DE2115382A1

DE2115382A1 - Verdampfungsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE2115382A1
Application number: DE19712115382
Authority: DE
Inventors: Melvin Henry Leechburg Pa. Brown (V.StA.). P
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1971-03-30
Filing date: 1971-03-30
Publication date: 1972-10-19
Also published as: FR2083289A5

Description

DR. ING. E. HOFFMANN DIPL. ING. W. KtTLE · im. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE D-βΟΟΟ MÖNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087 21 15382

ALUMINUM COMPANY OF AMERICA, Pittsburgh, Pa./V.St.A.

Verdampfungsverfahren und -vorrichtung;

Es sind schon eine Anzahl Verfahren bekannt, bei denen ein Teil der Flüssigkeit verdampft wird, um Dampf mit einem nicht verdampften Flüssigkeitsanteil zu erzeugen, der dann das System mit einer gegenüber der Eintrittstemperatur niedrigeren Temperatur verläßt. Um eine gereinigte Flüssigkeit zu erhalten, wird der Dampf kondensiert. Zur Anregung der Verdampfung wird der Verdampfungsdruck auf einem Wert gehalten, der unter dem Sättigungsdruck der Flüssigkeit liegt. Es wurden auch schon einstufige und mehrstufige Verdampfungsverfahren vorgeschlagen; hierbei wird bei den mehrstufigen Verfahren die bei der Kondensierung des Dampfes einer Stufe auftretende Wärme als Verdampfungswärme für die nächste

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Stufe entnommen. In den meisten mehrstufigen Verfahren werden mehrere Behälter verwendet und eine gegenläufige Flüssigkeits-Dampfströmung benutzt. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren stellt die Verdampfung von Meerwasser oder eines anderen Wassers mit Verunreinigungen dar, bei dem die Kondensierung des Dampfes zur Erzeugung gereinigten Wassers verwendet wird. Zur Durchführung dieser Verfahren wurden ein- und mehrstufige Verdampfer vorgeschlagen, die aber insgesamt verschiedene Nachteile besitzen.

Verunreinigte Flüssigkeit, strömt dann jeweils durch eine Vielzahl von Verdampfungszonen, von denen die nachfolgende jeweils unter der vorangehenden Zone liegt. Ein Teil der durch jede Zone strömenden Flüssigkeit wird in Dampf überführt, während der nicht verdampfte Teil der Flüssigkeit mit einer niedrigeren Temperatur die jeweilige Zone wieder verläßt. Die relativen Druckwerte in den aufeinanderfolgenden Zonen nehmen ständig ab, so daß auch die Druck- und Temperaturgradienten in den untereinanderliegenden Verdampfungszonen ständig abnehmen. Der in jeder Zone erzeugte Dampf strömt nach unten in eine langgestreckte Kammer, in der beim Durchströmen ein Wärmeübergang zu der nicht verdampften Flüssigkeit stattfindet,die eine nach unten abnehmende Temperatur aufweist. Dieser Wärmeaustausch bewirkt eine Kondensation des Dampfes an der Innenseite der Kammern sow^ie eine Erwärmung und Verdampfung der Flüssigkeit an der Außenseite der Kammern.

Wenn hier von einer Flüssigkeit mit Verunreinigungen gesprochen wird, so umfaßt der Begriff "Verunreinigungen" alles außer der Flüssigkeit, in der sie enthalben sein können. Es können beispielsweise gelöste oder ungelöste, anorganische oder organische Salze, Mineralien u.a.sein. Diese Bestandteile können durchaus wertvoll sein und sind auf bestimmten

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Anwendungsgebieten nicht als "Verunreinigungen" zu betrachten. In Verbindung mit der vorliegenden Beschreibung werden sie aber als Verunreinigungen betrachtet, da ihre Zusammensetzung sich von der der zugeführten Ausgangsflüssigkeit unterscheidet. Beispielsweise enthält Meerwasser viele wertvolle Mineralien, die, wenn irgendein gereinigtes Wasserprodukt davon betroffen ist, als Verunreinigungen zu betrachten sind. In Verbindung mit Seewasser kann die praktische Verwertbarkeit der Erfindung insbesondere in der Aufbereitung von Salzlösungen oder anderem Brackwasser gesehen werden.

V/eitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Fig. 2 eine Vorderansicht einer in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendbaren Ausführungsform.

Fig. 3 bis 7 weitere Ausführungsformen gemäß der Erfindung. Fig. 7a eine vergrößerte Teilansicht eines Teils der Fig.7.

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform.

Fig. 9 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Fig. 1o eine isometrische Teilansicht der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform.

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Der in Fig. 1 dargestellte Verdampfer 1o weist eine Kammer 12 auf, die mehrere übereinander angeordnete Verdampfungszonen enthält; in Fig. 1 sind allerdings nur vier solcher Verdampfungszonen "a" bis "d" dargestellt. In jeder Zone sind eine Bodenplatte 16 und eine oder mehrere langestreckte Dampfabzugskammern 18 vorgesehen. Die Flüssigkeit strömt durch eine Einlaßöffnung 22 zu und durch eine Auslaßöffnung 24 wieder ab. Die in die erste Zone einströmende Flüssigkeit wird über die oberste Bodenplatte 16 verteilt. Durch Regelung des Druckes in der langgestreckten Kammer 18a wird der Druck in dem Raum über der Flüssigkeit auf einem Wert unter dem der Flüssigkeitstemperatur entsprechenden Sättigungsdruck gehalten. Hierdurch wird ein Teil der Flüssigeit in Dampf umgewandelt, der dann nach unten durch die langgestreckte Kammer 18a strömt. Der nicht verdampfte Teil der Flüssigkeit wird durch die Verdampfung in der Zone "a" auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt und strömt dann in die zweite Verdampfungszone "b". Hierzu ist in der Bodenplatte eine Öffnung vorgesehen, die etwas größer ist als der äußere Umfang der langgestreckten Kammer 18a. Hierdurch ergibt sich am Umfang der langgestreckten Kammer ein Spalt 19* durch den das unverdampfte Wasser außen an der langgestreckten Kammer 18 entlang in die zweite Verdampfungszone "b" läuft. Wie in der ersten Zone "a" wird auch der Druck in der zweiten Zone "b" auf einem unter dem Sättigungsdruck der Flüssigkeit in der Zone "b" liegenden Wert gehalten.Der durch die Verdampfung erzeugte Dampf wird dann nach unten durch eine langgestreckte Kammer 18b abgeführt.

Wenn die durch die Verdampfung in der Zone "a" abgekühlte, nicht verdampfte Flüssigkeit an der Außenseite der langgestreckten Kammer 18a entlang läuft, entzieht sie dem Dampf auf der Innenseite der Kammer Wärme. Hieraus ergibt sich

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eine Kondensierung des Dampfes in der langgestreckten Kammer 18a, während gleichzeitig die an der Außenseite der Kammer 18a entlangfließende Flüssigkeit erwärmt wird und auf eine Bodenplatte. 16b in der Verdampfungszone ^wb" fließt. Ähnliche Verhältnisse herrschen in den folgenden Zonen, durch die die Kammer 18a hindurchführt. Durch Ablenkplatten 2o ist verhindert, daß Flüssigkeit, die an der Außenseite von der höheren Kammer 18 herabläuft, seitlich verspritzt und oben in die untere Kammer 18 eintritt. Beispielsweise ist durch die Ablenkplatte 2oa verhindert, daß Flüssigkeit, die von der Kammer 18a herunterläuft, seitlich verspritzt und oben in die Kammer 18b eintritt.

