Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscherelement für einen Wärmetauscher, wobei das Element aus einem Beutel aus einem flexiblen Folienmaterial hergestellt ist, wobei Wärme von Dampf, der im Inneren des Beutels kondensiert ist, zu einer Flüssigkeit übertragen wird, die auf den Außenflächen des Beutels verdampft und sich an der Unterseite des Beutels eine Auslassöffnung für Kondensat befindet, das aus dem Dampf gebildet ist. Ein solches Element ist aus dem Dokument WO-A-9001977 bekannt.

Die FI-Offenlegungsschrift 79948 beschreibt einen Wärmetauscher, der aus Beutel-ähnlichen Wärmetauscherelementen gemäß der vorher angeführten Definition hergestellt ist und der insbesondere für die Destillation von Seewasser zu Trinkwasser bestimmt ist. In dem Wärmetauscher sind die Elemente miteinander zu einem Paket verbunden, in das Wasser geleitet wird, um auf den Außenflächen der Elemente zu verdampfen, wonach Dampf durch einen Kompressor auf einen höheren Druck und auf eine höhere Temperatur zusammengedrückt und als Heizdampf zu der Innenseite der Elemente geleitet wird, wodurch er während des Wärmeaustausches erneut zu Wasser kondensiert.

Die Unterseite des Beutel-ähnlichen Wärmetauscherelements, das in der FI-Veröffentlichung 79948 beschrieben ist, ist gemäß den 1 und 3 der Veröffentlichung in Richtung auf eine Seite des Elements geneigt und endet in einem vertikalen Kondensatauslasskanal, der sich an der unteren Ecke des Elements befindet. Die Ecke stellt gleichzeitig einen Element-Befestigungspunkt dar und wegen ihrer geringen Größe besteht die Gefahr, dass die dünne Kunststofffolie brechen kann, wenn sich das Element bewegt. Die Enge des rohrförmigen Kondensatauslasskanals verkompliziert ihrerseits das Entfernen von nicht kondensierten Gasen. Soweit bekannt ist, zumindest in der kommerziellen Produktion, ist das Elementmodell gemäß der besagten Veröffentlichung nicht angewendet worden.

Die FI-Patentveröffentlichung 86961 beschreibt einen Wärmetauscher mit Beutel-ähnlichen Wärmetauscherelementen, bei dem die dafür genannten Anwendungen nicht nur die Destillation von Seewasser, sondern auch die Konzentration von verschiedenen Suspensionen, wie zum Beispiel von Bleichausflüssen von Zellstoffzerkleinerungsanlagen einschließen. Am unteren Ende des Elements gemäß der besagten Veröffentlichung befindet sich ein Querstreifen, der dicker und starrer ist als das Folienmaterial des Elements, der aus honigwabenförmigen Platten besteht und Kanäle sowohl für das Kondensat als auch für die Flüssigkeit enthält, die unverdampft zwischen den Elementen verblieben ist. Durch die sich gegenseitig abstützenden Platten wird eine belastungsfähige stabile Struktur erhalten, wobei jedoch ihr hohes Gewicht ihre Installation verkompliziert. Weitere Probleme liegen in den langen geklebten Nähten, die den Prozessbedingungen schlecht standhalten und es schwierig machen, die Struktur fluiddicht zu gestalten, und insbesondere liegen sie in der Behandlung von Suspensionen, die große Mengen von Feststoffen enthalten. Die engen Auslasskanäle, die für die unverdampfte Flüssigkeit bestimmt sind, sind nicht in der Lage, alle Feststoffe zu entfernen, die mitgeführt werden. Statt dessen beginnen die Feststoffe sich zwischen den Folienflächen der Elemente in dem unteren Abschnitt des Wärmetauschers anzusammeln. Ein solcher fester Kuchen verhindert den Kondensatfluss innerhalb der Elemente und behindert das Entfernen der nicht kondensierten Gase. Weiterhin besteht die Gefahr, dass die Elemente brechen, wenn die Menge der Feststoffe größer wird. Die Feststoffe entweichen von der Position zwischen den Elementen in Richtung zu den Seiten der Elemente. Es kann jedoch zusätzlich von Zeit zu Zeit erforderlich sein, die Feststoffe aus den Räumen zwischen den Elementen zu entfernen, um die Betriebsleistung des Wärmetauschers aufrechtzuerhalten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Option zur Verfügung zu stellen, die insbesondere für die Verdampfungsbehandlung von Suspensionen geeignet sind, die feste Bestandteile enthalten, wie zum Beispiel Bleichausflüsse in der Holzindustrie und andere Ausflüsse, die faserartiges Material enthalten, die eine Option ist, in der die vorher angeführten Nachteile der dem Stand der Technik entsprechenden Technologie vermieden werden. Ein Wärmetauscherelement gemäß der Erfindung für einen Wärmetauscher, der aus einem Beutel aus Kunststoff oder ähnlichem Folienmaterial hergestellt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Element, das innerhalb des Beutels angebracht ist, ein planares Kondensat-Entleerungsbauteil aufweist, das wesentlich schmaler ist als der Beutel, dass das sich bildende Kondensat zu diesem hinfließt und dass es eine Öffnung und zumindest einen Kondensat-Auslasskanal aufweist, der zu der Öffnung hinführt und dass das Folienmaterial des Beutels in dem Bereich der Öffnung an beiden Seiten des Kondensat-Entleerungsbauteils durchlöchert ist.

