JP2008075885A

JP2008075885A - 蒸発器

Info

Publication number: JP2008075885A
Application number: JP2006251982A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Takagi; 義信高木; Hiroyuki Otsuka; 裕之大塚
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】上下に伝熱管群を配置した場合でも、落下液滴が飛散して伝熱効率が低下するのを防止し得る蒸発器を提供する。
【解決手段】加熱蒸気が流される伝熱管の上方に配置された散布管１より被加熱液体である海水を散布して蒸発させるようにした蒸発器であって、容器本体内に、互いに直列に接続される水平方向の伝熱管群２，３を上下に配置するとともに、この上伝熱管群２と下伝熱管群３との間に設けられる作業用空間部Ｓに且つ少なくとも上記伝熱管群２，３の外側部に沿って、ダミー管５を配置したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、上方から散布された液滴を伝熱管内を流れる加熱蒸気により蒸発させるための蒸発器に関するものである。

例えば、海水から清水（淡水）を得る造水装置には、当然に、海水を導き蒸発させるための蒸発器が設けられている。
通常、この種の蒸発器は、図６に示すように、その容器本体の上部に、海水を導き散布するための散布管５１が水平方向で配置されるとともに、その下方には、伝熱管群５２がやはり水平方向で配置されており、散布管５１より散布された海水が伝熱管５２ａの表面に落下し、その表面に液膜を形成し、伝熱管内を流れる加熱蒸気により蒸発が行われるものであった（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６３−５４５９３号公報

上記従来の蒸発器の構成によると、加熱蒸気は水平方向に配置された各伝熱管に対して並行に一方から他方に流されており、どうしても、伝熱効率（加熱蒸気側からみれば凝縮効率である）が低下するが、例えば伝熱管群を上下に２段に配置するとともに、これらの伝熱管群に対して加熱蒸気を直列に流すようにすれば、伝熱効率を向上させることができる。

通常、伝熱管群を上下に配置する場合、伝熱管群はユニット化されており、このユニット化された伝熱管群を取付部材を介して上下に配置しようとすると、その取付作業のために、どうしても、両伝熱管群同士の間に或る程度の作業用空間部、例えば少なくとも１５０〜２００ｍｍ程度の高さを有する作業用空間部が必要になる。

ところで、ユニット化された伝熱管群（以下、管束ともいう）のように、多数の伝熱管が所定の配置ピッチＰでもって縦横に例えば千鳥状に配置されている場合、散布された海水は伝熱管の表面を流下しながら液膜を形成し、当該表面で一部が蒸発して残りは下方の伝熱管上に落下するが、配置ピッチが狭い場合には、発生する蒸気量も多く、したがって下伝熱管群からの蒸気が作業用空間部に上昇することになる。

また、上記伝熱管群においては、その管束内で発生した蒸気は中央から外側に移動するが、その流速は、図７に示すように、中心から徐々に大きくなり、或る速度以上になると落下液滴（海水）が蒸気に同伴する。したがって、上下に伝熱管群を配置した場合には、落下液滴が作業用空間部から外方に飛散することになり、特に、下部の伝熱管においては液膜にドライスポットが生じ、伝熱効率が低下するという問題が生じる。

そこで、本発明は、上下に伝熱管群を配置した場合でも、落下液滴が飛散して伝熱効率が低下するのを防止し得る蒸発器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の蒸発器は、加熱蒸気が流される伝熱管の上方から被加熱液体が散布されて被加熱液体を蒸発させるようにした蒸発器であって、
容器本体内に、互いに直列に接続される水平方向の伝熱管群を上下に配置するとともに、この上伝熱管群と下伝熱管群との間に設けられる空間部に且つ少なくとも上記伝熱管群の外側部に沿って、ダミー管を配置したものであり、
また上記空間部が、下伝熱管群の取付作業を行うための作業用空間部であり、
さらに上記被加熱液体が海水としたものである。

上記蒸発器の構成によると、容器本体内に上下に伝熱管群を配置するとともに、上伝熱管群と下伝熱管群との間に形成される作業用空間部の少なくとも外側部に、ダミー管を配置したので、落下液滴が伝熱管群の外側に飛散するのを防止して、伝熱効率が低下するのを防止することができ、またダミー管を配置することにより、蒸気の流速を上げることができるので、伝熱管群の大型化を図ることができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る蒸発器を図面に基づき説明する。
なお、本実施の形態に係る蒸発器としては、例えば多重効用造水装置に設けられて海水を蒸発させるとともにこの蒸発された蒸気を凝縮させて清水（淡水）を得るものとして説明する。