Die Regelung des Druckes in den entsprechenden Zonen, der nach unten in den aufeinanderfolgenden Zonen ständig abnimmt, wird durch eine ständige Verdampfung in jeder Zone erreicht. Durch diese Druckregelung nimmt der Temperaturgradient nach unten von einer Zone zur nächsten Zone ständig ab. Der geeignete Druck für die entsprechende Zone wird durch Regelung des Druckes in den langgestreckten Kammern 18 aufrechterhalten. Dies kann beispielsweise durch eine Niederdruckablaßkammer 3o, in die die langgestreckten Kammern 18 der entsprechenden Zonen münden, und durch Regelung des Druckes in den entsprechenden langgestreckten Kammern durch geeignete Druckabfallregeleinrichtungen, wie beispielsweise Drosselventile 32,erreicht werden. Die Ablaßkammer 3o wird natürlich auf einem Druck gehalten, der mindestens so niedrig ist wie der in der letzten Zone "d" in Fig. 1. Die Kammer 3o kann eine Abflußleitung 34- aufweisen, über die nicht kondensierter Dampf und irgendwelche nicht kondensierbaren Gase aus der langgestreckten Kammer 18 austreten, über eine weitere Ab-

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laßleitung 36 wird die Flüssigkeit entnommen, die in den langgestreckten Kammern 18 kondensiert ist. Die aus der Ablaßkammer über die Ausflußleitung 34- austretenden Gase werden gekühlt, damit der übrig gebliebene Dampf kondensiert; so wird der Dampf durch eine Kondensations einiichtung 38 mit einer Auslaßöffnung 4o für das Kondensat und mit einer Auslaßöffnung 42 für die restlichen, hauptsächlich nicht kondensierbaren Gase geleitet. Obwohl in Fig.1 nur vier Verdampf ungsζonen dargestellt sind, ist die Anzahl der Verdampfungszonen bei der Erfindung nicht begrenzt, so daß sowohl eine geringere als auch eine größere Anzahl von Zonen verwendet werden kann.

Das optimale, differenzielle Druckgefälle von einer Verdampfungszone zur anderen kann für eine spezielle Anwendungsform durch Versuche bestimmt werden.In einigen Fällen wird das gesamte·Druckgefälle über alle Zonen fest eingestellt und dann gleichmäßig auf die Zonen aufgeteilt« Das gesamte Druckdifferential zwischen dem einströmenden, reinen Wasser und dem kühleren, nicht verdampften Teil wird üblicherweise ebenfalls genau bestimmt. Obwohl in den meisten Fällen gleiche Anteile von einer Zone zur anderen Zone vorgesehen sind,können für jeden einzelnen Fall spezielle Einstellungen oft besonders vorteilhaft sein.

Bei der praktischen Anwendung der Erfindung ist es oft wichtig, daß ein nach unten abnehmender Temperaturgradient von einer Zone zur nächstfolgenden Zone in der Flüssigkeit an der Außenseite der langgestreckten, den Dampf ausscheidenden Kammern 18 in Fig.1 erhalten bleibt. Da der oben beschriebene Druckgradient den Hauptfaktor darstellt, würde die Flüssigkeit aufgrund des Druckgradients von eher Verdampfungszone zur anderen geleitet werden, um auf diese

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Weise in der nicht verdampften Flüssigkeit das gewünschte, nach unten hin abnehmende Temperaturgefälle herzustellen und aufrecht zu erhalten. In dieser Hinsicht sind eine Anzahl Paktoren von Bedeutung. Die Flüssigkeit muß jede Zone passieren, wenn alle Zonen entsprechend arbeiten müssen. Ebenso würde keine Flüssigkeitsbewegung zustande kommen, wenn in jeder Zone nicht ein Druck aufrecht erhalten würde, der niedriger ist als der in der vorhergehenden Zone. Die Dampfmenge, die zusammen mit der nach unten fließenden Flüssigkeit nach unten strömt, würde minimal sein. In einigen der dargestellten Anordnungen ist es zweckmäßig, wenn für die Flüssigkeitsströmung von einer Zone zur nächsten Zone gesorgt ist. Beispielsweise sind in der Anordnung der Fig.1 zweimal soviel Bahnen von der zweiten in die dritte Zone vorgesehen als von der ersten in die zweite Zone. Demgemäß sind auch, damit alle Bodenplatten überflutet bleiben, imdr um die langgestreckten Kammern 18a größere Spalte vorgesehen als um die Kammern 18b. Dies ist aber in den meisten Ausführungsformen nur dann notwendig, wenn eine sehr viel größere Anzahl Zonen in einer einzelnen Anlage untergebracht ist. Die Flüssigkeit erleichtert auch eine Abdichtung zwischen benachbarten Stufen. Beispielsweise ist in Fig. 1 durch den Spalt 19 eine Abschlußstelle zwischen benachbarten Zonen gebildet; diese Stelle ist aber, sobald die Dampfbewegung in Betracht gezogen wird, durch die Flüssigkeit vollständig abgedichtet. Hierdurch ist eine Isolierung einer Zone von jeder benachbarten Zone erreicht und dadurch die Aufrechterhaltung unterschiedlicher Druckwerte in jeder Zone erleichtert. Auch wenn die Flüssigkeit von einer Zone zur anderen strömt, würde hierdurch nicht eine Bewegung des Dampfes unabhängig von der Flüssigkeit unterbunden und insbesondere würde tatsächlich kein Dampf nach unten strömen.

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Wie bereits früher erwähnt, findet eine gewisse Erwärmung der Flüssigkeit dadurch statt, daß dem nach unten in den langgestreckten Kammern strömenden Dampf Wärme entzogen wird. Jedoch ist diese Wärmezufuhr nicht so groß, daß der nach unten abnehmende Temperaturgradient ausgeglichen würde. Die Erwärmung dient lediglich zur Erleichterung der Verdampfung, die in jeder Zone durchgeführt wird und trotz der Wärmezufuhr nimmt die Flüssigkeitstemperatur ab.

In Fig. 2 ist eine gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel abgeänderte Ausführungsform dargestellt, Hier sind die langgestreckten Kammern 18 von der letzten Verdampfungszone "d" durch eine Kühlkammer 4-4- durchgeführt, wo ein Kühlmedium, das durch ein Ansatzrohr 4-6 einströmt und durch ein anderes Ansatzrohr 4-8 wieder ausströmt, an den Außenflächen der Kammern 18 englangströmt. Hierdurch kondensiert dann tatsächlich aller Dampf, der noch in den Kammern 18 enthalten ist, unter der letzten Verdampfungszone. Hinter der Kammer 4-4- münden die langgestreckten Kammern 18 in eine Niederdruckkammer 5o. Das aus den Rohren ausströmende Kondensat wird auf dem Boden der Kammer gesammelt und wird von dort als Flüssigkeit 52 ständig über eine Abflußleitung 54- abgeleitet. Über der Flüssigkeit 52 sind eine Reihe Niederdruckzonen 56 vorgesehen, die jeweils einen zu einer Verdampfungszone gehörenden langgestreckten Kammer entsprechen. Da in der Ausführungsform der Fig. 1 vier Verdampfungszonen "a" bis "d" vorgesehen sind, sind in der Kammer 5o auch 4- Unterdruckzonen "a" bis "d" dargestellt. Die entsprechenden Druckwerte in jeder Zone, die ihrerseits die Druckwerte in den zugehörigen Kammern 18 und den entsprechenden Verdampfungszonen bestimmen, werden dadurch geregelt, daß eine Ausgangsöffnung 6o für die restlichen Gase vorgesehen ist, an die eine Einrichtung, bei-