Das Kondensat-Entleerungsbauteil, das innerhalb des Beutels gemäß der Erfindung abgedichtet ist, macht geklebte Nähte zwischen den Kondensat-Entleerungsstreifen gemäß der FI-Patentveröffentlichung 86961 und der Folie überflüssig, und somit werden die Probleme der Dichtigkeit in Bezug auf diese Nähte vermieden. Weiterhin können, da sich bei der vorliegenden Erfindung das Kondensat-Entleerungsbauteil nicht, wie bei der FI-Patentveröffentlichung 86961, von einer Kante der Unterseite des Beutels zu der anderen erstreckt, sondern wesentlich schmaler als der Beutel ist, die Feststoffe, die in der Suspension mitgeführt werden, aus den Räumen zwischen den Beuteln in den größten Teil der Breite der Beutelunterseite fallen, ohne sich als Kuchen anzusammeln, der die Räume zwischen den Beuteln oberhalb der Unterseiten verstopft. Diese Selbstreinigung der Räume zwischen den Beuteln verringert die Notwendigkeit einer Wartung des Wärmetauschers und erhöht seine Kapazität dadurch, dass es möglich wird, einen effektiven Wärmeaustausch über den gesamten Oberflächenbereich der Beutel durchzuführen. Weitere Vorteile gegenüber der FI-Patentveröffentlichung 86961 sind das geringe Gewicht der Struktur und die bequeme Installation.

Gemäß der Erfindung ist das Kondensat-Entleerungsbauteil an der Unterseite des Beutels aus einer flachen Platte hergestellt, die dicker und steifer als das Folienmaterial ist. Die Kondensat-Entleerungsbauteile gehören zu den Beuteln, die nebeneinander in dem Wärmetauscher einer gegen den anderen gedrückt werden können, um eine Auflage für die unteren Enden der Beutel zur Verfügung zu stellen. Hinsichtlich der Erfindung ist wesentlich, dass die Breite des Kondensat-Entleerungsbauteils nur ein Bruchteil, zum Beispiel 10%, der Breite der Unterseite des Beutels beträgt. In diesem Fall stellen die Bauteile so wenig wie möglich ein Hindernis für das Herunterfallen von Fremdkörpern zwischen den Beuteln dar.

Gemäß der Erfindung weist das Kondensat-Entleerungsbauteil eine Öffnung auf, zu der die Kondensat-Auslasskanäle, die von den Kanten des Bauteils nach innen gerichtet sind, führen und in deren Bereich das Folienmaterial des Beutels an jeder Seite des Bauteils durchlöchert ist. Um das Entfernen der Feststoffe zu erleichtern, ist die obere Kante des Kondensat-Entleerungsbauteils vorzugsweise nach unten gekrümmt oder schräg nach unten geneigt ausgestaltet.

Die Form des Kondensat-Entleerungsbauteils an der Unterseite des Beutels kann gemäß der Erfindung variieren, zum Beispiel von einer dreieckigen Form zu einer dreieckigen, an ihren Spitzen abgerundeten Form und weiter bis zu einer runden oder kreisförmigen Scheibe reichen. Besonders bevorzugt besteht das Kondensat-Entleerungsbauteil aus einer kreisförmigen Scheibe, die innerhalb des Beutels angebracht ist, wobei die Scheibe radial verlaufende Kondensat-Auslasskanäle aufweist, die von der Kante der Scheibe zu ihrem Mittelpunkt führen. Das Folienmaterial des Beutels ist in der Mitte der Scheibe durchlöchert, um eine Auslassöffnung für das Kondensat zu bilden. Der Vorteil der Scheibe ist, dass die Feststoffe zwischen den Beuteln, geführt durch die gekrümmte Form des Scheibenumfangs, an der Scheibe vorbei strömen, ohne dass sie dazu neigen, sich an deren Oberseite als ein Kuchen anzusammeln, der die Räume zwischen den Beuteln verstopft.

