JP2019027619A

JP2019027619A - 蒸発器

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Publication number: JP2019027619A
Application number: JP2017144507A
Authority: JP
Inventors: 勉的場; Tsutomu Matoba; 悠貴山本; Yuki Yamamoto
Original assignee: NIPPON KAGAKU KIKAI SEIZO; Japan Chemical Engineering and Machinery Co Ltd
Current assignee: NIPPON KAGAKU KIKAI SEIZO; Japan Chemical Engineering and Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: CN109307441A; JP6608880B2; CN109307441B

Abstract

【課題】多管式熱交換器を構成する伝熱管にピンホールや亀裂などが発生したとしても、伝熱管の内側と外側とを流れる２つの流体が接触しないようにすることができる蒸発器を提供する。【解決手段】多数の伝熱管２０を配列してなる多管式熱交換器１８を備え、異なる温度の２つの流体のうち、一方の流体を伝熱管２０の内側に流し、他方の流体を伝熱管２０の外側に流して、伝熱管２０を介して２つの流体間で熱交換を行うように構成される蒸発器１において、伝熱管２０を、一方の流体が内側に流れる内管２１と、他方の流体が外側に流れる外管２２とよりなる二重管構造とし、内管２１と外管２２との間に隙間２３を設けるものとする。【選択図】図１

Description

本発明は、多管式熱交換器を用いて蒸発濃縮処理を行う蒸発器（「蒸発缶」とも称される。）に関するものである。

この種の蒸発器として、多管式熱交換器の伝熱管の内面に被加熱流体（被処理液）を薄膜状に降下（流下）させる一方で、加熱流体を伝熱管の外側に流し、加熱流体と被処理液との間の熱交換によって被処理液を蒸発濃縮処理するようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開２００４−２８３６４号公報

ところで、上記従来の蒸発器において、多管式熱交換器を構成する伝熱管に例えば腐食などが原因でピンホールや亀裂が発生した場合、加熱流体と被加熱流体（被処理液）とが伝熱管に発生したピンホールや亀裂を通して接触することになる。

このため、加熱流体と被加熱流体とが接触すると爆発的な反応を起し危険であったり、加熱流体と被加熱流体との接触により腐食性物質が生成されて機器に重大な損傷を与えたり、微量でも製品側に混入すると健康被害を引き起こしたりするような可能性がある場合には、加熱流体として高温空気を使用するようにしていた。

しかし、高温空気を使用する場合には、図５（従来例）に示されるように、従来の蒸発器１００の付帯設備として、電気ヒーター１０１や、電気ヒーター制御盤１０２、大型の空気循環ブロワー１０３などが必要になり、設置面積が大きくなるという問題点や、消費エネルギーの損失が大きくなるという問題点が生じていた。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、多管式熱交換器を構成する伝熱管にピンホールや亀裂などが発生したとしても、伝熱管の内側と外側とを流れる２つの流体が接触しないようにすることができる蒸発器を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による蒸発器は、
多数の伝熱管を配列してなる多管式熱交換器を備え、異なる温度の２つの流体のうち、一方の流体を前記伝熱管の内側に流し、他方の流体を前記伝熱管の外側に流して、前記伝熱管を介して前記２つの流体間で熱交換を行うように構成される蒸発器において、
前記伝熱管を、前記一方の流体が内側に流れる内管と、前記他方の流体が外側に流れる外管とよりなる二重管構造とし、前記内管と外管との間に隙間を設けることを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、前記内管の端部は、前記外管の端部よりも突出した位置に配され、前記伝熱管を固定するための管板を、前記内管の端部を固定する一側管板と、前記外管の端部を固定する他側管板とよりなる二重管板構造とするのが好ましい（第２発明）。

本発明において、前記伝熱管は上下方向に延び、前記内管の内面に沿って前記一方の流体を降下させる一方で、降下されるその一方の流体の一部が蒸発して発生する蒸発ベーパーを前記内管の中心部を通して上昇させるようにするのが好ましい（第３発明）。