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spielsweise eine Vakuumpumpe, die unter Atmosphärendruck arbeitet, zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Unterdrucks angeschlossen ist. Jede Zone der Kammer 5o ist von der benachbarten Zone durch eine Unterteilungs-oder Trennwandung 62 mit einer veränderlichen öffnung 64 getrennt. Durch Aufrechterhaltung einer konstanten Strömung des restlichen Gases durch eine Austrittsöffnung 6o und durch Einstellen der veränderlichen Öffnungen in jeder Trennwand 62 werden die Druckwerte in den entsprechenden Niederdruckzonen ^ua" bis "dⁿ in der Kammer 5o auf den geforderten Werten gehalten, die von der Zone "a" bis zur Zone "d" ständig abnehmen. Durch die Aufrechterhaltung der Druckwerte in den entsprechenden Verdampfungszonen "a" bis "d" verdampft in Jeder Zone ein erheblicher Teil der Flüssigkeit, der in die Zone einströmt; aufgrund der Dampferzeugung nimmt die Temperatur in dem nicht verdampften Teil der Flüssigkeit ab, die dann jeweils aus der entsprechenden Zone abgeleitet wird. Die Flüssigkeit 52 reicht bis über die unteren Kanten der Trennwände 62 hinaus, wodurch eine Abdichtung zwischen benachbarten Zonen erreicht ist. Wenn das Druckgefälle zwischen benachbarten Zonen weniger hoch ist, reichen die Trennwände 62 bis zu dem Boden und es ist für jede Zone eine gesondere Auslaßöffnung zur Entnahme des Kondensates vorgesehen.

Während sich die bisherige Beschreibung immer auf abgetrennte Verdampfungszonen bezog, die als abgetrennte Zellen betrachtet werden können, von denen jede selbständig bzw. bezüglich der benachbarten Zellen abgeschlossen ist, umfaßt die Erfindung selbstverständlich auch die Einrichtung weniger abgeschlossener Verdampfungszonen. Beispielsweise kann die Erfindung auch ohne genau angelegte Zellen praktisch verwendet werden, wie es bei der Ausführungsform der Fig. 1 der Fall war, wo die Bodenplatten 16 eine Zone

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oder Zelle von der nächsten deutlich trennen und abschließen. In Fig. 3 ist ein Verdampfer 7 ο mit einer Außenwand 7Ί dargestellt, die im wesentlichen mit Packungsmaterial 72 angefüllt ist, das "Raschig"-Ringe, "Berl"-Ballen oder irgendwelches anderes geeignetes Packungsmaterial sein kann. Die Flüssigkeit fließt durch den Einlauf 74· zu und die Restflüssigkeit fließt durch die Auslaßöffnung 76 wieder ab. Bei der Verdampfung bildet sich eine Flüssigkeit-Gasgrenzschicht mit einer Schräglage derart aus, daß über der Grenzschicht 78 die Gasphase vorherrscht, welche hauptsächlich aus Dampf besteht. Unter der Grenzschicht besteht die Phase 84 aus Flüssigkeit und etwas Gas, die aber als Flüssigkeitsphase bezeichnet wird, um sie von der Gasphase zu unterscheiden. Die in der Flüssigkeitsphase 84 vorherrschende Zusammensetzung besteht aus einer brodelnden oder aufschäumenden Flüssigkeit mit Dampfblasen, die sich unter der Grenzschicht 78 ausbilden. Langgestreckte Kammern 8o zur Dampfentnahme sind mit Abdeckkappen 82 verseilen, um die Aufnahme oder das Mitreißen von Flüssigkeit in die Kammereingangsöffnungen auf ein Minimum zu beschränkenο

Obwohl hier keine Unterteilungen vorhanden sind, um die Verdampfungszonen genau festzulegen, besitzt jede der Auslaßöffnungen für die Kammer 8o einen Einflußbereich, QIe dann als Verdampfungszonen au betrachten sind. Obwohl diese Bereiche sich horizontal und vertikal überlappen, ist doch jeweils eine vorherrschende Verdampfungszone zu erkennen, die jeder der verschieden langen Säulen 8oa bis 8oc entspricht. Bei der Beschreibung der Stellen von aufeinanderfolgenden Verdampfungszonen umfaßt der Begriff "weitgehend abwärts ausgerichtet" die Überdeckung, die in einem Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, überwiegen' kann. Hierbei gibt es Bereiche, beispielsweise den Bereich 83 zwischen langgestreckten Kammern 8oa und 8ob, wo-der Ein-

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fluß der Kammern ausgeglichen ist, so daß der an dieser Stelle gebildete Dampf in jede der beiden Kammern strömen kann. Es. gibt aber auch ausgeprägte Verdampfungszonen, die den Kammern 8oa und 8ob entsprechen; die der Kammer 8ob entsprechende Zone liegt dann im wesentlichen unterhalb von der zu der Kammer 8oa gehörenden Zone. Der Ausdruck "weitgehend abwärts ausgerichtet" bedeutet daher,daß eine Zone nach unten und seitwärts gegenüber der vorhergehenden Zone verschoben sein kann, wie dies oft der Fall ist. In der Ausführungsform der Fig. 3 nimmt die durch den Verdampfer verlaufende Temperatur der Flüssigkeitsphase 84 nach unten in Richtung auf die Auslaßöffnung 76 ständig ab. Wenn für die Flüssigkeitstemperatur in Fig.3 Isothermen eingezeichnet wären, würden sie weitgehend waagerecht oder so geneigt verlaufen, daß sie sich mit der schrägen Flüssigkeitslinie 78 in Richtung der Auslaßöffnung 76 schneiden. Jede der Säulen 8o verläuft dann durch ein ständig abnehmendes Temperaturgefälle, das dem ständig abnehmenden Wärmegradient entspricht und auf dem vorher beschriebenen, geregeltenDruck in den aufeinanderfolgenden Verdampfungszonen beruht.

Die Phase unter der Grenzschicht 76 weist, wie bereits ausgeführt, eine große Menge von Gasblasen auf. Diese Blasen bewegen sich wahrscheinlich auf die Grenzschicht in der für eine Blase 85 angegebenen Richtung zu. Jede der langgestreckten Kammern kann dann als Verdampfungszone betrachtet werden, die seitlich von der jeweiligen Kammer quer durch den gesamten Verdampfer verläuft. Dies ist in Fig. 3 schematisch für eine Zone "b" zwischen den unterbrochenen Linien auf jeder Seite der Blase 85 dargestellt.

Die Erfindung ist bisher in Verbindung mit vereinfachten Ausführungsbeispielen mit einer begrenzten Anzahl von Ver-

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dampfungszonen beschrieben worden; es können aber auch gemäß der Erfindung viele Zonen in einer einzigen Verdampferanlage verwendet werden«, In den Fig. 4 und 5 ist ein Verdampfer 9o mit einer Einlaßöffnung 92, einer Auslaßöffnung 94 und einer Außenwandung 95 dargestellt. Der Verdampfer enthält eine Vielzahl von Verdampfungszonen mit abnehmendem Druck. Lange Kammern sind in Form einer Reihe von vertikalen Rohren 96a, 96b usw. zwischen parallel verlaufenden horizontal gewellten Blechteilen 98 angeordnet. Die gewellten Blechteile 98 können als zwischen den angrenzenden Teilen jeder Rohrreihe angeordnet angesehen werden. Beispielsweise sind in Fig. 5 zwischen angrenzenden Rohren der Rohrreihe 96a gewellte Bleche 98 angeordnet. In Fig. 4· enden die gewellten Bleche in einer Schräge - 1oo derart, daß die geneigte Begrenzung eine entlang den Rohrreihen verlaufende geneigte Ebene beschreibt, die senkrecht zu der Zeichenebene der Fig. 4 liegt. Zwischen aufeinanderfolgenden Rohrreihen, beispielsweise zwischen den Reihen 96a und 96b, ist ein vertikal verlaufendes Blech- oder Plattenteil 97 untergebracht, das vom oberen Ende der Schräge 1oo der gewellten. Bleche 98 bis zur Deckfläche des Verdampfers verläuft. Die Blechteile 97 nehmen in vertikaler Richtung von links nach rechts in Fig. 4 beständig zu und verlaufen senkrecht zur Zeichenebene dieser Figur. Durch die Blechteile 97 werden die Druckbereiche aufeinanderfolgender, langgestreckter Rohrreihen voneinander getrennt bzw. isoliert. Beispielsweise trennt das Blech 97a die Druckbereiche der Rohre 96a von den niedrigeren Bereichen der Rohre 96b. Jede der Rohrreihen stellt eine Verdampfungszone dar, die an der unteren Kante des zugehörigen Blechteils 97 beginnt. Der gebildete Dampf entweicht an irgendeiner Stelle entlang der Schräge 1oo und strömt in den oberen Teil der Rohrkammer 96 und wird von dort durch die Kammer 96 nach unten ausgeschieden. Die gewellten Blechteile schaffen einen

