JP3089144B2 - 気液接触プレート式熱交換器 - Google Patents

気液接触プレート式熱交換器

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JP3089144B2
JP3089144B2 JP05250419A JP25041993A JP3089144B2 JP 3089144 B2 JP3089144 B2 JP 3089144B2 JP 05250419 A JP05250419 A JP 05250419A JP 25041993 A JP25041993 A JP 25041993A JP 3089144 B2 JP3089144 B2 JP 3089144B2
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眞澄 藤井
泰一朗 須田
善次 堀田
耕一 北村
幸弘 神野
富雄 三村
繁 下條
正樹 飯島
薫明 光岡
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプレート式熱交換器に関
し、更に詳しくは熱交換と共にプレート表面で気体と液
体を効率よく接触させることのできるプレート式熱交換
器に関する。
【0002】
【従来の技術】化学プラントでは、例えば燃焼排ガス中
のCO2 (二酸化炭素)をアミン水溶液のような吸収液
に吸収させる場合のように気体と液体を短時間で効率よ
く接触させる必要がある。かかる要望を満たすため、本
出願人は先に水平断面が任意形状の管状構造体である充
填物が充填された気液接触装置であって、前記管状構造
体内壁は鉛直に形成された気液接触面であり、前記気液
接触面を前記気体接触装置内に気体の流れに対し平行に
なるように多数配置し、その充填物の上部から供給され
た液体を前記気液接触面に沿って流下させると共に下部
から気体を供給して気体と液体とを接触させる気液接触
装置において、前記気液接触面が板状体の表面に網状体
を貼着した素材からなることを特徴とする気液接触装置
を提案した。(特願平5−59844号)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記提案の気液接触装
置では、例えば前記のように気体が燃焼排ガスで液体が
アミン水溶液である場合、CO2 を吸収することにより
吸収液は反応熱により温度が上昇し吸収反応速度は低下
する。このため、別に設けた熱交換器(冷却器)により
供給する吸収液の温度が適度になるように調節してい
る。しかし、反応液は気液接触装置を流下するにつれ温
度が上昇し、反応速度が上昇するが、吸収反応平衡値が
低下し、供給する吸収液の温度を調節するのみでは必ず
しも適正に反応速度を調節することができなかった。こ
の例で見られるように、化学プラントにおいては気液接
触工程は通常発熱や吸熱を伴うので、各工程ごとに別に
液体や気体の冷却器、加熱器、熱交換器等が必要であ
り、熱交換効率の点からも、あるいはプラント構造の複
雑化や必要スペースの増大に伴うプラント設置コスト増
大の点からも改善が望まれていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記問題点
に鑑み、気液接触と熱交換を同時に行うことができ、熱
交換効率や省スペースの観点からも有利な装置について
鋭意検討した結果、特定構造の熱交換器が極めて効果的
であるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
【0005】すなわち本発明は間に気体が上昇する流路
を形成するよう鉛直状態に隔置された多数の伝熱プレー
トよりなり、該プレートは各々の内部に熱媒体が流れる
熱媒体流路が形成され、かつ気体流路に面した伝熱プレ
ート側面に液体が接触流下する網状体が貼着する形で
り付けられてなることを特徴とする気液接触プレート式
熱交換器である。
【0006】〔作用〕 本発明によれば、気液接触する液体は前記伝熱プレート
の側面に貼着する形で取り付けられた網状体に沿って上
部から流下する。その際、網状体の網目と伝熱プレート
の間に液体を一時的に滞留させる鋭角状の微小部分が多
数存在するため、また網状体の網目が存在することによ
り伝熱プレートに沿って流下する液体は特定の個所に集
中せず水平方向に広がるため、液体の流下速度は遅くな
る。加えて網状体が伝熱プレートに取り付けられている
結果、流下する液体は網目により表面更新が盛んになさ
れ、下部から伝熱プレートの間を上昇する気体との接触
