JP2007198701A - 多重効用型造水装置用蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】必要最小限の海水流量で伝熱管表面の液膜を保持して、ドライスポット発生および伝熱管表面の液膜厚さが必要以上に厚くなることによる伝熱性能低下を防止する。
【解決手段】多重効用型造水装置用蒸発器は、多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管21よりなる伝熱管束12を備えている。伝熱管束12の幅方向外側の列の伝熱管21の配列ピッチが、伝熱管束12の幅方向内側の列の伝熱管の配列ピッチ21よりも疎となされている。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、海水から淡水を造水するために用いられる多重効用型造水装置用蒸発器に関する。

多重効用型造水装置は、コンパクトで効率的な装置として注目されている。従来、多重効用型造水装置は比較的小型の造水装置に限られていた。しかしながら、近年、多重効用型造水装置の大型化が進み、これまでフラッシュ型が主に採用されていた中規模クラスの造水装置は多重効用型に取って代わりつつある。

多重効用型造水装置では、蒸発器伝熱管の管外側に海水を散布し、管内に供給した蒸気の凝縮潜熱を利用して伝熱管表面で液膜蒸発／沸騰によって蒸気を発生させるものである。一方、管外側海水の蒸発潜熱によって管内側の蒸気（前段の効用で発生させた蒸気）を凝縮させて生産水を得る。

多重効用型造水装置（特に水平伝熱管式多重効用型造水装置）の特徴は、管外側が液膜蒸発／沸騰熱伝達であり、非常に高い総括伝熱係数が得られること、また、管内外の熱交換がそれぞれ一定の温度下（飽和温度）で行われるため多段フラッシュ型造水装置と比べて温度差を効率的に利用できることである。

しかしながら、伝熱管に散布された海水が不均一な場合、液膜厚さの厚い部分では熱抵抗が増加し、熱伝達率が低下する。一方、海水散布量が少なく液膜の薄い部分では熱抵抗が減少し、熱伝達率が上昇するが、蒸発／沸騰によってさらに液膜が薄くなり、液膜が破れて乾燥部分（ドライスポット）が生じた場合には熱伝達率が急激に低下し十分な性能を得ることができない可能性がある。

従来、この種の蒸発器としては、多段および多列に配列されている複数の伝熱管よりなる伝熱管束と、伝熱管束にその上方から海水を散布する散布手段とを備えているものが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。

この種の蒸発器では、伝熱管束を流下する液膜蒸発では、海水が下段の伝熱管に流下するにつれて、液膜流量が少なくなり、伝熱管外での流下液膜の蒸発／沸騰気泡の破裂による液滴飛散や、発生蒸気に飛散海水が同伴するため、液膜が破断し易くなり、海水膜流の分布は不均一になる。そして、液膜が破れて伝熱管表面にドライスポットが発生する。伝熱管束下段に位置する伝熱管ほど十分な液膜が形成され難く、液膜破断してドライスポットが発生し易い。発生した蒸気は、伝熱管束中心から両側に向かって流れるため、伝熱管束下段に位置する伝熱管のうち、とくに外側に近い伝熱管ほどドライスポットが発生し易い。

蒸発器の大型化を考える場合、液滴の飛散を抑えるためには伝熱管ピッチを大きくし、蒸気の流速を飛散限度流速以下にする必要があるが、これだとイニシャルコストアップにつながり現実的ではない。

飛散したロス分をまかなうため初期供給海水量を多くすることはポンプ動力増大につながり、また伝熱管表面での液膜厚さが必要以上に厚くなると、伝熱抵抗となり、性能低下につながる。
特開２００３−１９０７０１号公報 実開昭６３−１６０９９６号公報

この発明の目的は、必要最小限の海水流量で伝熱管表面の液膜を保持することが可能であり、ドライスポット発生および伝熱管表面の液膜厚さが必要以上に厚くなることによる伝熱性能低下を防止し、もって、伝熱管束幅方向および高さ方向ともに大型化が可能になり、イニシャルコスト削減につながる多重効用型造水装置用蒸発器を提供することにある。

