DE2108743A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Kon densieren - Google Patents

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Dr. R. Koenlgsberger - Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F-. Zumstein jun.

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Robert I.ZALLES, Lima, Peru,Südamerika

Vorrichtung und Verfahren zum Kondensieren.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kondensieren von durch ein gasförmiges Fluid getragenen Dampf. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und einen Kondensator zum wirtschaftlichen Kondensieren des Dampfes in dem Fluid, wobei das Verfahren und die Vorrichtung Selbstbe— netzungsmerkmale aufweisen, die - wie im folgenden vollständiger erklärt werden soll - zur Kühlung einer Kondensierungsoberfläche der Vorrichtung dienen.

Der erfindungsgemäße Kondensator kann in Zusammenhang mit jedem Verdampfer arbeiten und bei der Rückgewinnung von Industrieabgasen, der Entsalzung von Seewasser und der Reinigung von Flüssigkeit verwendet werden. Er noil jedoch zum Zwecke der Veranschaulichung in Verbindung mit einem Molekularverdampfer beschrieben werden, wie er in der US-Patentschrift 3 505 175 offenbart ist.

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Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Kondensieren von verdampften Fluiden, die durch Trägergase getragen werden, haben eine Anzahl von bestimmten Nachteilen. Insbesondere sind viele der bekannten Systeme außerordentlich unwirksam und erfordern eine große Energiemenge zur Gewinnung eines Kondensats. Bei scharf kalkulierten Vorgängen und insbesondere in Gebieten, in denen Elektrizität oder andere Energieformen teuersind, ist die erzielbare Kondensatomenge in bezug auf die zur Erzielung aufgewendete Energie unzureichend. Y/eiterhin ist nachteilig, daß es sehr schwierig=ist, Flüssigkeiten hoher Reinheit zu erhalten, insbesondere, wenn die hohe Reinheit im industriellen Massenproduktionsmaßstab erforderlich ist. Außerdem machten verschiedene, bisher verwendete Konden3ierungasysteme Schwierigkeiten beim kontinuierlichen Kondensieren einer verdampften !Flüssigkeit ohne Überflutung oder Betriebsstörungen bei hohen Durchsatzraten.

Die Erfindung ist auf die Schaffung eines Kondensators gerichtet, durch den die Kachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen überwunden werden.

Der erfindungsgemäße Kondensator mit einer Kondensierungnoberfläche zur Gewinnung eines Kondensates aus einem Dampf iat dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensierungsoberflache einen !eil eines fluiddurchlässigen Elements bildet, das auf der stromaufwärtigen Seite in der Bahn eines Fluidstroms, der den Dampf enthält, mit dieser Oberfläche versehen iat, sowie durch eine Einrichtung zum Selbstkühlen der Kondensierungsoberfläche durch kontinuierliches Anfeuchten des durchlässigen Elements mit der durch das Dampfkondensat gebildeten Flüssigkeit und Einrichtungen in der Nähe des durchlässigen Elements zum Sammeln des Kondensats..

Der erfindungsgemäße Kondensator arbeitet nach dem Prinzip des Entropie-Wärmeaustausches zum Kondensieren des Dampfes, der

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durch ein gasförmiges Fluid getragen wird, ohne daß wesentliche weitere Energie zur Kühlung der Kondensierungsoberfläche zugegeben wird. Die Kondensierung wird durch Reduzierung der Temperatur des gasförmigen Fluids unter die Temperatur gesteuert, die der Sättiguiigstemperatur des gasförmigen Fluids und des von diesem getragenen Dampfes entspricht.

Die Kondensieruugsoberflache des Kondensators ist vorteilhafterweise mit einer Anzahl von Öffnungen versehen, die es ermöglichen, daß das Fluid hindurchtritt,und eine ausreichende Ober- g fläche zur Ermöglichung»der Kondensatbildung bietet. Das gasförmige Fluid v/ird auf die Oberfläche mit einer Temperatur gelenkt, die der Sättigungsbedingung entspricht. Das fluiddurchlässige Element, das ein fasriges Material aufweist, ist auf der stromabwärtigen Seite der Kondensierungsoberfläche angeordnet. Das datnpfgesättigte Fluid lagert beim Auftreffen auf die Kondensierungsoberfläche einen Teil des Dampfes auf der Oberfläche ab. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Gases, so daß dieses ungesättigt wird. Das ungesättigte, gasförmige Fluid nimmt beim Passieren durch das fasrige Material, das mit gereinigtem Kondensat durchfeuchtet ist, einen Teil des Kondensats auf und kühlt dadurch das fasrige Material. Da das fasrige Material mit dor leitenden Oberfläche in Berührung steht, nimmt I die Temperatur der Oberfläche ebenfalls ab. Da das Gas ungesättigt ist, nimmt es eine ausreichende Menge des gereinigten Kondensats bis hin zur erneuten Sättigung wiederum auf. Diese Aufnahme kühlt das fasrige Material und bringt folglich das gasförmige Fluid auf eine niedrigere Temperatur. Dadurch wird das Sättigungsniveau des Gases abgesenkt, und das Gas tritt aus dem fasrigen Material mit weniger Kondensat aus, als es auf der Kondensierungooberflache abgelagert hat.

Im folgenden werden beispielsweise, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert .

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Fig. 1 zeigt eine Kurve der Temperatur T in "bezug auf die Entfernung D und die allgemeinen Entropie-Änderungen, die sich in einem erfindungsgemäßen Kondensator ergeben.

2 ist eine teilweise geschnittene, schematische Darstellung einer Ausführungsfonn des erfindungsgemäßen Kondensators, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist.