本発明において、前記伝熱管の前記内管に対し前記一方の流体を均一に分散させる分散器を設けるのが好ましい（第４発明）。

本発明において、前記伝熱管は上下方向に延び、前記内管の内面に沿って前記一方の流体を降下させる一方で、降下されるその一方の流体の一部が蒸発して発生する蒸発ベーパーを前記内管の中心部を通して上昇させて、前記内管の内部で前記一方の流体と前記蒸発ベーパーとを向流接触させる場合、前記内管の内面に沿って降下する一方の流体量と前記内管の中心部を上昇する蒸発ベーパー量とに基づいて、前記内管の内径寸法を設定するのが好ましい（第５発明）。

本発明において、前記伝熱管は上下方向に延び、前記内管の内面に沿って前記一方の流体を降下させる一方で、流下されるその一方の流体の一部が蒸発して発生する蒸発ベーパーを前記内管の中心部を通して上昇させ、上昇する前記蒸発ベーパーの上昇流れ経路の途中にその蒸発ベーパーに同伴する飛沫を捕捉するデミスターを配設するのが好ましい（第６発明）。

本発明において、前記一方の流体または他方の流体が前記内管と外管との間の前記隙間に漏れたことを検知する漏れ検知手段を設けるのが好ましい（第７発明）。

本発明において、前記伝熱管は上下方向に延び、前記伝熱管の上方に、前記内管に対し前記一方の流体を均一に分散させる分散器を設け、この分散器上に溜める前記一方の流体の高さよりも高いベント管を前記分散器上に設置するのが好ましい（第８発明）。

本発明において、前記他方の流体がスチームの場合、前記一方の流体との熱交換が行われた後のスチームドレインの導電率またはｐＨに基づいて、前記一方の流体または他方の流体が前記内管と外管との間の前記隙間に漏れたことを検知するのが好ましい（第９発明）。加熱流体としては被加熱流体より温度が高い流体（スチーム、熱媒、温水など）であれば良い。

本発明において、前記伝熱管は上下方向に延び、前記伝熱管の上部に複数のノッチを有する堰を設けるのが好ましい（第１０発明）。

本発明において、前記内管と外管との間に設けた前記隙間に、伝熱係数を上げるために液体を充填した場合、その液体の膨張・収縮を吸収する膨張タンクを付設するのが好ましい（第１１発明）。

本発明の蒸発器によれば、多管式熱交換器を構成する伝熱管が内管と外管とよりなる二重管構造とされるので、例えば腐食などが原因で内管または外管にピンホールや亀裂が発生したとしても、内管の内側を流れる流体または外管の外側を流れる流体が、内管と外管との間の隙間に流れ込んで漏れるだけで済み、ピンホールや亀裂が発生していない外管または内管によって伝熱管の内側と外側とを流れる２つの流体が接触しないようにすることができる。

また、第２発明の構成を採用することにより、内管の端部が一側管板によって固定されるとともに、外管の端部が他側管板によって固定されるので、二重管構造の伝熱管を一側管板と他側管板とで確実に固定することができる。

また、第３発明の構成を採用することにより、当該蒸発器の下流側に蒸発ベーパーと液とを分離する気液分離器を設ける必要がなくなり、設備の設置面積を大幅に小さくすることができる。

また、第４発明の構成を採用することにより、多管式熱交換器を構成する多数の伝熱管のそれぞれの内管に対し一方の流体を分散器によって均一に流すことができる。

また、第５発明の構成を採用することにより、内管内でのフラッディングの発生を未然に防ぐことができる。

また、第６発明の構成を採用することにより、内管の中心部を通して上昇する蒸発ベーパーの飛沫同伴をデミスターによって防ぐことができる。

また、第７発明の構成を採用することにより、内管または外管にピンホールや亀裂が発生して、内管の内側を流れる一方の流体または外管の外側を流れる他方の流体が内管と外管との間の隙間に漏れたことを検知する漏れ検知手段によって検知することができ、内管または外管の漏れを検知したときから、ピンホールや亀裂が発生していない外管または内管にピンホールや亀裂が発生して漏れが生じるまで時間的猶予があるので、その間に機器の修理や更新を行うことができる。

