JP2005536710A - 清浄蒸気を製造するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】清浄蒸気を製造するための方法及び装置を提供する。
【解決手段】流下薄膜型蒸発缶を用いて、水と蒸気の混合物を蒸発缶ユニット1内に残し、水の部分は、装置の底部に集められ、蒸気からなる部分は、不純物を分離するために立上り螺旋通路を通過する。この螺旋通路の周囲に、不純物を含む液体粒子を分離する複数の開口を設けて、液体粒子が前記開口の外側の表面上で凝縮され、この形成された液体は、装置から除去される。蒸発缶の底部に集められた水８の相は、蒸発缶の供給端に接続された再循環経路12,17に入る。供給水は、清浄蒸気の消費を補うために再循環経路に供給される。

Description

本発明は、特別の目的のための高清浄蒸気の製造に関し、特に、液体粒子及び不純物を分離するための流下薄膜型蒸発缶(falling film evaporator)およびリンス用流路を用いて液体粒子及び不純物を分離するための清浄蒸気の製造に関する。

高清浄蒸気は、種々の医学目的、例えば、医薬品、要求する殺菌作用、注入用の水を製造するために必要とされる。このような蒸気を製造するための方法及び装置は、特許文献１に開示されている。この中で開示されている流下薄膜型蒸発缶は、加熱ジャケット内に包囲された蒸発缶の垂直管束を含み、そして、加熱ジャケットは、外側シェルによって覆われ、加熱ジャケットと外側シェルとの間に環状の空間が形成されている。蒸発缶内に供給される水は、管上端から下方に蒸発缶の内側表面を落ちて流れ、それによって脱水して蒸気を形成する。この蒸気は、蒸発缶の管束の下方端に現れる。

蒸気の流れは、次に１８０°方向を転換して、加熱ジャケットと外側シェルの間の空間を上方に流れる。螺旋通路を形成するフィンが、加熱ジャケットの外側表面に取り付けられており、フィンのエッジとシェルの内側表面との間の狭いギャップを形成している。上方に流れる蒸気は、螺旋通路内に集中する。これにより、蒸発生産物（evaporation
product)内の液体粒子は、遠心力により外側シェルの方に移動する。液体粒子は、外側シェルの壁に付着し、薄い水の膜を形成して下方に流れ、最後に、装置の底部に液体の溜まりを形成する。それから、発生した清浄蒸気の量に比例した水の流れが排除水の流れとして引き出される。蒸気生産物内の水の相(water phase)は不純物が多くなる傾向にあるが、これらの不純物は、排除水の流れの中に多くある。清浄蒸気は、螺旋通路の上方から、より高い浄化された水を製造するための復水器または消費個所に導かれる。

特許文献２には、同様な形式の装置が開示されている。この装置は、螺旋経路の外側壁に複数の開口が設けられている。この開口の外側に、冷却された表面が設けられる。この装置は、冷却表面上に蒸気の凝縮による圧力勾配を前記開口間に形成する。そのため開口を通して不純物を含む液体粒子が移動して冷却表面に集められる。こうして、螺旋経路内を上る流れの最小の純粋成分が螺旋経路の周囲を移動し、開口から離れて冷却表面に集中し、不純物を多く含んだ水の相を形成する。この水は、下方に流れて、上述したように、蒸気が１８０°旋回するゾーンよりも下方で、装置の底部にある液体溜まりと一緒になる。この水の溜まりから、排除水の流れが引き出される。
米国特許第３，８７５，０１７号明細書 国際特許出願ＷＯ ０２／２４２９９

本発明によれば、上述した清浄蒸気を供給するための方法及び清浄蒸気の発生装置の更なる改良した方法及び装置が提供される。

この蒸発生産物は、不純物を水の相に集めるようにして、蒸気と水の混合物として蒸発缶から現れる。不純物は、螺旋経路の上方に遠心力で分離される液体粒子内に多くある。本発明の方法によれば、請求項１に記載のように、装置の底部に集められた蒸発生産物の液相は、少なくとも一部分が再循環システムを形成する供給ラインに再循環される。対照的に螺旋経路の周囲の表面外側に形成される水の相が、装置の底部に形成する液体から分離される。好ましくは、この水の相は、その全体が排除水の流れとして取り除かれる。

供給される水の取入口は、再循環システムに接続されており、この取入口は、発生器から引き出される清浄蒸気の量によって制御される。こうして、再循環管路及び全体システムが、実際の蒸気消費に適合させることができる。

本発明の更なる構成によれば、排除水の流れが、供給管入口の前に再循環管路から引き出される。これは、純度の低い供給水の使用を可能にする。好ましくは、螺旋経路の周囲の表面外側は、蒸気の凝縮を制御するために温度制御される。通常、これは冷却を意味する。