.Fig. 2A zeigt einen teilweisen Schnitt des Kondensators entlang der Linie A-A der Pig. 2.

Fig. 3 ist eine "exploded-view"-Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Kondensators in Verbindung mit einer Verdampf ere inhe it .

Pig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie 4-4 der Pig. 3.

Pig. 5 ist eine schematische, teilweise aufgeschnittene, perspektivische Darstellung eines Kondensators entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, der für ein industrielles Kondensieren von durch ein gasförmiges Pluid getragenem Dampf geeignet ist.

Pig. 6 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie 6-6 der Pig. 5.

Zur Erleichterung der genauen Beschreibung der verschiedenen, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung βoll zunächst eine kurze Zusammenfassung der verwendeten physikalischen Prinzipien gegeben werden. Vor der Beschreibung der Konstruktion und der Arbeitsweise der jeweiligen erfindungsgemäßen Kondensatoren soll die thermische und entsprechende Einwirkung auf das gasförmige Pluid erörtert werden.

In Fig. 1 ist die Temperatur in bezug auf den Abstand oder Durchgang des gasförmigen Fluids durch einen Verdampferabschnitt E und einen Kondensatorabsohnitt C graphisch dargestellt. Der Verdampferabschnitt kann, wie bereits gesagt wurde, von jeder .beliebigen Bauart sein.

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Es ist zu beachten, daß die Abschnitte A und E der Pig. 1 nicht die Prinzipien des erfindungsgemäßen Kondensators erläutern. Sie dienen jedoch der Erklärung, insbesondere was die Quelle des dampfgesättigten Fluids betrifft, das dem erfindungsgemäßen Kondensator zugeführt wird.

Der Abschnitt A zeigt folglich die !Temperatur des gasförmigen Fluids, während es von einer Fluidquelle zu dem Einlaß des Verdampfers strömt. Das Gas befindet sich auf einer ungesättigten Temperatur, in der Darstellung etwa auf 4O°O. Wenn das Gas durch | den Verdampfer strömt (Abschnitt E), wird die zu verdampfende Flüssigkeit über die Verdampfungsoberflächen verteilt und bildet einen dünnen Film, wie es z.B. in der US-Patentschrift 3 505 beschrieben ist. Wie in dieser Patentschrift offenbart ist, erfolgt die Verdampfung im wesentlichen auf der oberfläche der Flüssigkeit, und das gasförmige Fluid wird über eine möglichst große Oberfläche geführt. Wenn die Flüssigkeit verdampft und von dem Fluid aufgenommen worden ist, senkt sich die Temperatur des Fluids, da die Verdampfung ein Kühlungsprozeß ist. Dieser Wärmeverlust entspricht, wie angegeben, der Zone E in der Zeichnung. Durch geeignete Auswahl des Abstands, über den das gasförmige Fluid strömt, als Funktion der Art des gasförmigen Fluids und der zu verdampfenden Flüssigkeit erhält man eine voll- ™ ständige Sättigung des gasförmigen Fluids mit der verdampften Flüssigkeit. Entsprechend befindet sich das dampfgesättigte Fluid, das aus dem Verdampfer kommt, bei einer Temperatur, die niedriger liegt als diejenige Temperatur, bei der es in den Verdampfer eingeführt worden ist (Abschnitt A) und kann als Eintrittsfluid für den Kondensator verwendet werden. Das so gewonnene, gesättigte Fluid (Abschnitt B) kann sodann in Berührung mit der Kondensierungsoberfläche des erfindungsgemäßen Kondensators gebracht werden.

Der Kondensator besitzt eine fasrige Schicht, die zuvor mit einem vorher kondensierten Destillat angefeuchtet worden ist und sich

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in engem Kontakt mit dor gesamten Rückflache der Rondensierungsoberflache befindet und im wesentlichen alle darin befindlichen Öffnungen bedeckt. Da die Deckschicht angefeuchtet worden ist, erfolgt in gewissem Maße eine Verdampfung des Destillats, und dies führt zu einer Kühlung der Deckschicht und folglich der mit dieser in Berührung befindlichen Kondensierungsoberflache.

Daher gibt das gasförmige Fluid bei Berührung mit der Kondensierungsoberf lache sofort einen !Peil des Dampfes ab, da die Kondensierungsoberfläche eine niedrigere Temperatur als das gasförmige Fluid aufweist. Diese Kondensation führt zu einer Erhöhung der Temperatur des gasförmigen Fluids, wie es im ZvU--schenbereich der Abschnitte B und C in Fig. 1 gezeigt ist, und macht das Fluid ungesättigt. Das ungesättigte Fluid v/ird sodann in seinem ungesättigten Zustand durch die Faserstruktur geführt.

Fenn das ungesättigte, gasförmige Fluid durch die Fasorstruktur strömt, nimmt das Fluid einen Teil des zuvor kondensierten Destillats auf, das zur Anfeuchtung dor Faserstruktur verwendet worden ist. Beim Aufnehmen dieser Durchfeuchtungsflüssigkeit senkt das Fluid die Temperatur der Fasern und kühlt sie unter die ursprüngliche Eintrittstemperatur des Gases. Der Temperaturabfall der Fasern wird auf die thermisch leitende Oberfläche übertragen und hält sie in kontinuierlich gekühltem Zustand. Y/onn die Oberflächentemperatur abfällt, sinken ebenfalls die Temperatur und der Sättigungspunkt des auf die Oberfläche auftreffonden gasförmigen Fluid3. Wenn der Sättigungspunkt sinkt, wird eine zusätzliche Menge des Dampfes innerhalb der Fasern kondensiert. Darin liegt der Selbstbefeuchtungs- und Kühlungseffekt der Erfindung.