が極めて効率的となる。一方気液接触に通常伴う発熱や
吸熱による熱を伝熱プレートを隔てた内部の熱媒体とそ
の部位で直ちに、かつ高能率で熱交換することができ、
気液接触効率と高熱交換効率の相乗効果によって極めて
優れた気液接触熱交換器となる。
【0007】
【実施例】以下、添付図面を参照して、実施例により本
発明について説明する。まず図1及び図2を参照する。
両図は本発明に係わる気液接触プレート式熱交換器の原
理を説明するための略図であり、図1は斜視図、図2は
側面図である。本発明に係わる気液接触プレート式熱交
換器2は図示するように多数の鉛直状態に並置された伝
熱プレート4と、これらの伝熱プレート4の各々の内部
に形成された熱媒体Cの通路10と、伝熱プレート4の
間に形成された気体通路20と、伝熱プレート4の外側
面すなわち気体通路に面する側面に設けられた網状体3
0とからなる。
【0008】伝熱プレート4は伝熱性に優れた金属から
構成され、内部に後述する熱媒体の通路10が形成され
るよう中空体となっている。図では図解を簡単にするた
め3つの伝熱プレート4のみを示しているが、実際には
より多くの伝熱プレート4が必要によりスペーサ(図示
せず)またはパイプ6の剛性により隔置されることにな
る。この伝熱プレート4の数は本発明熱交換器の用途に
応じて適宜変えることができる。これら伝熱プレート4
の内部はパイプ6によって連通されており、図2中の矢
印の示す方向に熱媒体Cが流れるようになっている。図
示した例では、熱媒体Cが伝熱プレート4内を同一方向
(下方向)に流れるようにパイプ6が接続されている
が、熱媒体Cの流れ方向が交互に異なるようにパイプ6
を接続することもできる。伝熱プレート4とパイプ6と
は溶接により一体的に接合すれば熱媒体Cのリークする
可能性は低くなるが、保守点検のため熱交換器を分解す
ることは困難となる。一般的には伝熱プレート4とパイ
プ6とは保守点検、修理を容易とするためガスケットを
介して接続され、ネジなどの手段により締結される。
【0009】伝熱プレート4に貼着される網状体30は
気液接触させるガス及び液体に侵されない材料から構成
することが好ましく、例えばステンレス製の金網(ワイ
ヤメッシュ)、プラスチック製の網などから構成でき
る。図示した網状体30の目の織り方は平織りである
が、これのみに限定されず綾織りなどの種々の網目を採
用できる。また網状体30を伝熱プレート4に貼着する
方法は特に限定されず、網状体30を構成する線条物は
地面に対し種々の角度を有するように設置できる。また
目開き寸法として好ましくは3メッシュ以上、更に好ま
しくは8メッシュ以上の網目数を有する網状体30が使
用される。
【0010】次にかかる気液接触プレート式熱交換器の
作動について簡単に述べる。図2において、気液接触す
べき気体Gは伝熱プレート4の間の気体通路20を上昇
し、一方の液体Lは伝熱プレート4の上方からカスケー
ド状に流下される。液体Lは伝熱プレート4の側面に沿
って流下するが、伝熱プレート4の側面には網状体30
が貼着されているので、流体Lは主として網状体30の
水平方向に延びる部分と伝熱プレート側面との間に形成
される鋭角状の微小部分に滞留し、また網状体30を越
えて流下する際に盛んに表面更新されながら降下する。
このような水平方向への広がりと滞留、表面更新されて
いる間に、液体Lは伝熱プレート4表面で上昇するガス
Gと高効率で接触する。一方伝熱プレート4内には所定
の熱媒体Cが流れ、主に伝熱プレート4を流下する液体
Lを直接加熱または冷却できる。
【0011】伝熱プレート4の上方からは液体Lを流下
させず、凝縮性物質を含む気体のみを通過させてこの気
体を冷却させる場合、気体中の凝縮成分の凝縮潜熱を伝
熱プレート4内部の熱媒体Cにより奪い去ることにより
気体中の凝縮成分、例えば燃焼排ガスでは水分が凝縮
し、網状体30及び伝熱プレート4の側面に付着し、増
量した凝縮水分は次第に流下し、網状体30と伝熱プレ
ート4からなる垂直面を横に広がりながら、下部から供
給される高温の燃焼排ガスと伝熱プレート4上の網状体
30表面で接触し、効率的に燃焼排ガスを冷却すること
になる。この場合は、最終的に凝縮した水分は本発明の
気液接触プレート式熱交換器の下方に流れ去ることとな
る。気液接触に伴う熱としては凝縮潜熱以外に気液接触
による反応熱がある。発熱反応の場合は前記燃焼排ガス
中のCO2 をアミン水溶液で吸収させる場合はこれに相
当し、発生した熱を伝熱プレート4を隔てて流れる熱媒
体Cで直ちに奪い去ることにより、反応熱による接触気
