondensatorrohren 90, die sich über die ganze Länge der Stufe 80 erstrecken. Unmittelbar unter der Kondensatoreinheit 89 befindet sich eine Destillatsammeimulde 92, in deren Mitte ein Destillatrohr 94 angeordnet ist, durch das das Destillat aus der Mulde 92 abwärts in einen Destillatsammeltank 96 fließt, der am Boden 88 angeordnet ist. Der Destillattank 96 ist so lang, daß er die Leitungen 156 und 158 aufnehmen kann, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Die Öffnungen 98 sind in der Nähe des Bodens 88 vorgesehen. Zusätzlich ist hinter jeder Öffnung 98 in der Stromrichtung des destillierten Wassers eine Trennwand 100 vorgesehen, die sich über die ganze Breite der Öffnung 98 erstreckt und etwas höher ist, als die Öffnung 98, um einen richtigen Umlauf des destillierten Wassers entlang der mehrstufigen Einheit zu gewährleisten.

Die Stufe 80 weist eine Vielzahl von Entspannungskammern 101 bis 106 auf, von denen sich jede von der Stirnwand 108 zur Stirnwand 110 erstreckt. Die äußeren Entspannungsverdampfungskammern 101 und 106 weisen Öffnungen 112 und 114 auf. Die Entspannungsverdampfungskammern 102 bis 105 sind so hoch, wie die Entspannungskammern 101 und 106. Die Kammern 102 bis 105 sind mit gleichen Öffnungen 116, 118, 120 und 122 versehen.

Den Kammern 101 bis 106 ist jeweils ein Paar von Dampfleitflächen 124 bis 129 zugeordnet, die sich zwischen den parallelen Seitenwänden der Verdampferkammern erstrecken.

Für jede der Verdampferkammern 101 bis 106 sind Flüssigkeitstrennwände vorgesehen. Die Flüssigkeitstrennwand 130 erstreckt sich von der linken Seitenwand der Kammer 101 zur Seitenwand 84 des Gehäuses 86 in der Längsrichtung dann abwärts zu einer zwischen dem Boden 88 und der Stirnwand 101 gebildeten Kante. Eine zweite Stirnwand 131 ist vorgesehen, die sich zwischen der rechten Seitenwand der Kammer 101 und der linken Seitenwand der Verdampfungskammer 102 zwischen den Stirnwänden 108 und 110, in der vorher besprochenen Weise erstreckt. Eine dritte Flüssigkeitstrennwand 132 erstreckt sich zwischen den Oberkanten der Entspannungskammern 102 und 103 und der Stirnwand 108 geneigt zu den Bodenkanten der Entspannungskammern 102 und 103. Eine weitere Flüssigkeitstrennwand 134 erstreckt sich zwischen den Entspannungskammern 103 und 104 in der Weise, wie unter

^X5 Hinweis auf die Trennwandung 132 besprochen. Das Destillatrohr 94 verläuft durch die Wand 134, wie in Fig. 6 gezeigt. Eine Flüssigkeitstrennwand 135 ist ähnlich der Wandung 132 und erstreckt sich zwischen den Entspannungskammern 105 und 106. Schließlich erstreckt sich die Flüssigkeitstrennwand 137 zwischen der rechten Seitenwandung der Entspannungskammer 106 und der Seitenwand 84 des Gehäuses in der gleichen Weise wie die zuerst erwähnte Trennwand 130.

Die Öffnungen 112, 114, 116, 118, 120 und 122 in den Seitenwänden der Entspannungskammern 101 bis 106 liegen unterhalb der Flüssigkeitstrennwände 131 bis 137. Diese Öffnungen 112, 114, 116, 118, 120 und 122 ersetzen die Öffnung in der Wand des Verdampfergefäßes 24, wie in Fig. 1 bis 4 gezeigt ist. Auf der anderen Seite des Kondensators 89 befinden sich in Längsrichtung angeordnete Separatoren 138 und 140. Diese Separatoren werden benutzt, um die Flüssigkeit vom Dampf zu trennen, bevor sie die Kondensatoreinheit 89 erreicht.

In jeder Entspannungskammer 101 bis 106 ist ein Klappenventil 141 bis 146 vorgesehen, das den Druck in der Verdampfergefäßeinheit regulieren soll. Bei höheren Temperaturen sind die Ventile ganz besonders wichtig, um den Druck zwischen den Stufen zu begrenzen. Bei niedrigeren Temperaturen ist der Druckabfall zwischen den Stufen normalerweise geringer und daher können die Klappenventile bei niedrigeren Temperaturen vollständig offen sein. Die Klappenventile helfen dazu, daß Gleichgewichtsbedingungen beim Prozeßablauf geschaffen werden.

Die Stirnwände 108 und 110 sind mit Öffnungen versehen, und zwar auf ähnliche Weise, wie die Öffnungen 50 und 52, die in den Fig. 1 bis 4 gezeigt sind.

Dies sind die einzigen Öffnungen in der Stirnendwand, mit Ausnahme der Öffnungen 98, die bereits besprochen wurden.

In Fig. 7 ist die Stufe 80, die in Serien mit zwei weiteren Stufen 80' und 80" geschaltet ist, gezeigt.