Kurz vor dem Austritt aus dem Fasermaterial wird ein Gleichgewicht gebildet, so daß das gasförmige Fluid auf die Sättigungstemperatur erwärmt wird. Wenn das gasförmige Fluid den Kondensa-

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tor verläßt, kommt es in Berührung mit der Umgebungsatmosphare (Abschnitt D), die sich bei einer höheren Temperatur als das Fluid befindet. Folglich steigt die Temperatur des Fluids, und das gasförmige Fluid erreicht die Umgebungstemperatur und wird ungesättigt.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Kondensators dargestellt, der in Zusammenhang mit einem zylindrischen Verdampfer betrieben wird. Das "Verdampfimgsverfahren und die Form des verwendeten Verdampfers können in Anpassung an die gegebene Situation geändert oder .abgewandelt werden, und es können ent- | sprechende Virdampfer in Zusammenhang mit dem Kondensator eingesetzt werden.

Der Verdampfer ist allgemein mit 10 bezeichnet und umfaßt ein rohrförmiges Einlaßelement 12, das koaxial zu dem Kondensator angeordnet ist, der allgemein mit der Büzugsziffer -20 bezeichnet ist. Das Einlaßelement 12 besitzt ein Einlaßende 14 und ein Auslaßende 16. Das Auslaßende 16 ist durch einen Verschluß 18 verschlossen, damit das gasförmige Fluid nicht in dieser Richtung aus dem Rohr austreten kann. Das rohrförmige Element ist in die Kondensatoranordnung 20 eingefügt und besitzt eine Anzahl von Bohrungen im Bereich zwischen oberen und unteren g Klemmen 24 und 26. '"

Der Verdampfer 10 besitzt eine faserförmige AufnahmeBchicht 22, die das durchbohrte Rohr über die gesamte, mit !Löchern versehene Länge umgibt. Die fasrige Aufnahmeschicht 22 steht über den größten Teil des Rohres nicht mit dem durchbohrten Rohrelement in Verbindung, sondern besitzt vielmehr ausreichend Abstand zur Ermöglichung eines freien Durchtritts des gasförmigen Fluids.

Die obere Klemme 24 und die untere Klemme 26 sind an beiden Enden der faserförmigen Aufnähmeschicht 22 um dae Fasermaterial

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herum angeordnet. Die zu behandelnde Flüssigkeit 30 wird in einem Behälter 32 aufbewahrt. Ein Rohr 34 verbindet den Behälter 32 mit dem Verdampfer 10. Die faserförmige Aufnahmesehicht 22 bildet an den Klemmstellen eine Erweiterung 36, die durch die Ränder des faserförmigen Materials entsteht. Das Rohr 34 ist innerhalb der tassenförmigen Erweiterung 36 angeordnet, so daß die Flüssigkeit sich innerhalb der tassenförmigen Erweiterung verteilen und von der faserförmigen Aufnahmeschicht 22 aufgenommen werden kann.

Der zuvor beschriebene Verdampfer ist genauer in der oben erwähnten US-Patentschrift beschrieben. Wie bereits festgestellt wurde, kann der im folgenden erläuterte Kondensator zusammen mit anderen Verdampfern verwendet werden.

Der Kondensator 20 besitzt einen Hohlzylinder 40 aus thermisch leitendem Material, der konzentrisch zu dem Rohr des Verdampfers 10 angeordnet ist. Der Hohlzylinder 40 weist eine Anzahl von Öffnungen 42 auf. Die Anzahl der Öffnungen sollte ausreichen, damit das gasförmige Fluid, das aus dem Verdampfer kommt, durch das Innere des Kondensators hindurchströmen kann. Dagegen sollte die Anzahl der Löcher nicht so groß sein, daß dem gasförmigen Fluid eine wirksame Kondensierungsoberfläche entzogen wird.

Bei einer Ausführungsform bilden die Öffnungen Reihen zylindrischer Ringe, die jweils mit der Mitte des thermisch leitenden Zylinders koaxial liegen und parallel zueinander und senkrecht zu der Längsachse des Zylinders angeordnet sind. Eine Anzahl von umlaufenden Rippen 44 ist innerhalb des Zylinders 40 mit gagebenem Abstand von Rippe zu Rippe angeordnet und bildet eine Verstärkung für das thermisch leitende Material und verhindert ein Verbiegen.

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Eine Schicht 50 aus Fasermaterial umgibt den thermisch leitenden Zylinder 40. Eine Kappe 48 verschließt den thermisch leitenden Zylinder an dem Ende, das dem verschlossenen Verdampf erende 16 entspricht, und ein Deckel 49 dichtet das andere Ende des Zylinders ab. Eine Mittelöffnung 51 in dem Deckel ermöglicht den Durchtritt des rohrförmigen Einlaßelements 12 in den Kondensator, und eine Öffnung 52 läßt das Rohr 34 hindurchtreten, das die zu behandelnde Flüssigkeit dem Verdampfer 10 zuführt. Ringförmige Klemmen 56 und 58 sind an Stellen in der Nähe der Längsenden der Schicht 50 aus.Faserterial vorgesehen und dienen der Verbindung der Schicht 50 mit dem thermisch leitenden Zylinder 40. Dadurch wird verhindert, daß das gasförmige Fluid unter dem Fasermaterial hindurch austritt.