また、第８発明の構成を採用することにより、内管の中心部を通して上昇する蒸発ベーパーと、分散器上に溜められた一方の流体とを接触させることなく、ベント管を介して蒸発ベーパーを排気することができる。

また、第９発明の構成を採用することにより、他方の流体がスチームの場合、一方の流体との熱交換が行われた後のスチームドレインの導電率またはｐＨに基づいて、内管の内側を流れる一方の流体または外管の外側を流れる他方の流体が内管と外管との間の隙間に漏れたことを検知することができる。

また、第１０発明の構成を採用することにより、管板面の水平度や液負荷の変動に対応させて一方の流体を内管に均一に流すことができる。

また、第１１発明の構成を採用することにより、伝熱係数を上げるために内管と外管との隙間に液体を充填した状態を安定的に保つことができる。

本発明の一実施形態に係る薄膜降下式蒸発器の縦断面図である。図１のＡ部拡大図である。図１のＢ部拡大図である。図１のＡ部拡大図で、分散器と他の態様例の説明図である。従来の蒸発器とその付帯設備を示し、加熱流体として高温空気を使用する場合の概略システム構成図である。従来の一般的な薄膜降下式蒸発器に気液分離器が付設された設備を示す図である。

次に、本発明による蒸発器の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態では、薄膜降下式（液膜流下式）の蒸発器に本発明が適用された例を説明するが、その他の形式の蒸発器にも本発明を適用することができるのは言うまでもない。

＜蒸発器の概略説明＞
図１に示される薄膜降下式の蒸発器１は、上下方向に延びる円筒状の胴体２と、この胴体２の上部および下部にそれぞれ一体的に設けられる上部管板３および下部管板４と、上部管板３の上側にその上部管板３を覆うように装着される頂部蓋体５と、下部管板４の下側にその下部管板４を覆うように装着される底部蓋体６とを備えている。

上部管板３と頂部蓋体５との間には、上部空間７が形成され、胴体２と上部管板３と下部管板４との間には、中間部空間８が形成され、下部管板４と底部蓋体６との間には、下部空間９が形成されている。

頂部蓋体５の頂部には、上部空間７と連通し上部空間７内の蒸発ベーパーを導出するベーパー出口１１が設けられている。頂部蓋体５の周壁部には、上部空間７と連通し被加熱流体（被処理液）を上部空間７に導入する被加熱流体入口１２が設けられている。胴体２の上部には、中間部空間８と連通し加熱流体（例えばスチーム）を中間部空間８に導入する加熱流体入口１３が設けられている。胴体２の下部には、中間部空間８と連通し中間部空間８内における熱交換後の加熱流体を導出する加熱流体出口１４が設けられている。底部蓋体６の下部には、下部空間９と連通し下部空間９内の液（濃縮液）を導出する液出口１５が設けられている。

胴体２の内部には、多管式熱交換器１８が組み込まれ、この多管式熱交換器１８は、上下方向に延びる多数の伝熱管２０が所定間隔をあけて配列されてなるものである。

＜伝熱管の説明＞
図２および図３に示されるように、伝熱管２０は、上部空間７と下部空間９とを連通するように、伝熱管２０の上端部が上部管板３を突き抜けた状態でその上部管板３に固着され、伝熱管２０の下端部が下部管板４を突き抜けた状態でその下部管板４に固着されている。この伝熱管２０は、被加熱流体（被処理液）が内側に流れる内管２１と、加熱流体が外側に流れる外管２２とよりなる二重管構造とされ、内管２１と外管２２との間に所定の隙間２３が設けられている。

内管２１と外管２２の材質としては、例えば、ステンレス、鉄、銅、チタン、ハステロイ（登録商標）など強度計算が可能なものであればどれでも採用可能である。

本実施形態では、内管２１および外管２２のいずれも平滑管を用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、フィンチューブを用いても良く、また、表面加工を施したラメラチューブを用いることも可能である。