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Oberflächenbereich, um die Flüssigkeitsströmung durch den Verdampfer zu verlangsamen, wodurch in der Flüssigkeit leichter ein nach unten abnehmender Temperaturgradient aufrechterhalten wird, der dann in den querverlaufenden, aufeinanderfolgenden Verdampfungszonen vorherrscht.

In der besonderen in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform weisen die rohrförmigen langen Dampfkammern 96 von der Zone "a" bis zur Zone "m" allmählich zunehmende Längen auf. Dies ist aber nicht unbedingt notwendig, da die Rohre auch dieselben Längen besitzen können. Hierbei müßte dann der Dampf, der in den unteren Zonen gebildet wird, nach oben bis zu dem Rohreingang eine größere Wegstrecke zurücklegen als der Dampf, der in den höheren Zonen gebildet wird; dies würde aber den Betrieb des Verdampfers in keiner Weise ernstlich behindern.

Die rohrförmigen langen Kammern 96 enden in einer Niederdruckkammer 1o2, die genau so arbeitet wie die Kammer 5o in Fig. 2 mit den Trennwänden, die die Niederdruckkammer in eine abgetrennte Zone für jede Verdampfungszone unterteilen. Die Zwischenräume zwischen den unteren Wandungen 1o5 der Rohre 96 sind gegenüber der Kammer 1o2 durch eine Dic-htung 1o4- abgedichtet, die aus einer Vergußmasse oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann. Die Einstellung der oberen Teile 1o3 der Trennwandungen ist in Fig. 4- dargestellt.

In Fig. 4- wird die dem Verdampfer zugeführte Flüssigkeit durch die Einlaßkammer 92 seitlich verteilt, d.h. in einer Richtung senkrecht zu der Zeichenebene der Fig. 4-, Die Flüssigkeit wird dann auf die oberen Riffelungen der gewellten Bleche 98 verteilt und fließt seitlich ausgerichtet nach unten auf die Auslaßöffnung 94- zu. Durch die gewellten

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Bleche wird der Flüssigkeitsstrom behindert und so gesteuert, daß er den gewünschten, beständig nach unten abnehmenden Temperaturgradient aufweist. In der strömenden Flüssigkeit werden ständig Luftblasen erzeugt, die sich im allgemeinen in der durch den Pfeil 99 angegebenen Richtung bewegen. Wenn sich die Blasen in der Mähe der Kante 1oo befinden, steigt der Dampf nach oben zn den rohrförmigen langgestreckten Kammern 96 auf. Es ergibt sich dann eine Flüssigkeit-Gas-Zwischenschicht, die grob der Schräge 1oo entspricht. Der Begriff "Flüssigkeit" gibt wieder eine Phase an, die Flüssigkeit mit einer erheblichen Gasmenge aufweist.

In den langen Kammern 96' wird der Dampf nach unten geleitet, wobei er in ähnlicher Weise Wärme an die flüssige Phase abgibt, wie es bereits oben in Verbindung mit der in Fig., 1 dargestellten Ausführungsform beschrieben ist. Gegebenenfalls kann auch eine Kühlkammer der in Fig.2 dargestellten Art in der Anordnung untergebracht sein. In diesem Fall verlaufen dann die langen Rohre 96 durch diese Kammer, wie bereits in Verbindung mit Fig. 2 dargestellt ist. Der Aufbau kann dann dadurch sichtbar gemacht werden, daß in Fig. 4 die Dichtung 1o4 und die untere Kammer 1o2 in der Mitte durchgeschnitten werden, wodurch sich eine der Kammern 44 in Fig. 2 ähnliche Kühlkammer ergibt.

In der Verdampf er einrichtung der Fig. 4 ist in einer einzigen Verdampferanlage eine sehr große Anzahl Verdampfungsstifen verwirklicht. Die in der Anlage verwendeten Materialien sind leicht und daher erheblich billiger als die in den Behältern mit Bodenplatten verwendeten Materialien, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Dies gilt insbesondere da, wo ein geringer Druckunterschied zwischen nebeneinanderliegenden oder aufeinanderfolgenden Zonen vorhanden ist. Beispielsweise kann

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bei der Verdampfung von Wasser bei einem unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck der Druckunterschied zwischen zwei Zonen, beispielsweise zwischen den Zonen "a" und "b" in Fig. M-, 1 cm-Hg betragen. Die Trennwände 97 können aus einem Metallblech von ungefähr o,o75 cm Dicke in Form von gewellten Blechen 98 hergestellt sein. Die langgestreckten Kammern 96 können aus Rohren mit einer noch geringeren Wandstärke hergestellt sein. Für Anwendungen im Niederdruckbereich ist nur der Teil des Verdampfers, der aus Teilen von ausreichender Festigkeit hergestellt sein muß, die Außenwandung 95- Hierdurch wird die Ausführung einer solchen Einheit erheblich wirtschaftlicher. In der in Fig.4-dargestellten Ausführungsform sind dreizehn Verdampfungszellen dargestellt, die alle in einer einzigen Anlage enthalten sind, eine sehr wirksame Raumausnützung und ei-nen wirtschaftlichen Aufbau aufweisen.

In der in Fig. M- dargestellten Ausführungsform und in den in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsformen ist die Dampfbewegung nach oben gerichtet, nachdem die flüssige Phase verlassen ist und bevor er in die langgestreckten Dampfkammern eintritt. Dies ergibt sich auch bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 3. Obwohl der Dampf somit eine gewisse aufwärts gerichtete Bewegung ausführt, um zu den Eingangsöffnungen der langgestreckten Dampfkammern zu gelangen, wird doch angenommen, daß der Dampf von jeder Verdampfungszone nach unten durch die langgestreckten Kammern strömt. Obwohl die langgestreckten Kammern in einigen in den Figuren dargestellten Ausführungsformen vertikal angeordnet sind, ist hierin keine Beschränkung des Anmeldungsgegenstandes zu sehen, da die Kammern genau so gut geneigt oder sogar nicht linear, beispielsweise schraubenförmig ausgebildet sein können; sie müssen nur dazu dienen, eine abwärts gerichtete Strömung des Dampfes sicherzustellen.

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Der Dampf durchströmt dann die Kammern nach unten und es findet zumindest mit einem Teil der Flüssigkeitsphase mit einem nach unten abnehmenden Wärmegradient eine Wärmeübertragung statt.