Ein !Dank 60 mit gereinigter Flüssigkeit 62 ist über ein Rohr 64 mit dem oberen Bereich 53 des Kondensators verbunden. Die Klemme 58, die die Schicht 50 aus Fa3ermaterial mit dem thermisch leitenden Zylinder 40 verbindet, führt zu einer Erweiterung des Fasermaterials 50 im oberen Bereich 53. Durch Einführung.

von etwas gereinigtem Kondensat 62 in das erweiterte Ende 53 wird das Kondensat durch die Schwerkraft durch das fasrige

Material 50 nach unten geführt und durchfeuchtet dieses. \

Am unteren Ende dee Kondensators ist ein Auffangbehälter 70 vorgesehen. Der Auffangbehälter 70 besitzt eine Querschnittsfläche, die größer ist als diejenige des Kondensators 20. Er ist mit einem Verschlußhahn 74 zum Abziehen des gereinigten Kondensats 72, das in dem Auffangbehälter 70 gesammelt ist, versehen. Ein zweiter Verschlußhahn 76 verläuft durch den Auffangbehälter 70 und die Kappe 48 des thermisch leitenden Zylinders 40. Dadurch kann Flüssigkeit, die nicht in dem Verdampfer 10 verdampft worden ist, periodisch abgezogen werden, so daß der Betrieb des Kondensators nicht gestört wird.

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In den Fig. 3 und 4 ist ein Kondensator 120 gezeigt, der einer anderen Ausführungsform der Erfindung entspricht und mit einem allgemein mit 100 bezeichneten Verdampfer in Verbindung steht. Eine Einlaßleitung 102 von etwa zylindrischer Form steht mit einem wesentlich größeren Gehäuse 104 in Verbindung. Eine rechteckige Platte 105 aus absorbierendem Pasermaterial mit einer Breite, die im wesentlichen der Breite des Gehäuses 104 entspricht, und mit einer Höhe, die größer als diejenige des Gehäuses 104 ist, und die die Platte über die obere Wand des Gehäuses hinausragen läßt, ist quer zur Flußrichtung des gasförmigen Fluids angeordnet. Der Bereich der Platte aus Saseritiaterial, der oben aus dem Verdampfer herausragt, wird von einer Y-förmigen Halterung 108 umfaßt, die Seitenwände 106 aufweist, die zueinander parallel liegen und die Platte 105 aus absorbierendem Material im Bereich 108^f aufrechthalten und ein Gefäß für das zu behandelnde Material bilden.

In dem Prozeß wird die Flüssigkeit im Bereich 108 zugeführt und von der Platte 105 aufgenommen. V/enn das gasförmige Fluid auf die Platte 105 aus absorbierendem Fasermaterial trifft, treten zwei Erscheinungen auf. Zuerst nimmt das gasförmige Fluid einen Seil der zu behandelnden Flüssigkeit auf. Dadurch verdampft es diese Flüssigkeit und veranlaßt, daß die die verdampfte Flüssigkeit unmittelbar umgebende Zone gekühlb wird. Da die Temperatur des Materials sinkt, wird auch die Temperatur des gasförmigen Fluids, das durch das Material strömt, abgesenkt. Durch geeignete Bemessung des fanrigen Materials ist es möglich, einen solchen lOruporaturgrartienben zu erhalten, daß das gasförmige Fluid, das aus dem Fasermafcorial I05 austritt, eine Temperatur unterhalb der Temperatur cle3 eintretenden Fluids aufweist,und das Fluid ausreichend Flüssigkeit für eine vollständige Sättigung enthält.

Auf beiden Seiten der Platte 105 aus absorbierondem Fasermaterial sind getrennte Auslässe 110 und 110A vorgesehen, dio die

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schwerere, zu behandelnde !Flüssigkeit, die teilweise verdampft und so stärker konzentriert worden ist und so unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten fließt, sammeln. Ein Knie 134 ist als Flüssigkeitsdichtung vorgesehen, die es verhindert, daß das gasförmige Fluid durch den Auslaß austritt und so den Verdampfer auf der Eintrittsseite und den Kondensator auf der Austrittsseite umgeht. Ebenso sind getrennte Auslässe 132 und 132A mit Knien 134 vorgesehen, durch die das Kondensat abgezogen werden kann, ohne daß das gesättigte, gasförmige Fluid austreten und so den Kondensator umgehen kann.

Eine Dichtung 107 ist zwischen den parallelen Seitenwänden 106 und der Platte 105 aus Fasermaterial eingefügt und bildet einen gasdichten Verschluß, der verhindert, daß das gasförmige Fluid austritt und das gasförmiges Fluid aus der Atmosphäre in den Verdampfer eintritt. Eine untere Dichtung 109, die zur Anpassung an die Dicke und Breite der Platte 105 aus fasrigem Material U-förmig ausgebildet ist, ist über die Breite der unteren Wand des Gehäuses 104 eingefügt und verhindert ein Austreten den gasförmigen Fluids unterhalb des faserföroiigen Materials.