本実施形態では、内管２１と外管２２との間の隙間２３を例えば０．２ｍｍにして空気層を設けた例を示したが、内管２１と外管２２との隙間２３に、加熱流体や被加熱流体にとってどちらにも無害な液体、例えば、熱媒、エチレングリコール、白色ワセリンなどを充填しても良い。この場合、空気層を設けるより総括伝熱係数が大きくなる。しかし、充填した液体の膨張・収縮を吸収するための膨張タンク（図示省略）を設置する必要がある。

なお、薄膜降下式の蒸発器１の総括伝達係数は、下記の式で表される。

内管２１では、内管２１の中心部を上昇する蒸発ベーパーと内管２１の内面に沿って薄膜状（液膜状）に降下（流下）する被加熱流体とが向流で接触するため、内管２１内でフラッディングが起きないように、内管２１の口径に留意する必要がある。降下する被加熱流体の液量や上昇する蒸発ベーパー量によもよるが、内管２１の内径は、例えば、φ２１．４ｍｍ（２５Ａ）〜φ１０８．３ｍｍ（１００Ａ）を採用するのが好ましい。また、降下する被加熱流体は、一部が蒸発しても全量蒸発しても良い。全量蒸発の場合は、蒸発器１の下部に液溜めを設けて被加熱流体が全量蒸発したかどうかを液溜めに溜まった被加熱流体の液面で検知する必要がある。

＜伝熱管の固定構造の説明＞
伝熱管２０において、内管２１の上端部および下端部は、それぞれ外管２２の上端部および下端部よりも突出した位置に配されている。一方、伝熱管２０の上端部および下端部をそれぞれ固定するための上部管板３および下部管板４は、いずれも上下に所定間隔をあけて互いにの板面を向い合せて配設される外側管板２５，２６と内側管板２７，２８とよりなる二重管板構造とされている。そして、図２に示されるように、内管２１の上端部が上部管板３の外側管板２５に固定され、外管２２の上端部が上部管板３の内側管板２７に固定される。また、図３に示されるように、内管２１の下端部が下部管板４の外側管板２６に固定され、外管２２の下端部が下部管板４の内側管板２８に固定される。こうして、二重管構造の伝熱管２０を上部管板３と下部管板４とで確実に固定することができる。

＜漏れ検知手段の説明＞
図２および図３に示されるように、伝熱管２０における内管２１と外管２２との間の隙間２３に加熱流体または被加熱流体が漏れたことを検知する検知手段３０は、外側管板２５，２６と内側管板２７，２８との間に例えば１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の空間部３１，３２を設け、この空間部３１，３２に連通するように漏れ検出口３３，３４を内側管板２７，２８に設け、これら漏れ検出口３３，３４に電気式の圧力検出器３５，３６を装着し、伝熱管２０における内管２１または外管２２に漏れがあったときの空間部３１，３２内の圧力変動を圧力検出器３５，３６で検知することで漏れを検知するように構成されている。圧力検出器３５，３６の検知信号に基づいて、例えば、図示されない警報器を作動させて警報を発するようにするのが好ましい。なお、下側の内側管板２８に設けられた漏れ検出口３４はプラグ止めにし、定期的に開放して漏れの有無を確認するようにしても良い。

なお、伝熱管２０における内管２１と外管と２２の間の隙間２３に加熱流体または被加熱流体が漏れたことを検知する検知手段として、内管２１と外管２２との間の隙間２３が空気層の場合には、上述した圧力検知によるものが適しており、内管２１と外管２２との間の隙間２３に、加熱流体や被加熱流体にとってどちらにも無害な液体を充填している場合には、充填した液体の膨張・収縮を吸収するために設置される膨張タンク（図示省略）の液面変化を検知するという手段もある。また、加熱流体としてスチームを用いる場合は、そのスチームが被加熱流体と熱交換を行った後に排気されるスチームドレインの導電率やｐＨを測定することで検知するという手段も有効である。

＜分散器の説明＞
図２に示されるように、頂部蓋体５と上部管板３との間の上部空間７には、伝熱管２０における内管２１の内表面に均一に被加熱流体を流下させるための分散器４０が配設されている。この分散器４０としては、例えば、多数の孔が穿設されてなる多孔板を、内管２１の上方で、かつ上部管板３における外側管板２５と被加熱流体入口１２との間の位置において頂部蓋体５の内側壁面に固定することによって構成される。このような多孔板で構成される分散器４０を設置することにより、被加熱流体入口１２を通して流入される被加熱流体を一定高さ溜めて被加熱流体の動圧を減じると同時に互いに隣り合う伝熱管２０の中間部に被加熱流体を均一に落下させることができる。ここで、分散器４０上に溜める被加熱流体の液高さとしては、例えば、２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下が望ましい。