In vielen Ausführungsbeispielen durchlaufen die langgestreckten Kammern, die zu einer speziellen Verdampfungszone gehören, im wesentlichen den gesamten Teilbereich des Temperaturgradienten, der zu den unter der speziellen Zone liegenden Verdampfungszonen gehört. Beispielsweise durchläuft die Kammer 18b in Fig. 1 die Zonen "c" und "d^M.

w In Fig. 4- durchlaufen die langgestreckten Kammern 96g im wesentlichen den gesamten Temperaturgradient, der zu den nachfolgenden Zonen "h" bis "m" gehört, oder zumindest einen Großteil dieses Temperaturgradienten. Die Kammern 96a wurden dann den gesamten Temperaturgradient durchlaufen, der zu den Zonen "b" bis "m" gehört. In einigen Fällen kann dann die kälteste, nicht verdampfte Flüssigkeit nur in der Nähe der Kammern 96m und an der Auslaßöffnung 94- vorherrschen, so daß die Kammern 96a tatsächlich den ganzen Wärmegradient durchlaufen, der zu den Zonen "b" bis "m" gehört. Die Beschreibung ist daher so abgefaßt, als würden die Kammern und der in ihnen enthaltene Dampf zumindest einen Teil des Wärmegradienten durchlaufen,der zu den folgenden Zonen gehört, und hierbei gleichzeitig ein Wärmeübergang stattfinden; bei vielen Ausführungsformen durchlaufen die Kammern und der in ihnen befindliche Dampf tatsächlich den gesamten Teilbereich. Für eine besondere Ausführungsform oder Anordnung kann es daher als wünschenswert angesehen werden, daß die Kammern und der in ihnen befindliche Dampf nur einen begrenzten Teil des Wärmegradienten oder nur eine begrenzte Anzahl der Verdampfungszonen durchlaufen. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, daß die Kammern nur fünf oder sechs aufeinan-

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derfolgende Zonen oder nur den entspre-chenden Teil des Wärmegradienten durchlaufen.

Wie in der Ausführungsform der Fig. 2 können einige oder alle Verdampfungskammern, nachdem sie den gewünschten nach unten abnehmenden Temperaturgradient durchlaufen haben,zusätzlich noch durch ein Kühlmedium geführt werden. In Fig. 2 sind alle Kammern durch die Kühlkammer 44 hindurchgeleitet, durch welche ein Kühlmedium, beispielsweise relativ kaltes Wasser, von der Einlaßöffnung 46 zu der Austrittsöffnung 48 zirkuliert.

Auf Wunsch kann die Auslaßöffnung 94 für die nicht verdampfte Flüssigkeit in Fig. 4 auf derselben Seite wie die Einlaßöffnung angebracht sein, wie es durch unterbrochene Linien auf der linken Seite des Verdampfers 9o dargestellt ist. In einigen Fällen kann es günstiger sein, den Wärmeaustausch zwischen der flüssigen Phase und den langgestreckten Kammern durchzuführen, die zu den vorhergehenden Verdampfungszonen gehören, beispielsweise zwischen den Kammern 96a bis 96d, wobei dann diese Kammern mit der nicht verdampften Flüssigkeit bei einer niedrigeren Temperatur in Verbindung kommen, als es der Fall wäre, wenn die Auslaßöffnung 94 auf der gegenüberliegenden Seite läge. Diese Abänderung ist bei einigen der Ausführungsformen mit vielen Zonen vorteilhaft, wie beispielsweise bei der Ausführungsform der Fig. 4 und den in den folgenden Figuren wiedergegebenen Ausführungsformen.

Eine Variation der in Fig. 4 dargestellten Verdampferanordnung mit vielen Zonen ist in den in Fig. 6, 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen dargestellt. Der Verdampfer 11ο enthält eine Außenhülle 111 und eine Reihe von gewellten Blechen 112, die in ihrer Konfiguration und ihrer.

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Wirkungsweise den in Fig. 4 wiedergegebenen gewellten Blechteilen 98 sehr ähnlich.sind. Diese Blechteile sind ebenfalls entlang einer geneigten Linie 114 aufgeschnitten. Anstatt ebener, blechähnlicher Teile (wie die Teile 97 in Fig. 4) sind für die aufwärts gerichtete Dampf bewegung vertikal ausgerichtete, gewellte Blechteile 118 vorgesehen. Die Schnittlinie zwischen den Blechen 118 mit den Blechen 112 entlang der Linie 114 kann als eine. Gehrung angesehen werden. In Fig. 7 ist zu erkennen, daß d^e~ de Reihe vertikal und horizontal ausgerichtete Bleche 118 bzw. 112 enthält. Die einander abwechselnden Reihen enthalten Bleche 12o mit Wellungen, die vertikal über die gesamte Länge des Verdampfers verlaufen. Auf jeder Seite eines gewellten Bleches 12o ist ein ver-gleichsweise ebenes Blech 121 angeordnet. In Fig. 8 ist zu erkennen, daß die vergleichsweise flachen Bleche 121 zu den vertikal angeordneten, gewellten Blechen 12o gehören, um vertikal ausgerichtete, langgestreckte Kammern 123 zu bilden. Genauso gehören die vergleichsweise flachen Bleche 121 zu den vertikal ausgerichteten, gewellten Blechen 118, um nach oben ausgerichtete, langgestreckte Kammern 119 zu bilden. Die Kammern 119 dienen zur Leitung des Dampfes nach oben zu den oberen Enden der Kammern 123, die dann nach unten über die gesamte Höhe des Verdampfers verlaufen. *

Die oberen Kanten der gewellten Bleche 118 und 12o treffen auf die Oberfläche 113 der Verdampferaußenwandung auf, wodurch eine Abdichtung gegebenenfalls erleichtert wird. Die vertikal ausgerichteten, vergleichsweise flachen Bleche 121 verlaufen in einigen Fällen nicht bis zu der oberen Fläche 113 oder wenn sie doch bis dahin reichen, sind sie mit Löchern versehen. Hierbei sind abwechselnd für den Dampf Bahnen vorgesehen, so daß er von den ihn aufwärts leitenden Kammern 119 parallel zu oder durch die Bleche

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in die nach unten führenden Kammern 123 strömt. Die Dampfströmung von den Kammern 119 in die Kammern 123 ist in Fig. 8 schematisoh durch unterbrochene Pfeile dargestellt.

Wie in der in Fig. 4 dargestellten Anordnung wird die Flüssigkeit in Fig. 6 seitwärts zugeführt und durch den Kanal 122 seitlich verteilt. Die Flüssigkeit ist dann auf Jeder Seite der gewellten Bleche 112 verteilt, wie schematisch in den Fig. 7 und 7a dargestellt ist, wo eine flüssige Phase nach unten entlang den Blechen 112 strömt und sich in rinnenförmigen Becken 115 sammelt. Somit ist Vorsorge getroffen, um eine abwärts gerichtete Flüssigkeitsbewegung zu ermöglichen, die aber andererseits durch die Überschneidungen der gewellten Bleche 112 mit den vertikal angeordneten, vergleichsweise flachen Blechen 121 unterbunden sein kann. Durch Schlitze oder Aussparungen entlang den Erhebungen der gewellten Bleche oder durch Ausbildung der Bleche 121 mit vertikal ausgerichteten, aber vergleichsweise kleinen Wellungen, wie in Fig. 8 dargestellt, kann dies erleichtert werden. Der Abstand von einem Wellenberg zum anderen bei den gewellten Blechen 112, 118 und 12o kann beispielsweise ungefähr 7»5 cm betragen, während der Abstand teeiepieleweiee zwischen zwei benachbarten Wellenbergen bei den gewellten Blechen 121 nur ungefähr o,5 cm beträgt. Im Vergleich zu den gewellten Blechen 118 und 12o können daher die Bleche 121 vergleichsweise als eben betrachtet werden, obwohl in Wirklichkeit die Bleche 121 sehr kleine, vertikal verlaufende Wellungen aufweisen, um die abwärts gerichtete Bewegung des Flüssigkeitsstroms über die horizontal ausgerichteten Wellen an den Blechen 112 zu erleichtern. Die Grenzfläche zwischen der flüssigen und der Dampfphase ist geneigt und entspricht etwa der Linie 114. Der Dampf tritt aus und strömt im allgemeinen seitwärts entlang der Räume über den die Flüssigkeit enthaltenden Basken