Gemäß der Erfindung kann das Kondensat-Entleerungsbauteil im wesentlichen in der Mitte der Unterseite des Beutels angeordnet sein. In diesem Fall kann das Innere des Beutels durch Einbinden von im wesentlichen vertikaler, den Strom des Dampfes und des daraus gebildeten Kondensats führender Kanäle unterteilt werden, wobei die Kanäle symmetrisch an dem unteren Ende des Beutels zusammenlaufen, wobei sie den Neigungen der Unterseite des Beutels in Richtung auf das Kondensat-Entleerungsbauteil an der Unterseite folgen. Einige der Nähte, die die Kanäle in dem Beutel abgrenzen, zum Beispiel jede zwei oder sogar zwei von drei, können selbst dann zu einem Ende kommen, bevor sie das Kondensat-Entleerungsbauteil an der Unterseite des Beutels erreichen. Dadurch wird ein drastisches Verengen der Kanäle und die dadurch verursachte Neigung zu Störungen vermieden. Wasserstaus in den engen Kanälen würden insbesondere das Entleeren der nicht kondensierten Gase behindern. Dieses Problem wird durch die angeführte Option gemäß der Erfindung vermieden.

Alternativ kann das Kondensat an einem Ende der Unterseite des Beutels angeordnet sein, wobei es in diesem Fall vorzuziehen ist, die Unterseite des Beutels in Richtung auf das Kondensat-Entleerungsbauteil zu neigen. Der Neigungswinkel kann zum Beispiel in einem Bereich von 5 bis 30° liegen.

Zusätzlich zu vorher beschriebenen Beutel-ähnlichen Wärmetauscherelementen weist die Erfindung einen Wärmetauscher auf, in dem die Beutel-ähnlichen Elemente eines mit den anderen verbunden sind, um ein Paket zu bilden. In Bezug auf die Kennwerte des Wärmetauschers, wird Bezug auf die beigefügten Ansprüche 8 bis 10 genommen. Der Wärmetauscher kann in einer an sich bekannten Art und Weise als eine Destilliervorrichtung verwendet werden, in der der verdampfte Dampf, der zwischen den Beuteln erzeugt wird, gesammelt und durch einen Kompressor auf einen höheren Druck und eine höhere Temperatur komprimiert und als Heizdampf auf das Innere der Beutel gerichtet wird, wobei das aus dem Dampf gebildete Kondensat die Beutel als ein Destillat verlässt.

Die Wärmetauscherelemente gemäß der Erfindung und der aus den Elementen zusammengesetzte Wärmetauscher sind für die Verwendung bei der Verdampfung von Ausflüssen geeignet, die Feststoffe enthalten, wie zum Beispiel faserförmiges Material aus der Holzindustrie. Sie sind insbesondere für die Behandlung von Ausflüssen beim Bleichen von Zellulose geeignet.

Die Erfindung ist nachfolgend ausführlicher unter Zuhilfenahme von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei

1 ein Wärmetauscherelement gemäß der Erfindung für einen Wärmetauscher zeigt, der aus einem Beutel aus Kunststofffolie hergestellt ist,

2 den Beutel und eine Scheibe, die als Kondensat-Entleerungsbauteil dient, in einem Querschnitt durch II-II in 1 zeigt,

3 eine kreisförmige Scheibe zeigt, die an der Unterseite des Beutels gemäß den 1 und 2 angeordnet ist, wobei das Kondensat über Kanäle in der Scheibe aus dem Beutel entleert wird,

4 und 5 in einer 3 entsprechenden Art und Weise andere Ausführungen des planaren Kondensat-Entleerungsbauteils zeigen,

6 das untere Ende eines Beutels gemäß 1 zeigt, der ein Wärmetauscherelement bildet, wobei der Beutel Bestandteil des Wärmetauschers ist, der aus nebeneinander gestapelten Beuteln hergestellt ist,

7 ein Kondensat-Sammelkanalsystem in einem Wärmetauscher zeigt, der aus nebeneinanderliegenden Beuteln hergestellt ist, in einem Schnitt durch VI-VI in 6, und

8 in einer der 6 entsprechenden Art und Weise die unteren Enden der Beutel in einem Wärmetauscher zeigt, in dem die Kondensat-Entleerungsbauteile abwechselnd an den gegenüberliegenden Enden der Unterseiten der zu einem Paket gestapelten Beutel angeordnet sind.