本発明の他の目的は、請求項１に記載の方法を実行するために、請求項５に記載に従う清浄蒸気のための発生器を設けることである。

以下において、本発明は、添付の図面を参照することによって詳細に説明される。

図１は、蒸気缶ユニット１と、分離ユニット２を含む蒸気製造装置を示す。水は、流下薄膜型蒸発缶ユニット１の頂部にある供給スプレーノズル５から入り、蒸発缶のジャケットが、産業上の蒸気または別の適当な加熱媒体が接続部３から入り、接続部４から出て行くことによって加熱される。供給管内の大気および他の溶解されたガスが、供給流れから分離されながら、接続部６から引き出される。蒸発生産物は、水及び蒸気の混合物として蒸発缶の下方端部７に残る。これにより、水の比較的大きな滴下が生じ、分離ユニットの底部に所定量の液体８が形成される。蒸発生産物の残りの部分は、蒸気と微小の液体粒子からなり、これらは、１８０°旋回して螺旋経路（図１に図示されていない）内に入り、螺旋動きでで上方に移動する。不純物は、図２に関連して記載されるように分離される。この清浄蒸気は、出口９において、装置から引き出される。

不純物が多くある、分離された水の相は、管１０を介して排除される蒸気として装置内に存在する。
分離ユニット２の底部に集められた液体の相８は、分離ユニットの接続部１１に残る。

図示する実施形態において、循環する水は、管１２（第２出口管）を介して供給コントローラ１４の管路の入口１３に運ばれる。この供給コントローラは、更に、供給水用の入口１５と、管路出口１６を有する。管１７は、ポンプ１８および温度制御ジャケット１９を介して循環液体を蒸気缶ユニット１の供給入口に戻るように運ぶ。供給用の水は、熱交換器３２をおいて予熱される。

供給水用の入口を備える供給コントローラは、また、ポンプ１８及び温度制御ジャケット１９に対する管路のいずれかに配置することができる。例えば、ジャケット１９の前に供給水が入ると、ジャケット１９の温度は、容易に制御される。このジャケットは、再循環管路１２,１７の一部分として必要ではなく、独立して作動させることができる。更に、排除水の流れは、例えば、参照番号３３で示すように、再循環管路から引き出すことができる。これは、浄化されていない供給水の流れの使用を可能にする。一般的に、この種の純粋な蒸気発生器からの供給水は、よりグレードの高い浄化水を製造する方法または逆浸透装置によって浄化されてきた。このような予浄化は、純粋な蒸気製造の全体コストにおいてかなりの費用負担となる。より純粋でない水を用いることができれば、発生される清浄蒸気の単位ユニット当たりより多くの水消費に費用を掛けられるため、全体として経済効果が有利となる。

図２は、本発明弐従う分離装置の断面図を示す。この蒸発生産物は、立上り管２０に入る。図示の実施形態では、立上り管の上方端部は、蒸発缶の径を分離器の径と同一径に維持するために、漏斗形状となっている。この蒸発生産物は、立上り管の下方端部２１から現れ、水の相は蒸気の相と分離して、装置の底部の液体溜まり８と一緒になる。一方、蒸気の相は、１８０°旋回して立上り管２０と中間のシェル２３との間の環状の上昇通路２２に入る。螺旋フィン２４は、蒸発生産物用の螺旋通路を形成する。

蒸発生産物の螺旋移動は、螺旋経路２５の周囲で蒸発生産物の液体粒子に遠心力を生じさせることにより発生する。蒸発生産物に現れる異物は、凝縮の核として作用する。この現象により、螺旋経路の周囲でこの物質の運搬を促進させる。浄化された、乾燥した蒸気が螺旋通路２５を離れて、装置の接続部２６に現れる。

内側シェルの上方部分には、蒸気が外側シェルに移動できるようにする手段が設けられている。図示の実施形態では、内側シェル２３内に少なくとも１つの開口２７が設けられ、内側シェル２３と外側シェル２９との間の空間２８に液体粒子が入るのを可能にする。さらに、この実施形態では、外側シェル２９は、温度制御ジャケット３０を備えている。このジャケットは、外側シェル２９の内側表面を冷却するのに用いられるので、空間２８内の蒸気は、この内側表面上で凝縮され、流下薄膜を形成する。この凝縮が確実になると、開口２７を通して螺旋通路２５内に逆流は発生しない。適当な形状でかつ適当な数の開口２７を設けることができる。液体粒子と不純物は、遠心力によって内側シェル２３の内側壁へ移動し、開口を通過する。さらに、蒸気の凝縮によって半径方向外側へ蒸気を生じさせて、液体粒子と不純物は外側シェル２９の冷却した内側壁に運ばれる。

