DE1601225B2

DE1601225B2 - Plattenverdampfer

Info

Publication number: DE1601225B2
Application number: DE19671601225
Authority: DE
Priority date: 1966-10-19
Filing date: 1967-10-19
Publication date: 1972-06-15
Also published as: US3493040A; DE1601225A1; DE1601225C3; GB1199154A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer zum Verdampfen einer Flüssigkeit mit Hilfe von Heizdampf mit mindestens einem Paar von senkrecht angeordneten, in Abstand zueinander liegenden parallelen Platten, die zusammen jeweils einen Verdampfungskanal begrenzen. Verdampfer dieser Gattung werden vor allem bei Destillieranlagen für das Entsalzen von Meerwasser verwendet.
Es ist bereits ein Verdampfer dieser Gattung bekanntgeworden, bei dem die nebeneinanderliegenden Platten voneinander getrennte Zwischenräume bilden. Jedem zweiten Zwischenraum wird dabei die zu verdampfende Flüssigkeit zugeführt, während den dazwischenliegenden Zwischenräumen Dampf zugeleitet wird, dessen Temperatur höher ist als die Temperatur der Flüssigkeit, so daß er unter Wärmeabgabe kondensiert. Bei diesem bekannten Verdampfer sind die Zwischenräume hermetisch gegeneinander abgedichtet, was mit Hilfe mehrerer Dichtungen erreicht wird, und die Verdampfung der zu verdampfenden Flüssigkeit findet nur im Bereich dieser Zwischenräume statt. Da bei diesem Verdampfer mehrere Durchlaßöffnungen vorgesehen sind, die wahlweise als Einlaß oder Auslaß dienen sollen, ist die Zahl der verwendeten Dichtungen sehr hoch. Der Verdampfer erfüllt seinen Zweck nur, wenn die Dichtungen in Ordnung sind; eine Zerstörung der Dichtungen, z. B.

durch Verspröden, führt zu einer Vermischung der beiden Medienströme und damit zum Unbrauchbarwerden der Anlage. Darüber hinaus ist bei diesem bekannten Verdampfer auch kein Druckausgleich zwischen den beiden Medien möglich. Aus diesen Gründen läßt der Wirkungsgrad der bekannten Anlage zu wünschen übrig.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdampfer der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, der bei wesentlich erhöhtem Wirkungsgrad und nur wenigen Dichtungen trotz eines einfachen Aufbaues eine einwandfreie hochgradige Verdampfung der zu verdampfenden Flüssigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verdampfer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß jede Platte in einen oberen Abschnitt, einen Mittelabschnitt und einen unteren Abschnitt unterteilt ist, wobei die mittleren Abschnitte gemeinsam * den zentralen Verdampfungskanal bilden, während die oberen Abschnitte nach innen und aufeinander zu gebogen sind und hierbei gemeinsam eine die zu verdampfende Flüssigkeit aufnehmende und in Richtung auf den zentralen Verdampfungskanal öffnende Druckverringerungsöffnung bilden und die unteren Abschnitte nach außen umgebogen sind und auf diese Weise Heizräume bilden, daß Unterteilwände vorgesehen sind, die sich jeweils in einen der Heizräume erstrecken und hierbei zusammen mit den Wänden dieses Heizraumes diesen U-förmig gestalten, derart, daß mit dem Mittelabschnitt der Platte ein Bereich für den Heizdampf gebildet wird, und daß weiter Dichtungsmittel vorgesehen sind, die nachgiebig an den Seitenkanten der Platten und Unterteilwände angreifen, so daß die Unterteilwände zusammen mit einer bestimmten Menge des Heizdampfkondensats in jedem U-Schenkel jeweils den Heizraum in eine erste Druckzone verhältnismäßig hohen Druckes, die den Bereich für den Heizdampf umfaßt, und eine zweite Druckzone verhältnismäßig niedrigen Druckes unterteilen, zu der auch der zentrale Verdampfungskanal gehört, derart, daß das Heizdampfkondensat infolge des Druckunterschiedes zwischen den beiden Zonen vom Heizraum zu einem hinter dem unteren Abschnitt gelegenen Auslaßkanal überströmt.