第１発明による多重効用型造水装置用蒸発器は、多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向外側の列の伝熱管の縦および横の配列ピッチのうち、少なくとも縦の配列ピッチが、伝熱管束の幅方向内側の列の伝熱管の配列ピッチよりも疎となされていることを特徴とするものである。

第１発明による多重効用型造水装置用蒸発器では、伝熱管束の幅方向外側の部分で伝熱管間のスペースが大きくなって、発生した蒸気の流速が低下する。したがって、蒸気流増大による流下液滴の飛散を低減することができる。

第２発明による多重効用型造水装置用蒸発器は、多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向内側の伝熱管のうち、少なくとも上部の伝熱管の配列ピッチが、これ以外の伝熱管の配列ピッチよりも疎となされていることを特徴とするものである。

第２発明による多重効用型造水装置用蒸発器では、伝熱管束の幅方向内側部分で伝熱管間のスペースが大きくなって、この部分に向かって発生した蒸気の一部が流れることとなって、伝熱管束の幅方向外側の部分で発生した蒸気の流速が低下する。したがって、蒸気流増大による流下液滴の飛散を低減することができる。

第３発明による多重効用型造水装置用蒸発器は、多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向内側の伝熱管列の間に、同幅方向に間隔をおいた一対の垂直状蒸気遮蔽板が挿入されていることを特徴とするものである。

第３発明による多重効用型造水装置用蒸発器では、伝熱管束の幅方向内側部分で発生した蒸気の横方向の流れは蒸気遮蔽板によって阻止されて、上向きに流れる。したがって、伝熱管束外側部分での蒸気の流速が低下させられて、蒸気流増大による流下液滴の飛散を低減することができる。

第４発明による多重効用型造水装置用蒸発器は、多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向外側の列の伝熱管の一部が抜管されていることを特徴とするものである。

第４発明による多重効用型造水装置用蒸発器では、第１発明による多重効用型造水装置用蒸発器と同様に、伝熱管束の幅方向外側の部分で伝熱管間のスペースが大きくなって、発生した蒸気の流速が低下する。したがって、蒸気流増大による流下液滴の飛散を低減することができる。

第５発明による多重効用型造水装置用蒸発器は、多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向外側の列の伝熱管の径が、これ以外の伝熱管の径よりも小となされていることを特徴とするものである。

第５発明による多重効用型造水装置用蒸発器では、第１発明または第４発明による多重効用型造水装置用蒸発器と同様に、伝熱管束の幅方向外側の部分で伝熱管間のスペースが大きくなって、発生した蒸気の流速が低下する。したがって、蒸気流増大による流下液滴の飛散を低減することができる。

第６発明による多重効用型造水装置用蒸発器は、多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向内側における縦方向、横方向および斜め方向のいずれか１つの列の伝熱管の少なくとも一部が連続して抜管されていることを特徴とするものである。

第６発明による多重効用型造水装置用蒸発器では、抜管された部分が蒸気通路となって、この部分に集中して蒸気流れ、抜管されていない部分での蒸気の流速が低下する。したがって、蒸気流増大による流下液滴の飛散を低減することができる。

第７発明による多重効用型造水装置用蒸発器は、多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束と、伝熱管束にその上方から海水を散布する散布手段とを備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、散布手段による海水の散布量の分布が、伝熱管束の幅方向内側よりも外側で大となされていることを特徴とするものである。

第７発明による多重効用型造水装置用蒸発器では、ドライスポットの発生し易い伝熱管束下部の外側部分に集中して海水が供給される。したがって、ドライスポットの発生を防止することができる。

この発明によれば、必要最小限の海水流量で伝熱管表面の液膜を保持することが可能であり、ドライスポット発生および伝熱管表面の液膜厚さが必要以上に厚くなることによる伝熱性能低下を防止し、もって、伝熱管束幅方向および高さ方向ともに大型化が可能になり、イニシャルコスト削減につながる多重効用型造水装置用蒸発器が提供される。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

以下の説明において、対応する部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。

＜実施の形態１＞
図１を参照すると、多重効用型造水装置用蒸発器は、内部が低圧に保持されている箱形状ケーシング11と、ケーシング11に収容されている伝熱管束12と、ケーシング11の天井に吊下られているスプレイノズル13とを備えている。