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115, bis er die Linie 114 erreicht. Von dort steigt er dann in den nach oben ausgerichteten Leitkammern 119 auf Am oberen Ende der Leitkammern 119 strömt der Dampf in den oberen Teil der nach unten gerichteten Kammern 123, die dann den Dampf nach unten über die gesamte Länge des Verdampfers leiten. Wenn der Dampf bis unter die Linie geströmt ist, findet durch die Oberflächen der ver-

' hier-

tikalen Bleche 121/durch ein Wärmeaustausch mit der flüssigen Phase auf der anderen Seite der Bleche 121 statt. Da die Flüssigkeit einen nach unten abnehmenden Wärmegradient aufweist, wird der Dampf abgekühlt, wenn er nach unten weitergeleitet wird. Die für die Kammern 123 bezüglich der nachfolgenden Verdampfungszonen erßrderliche Drucksteuerung wird mittels der Trennwandungen 124 auf . dieselbe Weise durchgeführt, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kammern 123 sind nicht durch eine Bodenfläche des Verdampfers abgeschlossen, obwohl die Teilbereiche unter der Flüssigkeitsseite durch eine geeignete Einrichtung 126 abgedichtet sind, damit keine unverdampfte Flüssigkeit in die Niederdruckkammer 127 fällt.

Wie bei der Ausführungsform der Fig. 4 kann eine Kühlkammer der in Fig. 2 dargestellten Art zwischen der Flüssigkeitsdichtung 126 und der Niederdruckkammer 127 angeordnet sein. In diesem Fall gehen dann die Bleche 121 und 118 durch die Kühlkammer hindurch und enden in der Niederdruckkammer 127.

Eine weitere Verdampferanordnung mit vielen Zonen ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt, in denen die Verdampfung^ zonen deutlicher wiedergegeben sind als in der Ausführungsform der Fig. 4. Die Anordnung verwendet ebene Bleche anstelle von gewellten und kann als eine Art Schichtenkon-

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struktion betrachtet werden. In Fig. 9 enthält der Verdampfer 13o eine Außenhülle 131 mit mehreren parallelen vertikal ausgerichteten Blechteilen 134, die über die gesamte Höhe und Länge des Verdampfers verlaufen. Die Zwischenräume zwischen den parallelen Blechen 134- sind abwechselnd mit schmalen Blechteilen 136, die in L-Form abgewinkelt sind, und mit geraden, vertikal ausgerichteten schmalen Blechteilen 138 unterteilt. Die L-förmigen Bleche stellen den die Flüssigkeit aufnehmenden !Peil und die vertikal verlaufendenBleche 138 mehrere langgestreckte Verdampfungskammern 139 dar, die über die gesamte Länge des Verdampfers 'verlaufen. Die L-förmigen Teile 136 weisen gestaffelt längere Stege auf, die von oben nach unten und von links nach rechts in den Fig. 9 und 10 verlaufen. Die Scheitelpunkte der L-förmigen Teile 136 beschreiben ein geneigtes Profil 140, das der Kante 100 des gewellten Blechteils 98 in Fig. 4 entspricht.

Der horizontal verlaufende Steg 142 des L-förmigen Teils 136 bildet einen Wasserbehälter 143 und eine Verdampfungszone 145. Der Dampf strömt parallel zu der Zone 145 und dann nach oben entlang der zugehörigen Kammer 144. Nach Erreichen des oberen Endes der Kammer 144 strömt er durch Bohrungen 154 in den Blechen 134, und strömt dadurch in die nach unten ausgerichteten Verdampfungskammern 139 ein. Obwohl die Bohrungen in dem oberen Teil des Verdampfers dargestellt sind, brauchen sie nicht unbedingt vorhanden zu sein. Die Bohrungen 154 können, wenn erwünscht, nur ein kurzes Stück über dem Flüssigkeitsniveau 143 für jede einzelne Zone vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Bohrung 155 sich nur in geringem Abstand über dem Flüssigkeitsniveau befinden, das für die Verdampfungszone "i" dargestellt ist. Wenn alle Bohrungen im oberen Teil des Ver-

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dampfers untergebracht sind, stellt dies eine Vereinfachung bei der Herstellung dar, und gleichzeitig wird hierdurch das Auftreten von Abzugsgastaschen über den Bohrungen verhindert.

In Fig. 9 wird die zugeführte Flüssigkeit quer zu den Verdampf ern durch einen Flüssigkeitseinlaßkanal 15° seitlich verteilt und strömt von dort in die oberen Verdampfungsstufen. In der wiedergegebenen Ausführungsform fließt die Flüssigkeit in die fünf ersten Stufen "a" bis "e". Von

w dort wird sie dann im allgemeinen nach unten zu den nachfolgenden Stufen geleitet,.wozu Schlitze oder Aussparungen 152 oder andere geeignete Einrichtungen vorgesehen sind, wodurch der Durchgang der Flüssigkeit nach unten von einer Stufe zur anderen gesteuert wird. Die Schlitze bzw. Aussparungen 152" an der Schnittlinie mit den Blechen 134 sind hierzu besonders geeignet, da hierdurch die Ausbildung einer dünnen Flüssigkeitsschicht auf der mit Flüssigkeit versehenen Seite der Bleche 134- erleichtert wird; gleichzeitig wird hierdurch die Wärmeübertragung zu der nach unten laufenden dünnen Flüssigkeitsschicht ermöglicht. Die nicht verdampfte Flüssigkeit wird gesammelt und auf dieselbe Weise entnommen, wie es bereits in den vorher besprochenen Anordnungen durchgeführt worden ist. Wie bei den oben beschriebenen Anordnungen kann auch hier eine weitere Kondensation vorgenommen werden, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die Druckregulierung für die entsprechenden Verdampfungszonen wird auf dieselbe Weise durchgeführt, wie es bereits in Verbindung mit den vorher besprochenen Ausführungsformen beschrieben worden ist.

Die Erfindung schafft demnach einen Verdampfer mit mehreren Verdampf ungszonen, von denen jede unter der vorhergehenden

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Zone angeordnet ist, und mit nach unten ausgerichteten, langgestreckten Dampfkammern. Die Kammern können in ihrer Länge von einer Zone zur nächsten abnehmen und jede der entsprechenden Zonen ausbilden. Die Kammern verlaufen im allgemeinen senkrecht zu allen aufeinanderfolgenden Verdampfungszonen; in einigen lallen verlaufen sie nur durch einen Teil dieser Zonen. Zusätzlich ist eine Einrichtung zur Steuerung des Drucks in den langgestreckten Kammern vorgesehen, so daß die gewünschten Druckwerte in den verschiedenen Verdampfungszonen einstellbar sind. Eine weitere Einrichtung weist eine gesonderte Niederdruckquelle für geden Druckwert oder eine gemeinsame Nieder druckgtelle mit einer Druckdrossel für die aufeinanderfolgenden Anordnungen, um den Druck von einer Zone zur anderen, wie oben beschrieben, zu verändern, auf.