Auf diese Weise wird also ein Verdampfer geschaffen, bei dem Bereiche hohen Druckes mit Bereichen niedrigen Druckes abwechseln und bei dem ein Druckausgleich zwischen der zu verdampfenden Flüssigkeit und dem Heizdampf möglich ist.

Es können mehrere der Verdampfer in Reihe übereinander miteinander verbunden sein. In diesem Falle ist die Anordnung so getroffen, daß die nichtverdampfte Restflüssigkeit aus dem benachbarten oberen Verdampfer durch die Druckverringerungsöffnung bzw. -öffnungen des unteren Verdampfers strömt, während der Dampf der Flüssigkeit und Heizdampfkondensat vom oberen Verdampfer zum Heizdampfbereich des unteren Verdampfers strömen.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verdampfers gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, die Bezug auf die Zeichnung nimmt, hervor.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine der zur Bildung des zentralen Verdampfungskanals paarweise zusammengesetzten Platten in einer Seitenansicht im Schnitt,

F i g. 2 die Anordnung nach F i g. 1 in einer Ansicht gemäß Pfeil A der Fig. 1,

F i g. 3 die Anordnung nach F i g. 2 in einem Schnitt gemäß der Linie B-B der F i g. 2,

Fig. 4 eine mit den in Fig. 1 bis 3 dargestellten Platten gebildete Verdampfereinheit in einer Vorderansicht,

F i g. 5 die Anordnung nach F i g. 4 in einer Draufsicht, wobei einige Teile der Klarheit wegen weggelassen worden sind und

F i g. 6 die erfindungsgemäße Verdampfereinheit in einem Horizontalschnitt in größerem Maßstab in Teildarstellung, um eine Abdichtungsmembran in ihren Einzelheiten darzustellen.

Die in F i g. 4 und 5 gezeigte Verdampfereinheit enthält ein Gehäuse 20, das Einlaßöffnungen 30 an der Oberseite und Auslaßöffnungen 31 an der Unterseite besitzt. An zwei einander gegenüberliegenden Seiten ist das Gehäuse 20 durch Seitenplatten 22 abgeschlossen, während es an den anderen einander gegenüberliegenden Seiten durch nachgiebige Seitenwände 21 aus Gummi abgeschlossen ist (die in F i g. 4 weggelassen worden sind, damit das Innere des Gehäuses klarer dargestellt werden konnte).

Innerhalb des Gehäuses 20 ist eine Mehrzahl von Paaren von im wesentlichen senkrecht angeordneten parallelen Platten 10 angeordnet, wobei jede Platte eines Plattenpaares das Spiegelbild der anderen Platte darstellt. Die Form der Platten 10 ist im einzelnen in F i g. 1 bis 3 dargestellt. Jede Platte 10 enthält einen Mittelabschnitt 10 a, einen oberen Abschnitt 10 b, der nach unten nach der einen Seite des Mittelabschnittes 10 α umgelegt oder umgebogen ist, und einen unteren Abschnitt 10 c der nach oben nach der dem oberen Abschnitt 10 b abgewandten Seite umgebogen ist. Der Mittelabschnitt 10 a ist, wie dargestellt, abgekröpft, so daß die obere Partie gegenüber der Hauptpartie dieses Abschnittes versetzt ist, derart, daß sie im wesentlichen oberhalb des nach oben gebogenen unteren Abschnittes 10 c liegt.

Der obere Abschnitt 10 b ist so geformt, daß er einen Teil 11, der vom oberen Teil des Mittelabschnittes 10 α weg schräg nach unten gerichtet ist, weiterhin einen mittleren Teil 12, der steiler nach unten geneigt ist, und schließlich einen Teil 13 enthält, der nach unten und wieder nach innen zum oberen Teil des mittleren Abschnittes 10 a hin gerichtet ist.