液の温度上昇を防ぎ、平衡反応を低下させないで、効率
的な気液接触を達成させることができる。吸熱反応の場
合は上記の逆であり、伝熱プレート4内の熱が気液接触
側に供給されることとなる。
【0012】次に図3を参照して、CO2 を吸収したア
ミン吸収液(「CO2 リッチアミン吸収液」または単に
「リッチアミン吸収液」と称す)からCO2 を回収し吸
収液を再生する再生塔に、本発明に係わる気液接触プレ
ート式熱交換器を用いた例について説明する。この例に
おいて、図1〜2における同一部品には同一符号が付
け、網状体30も簡略に示している。図3において、再
生塔50内には本発明に係わる気液接触プレート式熱交
換器が上下2段に設置されている。上方に設置された熱
交換器2aとなる伝熱プレート4aには熱媒体として低
温の冷却水が導入され、気体通路20aを上昇する微量
アミンを含むCO2 ガス中から主にアミンの塔外への排
出を防ぐ目的を有し、下方に設置された熱交換器2bと
なる伝熱プレート4bには熱媒体として高温蒸気が導入
され、CO2 リッチアミン吸収液からCO2 を分離して
吸収液を再生することが目的である。両熱交換器2a,
2bの間にはCO2 吸収塔(図示せず)からのリッチア
ミン吸収液を下方熱交換器2bの上方から噴射して供給
するノズル52が設けられており、再生塔50の底部に
はCO2 濃度の低下した再生アミン吸収液を溜める吸収
液溜め部54が設けられている。
【0013】ノズル52から噴射されたリッチアミン吸
収液は後記する上方熱交換器2aから流下する凝縮水と
共に、下方熱交換器2bの網状体30が取り付けられた
伝熱プレート4bに沿って徐々に流下する。この時、伝
熱プレート4b内には、高温蒸気が通過しているので、
リッチアミン吸収液は効率よく加熱される。このためア
ミン吸収液から水蒸気が発生すると共にガス状CO2
分離する。上方からはリッチアミン吸収液が続けて流下
しているので、気体通路20bを上昇するこれらガスと
の間で気液接触が起こり、発生した水蒸気とリッチアミ
ン吸収液が網状体30が取り付けられた伝熱プレート4
b上で接触し、更にリッチアミン吸収液からの水蒸気と
CO2 の分離を促す。これに必要な熱エネルギーは上述
のように伝熱プレート4b内を流れる蒸気により供給さ
れ続けている。従って、気液接触効率と熱交換効率が共
に高能率で同時に達成される。こうしてCO2 が分離さ
れた再生アミン水溶液は下方の回収液溜め部54に一時
的に貯蔵され、適宜ポンプ56により排出され吸収塔に
て再生アミンとして再利用される。
【0014】一方リッチアミン吸収液より解離されたC
2 は水蒸気と共に、上方熱交換器2aの伝熱プレート
4aの間の気体通路20aを通って上昇する。この時、
伝熱プレート4a内には冷却水を通過させているので、
気体通路20aを通過するガスは冷却され、水蒸気が凝
縮し網状体30を取り付けた伝熱プレート4aをゆっく
り流下する。この流下凝縮水が伝熱プレート4a内部の
冷却水との熱交換をしながら、下方熱交換器2bから上
昇する前記ガスと気液接触してその冷却に寄与し、アミ
ンの塔外への排出を防いでいる。こうして、上方熱交換
器2aも気液接触と熱交換が同時に高能率で達成され
る。熱交換器2aの気体通路20aを上昇したガスは水
蒸気が減少し、CO2 リッチガスとして次工程に送られ
る。
【0015】従来の再生塔では、熱交換器2aの代わり
に塔の上部からのCO2 と水蒸気の混合ガスを別の熱交
換器で冷却し、凝縮した水を塔頂からノズルにより噴霧
してアミンの塔外への排出を防いでいた。また熱交換器
2bの代わりに再生アミンの一部を塔外に抜き取り、加
熱して得られる水蒸気を塔底に供給し、リッチアミン吸
収液からCO2 をスチームストリッピングすることによ
り吸収液を再生していた。このように従来の再生塔では
塔外に別に熱交換器や加熱器を必要とし、装置が複雑に
なるばかりでなく、熱交換効率の点でも必ずしも満足で
きるものではなかったが、本発明の気液接触プレート式
熱交換器を用いることにより、気液接触と熱交換を同時
に行うことができるので化学プラント内の構造が極めて
簡素化でき、また高熱交換効率が達成できる。
【0016】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の気
液接触プレート式熱交換器によれば、伝熱プレートを流
下する液体と気体との接触面積は上記網状体により大き
くなっており、流体の流下滞留時間が長くなり、気液の
接触効率が極めて良好であるばかりでなく、熱交換効率