まず、多重効用造水装置における主要部分の構成を簡単に説明しておく。
この多重効用造水装置には、複数の蒸発器が直列に配置されており、またこれら各蒸発器内には、加熱流体が流される伝熱管群が配置されるとともにこの伝熱管群の上方に被加熱液体である海水を散布させる散布管が配置されている。

そして、例えば第１段蒸発器の伝熱管群内には加熱蒸気が供給されるとともに散布管からは海水が散布されて、各伝熱管の表面を液膜を形成して流下する間に当該伝熱管内を流れる加熱蒸気により蒸発され、さらに第１段蒸発器で発生した蒸気を、次段の蒸発器の伝熱管群に供給して海水の加熱蒸気として用いるようにしたものである。つまり、前段の蒸発器で発生した蒸気を後段の蒸発器における加熱蒸気として供給するもので、熱の有効利用を図ったものである。

次に、本発明に係る蒸発器を、図１〜図５に基づき説明する。
図１に示すように、この蒸発器の例えば箱形状をした容器本体（図示せず）の上部に、海水を導き散布するための散布管１が水平方向で配置されるとともに、その下方には、上下に２つの伝熱管群（以下、管束ともいう）が、すなわち上伝熱管群２および下伝熱管群３がやはり水平方向で配置されている。なお、散布管１には、所定間隔おきに散布ノズル１ａが設けられている。

これら各伝熱管群２，３は、それぞれ所定の本数でもって一体的に構成されており、言い換えればそれぞれユニット化されており、下伝熱管群３の出口側と上伝熱管群２の入口側とは、連通管（連通部）４を介して直列に接続されている。

より具体的には、各伝熱管群２，３における伝熱管２ａ，３ａの配置は、図２に示すように、同一ピッチＰでもって縦方向に積層されるとともに、横方向については１／２ピッチでもって配置され、さらに隣接する縦方向の列同士は、上下に１／２ピッチずらされた、所謂、千鳥状にされている。また、伝熱管２ａ，３ａの本数については、下伝熱管群３の方が上伝熱管群２のそれよりも多くされている。なお、これら各伝熱管群２，３における伝熱管２ａ，３ａの配置ピッチＰは、管径の１．３〜１．５倍程度にされている。

また、ユニット化された下伝熱管群３の上方に同じくユニット化された上伝熱管群２を配置する際に、例えば取付フレーム（図示せず）などに取り付ける（固定する）場合、両伝熱管群２，３同士間には、ボルト締めなどの取付作業を行うための作業用のスペースが必要となるため、作業用空間部（隙間ともいえる）Ｓが設けられている。具体的には、少なくとも、１５０〜２００ｍｍ程度の高さの作業用空間部Ｓが必要とされる。勿論、２００ｍｍを超える作業用空間部Ｓであってもよい。

そして、この蒸発器においては、この作業用空間部Ｓに、例えば伝熱管群２，３における各伝熱管２ａ，３ａと同じ外径（必ずしも、同じ外径でなくてもよい）のダミー管（加熱蒸気は流されず、海水の蒸発には寄与しない管である）５が、伝熱管群２，３の外側部に配置された伝熱管２ａ，３ａに沿って（勿論、水平方向である）一列で且つ一段でもって配置されている。

例えば、作業用空間部Ｓの高さが１５０ｍｍである場合には、ダミー管５は、その中間位置に、すなわち下伝熱管群３の上端伝熱管３ａから（勿論、上伝熱管群２の下端伝熱管２ａからでもよい）７５ｍｍの位置に配置される。

ここで、ダミー管５を配置した場合の作用・効果について説明すると、図３（ａ）に示すように、両伝熱管群２，３同士の間にダミー管を設けない場合には、上伝熱管群２の伝熱管２ａから落下した液滴Ｆが外方に飛散して下伝熱管群３の伝熱管３ａから外れてしまうが、図３（ｂ）に示すように、中間位置にダミー管５を配置した場合には、上伝熱管群２の伝熱管２ａから落下した液滴Ｆが一旦ダミー管５に接触した後、このダミー管５の表面を伝い下伝熱管群３の伝熱管３ａ上に落下してその表面を流下し、したがって液滴Ｆが確実に蒸発されることになる。つまり、ドライスポットの発生を極力防止することができる。図３中、θは液滴の飛散する角度（滴下角度ともいう）を示す。