Ein einzelnes Wärmeaustauscherelement gemäß 1 für einen Wärmeaustauscher ist ein fast rechteckiger, flacher Beutel 1 aus Kunststofffolie. An den Außenflächen 2 des Beutels 1, d. h. zwischen den Beuteln, die einer neben dem anderen in dem Wärmetauscher angeordnet sind, erfolgt das Verdampfen der Flüssigkeit, die behandelt wird, wie zum Beispiel eine Faser-Suspension, unter Verwendung von Wärme, die aus dem Dampf erhalten wird, der in dem Inneren 3 der Beutel kondensiert. Wenn der Wärmetauscher als eine Destilliervorrichtung dient, wird der verdampfte Dampf, der aus der Flüssigkeit erhalten wird, über einen Kompressor als Heizdampf wiederverwendet, der in dem Inneren 3 der Beutel kondensiert.

An dem oberen Ende des Beutels 1, der ein Wärmetauscherelement bildet, ist ein Kunststoffstreifen 4 angeordnet, der steifer ist als das Folienmaterial der Beutel und der vertikale Dampfzuführkanäle 5 aufweist, die in das Innere des Beutels führen. Die zu verdampfende Flüssigkeit wird an dem oberen Ende der Beutel aus getrennten Kanälen (nicht dargestellt) auf die Außenflächen der Beutel geleitet. Das Innere des Beutels 1 ist durch vertikale, im wesentlichen zickzack-förmige Nähte 6, in im wesentlichen vertikale Kanäle 7 unterteilt, die miteinander in Querrichtung durch Unterbrechungen in den Nähten verbunden sind. Die Nähte 6 kanalisieren somit den Strom des Dampfes und des daraus gebildeten Kondensats zu dem unteren Ende des Beutels 1, an dem ein Kondensat-Entleerungsbauteil aus Kunststoff angebracht ist, das wesentlich dicker und steifer ist, als das Folienmaterial des Beutels und das aus einer flachen Scheibe 9 hergestellt ist, die in radialer Richtung verlaufende Kondensat-Auslasskanäle 8 enthält (siehe 3). Die Unterseite 10 des Beutels 1, die durch Wärmeversiegeln des Kunststoffmaterials verschlossen wird, ist an beiden Seiten des Beutels in einem Winkel von etwa 15° in Richtung auf die Scheibe 9 geneigt, die einen Durchmesser von etwa 10% der Beutelbreite hat und in einer Vertiefung 12 in der Mitte der Unterseite angeordnet ist. Die geneigte Unterseite 10 des Beutels leitet somit das von dem Kanal 7 des Beutelinneren ankommende Kondensat zu den Kondensat-Auslasskanälen 8 der Scheibe 9. Ferner laufen die Kanäle 7 in dem Inneren des Beutels an dem unteren Ende des Beutels, den Neigungen der Unterseite des Beutels 10 folgend, in Richtung auf die Scheibe 9 in der Mitte der Unterseite zusammen und tragen somit am Hinleiten des sich bildenden Kondensats zu den radial verlaufenden Kanälen 8 der Scheibe bei. Einige der zickzackförmigen Nähte 6 des Beutels sind vor der Unterseite des Beutels unterbrochen, um die benachbarten Kanäle 7 zu verbinden, so dass eine bestimmte minimale Kanalbreite über den gesamten Weg zu der Scheibe 9 beibehalten wird. Somit wird gesichert, dass alle nicht kondensierten Gase über die Scheibe 9 zusammen mit dem Kondensat entfernt werden.

Die innerhalb des unteren Ende des Beutels angebrachte Scheibe 9, die am besten in 3 zu sehen ist, weist vier radial verlaufende Kondensat-Auslasskanäle 8 auf, die zu einer Öffnung 13 in der Mitte der Scheibe führen. Die gegenüber angeordneten Kunststofffolien des Beutels 7 sind an beiden Seiten der Scheibe 9 in dem Bereich der Öffnung 13 durchlöchert, so dass das Kondensat und alle nicht kondensierten Gase über die durchlöcherten Öffnungen 14 in der Folie ausströmen können.

Die Kondensat-Entleerungsbauteile 9' und 9", die in den 4 und 5 dargestellt sind, stellen Beispiele für die Tatsache dar, dass die Scheiben-ähnliche Form des Bauteils 9 gemäß der 3 für die Erfindung nicht wesentlich ist, sondern variieren kann. Gemeinsam für die vorgestellten Kondensat-Entleerungsbauteile sind die schrägen oder nach unten gekrümmten Kanten des Bauteils, um den Kuchen der Feststoffe an dem Bauteil vorbei zu führen, um zwischen die gegenüberliegend positionierten Wärmetauscherelemente zu fallen, die Kondensat-Auslasskanäle 8, die an den Kanten des Bauteils beginnen und die zentrale Öffnung 13 in deren Bereich die Wärmetauscherfolien für das Ableiten des Kondensats durchlöchert sind.