Der untere Abschnitt 10 c erstreckt sich nach oben fast bis zum abgekröpften Teil des Mittelabschnittes 10 a, wobei der Mittelabschnitt 10 a und der untere Abschnitt 10 c parallel und in Abstand zueinander angeordnet sind. An der Stelle jedoch, an welcher der untere Abschnitt 10 c mit dem Mittel abschnitt 10 a einstückig verbunden ist, ist ein Bereich 14 in Gestalt eines umgekehrten V gebildet.

Der Mittelabschnitt 10 α mit Ausnahme seines abgekröpften Teiles und der untere Abschnitt 10 c mit Ausnahme des Bereichs 14 in Gestalt eines umgekehrten V sind mit abwechselnd nach innen und nach außen gerichteten Vertiefungen 16 ausgebildet, die aus der Platte herausgepreßt sind. Wie aus Fig. 1 und 3 zu erkennen ist, ist die Höhe dieser Vertiefungen 16 so gewählt, daß die Vertiefungen 16 am Hauptteil des nach oben gebogenen unteren Abschnittes 10 c nicht den Mittelabschnitt 10 α der Platte berühren und umgekehrt. Diese Vertiefungen 16 dienen dazu, die Plätten 10 in Abstand zueinander

zu halten, und haben weiterhin die Aufgabe, Unterteilwände 18 in ihrer Lage festzulegen, die mit dem Plattenpaar 10 zusammenwirken.

Wie aus F i g. 4 zu erkennen ist, sind die Platten 10 paarweise einander zugeordnet, wobei die oberen Abschnitte 10 b jedes Paares einander gegenüberliegen und aufeinander zu gerichtet sind. Das Gehäuse 20 ist mit einem Paar von nachgiebigen Membranen 22 α an den Seitenplatten 22 versehen, die so angeordnet sind, daß sie an den äußersten Platten 10 jeweils in der Nachbarschaft des oberen Abschnittes 10 b dieser Platten angreifen. Die Membranen 22 a können auf diese Weise einen veränderlichen Klemmdruck auf die Platten 10 ausüben, wobei nicht dargestellte Mittel vorgesehen sind, die dazu dienen, Druckluft zu den Räumen zwischen den Membranen 22 α und den Seitenplatten 22 zu führen. Der Klemmdruck, der von den Membranen ausgeübt wird, bestimmt den Abstand zwischen den mittleren Teilen 12 der benachbarten Platten 10 oder den gegenseitigen Anpreßdruck dieser Platten.

Es ergibt sich hieraus, daß die oberen Abschnitte 10 b der Platten gemeinsam Kanäle bilden, die zu dem Raum zwischen jedem Plattenpaar führen. Jeder dieser Kanäle enthält einen oberen nach unten konvergierenden Abschnitt, der durch die oberen Teile 11 begrenzt wird und der zu einer Druckverringerungsöffnung führt, die durch die mittleren Teile 12 gebildet wird, die ihrerseits zu einem unteren, nach unten divergierenden Abschnitt führen, der durch die unteren Teile 13 begrenzt wird. Der obere Abschnitt dient als Vorratsbehälter für die zu verdampfende Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit kann durch die Einlaßöffnungen 30 über Einlaßleitungen zugeführt werden, die nicht weiter dargestellt und unmittelbar oberhalb der Vorratsbehälter vorgesehen sind.

Die Unterteilwände 18 enthalten jeweils ein Paar von senkrechten, zueinander parallelen Plattenabschnitten 19, die an ihren oberen Enden durch ein Zwischenstück fest bzw. einstückig miteinander verbunden sind. Die Plattenabschnitte 19 sind innerhalb der Heizräume 15 angeordnet, die von den entsprechenden Mittelabschnitten 10 α und den unteren Abschnitten 10 c der Platten 10 gebildet werden. Die Zwischenstücke der Unterteilwände 18 liegen an den oberen Kanten der nach oben gerichteten unteren Abschnitte 10 c an, während die unteren Kanten der Plattenabschnitte 19 in Abstand und oberhalb des Bereichs 14 in Gestalt eines umgekehrten V angeordnet sind. Die oberen Kanten der nach oben gebogenen unteren Abschnitte 10 c der Platten 10 sind in der Nähe der Seiten dieser Platten ausgenommen wie in F i g. 2 bei 10 d dargestellt ist.