Das gasförmige Fluid strömt in gesättigtem Zustand von dem Verdampfer 100 zu dem Kondensator 120. Ein Sieb 122 aus ther- I misch leitendem Material ist etwa senkrecht zu der Strömungsrichtung des gasförmigen Fluids angeordnet. Eine Schicht 129 aus faserförmigem Material, das zuvor angefeuchtet worden ist, befindet sich in engem Kontakt mit dem Sieb 122 aus thermisch leitendem Material auf dessen stromabwärts gelegener Seite. Das Sieb 122 aus thermisch leitendem Material und die Schicht 129 aus Fasermaterial werden durch ein unteres, U-förmiges Teil 128 in enger Verbindung gehalten, das sich im wesentlichen über die gesamte untere Breite des Kondensators erstreckt. Das Teil 128 sorgt zugleich für eine Dichtung zwischen dem

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Sieb 122 aus thermisch leitendem Material und den Außenwänden des Gehäuses 104. Am oberen Ende werden das Sieb 122 und die Schicht 129 durch die Dichtungen 127 und die parallelen Halteteile 126 in enger Berührung gehalten. Wegen der Verschlußkniee 134 verläuft der einzige, für das gasförmige Fluid mögliche Weg durch das thermisch leitende Sieb 122, die Schicht 129 aus Fasermaterial und die Abzugsleitung 130.

Die Auslässe 132 und 132A, die die Kniee 134 enthalten, οiod an beiden Seiten des faserförmigen Materials angeordnet. Dadurch wird es ermöglicht, das Kondensat -von der Kondensierungs^· oberflache des thermisch leitenden Siebs 122 und von der Schicht 129 aus Fasermaterial durch die Öffnungen 131 und 133 abzuziehen. Der Kondensator kann, wenn notwendig, mit der Abzugsleitung 130 über eine Gummidichtung 135 verbunden sein, die eine Dichtung zwischen dem Kondensator 120 und der Abzugsleitung 130 bewirkt.

Unter Verwendung der Fig. 2 soll die Arbeitsweise des selbstkühlenden Kondensators durch Beschreibung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform erläutert werden. Wenn eine Oberfläche konstant gekühlt werden kann, ist die Kondensation ein kontinuierlicher Vorgang, da dem Gleichgewicht, das normalerweise durch Ablagerung des Kondensats auf der Oberfläche entsteht, notwendigerweise durch konstante Kühlung der Oberfläche entgegengewirkt wird. Durch Verwendung eines nicht gesättigten, gasförmigen Fluids und durch Verdampfen einer Flüssigkeit, die gereinigt werden soll, in einem Strom eines ungesättigten, gasförmigen Fluids nimmt das Fluid die Flüssigkeit auf. Da jedoch die Verdampfung durch Aufnahme im wesentlichen ein Kühlungsprozeß ist, wird das gasförmige Fluid entsprechend gekühlt, wenn es über die zu reinigende Flüssigkeit hinweggeleitet wird. Durch geeignete Auswahl der Strecke, Über die das gasförmige Fluid geleitet wird, läßt sich die Temperatur des gasförmigen Fluids beim Austritt aus dem Verdampfer durch

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den Verdampfungsprozeß selbst ausreichend absenken, so daß das gasförmige Fluid in einen vollständig gesättigten Zustand gelangt und zugleich durch Verdampfung einen Teil der zu behandelnden Flüssigkeit aufgenommen hat.

Das gasförmige Fluid wird sodann mit dem erfindungsxgemäßen Kondensator in Berührung gebracht. Dieser Kondensator besitzt eine Kondens ierungs oberfläche und ein durchfeuchtetes Fasermaterial, das in enger Berührung mit der Kondensierungsoberfläche steht und auf dessen stromabwärts gelegener Seite angeordnet ist. Die Oberfläche sollte ausreichend dünn sein, i so daß jede Änderung der Temperatur des Fasermaterials schnell auf die Oberfläche übertragen werden kann, die das gasförmige Fluid am Anfang berührt. Die Ausgangsseite des Fasermaterials steht vorzugsweise mit einer Oberfläche in Berührung, die darauf hinwirkt, das Durcfeuchtungskondensat zu verdampfen und dadurch die Fasern zu kühlen, d.h. mit der Atmosphäre.

Vor dem Beginn des Reinigungsvorgangs wird das Fasermaterial mit vorher gereinigtem Kondensat durchfeuchtet. Auf der Auslaßseite des Fasermaterials, z.B. der Atmosphäre, die einen unbegrenzt ungesättigten Raum darstellt, wird da3 Durchfeuchtungskondensat verdampft, und die Fasern werden dadurch gekühlt. Diese Abkühlen der Fasern auf eine Temperatur unterhalb ^ der Temperatur des gasförmigen Fluids wird auf die Oberfläche der thermisch leitenden Platte übertragen, die zuerst mit dem gasförmigen Fluid in Berührung kommt, und verursacht eine Temperaturabsenkung dieses Fluids.

Die vorangegangenen Ausführungen lassen sich wie folgt zusammenfassen. Das gasförmige Fluid wird durch den Verdampfer geleitet, in dem es mit Dampf gesättigt wird, und gelangt dann in den Kondensator. Wenn das dampfgesättigte Fluid aus dem Verdampfer auf die gekühlte, durchlöcherte, thermisch leitende Oberfläche des Kondensators trifft, kondensiert ein Teil des

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Dampfes in dem Fluid auf der thermisch leitenden Oberfläche. Diese Kondensation hat zur Folge, daß das zuvor gesättigte, gasförmige Material aus zwei Gründen ungesättigt wird:

(1) es hat einen Teil des Dampfes an die thermisch leitende Oberfläche verloren;

(2) aufgrund der Kondensationaerviarmung hat sich die Temperatur des gasförmigen Fluids erhöht, und bei dieser höheren Temperatur ist das gasförmige Fluid ungesättigt.