In dem Wärmetauscher sind die Beutel 1 gemäß 1, die als Wärmetauscherelemente dienen, jeweils miteinander verbunden, um ein Paket zu bilden, das aus mehreren Dutzend Beuteln bestehen kann. Die Dampf-Zuführkanäle 5 und die Flüssigkeits-Zuführkanäle zwischen ihnen, an den oberen Enden der Beutel 1 und die Kondensat-Entleerungsscheiben 9 an den unteren Enden der Beutel sind in dem Paket gegeneinander gepresst. Die geneigten Unterseiten 10 der benachbarten Beutel bleiben an beiden Seiten der Scheiben 9 ausreichend voneinander entfernt, um es dem Feststoff, der in der verdampften Suspension vorhanden ist, zu erlauben, zwischen die Unterseiten zu fallen, so dass die Feststoffe sich nicht ansammeln und die Räume zwischen den Beuteln verstopfen können.

6 und 7 zeigen eine Struktur des unteren Endes des Wärmetauschers, in der die unteren Enden der Beutel 1 gemäß 1 zusammen mit den Scheiben-ähnlichen Kondensat-Entleerungsbauteilen 9, die in ihnen angeordnet sind, nebeneinander zwischen zwei Endplatten 15 angeordnet sind, die die unteren Enden der Beutel abstützen, wobei sie durch eine Schraube 16 aneinander befestigt sind. Die Räume zwischen den Scheiben 9 sind durch O-Ring-Dichtungen 17 abgedichtet, die die zentralen Öffnungen 13 der Scheiben umgeben. Die Öffnungen 13 bilden in den Bereichen, in denen die Kunststofffolie der Beutel 1 entfernt ist, zusammen einen horizontalen Kondensat-Sammelkanal, der das Kondensat und die nicht kondensierten Gase, die von den in radialer Richtung verlaufenden Kanälen 8 der Scheiben kommen, zu einem gemeinsamen Auslassrohr 18, das in der Mitte des durch die benachbarten Beutel zusammengesetzten Pakets angeordnet ist, leiten. In dem vereinfachten Beispiel von 7 weist das Paket vier Beutel 1 auf jeder Seite des Auslassrohrs 18 auf. In Anwendungen für Vorrichtungen in der Praxis beträgt die Anzahlder Beutel vorzugsweise mehrere Dutzend. Das Auslassrohr 18 könnte wahlweise auch an einer Seite des aus Beuteln aufgebauten Pakets angeordnet sein, d. h. in 7 an jeder Endplatte 15.

In der Ausführung von 8 der Erfindung wird der Wärmetauscher durch Stapeln von Beutel-ähnlichen Wärmetauscherelementen 1', die in ihrer Art und Weise von 1 abweichen, gebildet und umfasst eine Scheibe 9, die innerhalb des Beutels angeordnet ist und an einem Ende der Unterseite des Beutels als ein Kondensat-Entleerungsbauteil dient, wobei die Unterseite des Beutels in Richtung auf dieses Ende unter einem Winkel von etwa 10° geneigt ist. Das Zusammensetzen der Beutel 1' wurde in einer solchen Art und Weise durchgeführt, dass die Unterseiten 10 abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind und die Scheiben 9 sind abwechselnd an den entgegengesetzten Enden der Unterseiten, d. h. an den entgegengesetzten Seiten des Wärmetauschers, angeordnet. An jeder Seite sind die Scheiben 9 gegeneinander abgedichtet und weisen in den Bereichen ihrer zentralen Öffnungen einen gemeinsamen Kondensat-Sammelkanal auf, der in das Folienmaterial der Beutel gelocht ist. Das Kondensat wird somit gleichmäßig auf die beiden Kondensat-Sammelkanäle verteilt.

Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass die verschiedenen Ausführungen der Erfindung nicht auf die vorher angeführten Beispiele beschränkt sind, sondern dass sie im Rahmen der beigefügten Ansprüche variiert werden können. So ist es zum Beispiel nicht erforderlich, die Unterseite 10 des Beutels 1 gemäß 1 in Richtung auf die Kondensat-Entleerungsscheibe 9 zu neigen, weil während der Unterdrucksetzung des Beutels seine Seiten dazu neigen, sich anzuheben, so dass das allein ausreicht, um die Neigung der Unterseite bereitzustellen, die für den Kondensatfluss erforderlich ist.