Auf der "Flüssigkeitsseite", d.h. auf der Außenseite der langgestreckten Kammern, wird der Flüssigkeitsstrom nach unten und seitwärts so gesteuert und eingeschränkt, daß ein ständig abnehmender Temperaturgradient in der nach unten fließenden, nicht verdampften Flüssigkeit erhalten bleibt. Die einfachste Einrichtung, um dies zu erreichen, ist in der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wiedergegeben. Hierbei wird der Flüssigkeitsstrom durch Füllmaterialien derart eingeschränkt, daß die Flüssigkeit einen nach unten abnehmenden Temperaturgradient entsprechend dem nach unten abnehmenden Temperaturgradient der aufeinanderfolgenden Verdampfungszonen besitzt. In der Ausführungsform der Fig. 1 sind die Verdampfungszonen deutlich voneinander getrennt, da durch die Bodenplatten 16 abgeschlossene Zellen ausgebildet sind. Die Flüssigkeit besitzt dann einen Temperaturgradient, der dem der Verdampfungszonen entspricht und ändert sich nach unten von einer Zone zur anderen enlikng der Außenseite der Kammern 18.

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In Fig. 2 werden die langgestreckten Kammern, wenn der eingeschlossene Dampf abgelassen ist, unten noch durch eine Kühlkammer 44 geleitet, wo ein Kühlmedium an der Außenseite der Kammern entlang zirkuliert, damit der Dampf an der Innenseite dieser Kammern noch weiter kondensiert. Hierbei sollte die Temperatur des Kühlmediums niedriger liegen als die der letzten Verdampfungsstufe.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung folgen noch einige Beispiele.

Beispiel 1

Eine Säule mit einem Innendurchmesser von etwa 9*5 cm ist mit Kies vollgefüllt und in einem Rohr mit einem Durchmesser von 31 cm untergebracht; dies entspricht etwa der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform. Die Rohre sind mit kappenähnlichen Abdeckungen versehen, damit möglichst wenig Flüssigkeit in sie hineinkommt. Die Säule ist 7Ί cm hoch und die Rohre sind in vier Reihen von jeweils drei Rohren gruppiert, die jeweils kurzer sind als die vorhergehende Reihe. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 enth-ält im allgemeinen vier Rohrreihen und nicht, wie in Fig. 3 dargestellt, nur drei; jede Reihe enthält drei Rohre, die in einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht zu der Zeichenebene der Fig. 3 verläuft. Das Wasser wird in die Säule eingeleitet und aus ihr wieder abgeleitet. Die entsprechenden Eingangs- und Auslaßtemperaturen zusammen mit der Wasserdurchflußmenge sind in Tabelle I zusammen mit der Zuführmenge für verschiedene Versuche dargestellt. Die rückgewonnene Kondensatmenge ist neben dem Wirkungsgrad angegeben, der die tatsächliche Ausbeute darstellt, die durch die Ausbeute für ein ideales einstufiges Verfahren geteilt ist, das aus der zup;eführten Waüsermenge und dem Tempei^aturabfall des zugefülirten Wassers berechnet ist, unter der

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Annahme, daß der gesamte Wärmeverlust, der in dem Temperaturabfall wiedergespiegelt wird, Dampf zurückgewonnen wird. Auf diese Weise ergibt sich der in Tabelle I wiedergegebene Leistungsgrad; eine praktische Ausführung der Erfindung schafft somit eine Kondensatausbeute, die die von über ^o % bis über 1oo % höher liegt als die eines idealen einstufigen Verfahrens. Hieraus ergibt sich ganz offensichtlich eine beträchtliche Ersparnis im Vergleich zu einem Oberflächenkondensator, um das gesamte Kondensat zurück zu gewinnen.

Beispiel 2

Eine Säule von 7^ cm Höhe und ungeführ 9»5 cm Innendurchmesser ist mit Bodenplatten und mit Röhren von o,95 cm Durchmesser ausgestattet, was etwa einer langgestreckten Verdampfungskammer 18 gemäß der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform entspricht. In diesem Fall sind drei Verdampfungszonen vorhanden, von denen jede vier Röhren,also insgesamt zwölf Röhren, enthält. Es wurden mit Wasser einige Meßreihen durchgeführt; hierbei wurden dann die gleichen Meßwerte und die entsprechenden Daten wie bei Beispiel 1 aufgenommen. Aus den Ergebnissen in Tabelle I ist zu entnehmen, daß eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zu einem idealen einstufigen Verdampfer erreicht worden ist.

Beispiel 3

Eine Säule, die der in Verbindung mit Beispiel 2 beschrie benen ähnlich ist, besaß diesmal eine Länge von 2,5 m und war in fünf Abschnitte unterteilt, von denen {jeder drei Rohre enthielt. Die Rohre besaßen wiederum einen Durchmesser von o,95 cm und die Säule wies einen Innendurchmesser von 9»5 cm auf. Die Ergebnisse von zwei Versuchs-

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reihen sind tabellarisch in Tabelle I wiedergegeben; diesen Werten ist wiederum zu entnehmen, daß ein sehr guter Wirkungsgrad mit erheblich höheren Zuführungsmengen und geringen Temperaturunterschieden zwischen der Einlaß- und Auslaßöffnung erhalten sind.

Tabelle I Versuchs ergebni s s e mit Säulen von 9,5 cm Durchmesser

Zugeführte Wassertemperatur Kondensat (1) Wassermenge Ein- Aus- ml/min. Wirkungsml/min. ggng Sgng grad

Beispiel 1

4800 42,2

3900 43,1

2450 43,2

2700 48,5

2400 39,9

Beispiel 2

4600 42,9

32OO 42,6

2400 43,1

I5OO 43,05

900 43,2

Beispiel 3

6810 43,05 38,55 100,2 1,91 7OOO 43,05 38,6 88,5 1,66

4o,7	28,7	2,21
41,1	21,4	1,62
39,8	22,3	1,54
44,2	32,8	1,60
37,25	17,5	1,58

39,5	44,0	1,60
37,85	41^4	1,56
36,0	4-5,6	1,52
33,85	34,6	1,39
31,85	23,0	1,29

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Beispiel 4-

Eine andere Säule weist einen Durchmesser von 38 cm und eine Höhe von 3 m auf. Sie ist in fünf Kammern unterteilt und entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Jede Kammer enthält zwölf Rohre mit 1,9 cm Durchmesser, d.h. also eine Säule insgesamt sechzig Rohre, die eine langgestreckte Kammer 18 bilden. Die Verdampfungsversuche wurden genauso wie bei den vorher beschriebenen Beispielen durchgeführt, obwohl die Wassermenge aufgrund des verwendeten erheblich größeren Verdampfers entsprechend größer war. Aus der Tabelle II ist zu ersehen, daß der hohe Wirkungsgrad, der mit den kleineren Verdampfern der vorher beschriebenen Beispiele erreicht wurde, ebenfalls noch leicht mit diesen erheblich größeren Einheiten erreichbar ist.

Beispiel 5

Der in Beispiel 4- beschriebene Verdampfer ist in der Weise modifiziert, daß die zwölf, die langgestreckte Kammer darstellenden Austrittsröhren der fünften Zone verschlossen und die Kammer der fünften Zone gegenüber der vierten Zone abgedichtet ist. Das nicht verdampfte Wasser wird von der vierten Zone aufgenommen. An die Kammer der fünften Zone war Kühlwasser angeschlossen, so daß sie als Kondensor, wie in Fig. 2 dargestellt ist, wirken konnte. In dieser Anordnung ist der Kondensor 38 in Fig. 1 weggelassen, so daß die gesamte Kondensation in den lang#gestreckten Kammern auftritt, was dadurch erreicht wird, daß die fünfte Zonenkammer als Kondensor wirkt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II wiedergegeben; auch hier wird ein ähnlich hoher Wirkungsgrad wie beimBeispiel 4- erreicht, obwohl die Kondensatmenge wegen der fehlenden fünften Zone geringer ist.