Um die Länge der Einheit zu begrenzen, können die Stufen, anstatt alle in Linie miteinander ausgerichtet zu sein, in Gruppen angeordnet werden, wie etwa in Gruppen von je drei Stufen (Fig. 7), mit Uberleitungsrohren, die jeweils eine Gruppe mit drei Stufen miteinander verbinden. Beispielsweise ist die Einheit mit drei Gruppen, die in Fig. 7 gezeigt ist, eine von neun anderen Einheiten, die durch ein Eingangs-Kondensatorverbindungsrohr 148 und ein Ausgangs-Kondensatorverbindungsrohr 150 verbunden sind. Das Salzwasser tritt in die Stufe 80 durch eine Leitung 152 ein und verläßt die Stufe mit drei Einheiten durch eine Salzwasser-Ausgangsleitung 154. Ebenso wird der Destillateingang durch die Destillat-

leitung 156 aufgenommen, wobei der Abfluß durch die Destillatleitung 158 erfolgt.

Der Betrieb jeder der Entspannungskammern 101, 105 ist im wesentlichen gleich dem, der vorstehend beschrieben und in F i g. 1 bis 4 dargestellt wurde. Der einzige Unterschied liegt darin, daß das nicht schnell verdampfte Salzwasser durch die Öffnungen 112,114, 116,118,120 und 122 fließt anstatt durch die Bodenöffnung.

Das Destillat in dem Tank 96 hat ein höheres Niveau als die Öffnung 98 neben der Stirnwand. Somit herrschen im Destillattank einer jeden Stufe Druck- und Temperaturbedingungen, die von der nächstvorhergehenden oder nächstfolgenden Stufe getrennt sind. Die Verwendung von Wänden 100 gewährlei-

stet, daß die Flüssigkeit nicht entlang des Bodens 88 fließt, sondern in jedem besonderen Destillattank zum nächsten Destillattank überläuft. Jegliches Destillat verdampft im Tank 96 und die Dämpfe steigen durch das Destillatrohr 94 zum Kondensator 89. Im Kondensator gibt der Destillatdampf Wärme an die Kondensatorschlangen ab und als Flüssigkeit durch das Rohr zum Tank 96 zurück. Das Destillat wird dann nur bei seiner niedrigsten Temperatur im untersten Temperaturstadium aus dem System abgeleitet. Die Destillatwärme geht dem Verdampfer-System nicht verloren, da sie in der oben beschriebenen Weise auf die Kondensatorrohre 90 übertragen wird. Auf diese Weise kann ein wirksamerer Betriebsablauf erreicht

*5 werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer zur Gewinnung von Trinkwasser aus Salz- oder Seewasser, bestehend aus einem zylindrischen, liegend angeordneten Gehäuse, das vorn und hinten durch eine erste bzw. zweite Stirnwand begrenzt ist und ein Verdampfergefäß umschließt, das zwei im Abstand zueinander liegende Seitenwände aufweist, die zwischen der ersten und zweiten Stirnwand verlaufen, wobei zwei Flüssigkeitstrennwände von den im Abstand zueinander liegenden Seitenwänden und von der ersten Stirnwand in der Nähe der Oberseite des Verdampfergefäßes nach der zweiten Stirnwand in der Nähe des Bodenteils des Verdampfergefäßes verlaufen, um Zuleitungskammern ohne Entspannung unter den Flüssigkeitstrennwänden zu bilden, und wobei eine Flüssigkeitsentspannungskammer über den Flüssigkeitstrennwänden liegt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die im Abstand zueinander liegenden Seitenwände (26, 28) über und unter den Flüssigkeitstrennwänden (38, 40) erstrecken, daß die Zuleitungskammern (42, 46) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Inneren des Verdampfergefäßes (24) über die Länge des Verdampfergefäßes (24) stehen, daß das Innere des Verdampfergefäßes (24) in Flüssigkeitsverbindung über die gesamte Länge mit der Entspannungskammer (48) steht, daß die erste Stirnwand (20) Öffnungen (50', 52') aufweist, die unter den Flüssigkeitstrennwänden (38 und 40) auf beiden Außenseiten der beiden Wände (26, 28) liegen, daß die zweite Stirnwand (22) Öffnungen (50,52) über den Flüssigkeitstrennwänden auf beiden äußeren Seiten der Seitenwände aufweist und daß sich die Öffnungen der zweiten Stirnwand nach oben zu einem Punkt unter dem Oberrand der Seitenwände erstrecken.

2. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Verdampfergefäß (24) Dampfleitflächen (54, 56) derart angeordnet sind, daß der aufsteigende Dampf seitlich in die Entspannungskammern (44, 48) abgeleitet wird.

3. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungskammern (44,48) über dampfdurchlässige Scheidewände (58, 60) mit dem den Kondensator (62) aufnehmenden Raum in Verbindung stehen.

4. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungskammern (101 bis 106) mit Klappenventilen (141 bis 146) versehen sind, durch die der Druck in den Entspannungskammern einstellbar ist (Fig. 6).

5. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (62) im oberen Teil des Gehäuses (12) in Längsrichtung desselben verläuft und daß unter dem Kondensator eine Destillat-Sammelmulde (68, 92) angeordnet ist.

6. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Destillat-Sammelmulde (92) über Ablaufrohre (94) mit einem im unteren Teil des Gehäuses an-

geordneten Destillat-Sammeltank (96) in Verbindung steht.

7. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verdampfergefäße (101 bis 106) abwechselnd mit Räumen angeordnet sind, die durch schräg nach hinten und unten verlaufende Trennwände in untere Zuführungskammern bzw. obere Entspannungskammern unterteilt sind.

8. Mehrstufiger Entspannungsverdampfer nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen, axial aufeinanderfolgenden Stufen über Durchlässe (50', 52') der Stirnwandungen in Verbindung stehen, die jeweils die Entspannungskammer der vorhergehenden Stufe mit der Zuflußkammer der nächstfolgenden Stufe verbinden.