Das gasförmige Fluid strömt dann durch die Öffnungen in dem thermisch leitenden Material und fließt im wesentlichen guer durch die Schicht aus dem zuvor durchfeuchteten Fasormaterial. Da das gasförmige Fluid nicht mehr gesättigt ist, wirkt es auf eine Verdampfung des gereinigten Kondensate auf den Fasern des Fasermaterials hin. Dementsprechend werden die Fasern gekühlt. Diese Kühlung führt zu zwei Erscheinungen:

(1) das gasförmige Fluid, das die Fasern verläßt, hat sich abgekühlt, und

(2) die Kondensationswärnie der thermisch leitenden Oberfläche ist durch den Kühleffekt der Verdampfung, die in dem Fasermaterial erfolgt, aufgezehrt worden.

Der Verbrauch der Wärme der thermisch leitenden Oberfläche hält die Oberfläche auf einem Kühlniveau, das zum Kondensieren des eintretenden Dampfes erforderlich ist. Da das gasförmige Fluid weiterhin durch das Fasermaterial hindurchtritt, wird das Material in gekühltem Zustand gehalten, und das Fluid liefert zusätzliche Dampfmengen und läßt den Dampf innerhalb der Fasern kondensieren. Diese Kondensation bev/irkt die Selbsfcdurchfeuchtung des Kondensators. Das Material ist durchfeuchtet, und es sammelt sich genügend Kondensat innerhalb der Fasern an, so daß ein Abzug als Rück^gewinnung3produkt ermöglicht wird.

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Yfenn das gasförmige Fluid das Fasermaterial verläßt, kommt es mit der TJingebungsatmosphäre in Berührung und wird folglich leicht erwärmt. Die Erwärmung des gasförmigen Fluids führt dazu, daß das Fluid ungesättigt wird, und beim Verlassen der Schicht aus Fasermaterial verdampft es Oberflächenflüssigkeit von der Austrittsseite des Materials. Diese Verdampfung kühlt das Fasei'iTiaterial und setzt den ganzen Kreislauf erneut in Gang.

In den Fig. 5 und 6 ist eine Vielstufenkondensatoreinheit gezeigt, die insbesondere für die Verwendung bei Verfahren vorgesehen ist, bei denen große Fluidmengen behandelt und große Kondensatmengen gebildet werden. Eine Anzahl von Verdampfern, die allgemein mit 200 bezeichnet sind, ist in einen großen, offenen Tank 201 mit rechtwinkligen! Querschnitt eingefügt. Der Tank 201 besitzt zumindest einen Einlaß 202 und eine Anzahl von Auslässen 204. Der Tcink besitzt vorzugsweise einen schräg abfallenden Boden 206, so daß sich der Auslaß, der dem Ausgangsende des Tanks entspricht, auf einem niedrigeren ITiveau als die niedrigste Ecke befindet, die- dem Einlaßende des Tanks entspricht, und in einem Winkel gegen die Horizontale verläuft. Eine ausreichende Anzahl, von Verdampfern ist innerhalb des Tanks vorgesehen. Alle Verdampfer haben dieselbe Länge, die vorzugsweise etwa der Tankbreite entspricht, so daß die gesamte HoriKontalfläche des Tanks bedeckt ist. Die Flüssigkeit des Prozesses fließt über den Einlaß 202 in den Tank. Das Niveau der Flüssigkeit in dem Tank liegt so hoch, daß nur die Hälfte des Urcfanges jedes Verdampfers eingetaucht ist. Eine Verteilerleitung 210 verläuft parallel zu der Längsseite des Tanks und besitzt eine Anzahl von gasdichten Leitungen 212. Je eine Leitung 212 tritt in je einen Verdampfer ein. Die Leitungen geben gasförmiges Fluid an die Verdampfer ab und sind so angeordnet, daß sie daB gasförmige Fluid an alle Verdampfer mit im wesentlichen dem gleichen Druck liefern.

SAD OWOINAL

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D -

Drehkupplungen 214 sind an einem Ende jedes Verdampfers angebracht und kämmen miteinander. Alle Drehkupplungen 214 sind parallel zu und in unmittelbarer Nähe von einer der senkrechten Längswände des Tankes angeordnet. Die Drehkupplungen 214 liegen derart, daß aufeinanderfolgende.Verdampfereinheiten in entgegengesetzter Richtung gedreht werden können. Durch Drehen einer einzigen Verdampfereinheit von Hand oder auf andere V/eise werden die übrigen Verdampfer um ihre Längsachsen gedreht. Die Enden jedes Verdampfers, die den Drehkupplungen gegenüberliegen, stehen mit Rotationsansätsen 216 in Eingriff, die an der vertikalen Längswand des Tanks 201, die der Seite 203 in der Eahe der Rotationskupplungen 214 gegenüberliegt, befestigt sind. Die Verdampfer werden periodisch um ihre Längsachse gedreht, damit die Bildung von Teilchen innerhalb der Faserstruktur der Verdampfer verhindert wird.

Wenn die zu behandelnde Flüssigkeit durch den Verdampfei' verdampft wird, führt dies zu einer erhöhten Konzentration der Flüssigkeit, und je mehr Flüssigkeit verdampft ist, umso mehr sind die Verunreinigungen bestrebt, entlang dem Boden 206 des !Danks 201 in Richtung des Auslasses 204 zu fließen. Die Konzentrierung der schwereren Verunreinigungen auf dem Boden läßt die frische Flüssigkeit im oberen Bereich der Flüssigkeit in dem Tank verbleiben und führt die konzentriertere Flüssigkeit aus dem Verfahajpn heraus.

Ein allgemein mit 230 bezeichneter Kondensator ist in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Eine Anzahl von im allgemeinen gekrümmten Kondensatorplatten-Abschnitten 232 ist teilweise in die offene Seite des Tanks 201 eingefügt. Bei der in diesen Figuren dargestellten Ausführungsform haben die Abschnitte 232 einen halbkreisförmigen Querschnitt, jedoch können bei anderen Ausführungsformen die Querschnitte parabolisch oder auf andere Weise bogenförmig sein.