なお、上記の分散器４０に代えて、図４に示されるように、伝熱管２０群の上部に例えばＶの字状のノッチ４１ａを多数形成してなる堰４１を設け、その堰４１の外周側に被加熱流体を流入させ、オーバーフローにて伝熱管２０群に被加熱流体を分散させて伝熱管２０の内管２１に均一に被加熱流体を分配するようにしても良い。

＜ベント管の説明＞
図２に示されるように、多孔板で構成される分散器４０には、分散器４０上に溜める被加熱流体の液高さよりも高いベント管４２が設置されており、内管２１内で蒸発した蒸発ベーパーを、分散器４０上に流入される被加熱流体と接触させることなく、ベント管４２を通してベーパー出口１１へと導くことができるようになっている。

＜デミスターの説明＞
頂部蓋体５において、ベーパー出口１１に通じる流路における蒸発ベーパー流れ上流側（ベーパー出口手前側）の部位には、デミスター４３が配設され、内管２１内で蒸発した蒸発ベーパーがベーパー出口１１から出て行く際に降下液の飛沫同伴を防ぐようにしている。デミスター４３としては、例えば、ワイヤーメッシュ形式のものが挙げられ、衝突板形式のエリミネーターでも良い。また、不規則充填物や規則充填物を採用しても良い。
材質も金属製や樹脂製（テフロン（登録商標）、ＰＶＣ、ＰＰなど）を採用しても良い。

＜蒸発器の作動説明＞
以上に述べたように構成される蒸発器１の作動について図１を用いて説明する。被加熱流体（被処理液）は、被加熱流体入口１２を通して上部空間７内に導入され、多孔板で構成される分散器４０上に溜まる。分散器４０には、ベント管４２が設置されているので、下方の伝熱管２０（内管２１）で蒸発した蒸発ベーパーを、分散器４０上の被加熱流体と接触させることなくベーパー出口１１から排出することができる。分散器４０上に溜まった被加熱流体は、多数の伝熱管２０におけるそれぞれの内管２１へと均一に分散され、薄い液膜状になって内管２１の内面に沿って降下する。一方、加熱流体入口１３から中間部空間８に流入した加熱流体（スチーム）は、外管２２、外管２２と内管２１との間の空気層（隙間２３）および内管２１を介して、内管２１の内面に沿って液膜状で降下する被加熱流体液を加熱する。加熱された液膜状の被加熱流体は、一部が蒸発して内管２１の中心部を上昇して行く。

＜作用効果の説明＞
例えば腐食などが原因で内管２１または外管２２にピンホールや亀裂が発生した場合、内管２１の内側を流れる被加熱流体または外管２２の外側を流れる加熱流体が、内管２１と外管２２との間の隙間２３に流れ込んで漏れることになるが、ピンホールや亀裂が発生していない外管２２または内管２１によって伝熱管２０の内側と外側とを流れる被加熱流体と加熱流体とを接触させないようにすることができる。

また、上部管板３および下部管板４は、いずれも二重管板構造とされ、外側管板２５，２６は内管２１と固定され、内側管板２７，２８は外管２２と固定され、外側管板２５，２６と内側管板２７，２８との間には、１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の空間部３１，３２が設けてあり、この空間部３１，３２に連通する漏れ検出口３３，３４に装着された圧力検出器３５，３６で検出される圧力変化に基づいて、内管２１と外管２２のどちらかに漏れが生じたことを検知することができる。内管２１または外管２２の漏れを検知したときから、ピンホールや亀裂が発生していない外管２２または内管２１にピンホールや亀裂が発生して漏れが生じるまで時間的猶予があるので、その間に機器の修理や更新を行うことができる。