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Eine dem Beispiel 5 entsprechende Ausführungsform ist deswegen besonders vorteilhaft, da die gesamte Verdampfung und Kondensation mit einer einzigen und kompakten Einheit erreicht wird.

Tabelle II

JTünf Kammern - mit gesonderten Kondensoren 38 cm Durchmesser 3 m Höhe 1,54- m-Rohre

Zugeführte Wassermenge ltr/min.	Wassertemperatur Ein- Aus gang gang ⁰G ⁰C	51,1 32,2 31,1 30,6 30,0	Kondensat menge ltr/min.	Wirkungs grad
Beispiel 4
190 190 190 190 190	37,55 36,7 40 38,3 36,95	36,4 35,0 35,9 40,6 40,6 38,3 44,4	4,23 2,54 5,48 4,95 4,46	2,03 1,83 1,89 1,95 1,97
Beispiel 5
186,2 186,2 186,2 193,8 193,8 193,8 ■ 186,2	39,4 38,3 38,3 46,4 43,3 40,9 49,7	1,54 1,69 1,27 2,71 1,50 1,40 2,56	1,58 1,58 1,59 1,45 1,61 1,71 1,50

Die Anordnungen gemäß der Erfindung weisen einen verbesserten Verdampfungswirkungsgrad und eine verbesserte Kaumausnützung auf; sie sind insbesondere zur ßeinigung von Wasser bei geringen Temperaturunterschieden verwendbar.

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Die Erfindung wurde insbesondere in Verbindung mit Vorgängen beschrieben, bei denen eine gereinigte Flüssigkeit wiedergewonnen wurde, d.h. eine weniger konzentrierte Flüssigkeit, als es die zugeführte war, oder bei einem anderen Ausgangspunkt eine an Lösungsmitteln oder flüchtigen Bestandteilen reichere Flüssigkeit. Die Erfindung ist daher nicht auf derartige vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten beschränkt, sondern kann auch dazu verwendet werden, um konzentrierte Lösungen zu gewinnen; d.h. mithilfe der Erfindung wird die nicht verdampfte Flüssigkeit konzentriert und die sich ergebenden flüssigen Breie, Lösungen u.a., die von flüchtigen Bestandteilen befreit sind, sind oft sehr wertvoll. Die Erfindung kann also einerseits zur Rückgewinnung eines gereinigten oder weniger konzentrierten Produkts dienen oder andererseits zur Gewinnung eines konzentrierteren Produkts oder auch zur Gewinnung beider Produkte verwendet werden.

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Claims

Patentanspr. üche

1. Verdampfungsverfahren, gekennzeichnet durch:

(1) den Durchgang der zugeführten Flüssigkeit durch mehrere Verdampfungszonen,von denen jeweils die nachfolgende unter der vorhergehenden angeordnet ist,

(2) durch Verdampfen eines Teils der Flüssigkeit in jeder Verdampfungszone unter Aufrechterhaltung eines Drukkes in jeder Zone, der die Verdampfung fördert und sowohl Dampf als auch einen nicht verdampften Flüssigkeitsanteil bei niedrigerer Temperatur erzeugt,

O) durch das Aufrechterhalten der Druckwerte in aufeinanderfolgenden Verdampfungszonen bei abnehmenden Druckwerten, um einen von einer Zone zur anderen nach unten abnehmenden Druckgradienten zusammen mit einem ebenfalls nach unten abnehmenden. Temperaturgradienten zu erzeugen, und aufrecht zu erhalten, solange die nicht verdampfte Flüssigkeit durch die aufeinanderfolgenden Zonen fließt,

(4) durch den Durchgang des in einer bestimmten Zo.ne von mehreren Verdampfungszonen erzeugten Dampfes nach unten durch mindestens eine langgestreckte Kammer und durch das Aufrechterhalten des Druckes in der langgestreckten Kammer, um damit die jeweilige Verdampfungsζone und den Druck in ihr aufrecht zu erhalten, wobei die langgestreckte Kammer von der jeweiligen Verdampfungszone aus wenigstens einen Teilbereich des nach unten zu abnehmenden Flüssigkeitstemperaturgradienten durchläuft, der mehreren, nachfolgenden, tiefer als die jeweilige Verdampfungszone liegenden Verdampfungszonen entspricht und wo ein Wärmeübergang zu der

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nicht verdampften Flüssigkeit in den folgenden tieferliegenden Zonen stattfindet, um die Kondensation des Dampfes in der langgestreckten Kammer sowie die Verdampfung und Konzentration der unverdampften Flüssigkeit zu beeinflussen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die langgestreckten Dampfkammern vertikal angeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Dampfkammern wenigstens einer der Verdampfungszonen alle den Teilbereich des Temperaturgradienten durchlaufen, der den folgenden und tiefer als die jeweilige Zone liegenden Verdampfungszonen entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die langgestreckten Dampfkammern wenigstens einer Verdampfungszone alle folgenden und tiefer als die jeweilige Zone liegenden Verdampfungszonen durchlaufen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Verdampfungskammern mindestens einer Verdampfungszone weniger als den gesamten Bereich des Temperaturgradienten durchlaufen, der den folgenden und tiefer als die jeweilige Zone liegenden Verdampfungszonen entspricht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch pekennz eichnet, daß von dem Dampf nach dem Durchströmen des nach unten zu abnehmenden Temperaturnradienten zusätzlich noch ein Wärmeübergang zu einem Kühlmedium durch eine weitere Kondensation des Dampfes stattfindet.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch' gekennz eichnet, daß das in den langgestreckten Kammern gebildete Kondensat als Produkt zurückgewonnen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennz eichnet, daß die konzentrierte, nicht verdampfte Flüssigkeit als Produkt zurückgewonnen wird.

9· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das in den Kammern gebildete Kondensat als auch die konzentrierte, nicht verdampfte Flüssigkeit als Produkte zurückgewonnen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennz eichnet, daß die zugeführte Flüssigkeit Brackwasser und das kondensierte Flüssigkeitsprodukt gereinigtes V/asser ist.

11. Vorrichtung zur Verdampfung einer Flüssigkeit und zur Kondensierung eines Teils des hierdurch erzeugten Dampfes, gekennzeichnet durch:

(1) eine Einrichtung mit mehreren Verdampfungszonen in einer Anlage, von denen jeweils die nachfolgende Zone unter der vorhergehenden Zone angeordnet ist,

(2) eine nach unten verlaufende langgestreckte Dampfkammer, um den Dampf jeder Verdampfungszone abzuleiten,

(3) eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Druckes in den langgestreckten Dampfkammern ebenso wie in den nachfolgenden Verdampfungszonen auf nach unten zu ständig abnehmenden Werten, um so einen abnehmenden Druckgradienten festzulegen,

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(4) eine Einrichtung für den Durchfluß der zugeführten
Flüssigkeit durch die Anlage und durch mehrere ■Verdampfungszonen,

(5) eine Einrichtung zum Dirigieren der Flüssigkeit durch die Anlage,so daß die Flüssigkeit nacheinander durch mehrere Verdampfungszonen fließt, und in den langgestreckten Kammern ein Wärmeübergang derart stattfindet,daß die Flüssigkeit in Verbindung mit dem nach unten zu abnehmenden
Druckgradienten einen ebenfalls nach unten zu ständig abnehmenden Temperaturgradienten aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckte Dampfkammer, die von jeder Verdampfungszone nach unten verläuft,alle nachfolgenden Verdampfungszonen durchläuft.

1^5. Vorrichtung nach Anspruch 1o, 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die langgestreckte Dampfkammer nach der letzten Verdampfungszone auch noch eine
Kühlkammer durchläuft, in der ein Kühlmittel an der Außenseite der langgestreckten Kammern entlangströmt.

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