Mit den äußersten Platten 10 sind weiterhin Unterteil wände 18 α verbunden von denen jede einen einzigen sich nach unten erstreckenden Plattenabschnitt 19 besitzt, der sich jeweils in den äußersten Heizraum 15 erstreckt.

Jedes Plattenpaar 10 begrenzt einen Verdampfungskanal 32, der von den Hauptpartien der Mittelabschnitte 10 a gebildet wird. Die zu verdampfende Flüssigkeit wird ihm durch die Druckverringerungsöffnung zugeführt, die von den mittleren Teilen 12 gebildet wird. Die Platten 10 begrenzen im Zusammenwirken mit den Unterteilwänden 18, 18 α, Heizdampfbereiche 33, die jeweils zwischen dem Hauptteil des Mittelabschnittes 10 a jeder Platte 10 und dem benachbarten Plattenabschnitt 19 der Unterteilwand 18 sich erstrecken.

Der Verdampfereinheit wird Dampf durch die Einlaßöffnungen 30 zugeführt, der durch die Spalte 34 zwischen den Plattenpaaren 10 am oberen Ende dieser Platten hindurchgeht und dann in die Heizdampfbereiche 33 einströmt. Dieser Dampf gibt Wärme ab, um die Flüssigkeit zu verdampfen, die durch die unter geringerem Druck stehenden Verdampfungskanäle 32 rieselt. Infolge des Wärmeübergangs kondensiert ein Teil des Dampfes und sammelt sich im Heizraum 15 jeder Platte 10.

Dieses Kondensat in den Heizräumen 15 unterteilt die Einheit in eine Hochdruckzone und eine Niederdruckzone, da die Höhen des Kondensats im Heizraum an gegenüberliegenden Seiten des Plattenabschnittes 19 verschieden sind. Auf diese Weise wird der Druck des Dampfes in den Heizdampfbereichen 33 bestrebt sein, das angesammelte Kondensat nach unten und weiter nach oben in die äußeren Kanäle 35 zu drücken, die von den Plattenabschnitten 19 und den nach oben gerichteten unteren Abschnitten 10 c begrenzt werden. Schließlich wird das Kondensat durch die Ausnehmungen oder Öffnungen 10 d an den oberen Enden der Abschnitte 10 c überfließen und durch die Auslaßkanäle 36 nach unten fließen, wobei hierdurch gleichzeitig der maximale Druckunterschied, der in der Einheit quer durch die Einheit hindurch bestehen kann, begrenzt wird.

An ihren unteren Enden führen die Verdampfungskanäle 32 und die Auslaßkanäle 36 in einen Raum 37 oberhalb der Auslaßöffnungen 31. Hierdurch wird ermöglicht, daß der überschüssige Wasserdampf einer solchen Einheit zusammen mit dem Dampf von den Verdampfungskanälen 32 zu den wärmeabgebenden Abschnitten einer anderen ähnlichen Einheit fließt, die unmittelbar unterhalb der gerade beschriebenen Einheit liegt. Diese untere Einheit ist so angeordnet, daß nichtverdampfte Flüssigkeitsreste aus den Verdampfungskanälen 32 der oberen Einheit in die Vorratsbehälter gelangen, die durch die oberen Teile 11 der Platten 10 der nächstliegenden unteren Einheit gebildet werden. In ähnlicher Weise wird Kondensat, das von den äußeren Kanälen 35 der oberen Einheit überfließt, durch die Auslaßöffnungen 31 dieser Einheit und die Einlaßöffnungen 30 der benachbarten unteren Einheit in die wärmeabgebenden Abschnitte dieser Einheit fließen. Es ist zu erkennen, daß die Auslaßkanäle 36 senkrecht unterhalb der Spalte 34 an den oberen Enden der Platten 10 angeordnet sind, so daß, wenn zwei Einheiten übereinanderliegend und auch einander genau gegenüberliegend angeordnet sind, das Kondensat, das von den Auslaßkanälen 36 kommt, durch die Spalte 34 der darunterliegenden nächsten Einheit fließen wird.