内管２１の内表面より蒸発した蒸発ベーパーは、伝熱管２０群の上部に集まり、ベント管４２を通して上部空間７の上部に集まる。ベーパー出口１１より手前にデミスター４３が設けられているので、ベーパー出口１１から排出される蒸発ベーパーの飛沫同伴を防止し、液滴などの同伴を極力少なくすることができる。なお、例えば、半導体の洗浄用高純度硫酸を製造する工程でのＳＯ_３蒸発器は、飛沫同伴による液滴中の金属イオンの存在が問題となる場合が多い。

無水硫酸中のＳＯ_３蒸発器では、加熱流体としてスチームを使用すると、伝熱管２０に漏れが発生した場合、硫酸と水とが爆発的に反応し高温となり機器の損傷に至る。このため、伝熱管２０を二重管構造とし、管板３，４を二重管板構造として、加熱流体と被加熱流体とが接触しないようにしている。ＳＯ_３の蒸発器以外にも例えばシリコン塩化物の蒸発器（シリコン塩化物と水とが接触すると腐食性の高い塩酸が生じる）にも採用することができる。また、食用油脂製造工程における熱媒加熱においても熱媒と食用油脂とが接触してはならないので、二重管構造および二重管板構造の蒸発器や熱交換器を採用するのが好ましい。

図６に示されるような一般的な薄膜降下式の蒸発器１１０では、被加熱流体（被処理液）と蒸発ベーパーとが共に降下して、当該蒸発器１１０の下流側に付設された気液分離器１１１に入り蒸発ベーパーと液とに分離される。
本実施形態の蒸発器１では、蒸発ベーパーを上部から抜き出すことにより、図６に示されるような一般的な蒸発器１１０ではその下流側に付設する必要があった気液分離器１１１を付設する必要がなくなり、設置面積を大幅に小さくすることができる。

以上、本発明の蒸発器について、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

次に、本発明による蒸発器の具体的な実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（１）被加熱流体
ＳＯ_３３０ｍａｓｓ％３６００ｋｇ／ｈｒ
Ｈ_２ＳＯ_４７０ｍａｓｓ％８４００ｋｇ／ｈｒ合計１２０００ｋｇ／ｈｒ

（２）蒸発ベーパー
ＳＯ_３１００ｍａｓｓ％１２００ｋｇ／ｈｒ

（３）加熱流体（スチーム）
蒸気流量５５０ｋｇ／ｈｒ
蒸気圧力０．８ＭＰａＧ飽和スチーム

（４）蒸発器
伝熱面積５０ｍ^２
伝熱管外管外径８８．９ｍｍ、内径７５．９ｍｍＳＴＢ３４０−ＳＨ
伝熱管内管外径７５．５ｍｍ、内径６４．２ｍｍＳＴＢ３４０−ＳＨ
伝熱管本数７０本
伝熱管長さ３２００ｍｍ

（５）分散器
多孔板孔径３．８ｍｍ孔数１７０個ＳＵＳ３１６Ｌ
ベント管口径６５Ａ、本数１０本

（６）デミスター
型式エリミネーターＳＵＳ３１６Ｌ
寸法３００□×２４４Ｈ

（７）漏れ検知手段
蒸発器漏れ検出口３３，３４に圧力発信器（ＰＩＡ）を設置
ドレン側蒸気ドレン送液口に電導度計を設置し二重で監視

設計蒸発量が１２００ｋｇ／ｈｒとしていたので所定の能力が出たことを確認した。また、蒸発したＳＯ_３を超純水に吸収させて得た９６ｍａｓｓ％硫酸の製品中の金属イオンもＥＬ規格を満足していた。これにより、飛沫同伴を防げていることが分かる。

従来の空気加熱式の蒸発器１００（図５参照）では、総括伝熱係数は６０ｋｃａｌ／ｍ^２ｈｒ℃程度であったが、本発明に係る蒸発器１においてスチーム加熱を採用することにより、総括伝熱係数は１００ｋｃａｌ／ｍ^２ｈｒ℃と１．６倍程度大きくなった。