伝熱管束12は、多段および多列千鳥状に配列されている複数の伝熱管21よりなる。

伝熱管束12の幅方向外側の列の伝熱管21が鎖線S1で囲まれている。この鎖線S1で囲った伝熱管21の縦方向の段ピッチP1および横方向の列ピッチP2は、これ以外の伝熱管21の縦方向の段ピッチP3および横方向の列ピッチP4より大である。換言すると、伝熱管束12の幅方向外側の列の伝熱管21の配列ピッチP1、P2が、伝熱管束12の幅方向内側の列の伝熱管21の配列ピッチP3、P4よりも疎となされている。

ノズル13から、単位時間当り一定量の海水が伝熱管束12にその上方から散布される。伝熱管21の内部には前段の効用で発生した蒸気が供給される。散布された海水は、多段の伝熱管21を伝って順次流下させられる。海水は伝熱管21表面で液膜蒸発によって蒸気が発生させられる。発生した蒸気は、伝熱管束12の中心からその外側に向かって流れる。

もし仮に、伝熱管束12全体の伝熱管21の段ピッチおよび列ピッチが一定てあるとすると、伝熱管21表面で発生した蒸気の流速は伝熱管束12の外側程大きくなる。ところが、外側部分の管配列を疎とし、同部分で流路が大面積となっているため、蒸気の流速が増大することなく、蒸気流増大による流下液滴の飛散が低減される。

この実施の形態１おいて、P2＞P4として示されているが、P2＝P4であってもよい。蒸気は横方向に多く流れるため、蒸気の流れに大きく影響するのは、縦方向の配列ピッチP1、P3であって、横方向の配列ピッチP2、P4はそれほど影響しないからである。P2＝P4とすれば、装置をコンパクトにすることが可能となる。

＜実施の形態２＞
図２において、伝熱管束12の幅方向内側の上部の伝熱管21が鎖線S2で囲まれている。この鎖線S2で囲まれた伝熱管21の配列ピッチP1、P2がこれ以外の伝熱管21の配列ピッチP3、P4よりも疎となされている。

伝熱管21の疎となった部分では流路が大面積となっている。そのため、図２中矢印Ａで示す方向の蒸気の流れが増大し、それに伴い伝熱管束12外側での蒸気流速が抑えられるため、流下液滴の飛散が低減される。

＜実施の形態３＞
図３を参照すると、伝熱管束12の幅方向内側の上部の２カ所において、隣り合う２つの伝熱管21列の間に垂直状蒸気遮蔽板31が挿入されている。伝熱管21の段ピッチおよび列ピッチは、一定である。

伝熱管束12の幅方向内側で発生した蒸気は、遮蔽板31によってその流れが阻止されるため、伝熱管束12の外側に向かって流れるのではなく、図３中矢印Ｂで示すように、上向きに流れる。したがって、横方向への蒸気流速が抑えられて、流下液滴の飛散が低減される。

＜実施の形態４＞
図４は、図１の鎖線S1で囲った部分に相当する部分を拡大した示すものである。伝熱管束12の外側の２列の伝熱管21において、伝熱管21が１つ置きに抜管されることによって蒸気通路41が形成されている。抜管された伝熱管は、鎖線で示す。この蒸気通路41よりも内側では蒸気流速は外に向かうほど大であり、液滴飛散も多いが、蒸気通路41では蒸気流速は小となるため、液滴飛散は少なくなる。

抜管によって、例えば、伝熱管束12の両側部における高さの中程の部分に流下液滴が集中するようにすることが好ましい。集中させられた流下液滴は、その下方の伝熱管21を伝って流下し、ドライスポットの発生し易い伝熱管束12の両側部下端にある伝熱管21に液滴を効果的に供給することができる。

＜実施の形態５＞
図５は、図４に示す部分に相当する部分を示しものである。伝熱管束12の外側の２列の伝熱管51の径Dは、これ以外の伝熱管21の径D2よりも小となされている隣り合う２つの小径の伝熱管51間の間隙C1は、隣り合う２つの大径の伝熱管12間の間隙C2よりも大である。双方の間隙C1、C2は蒸気通路の断面積に相当するものであるから、小径の伝熱管51間を流れ蒸気の流速は、大径の伝熱管12間を流れ蒸気の流速よりも小となって、流下液滴の飛散が低減される。