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Die Abschnitte 232 sind durchlöchert und bestehen aus thermisch leitendem Material. Über jedem gekrümmten Kondensatorplatten-Abschnitt 232 liegt eine Schicht 254 aus Fasermaterial, die sich in enger Verbindung über die gesamte äußere Oberfläche der gekrümmten Kondensatorplatten-Abschnitte 232 erstreckt. Der gesamte Kondensator ist so konstruiert, daß kein gasförmiges Fluid austreten kann.

Eine längliche, flache Dichtung 236 mit einem oberen Rand, der im wesentlichen der Form der Kondensatorplatten-Abschnitte j 232 entspricht, ist an den gegenüberliegenden Seiten des Kondensators vorgesehen. Der Kondensator sollte sich in ausreichendem Abstand oberhalb der Oberfläche der zu behandelnden Flüssigkeit befinden, daß die Strömung des dampfgesättigten , gasförmigen Fluids aus den Verdampfern im wesentlichen auf alle Stellen der perforierten, thermisch leitende Abschnitte 232 trifft und diese Oberfläche in Richtung der Schicht aus Fasermaterial mit im wesentlichen derselben Strömungsgeschwindigkeit durchquert. Eine Anzahl von Auffangvorrichtungen 238 ist quer über die Breite des Tanks angeordnet, wobei die unteren Ränder der Längskanten der gekrümmten Kondensatorplatten-Abschnitte in den Auffangvorrichtungen liegen. Die Auffangvorrichtungen 238 sind so angeordnet, daß das angesammelte Kondensat in eine * Rinne 240 fließen kann. Eine Anzahl von kleinen Röhren 244 (nur eine ist in Fig. 5 gezeigt) ist oberhalb des Kondensators angeordnet. Die Röhren 244 besitzen eine Anzahl von Speiseleitungen, die über die länge der Röhre verteilt sind, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Die Röhren sind an einem Ende mit. Kappen 246 versehen und stehen am anderen Ende mit einem Behälter für zuvor gereinigte Flüssigkeit 248 in Verbindung. Die Röhren 244 sind mit einem Zeitgeber 250 und einer Pumpe 252 verbunden, die periodisch vorher gereinigte Flüssigkeit über den Kondensator sprühen. Obwohl der Kondensator aufgrund der Kondensierung des Dampfes innerhalb des Fasermaterials selbstdurchfeuchtend wirkt, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 und 2

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erläutert worden ist, ist die Abzugswirkung der Schwerkraft auf die innerhalb der Pasern kondonsierte Flüssigkeit derart, daß ohne die Röhren 244 die oberen Bereiche der Faserstruktur unter einigen Umständen austrocknen können. Die Röhren verhindern jedesAustrocknen durch periodisches Befeuchten der Faserstruktur und halten diese stets feucht.

Wenn einmal die gewünschte Konsentration der Lösung am Auslaßende 204 de3 Tanks 201 erreicht ist, wird die Flüssigkeit des Prozesses von diesem Ende in gesteuerten Raten abgezogen. Die Flüssigkeit wird kontinuierlich durch Einleiten#von neuer, zu behandelnder Flüssigkeit in den Tank ersetzt. Da die zuvor in dem Tank befindliche Flüssigkeit stärker konzentriert ist, ist sie bestrebt, zum Boden hin abzufallen und wird abgezogen, während die neue Flüssigkeit auf der Oberseite bleibt. Alle Verdampfer werden periodisch um 180° um ihre Längsachse gedreht. Dadurch "wird die obere Hälfte eingetaucht und die untere Hälfte aus der Flüssigkeit abgezogen.

Die Drehung führt nicht nur zu einer Reinigung des zuvor oberen Abschnittes des Verdampfers und damit zu einer Reduzierung der Festsetzungen, Ablagerungen und Kristallansammlungen auf dem Fasermaterial der Verdampferschicht, sondern auch dazu, daß der obere Teil der Verdampferelemente feucht bleibt.

Die verwendeten Ausdrücke dienen nur der Erläuterung und bedeuten keine Beschränkung de3 Bereiches gleichwertiger Teile, die innerhalb des Rahmens der Erfindung verwendet werden können.

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Claims (18)

Patentansprüche

1. Kondensator mit einer Kondensierungsoberfläche zur Bildung eines Kondensats aus einem Dampf, dadurch g e kennze ichnet, daß die Kondensierungsoberfläche (40,120,232) ein Teil eines fluiddurchlässigen Eleme:,λγ. (50,129234) bildet, das auf der in

bezug auf die Bahn eines den Dampf enthaltenden Fluids stroraaufvärtigen .Seite mit dieser Oberfläche versehen i t, sowie durch Einrichtungen (60,64; 108 oder 244) zum Selbstkühlen der Kondenssierungsoberfläche durch kontinuierliches Anfeuchten des durchlässigen Elements mit durch Dampfkondensat gebildeter Flüssigkeit und Einrichtungen (70,74; 132,132A oder 210) in der ITähe des durchlässigen Elements zum Ansammeln des Kondensats.

2. Kondensator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Einführen des dampfgesattigten Fluids mit einer Temperatur, die höher liegt als die Temperatur der Kondensierungsoberfläche.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fluiddurchlässige Element eine Schicht aus Fasermaterial aufweist, deren stromaufwärtige Fläche in enger Berührung mit der Kondensierungsoberfläche steht, die ein thermisch leitendes Kondensierungsteil mit einer Anzahl' von hindurchtretenden Löchern bildet.

4. Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermaterialschicht und die thermisch leitende Kondensierungsoberfläche eine Kondensierungsanordnung bilden, bei der im wesentlichen alle Öffnungen in der Konden-

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sierungsoberflache durch das Fasermaterial bedeckt v/erden«

5. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fluiddurchläcsige Element eint» Schicht aus Fasermaterial auf v/eist, deren stromaufwärtige Seite in enger Berührung mit der Kondensierungsobei-'fläche steht, daß die Kondenssierungsoberfläche durch einen thermisch leitenden Zylinder gebildet wird, durch den sich eine Anzahl von Öffnungen erstreckt, die im wesentlichen durch Fasermaterial bedeckt sind, und daß die Öffnungen in einer im wesentlichen rechtwinkligen Form angeordnet sind.

6. Kondensator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Klemmen (56,58) zum Pesthalten der Enden der Fasermaterialschicht an dem thermisch leitenden Zylinder, sowie durch einen Deckel (49) am oberen Ende des Zylinders, durch de7i eine Flüssigkeit und ein Gas zur Bildung des dampfgesättigten Fluids und zum Auftreffen auf den thermisch leitenden Zylinder eingeführt werden.

7. Kondensator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein. Gehäuse für die Kondensatoranordnung, wobei das thermisch leitende Kondensierungsteil eine äußere Umfangsform aufweist, die im wesentlichen der inneren Form des Gehäuses ^ entspricht und in dem Gehäuse quer zu der Strömlings richtung des Fluids angeordnet ist.

8. Kondensator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Dichtung (108) zwischen dem äußeren Umfang des Teils aus thermisch leitendem Kondensierungomaterial und dem inneren Umfang des Gehäuses, die verhindert, daß gasförmiges Fluid durch das Gehäuse hindurchtritt, ohne das Teil aus thermisch leitendem Kondensierungsmaterial zu passieren.

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9. Kondensator nach Ansprach 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Sammeln des Kondensats einen U-förmigen Trog auf beiden Seiten des thermisch leitenden· Konden3ierungsteils und der Schicht aus Fasermaterial aufweist.

10. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fluiddurchlässige Element eine Schicht aus Pasermaterial aufweist, deren stromaufwärtige Fläche in enger Berührung mit der Kondensierungsoberfläche des thermisch leitenden Kondenaierungsteils steht, das eine im wesentlichen halbzylindrische Form aufweist, wobei das Kondensie- ' rungsteil zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.

11. Kondensator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (240) zum Sammeln des Kondensats entlang der Längsenden des thermisch leitenden Kondensierungsteils angeordnet ist.

12. .Kondensator nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Dichteinrichtungen (236) zum Abdichten des Bereichs zwischen dem Gehäuse und dem thermisch leitenden Kondensierungsteil, durch die sichergestellt wird, daß das gasförmige | Fluid das Gehäuse durch das thermisch leitende Kondensierungs teil hindurch durchströmt, wobei die Sammeleinrichtung durch eine im wesentlichen U-förniige Rinne gebildet wird.

13. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Flächen des Fasermaterials und des thermisch leitenden Kondensierungsteils flach sind.

14. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstkühleinrichtung einen

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Behälter aus zuvor gereinigtem Kondensat enthält, der auf geeignete Art mit dem stromabwärtigen Ende dea fluiddurchläsaigen Elements verbunden ist.

15. Kondensator nach einem der Ansprüche 3 bi3 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial eine Dicke aufweist, die ausreicht, daß das dampfgesattigte Fluid, das auf das thermisch leitende Konden3ierungateil auftrifft, aufgrund der Temperaturerhöhung des Fluids wiedergewonnen wird, daß ein Teil des Dampfes bei Berührung mit dem Kondensierungsteil an diesem haften bleibt, daß der so wiedergewonnene Dampf durch das Faserraaterial kondensiert wird, daß durch die Verdampfung der Flüssigkeit, die die Fasern durchfeuchtet, und durch die Verdampfung der Flüssigkeit am Austrittsende der Faserschicht, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, gekühlt ist.

16. Kondensator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial ein Material mit im wesentlichen statistischer Faserverteilung ist, wobei jede Faser eine Kondensierungsoberfläche für-den Dampf bildet.

17. Verfahren zum Kondensieren von Dampf, dadurch gekennzeichnet, daß man ein dampfgesättigtes, gasförmiges Fluid bei einer ersten Temperatur durch ein Teil aus thermisch leitendem Kondensierungsmaterial leitet, das sich bei einer zweiten Temperatur befindet, die niedriger ist als die erste Temperatur, wodurch der Dampf aus dem Fluid bei Berührung mit dem thermisch leitenden Kondensierungsmaterial als Kondensat entfernt wird, und wobei das gasförmige Fluid bei Bildung des Kondensate ungesättigt wird, und daß das gasförmige Fluid durch ein zuvor angefeuchtetes Fasermaterial geleitet wird, so daß das ungesättigte, gasförmige Fluid wiederum einen Teil des abgegebenen Dampfes aufnimmt und dadurch das

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Easerrnaterial kub.lt, und daß die Kühlung des Faserroatorials auf dan thermisch leitende Teil übertragen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat, das durch daß thermisch leitende Kondensieriingrjtcil und das Jaccriiaterial, auf dem eich der Dampf nach Kühlung dee Pasermaterialo auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur des gasförmigen Fluids abgesetzt hat, gesammelt hat, abgezogen \;ird.

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