をも著しく大きくすることができる。また装置がコンパ
クトであり、プラントの省スペース化にも大きく寄与す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる気液接触プレート式熱交換器の
概略斜視図。
【図2】図1の熱交換器を横方向から見た概略側面図。
【図3】本発明に係わる気液接触プレート式熱交換器を
CO2 再生塔に用いた例を示す略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 泰一朗 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 堀田 善次 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 北村 耕一 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 神野 幸弘 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 三村 富雄 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 下條 繁 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 飯島 正樹 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社本社内 (72)発明者 光岡 薫明 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22 号 三菱重工業株式会社 広島研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−165892(JP,A) 特開 平4−190059(JP,A) 実開 平5−69568(JP,U) 実開 平5−45472(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 間に気体が上昇する流路を形成するよう
    鉛直状態に隔置された多数の伝熱プレートよりなり、該
    プレートは各々の内部に熱媒体が流れる熱媒体流路が形
    成され、かつ気体流路に面した伝熱プレート側面に液体
    が接触流下する網状体が貼着する形で取り付けられてな
    ることを特徴とする気液接触プレート式熱交換器。
JP05250419A 1993-10-06 1993-10-06 気液接触プレート式熱交換器 Expired - Lifetime JP3089144B2 (ja)

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DE69414970T DE69414970T2 (de) 1993-10-06 1994-09-28 Wärmerohr und Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung mit Wärmeaustausch, mit Wärmerohren, und Plattenwärmetauscher mit Gas-Flüssigkeit-Kontakt
EP94115338A EP0647823B1 (en) 1993-10-06 1994-09-28 Heat pipe and gas-liquid contacting apparatus capable of heat exchange using the heat pipes and heat exchanger of gas-liquid contacting plate type
EP98110223A EP0862036B1 (en) 1993-10-06 1994-09-28 Heat exchanger of gas-liquid contacting plate type
DE69433020T DE69433020T2 (de) 1993-10-06 1994-09-28 Plattenwärmetauscher mit Gas-Flüssigkeit Kontakt
CN94117055A CN1074530C (zh) 1993-10-06 1994-10-05 热管和能用此种热管进行热交换的气-液接触设备以及气-液接触板型的热交换器
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