伝熱管51の径D1および間隙Ｃ1は、実施の形態４の場合と同様に、例えば、伝熱管束12の両側部における高さの中程の部分に流下液滴が集中するように設定することが好ましい。

＜実施の形態６＞
図６は、図３に示す蒸発器の蒸気遮蔽板41に代えて、２つの垂直状蒸気通路61を示すものである。蒸気通路61は、抜管によって形成されたものである。

蒸気通路61によって伝熱管束12中心部から発生蒸気が抜き出される。この分、伝熱管束12上部の蒸気流出速度は低下し、飛散する液膜も減少する。一方。図６中矢印Ｃで示すように、蒸気通路61には液膜流量が集中し、蒸気通路61を通じて、伝熱管束12下部の液膜流量の少ない部分に供給し、伝熱管束12下部でのドライスポットの発生を抑制する。

＜実施の形態７＞
図７では１つの水平状蒸気通路71が抜管によって形成されている。伝熱管束12上部の蒸気流出速度は、蒸気通路71を横断させられることによって弱められる。

＜実施の形態８＞
図８では２つの傾斜状蒸気通路81が抜管によって交差するように形成されている。この傾斜状蒸気通路81は、垂直状蒸気通路61および水平状蒸気通路71の双方の役割を果たすことになる。

＜実施の形態９＞
図９は、伝熱管束12にその上方から海水を散布する散布手段による海水の散布量の分布を示すものである。図９中の中、Ｘ軸が伝熱管束12の中心から幅方向外側に向かう距離を、Ｙ軸が海水の散布量をそれぞれ示している。海水の散布量の分布は、伝熱管束12の幅方向内側よりも外側で大となされている。伝熱管束12の下部外側のドライスポットの発生し易い部分に液膜が供給されるようにその分布は設定される。

この発明の実施の形態１による蒸発器の垂直横断面図である。 この発明の実施の形態２による蒸発器の垂直横断面図である。 この発明の実施の形態３による蒸発器の垂直横断面図である。 この発明の実施の形態４による蒸発器の垂直横断面図である。 この発明の実施の形態５による蒸発器の垂直横断面図である。 この発明の実施の形態６による蒸発器の垂直横断面図である。 この発明の実施の形態７による蒸発器の垂直横断面図である。 この発明の実施の形態８による蒸発器の垂直横断面図である。 この発明の実施の形態９による蒸発器の垂直横断面図である。

符号の説明

12 伝熱管束
13 スプレイノズル
21 伝熱管

Claims (7)

1. 多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向外側の列の伝熱管の縦および横の配列ピッチのうち、少なくとも縦の配列ピッチが、伝熱管束の幅方向内側の列の伝熱管の縦の配列ピッチよりも疎となされていることを特徴とする多重効用型造水装置用蒸発器。
2. 多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向内側の伝熱管のうち、少なくとも上部の伝熱管の配列ピッチが、これ以外の伝熱管の配列ピッチよりも疎となされていることを特徴とする多重効用型造水装置用蒸発器。
3. 多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向内側の伝熱管列の間に、同幅方向に間隔をおいた一対の垂直状蒸気遮蔽板が挿入されていることを特徴とする多重効用型造水装置用蒸発器。
4. 多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向外側の列の伝熱管の一部が抜管されていることを特徴とする多重効用型造水装置用蒸発器。
5. 多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向外側の列の伝熱管の径が、これ以外の伝熱管の径よりも小となされていることを特徴とする多重効用型造水装置用蒸発器。
6. 多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束を備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管束の幅方向内側における縦方向、横方向および斜め方向のいずれか１つの列の伝熱管の少なくとも一部が連続して抜管されていることを特徴とする多重効用型造水装置用蒸発器。
7. 多段および多列に配列されている複数の水平状伝熱管よりなる伝熱管束と、伝熱管束にその上方から海水を散布する散布手段とを備えている多重効用型造水装置用蒸発器において、散布手段による海水の散布量の分布が、伝熱管束の幅方向内側よりも外側で大となされていることを特徴とする多重効用型造水装置用蒸発器。
   

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