なお、上下に配置された伝熱管の配置ピッチＰと管束内で発生した蒸気に落下液滴が同伴しない限界速度ｖとの関係を実験にて調べた結果を図４のグラフに示しておく。この実験に用いた管束における管の外径は２５．４ｍｍで、管の配置ピッチが管外径の１．３倍の場合を示している。図４のグラフの横軸は管の配置ピッチＰを、また縦軸は限界速度ｖの関数である流下液滴の単位体積当たりの運動エネルギー（ρｖ^２：ρは蒸気の密度、ｖは蒸気の速度）（指標値ともいえる）を表わしている。

このグラフの曲線Ｃ下方の範囲が、液滴が同伴しない範囲を示しており、伝熱管の配置ピッチが広くなるほど、運動エネルギーの値、すなわち限界速度ｖの値が小さくなることがわかる。

例えば、配置ピッチＰが１５０ｍｍの場合、運動エネルギー値を２以下にする必要があるが、半分の７５ｍｍにした場合、運動エネルギー値を６程度まで大きくすることができる。つまり、蒸気の流速を大きくし得ることを意味し、言い換えれば、管束を大きくし得る（大型化を図り得る）ことを意味している。

上記構成において、加熱器（図示せず）または前段の蒸発器にて発生された加熱蒸気が下伝熱管群３に導かれた後、連通管４を介して上伝熱管群２内に導かれている状態で、容器本体内の散布管１から海水が散布されると、上伝熱管群２から下伝熱管群３に落下し、各伝熱管２ａ，３ａ内を流れる加熱蒸気により加熱されて海水が蒸発されるが、下伝熱管群３により蒸発された蒸気が作業用空間部Ｓで外側に移動することにより落下液滴も外方に飛散しようとするが、ダミー管５に接触することにより、飛散が阻止されるとともに上伝熱管群２から落下した液滴はダミー管５の表面を伝って下伝熱管群３の伝熱管３ａ上に確実に落下される。

したがって、散布管１より落下された海水の殆どが管束内に落下するため［ドライスポットの発生が防止されて（極力減らされて）］、伝熱効率の低下を防止することができ、言い換えれば、海水の蒸発効率を向上させ得るとともに伝熱管２ａ，３ａ内を流れる蒸気の凝縮効率を向上させ得る。

なお、蒸発器が本実施の形態のように多重効用造水装置に用いられる場合には、４０〜７０℃（伝熱管表面の温度で、発生蒸気温度でもある）の広い温度範囲に対して、同じ構造の蒸発器が複数段でもって配置されることになるが、低温部では蒸気の比容積が大きくなるため、流速が増大するとともに滴下角度も大きくなり、この場合には、図５に示すように、ダミー管５が複数段でもって（上下に複数本）配置される。

このように、蒸発器内に上下に伝熱管群を配置するとともに、上伝熱管群と下伝熱管群との間に形成される作業用空間部の少なくとも外側部に、ダミー管を配置したので、落下液滴が伝熱管群の外側に飛散するのを防止して、伝熱効率が低下するのを防止することができ、またダミー管を配置することにより、蒸気の流速を上げることができるので、伝熱管群の大型化、つまり蒸発器の大型化を図ることができる。

ところで、上記実施の形態においては、上下の伝熱管群同士間の作業用空間部の外側部に、１列でもってダミー管を配置したが、例えば２列（２本）またはそれ以上の列数（本数）でもって配置してもよい。

本発明の実施の形態に係る蒸発器の概略構成を示す斜視図である。同蒸発器における伝熱管の配置状態を示す図である。同蒸発器におけるダミー管の作用を説明する図で、（ａ）はダミー管を配置しない場合を示し、（ｂ）はダミー管を配置した場合を示している。同蒸発器における伝熱管同士の配置ピッチと蒸気の運動エネルギーとの関係を示すグラフである。同蒸発器においてダミー管を複数本配置した場合の断面図である。従来例に係る蒸発器の概略構成を示す断面図である。従来例に係る蒸発器での液滴の飛散状態を説明する図で、（ａ）は液滴の落下状態を示すもので、（ｂ）は液滴の飛散および非飛散領域を示すものである。

符号の説明

Ｓ作業用空間部
１散布管
２上伝熱管群
２ａ伝熱管
３下伝熱管群
３ａ伝熱管
４連通管
５ダミー管

Claims

加熱蒸気が流される伝熱管の上方から被加熱液体が散布されて被加熱液体を蒸発させるようにした蒸発器であって、
容器本体内に、互いに直列に接続される水平方向の伝熱管群を上下に配置するとともに、この上伝熱管群と下伝熱管群との間に設けられる空間部に且つ少なくとも上記伝熱管群の外側部に沿って、ダミー管を配置したことを特徴とする蒸発器。
空間部が、下伝熱管群の取付作業を行うための作業用空間部であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
被加熱液体が海水であることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発器。