Der Druck des Mediums in den wärmeabgebenden Abschnitten der unteren Einheit ist auf diese Weise derselbe wie der Druck in den wärmeaufnehmenden Abschnitten der oberen Einheit, jedoch ist der wärmeabgebende Abschnitt der oberen Einheit unter einem größeren Druck, während der wärmeaufnehmende Abschnitt der unteren Einheit sich unter einem niedrigeren Druck befindet. Die erforderlichen Druckunterschiede werden durch die Höhe der Kondensatsäule aufrechterhalten, die in den äußeren Kanälen 35 enthalten ist. Es ist zu erkennen, daß der Heizraum 15 durch die Plattenabschnitte 19 in au-

ßere und innere Schenkel unterteilt wird, die jeweils den Heizdampfbereich 33 und den äußeren Kanal 35 enthalten. Auf diese Weise machen es die beiden Schenkel des unterteilten Kanals möglich, daß dieser in der Art eines U-Rohr-Manometers wirkt.

Die nachgiebigen Seitenwände 21 aus Gummi können durch Beaufschlagung mit atmosphärischem Druck dazu gebracht werden, daß sie an den Kanten der Platten 10 und der Unterteilwände 18, 18 a angreifen, da die Einheit bei Unterdruck betrieben wird. Bei einer weiteren Ausführungsform kann jede Seitenwand 21 eine Wand einer Kammer bilden, die unter einen Druck gesetzt wird, der größer als der größte Druck innerhalb der Einheit ist.

Die Seiten wände 21 und Membranen 22 a können jeweils am Gehäuse 20 an ihren Kanten mit Hilfe von Bolzen oder Schrauben befestigt werden.

Wie in F i g. 4 gezeigt ist, kann ein Rohr 17 als Schwimmer im Vorratsbehälter vorgesehen werden. Dieses Rohr 17 legt sich, wenn der Flüssigkeitsspiegel besonders tief fällt, an den oberen Teilen 11 in der Nähe der Druckverringerungsöffnung an, wodurch diese Öffnung abgeschlossen oder zumindest der Durchfluß der Flüssigkeit durch diese öffnung verringert wird. In ähnlicher Weise kann sich, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter zu hoch wird, das Rohr 17 an den nach unten gerichteten Mündungen der vorher genannten Einlaßkanäle anlegen, so daß diese zumindest teilweise geschlossen werden und das Überfließen im Vorratsbehälter verhindert wird.

Die oben beschriebene Verdampfereinheit ist insbesondere geeignet zur Verwendung bei Meerwasser-Entsalzungsanlagen und hat einen besonders einfachen Aufbau, wobei nur zwei Arten von Hauptbestandteilen erforderlich sind, nämlich die Platten 10 und die Unterteilwände 18. Diese können leicht und auf einfache Weise aus beliebigem Blechmaterial hergestellt werden, z. B. aus Zinnblech, wobei das Ersetzen eines beschädigten oder schadhaften Bestandteils oder das Reinigen der Anlage auf einfache, billige und schnelle Weise durchgeführt werden kann. Trotzdem weist der erfindungsgemäße Verdampfer einen hohen Wirkungsgrad auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 209 525/95

Claims

Patentansprüche:

1. Verdampfer zum Verdampfen einer Flüssigkeit mit Hilfe von Heizdampf mit mindestens einem Paar von senkrecht angeordneten, in Abstand zueinander liegenden parallelen Platten, die zusammen jeweils einen Verdampfungskanal begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte (10) in einen oberen Abschnitt (10 b), einen Mittelabschnitt (10a) und einen unteren Abschnitt (10 c) unterteilt ist, wobei die mittleren Abschnitte (10 a) gemeinsam den zentralen Verdampfungskanal (32) bilden, während die oberen Abschnitte (10 b) nach innen und aufeinander zu gebogen sind und hierbei gemeinsam eine die zu verdampfende Flüssigkeit aufnehmende und in Richtung auf den zentralen Verdampfungskanal öffnende Druckverringerungsöffnung (11, 12, 13) bilden und die unteren Abschnitte (10 c) nach außen umgebogen sind und auf diese Weise Heizräume (15) bilden, daß Unterteilwände (18) vorgesehen sind, die sich jeweils in einen der Heizräume erstrecken und hierbei zusammen mit den Wänden (10 a, 10 c) dieses Heizraumes diesen U-förmig gestalten, derart, daß mit dem Mittelabschnitt (10 α) der Platte ein Bereich (33) für den Heizdampf gebildet wird, und daß weiter Dichtungsmittel (Seitenwände 21) vorgesehen sind, die nachgiebig an den Seitenkanten der Platten (10) und Unterteilwände (18) angreifen, so daß die Unterteilwände (18) zusammen mit einer bestimmten Menge des Heizdampfkondensats in jedem U-Schenkel jeweils den Heizraum in eine erste Druckzone verhältnismäßig hohen Druckes, die den Bereich (33) für den Heizdampf umfaßt, und eine zweite Druckzone verhältnismäßig niedrigen Druckes unterteilen, zu der auch der zentrale Verdampfungskanal (32) gehört, derart, daß das Heizdampfkondensat infolge des Druckunterschiedes zwischen den beiden Zonen vom Heizraum zu einem hinter dem unteren Abschnitt (10 c) gelegenen Auslaßkanal (36) überströmt.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (Membranen 22 a) vorgesehen sind, um einen Klemmdruck an die Platten (10) anzulegen, um die Weite der Druckverringerungsöffnung (11,12,13) einzustellen.

3. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anlegen des Klemmdruckes aus Membranen (22 a) bestehen, die jeweils an den Platten (10) an Stellen in der Nachbarschaft der zu kontrollierenden Druckverringerungsöffnung (11, 12, 13) angreifen, wobei Mittel zum Zuführen von Druckluft zu den von den Platten entfernten Seiten der Membranen vorgesehen sind.

4. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckverringerungsöffnung (11, 12,13) einen oberen, nach unten konvergierenden Teil (11) aufweist, der als Vorratsbehälter für die zu verdampfende Flüssigkeit dient, und außerdem einen unteren, nach unten divergierenden Teil (13).

5. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Platte (10) jedes Paares von Platten das Spiegelbild der anderen Platte darstellt.

6. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (10) mit abwechselnd nach innen und nach außen gerichteten Vertiefungen (16) versehen sind, die teils zum Einhalten der Abstände zwischen den Platten (10) dienen, teils dazu verwendet werden, um die Unterteilwände (18) gegenüber den Platten (10) festzulegen.

7. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Dichtungsmittel als biegsame Seitenwände (21) ausgebildet sind, die einem äußeren Druck unterworfen sind, der größer als der größte Druck der ersten Druckzone höheren Druckes ist.

8. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Paaren von parallelen Platten (10) Seite an Seite in einem Gehäuse (20) angeordnet ist, wobei die Unterteilwände (18) mit Ausnahme derjenigen (18 a), die sich in die äußersten Heizräume hinein erstrecken, als paarweise aneinandergelenkte Plattenabschnitte (19) ausgeführt sind und so jeweils die Gestalt eines umgekehrten U aufweisen.

9. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß er mit benachbarten gleichen Verdampfern in Reihe übereinander verbunden ist, in der Weise, daß die nichtverdampfte Restflüssigkeit aus dem benachbarten oberen Verdampfer durch die Druckverringerungsöffnung bzw. -öffnungen (11, 12, 13) des unterhalb angeordneten Verdampfers strömt, während der Dampf der Flüssigkeit und Heizdampfkondensat vom oberen Verdampfer zum Heizdampfbereich (33) des unteren Verdampfers strömen.