実施例から明らかなように、従来の蒸発器１００とほぼ同程度の純度が得られる蒸発器であるにもかかわらず、空気加熱よりも省エネルギー、省スペースであり、かつ伝熱管にピンホール等が発生しても加熱流体と被加熱流体とが接触することがないので安全な装置となっている。

本発明の蒸発器は、多管式熱交換器を構成する伝熱管にピンホールや亀裂などが発生したとしても、伝熱管の内側と外側とを流れる２つの流体が接触しないようにすることができるという特性を有していることから、加熱流体と被加熱流体とが接触すると爆発的な反応を起し危険であったり、加熱流体と被加熱流体との接触により腐食性物質が生成されて機器に重大な損傷を与えたり、微量でも製品側に混入すると健康被害を起すような可能性のある蒸発濃縮処理の用途に好適に用いることができ、産業上の利用可能性が大である。

１蒸発器
２胴体
３上部管板
４下部管板
５頂部蓋体
６底部蓋体
１８多管式熱交換
２０伝熱管
２１内管
２２外管
２３隙間
２５，２６外側管板（一側管板）
２７，２８内側管板（他側管板）
３０漏れ検知手段
３１，３２空間部
３３，３４漏れ検出口
３５，３６圧力検出器
４０分散器
４１堰
４１ａノッチ
４２ベント管
４３デミスター

Claims

多数の伝熱管を配列してなる多管式熱交換器を備え、異なる温度の２つの流体のうち、一方の流体を前記伝熱管の内側に流し、他方の流体を前記伝熱管の外側に流して、前記伝熱管を介して前記２つの流体間で熱交換を行うように構成される蒸発器において、
前記伝熱管を、前記一方の流体が内側に流れる内管と、前記他方の流体が外側に流れる外管とよりなる二重管構造とし、前記内管と外管との間に隙間を設けることを特徴とする蒸発器。
前記内管の端部は、前記外管の端部よりも突出した位置に配され、前記伝熱管を固定するための管板を、前記内管の端部を固定する一側管板と、前記外管の端部を固定する他側管板とよりなる二重管板構造とすることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記伝熱管は上下方向に延び、前記内管の内面に沿って前記一方の流体を降下させる一方で、降下されるその一方の流体の一部が蒸発して発生する蒸発ベーパーを前記内管の中心部を通して上昇させるようにすることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記伝熱管の前記内管に対し前記一方の流体を均一に分散させる分散器を設けることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記伝熱管は上下方向に延び、前記内管の内面に沿って前記一方の流体を降下させる一方で、降下されるその一方の流体の一部が蒸発して発生する蒸発ベーパーを前記内管の中心部を通して上昇させて、前記内管の内部で前記一方の流体と前記蒸発ベーパーとを向流接触させる場合、前記内管の内面に沿って降下する一方の流体量と前記内管の中心部を上昇する蒸発ベーパー量とに基づいて、前記内管の内径寸法を設定することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記伝熱管は上下方向に延び、前記内管の内面に沿って前記一方の流体を降下させる一方で、流下されるその一方の流体の一部が蒸発して発生する蒸発ベーパーを前記内管の中心部を通して上昇させ、上昇する前記蒸発ベーパーの上昇流れ経路の途中にその蒸発ベーパーに同伴する飛沫を捕捉するデミスターを配設することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記一方の流体または他方の流体が前記内管と外管との間の前記隙間に漏れたことを検知する漏れ検知手段を設けることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記伝熱管は上下方向に延び、前記伝熱管の上方に、前記内管に対し前記一方の流体を均一に分散させる分散器を設け、この分散器上に溜める前記一方の流体の高さよりも高いベント管を前記分散器上に設置することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記他方の流体がスチームの場合、前記一方の流体との熱交換が行われた後のスチームドレインの導電率またはｐＨに基づいて、前記一方の流体または他方の流体が前記内管と外管との間の前記隙間に漏れたことを検知することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記伝熱管は上下方向に延び、前記伝熱管の上部に複数のノッチを有する堰を設けることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記内管と外管との間に設けた前記隙間に、伝熱係数を上げるために液体を充填した場合、その液体の膨張・収縮を吸収する膨張タンクを付設することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。