これらの開口は、螺旋経路の外側周囲に設けた、即ち、内側シェル２３内に垂直スリットとして構成することができる。螺旋フィンに平行に伸びる１つ以上のスリットを用いることが可能であり、同様に、円形、楕円形、又は他の形状の開口とすることができ、さらに、エッジを設けて、螺旋経路に沿う円形動きで液体粒子の捕捉を高めることもできる。内側シェル２３は、螺旋経路のまわりの部分に配置しなくてもよい。

不純物を多く含む液体の相が外側シェル２９の内側表面に沿って下方に流れ、そして、この液体が外側シェル２９と内側シェル２３によって形成されるジャケットの底部にある空間３１に集められる。ここから、排除水の流れが管１０（第１出口管）から出て行く。

分離ユニットの底部において、蒸発缶に残る蒸発生産物の水の相から、処理量の液体８が、供給され、維持される。この液体は、上述したように再循環される。当業者であれば考えられるように、ここで示されたものとは異なる分離ユニットの底部の構成は、分離される所定量の液体８及び排除水の水の相を維持することが可能である。

また、本発明に従う装置は、従来の技術に従う同様な形式の装置に関するいくつかの利点を提供することができ、排除された液体の量が多くなると、それに従って経済的効果は少なくなる。再循環される液体は、取り除かれる溶解されたガスを通過させることができる。絶えず液体を循環させながら、熱交換表面が湿気を帯び、そして、子の表面上に不純物が蓄積されるのを避けることができる。完全な熱交換領域は、作動中常に利用可能である。熱は、循環する液体に保存され、そして、この装置は、消費量の変化に急速に対応することができる。再循環原理は、清浄蒸気の消費がない状況、また、流下薄膜型蒸発缶においてこれまで利用できなかった状況における動的定常状態を可能にする。好ましくは、ポンプ能力は、最大出力での清浄製品の蒸気の少なくとも２倍の流量で再循環の流れを維持するように大きさが決められる。

さらに、本装置は、全体の管路において、無菌状態を維持しながら、常時高温度を保持することができる。

図１は、本発明に従う、蒸気製造プラントの概略図である。 図２は、本発明に従う、蒸気製造プラントの分離装置の断面図である。

符号の説明

１ 蒸気缶ユニット
２ 分離ユニット
３、４、６ 接続部
８ 液体
９ 出口
１０、１２ 管
１３ 入口
１４ 供給コントローラ
１８ ポンプ
２０ 立上り管
２３ 内側シェル
２４ フィン
２５ 螺旋通路
２９ 外側シェル

Claims (10)

1. 蒸気と液体の混合物を生じさせるために流下薄膜型蒸発缶を介して水の供給流れを作り、所定量の液体を形成するために前記蒸発缶の下方端部の下側に前記液体が集められ、蒸気からなる流れが、螺旋経路内の上方に導かれ、この蒸気の上方流れから液体粒子が分離されるようにして清浄蒸気を製造する方法であって、
   前記分離された液体粒子は、この処理中に連続的に除去される排除水の流れを形成し、前記集められた所定量の液体の少なくとも一部分が、循環液体を形成するために前記水の供給流れに戻されることを特徴とする方法。
2. 第２の排除水の流れが、前記循環液体から引き出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記液体粒子は、温度制御された表面によって分離されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 溶解したガスが前記循環液体から連続的に取り除かれることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 前記循環液体の流量は、最大生産流量の少なくとも２倍であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
6. 流下薄膜型蒸発缶のユニットと、蒸気と液体を分離するための分離ユニットと、を含む清浄蒸気の製造装置であって、前記分離ユニットが、
   蒸気生産物を受け入れるための中央立上り管と、
   外側シェルと、この外側シェルに局部的に蒸気通路を形成する内側シェルと、
   前記立上り管のまわりに螺旋通路を形成する一組のフィンと、
   前記内側シェル及び外側シェルの間の空間の底部に接続される第１出口管と、
   前記内側シェル内の空間に接続される第２出口管と、
   前記流下薄膜型蒸発缶の入口に前記第２出口管を接続する再循環管路とを含んでいることを特徴とする装置。
7. 再循環管路から排除される蒸気を引き出す手段を含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 前記外側シェルに固定された温度制御手段を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
9. 流下薄膜型蒸発缶の入口端から蒸気を引き出す手段を含むことを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の装置。
10. 再循環管路に、少なくとも２倍の最大生産蒸気量の流量能力を有するポンプを設けたことを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の装置。
    
    
    

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