JP3840496B2 - 蒸発器用液体ディストリビューター - Google Patents

Description

本発明は、固形物粒子を含む液体サスペンションのための薄膜蒸発器に特に適する、蒸発器用液体ディストリビューターに関する。そのような液体ディストリビューターは、液体を蒸発させる伝熱面の上方に設けられていて、該伝熱面の全幅にわたって液体を分配する、通路アレイを備えている。上記通路アレイは、水平方向の供給通路と、該供給通路から下方に分岐して上記伝熱面に繋がる多数の分配通路とを含んでいる。
液体が伝熱面の上で薄膜として流れる蒸発器においては、効率的な熱伝達を行わせるために、前記伝熱面の全体が、液体で覆われる必要がある。また、固形物粒子を含む液体サスペンションを蒸発させる間に、乾燥した領域と液体で覆われた領域との間の境界における固形物含有率が増大して、上記伝熱面が極めて急速に汚れてしまうという状況が生ずる危険性がある。従って、蒸発器を効率的に作動させるためには、蒸発させるべき液体を均一に分配させることが、絶対的に必要な条件である。
伝熱面が水で覆われた状態は、伝熱面に供給される液体の量を増大させることによって、維持し且つ改善することができる。しかしながら、そのような液体の増大は、ポンピング操作におけるエネルギ消費量、並びに、流れる液膜の厚さ（これは、伝熱効率を低下させる）も増大させる。従って、蒸発器の液体ディストリビューターにおいては、かなり狭い液体通路（これは、固形物を含む液体サスペンションを蒸発させる際に容易に絞ることができる）を使用するのが一般的であった。
プラスチックフィルムから形成された多数の隣接するバッグを備え、上記プラスチックフィルムの表面が伝熱面の役割を果たすように構成された、液体を蒸発させるための熱交換器が、フィンランド特許第８６，９６１号から、周知である。蒸発させるべき液体は、蒸発器の上方端に位置するハニカム構造の中の通路装置を通して、上記バッグの外側面に供給される。隣接する通路は、上記バッグの全幅にわたって伸長している。採用される加熱媒体は、同じハニカム構造を介して上記バッグに導入される、蒸気すなわちスチームであり、この蒸気は、上記蒸発プロセスで生成され、コンプレッサで圧縮される。
上記フィンランド特許第８６，９６１号に記載されている装置は、海水を蒸発させて飲料水にするためのものである。上記フィンランド特許に記載されている別の用途は、漂白排液の如き溶液及びサスペンションの濃縮である。しかしながら、この場合には、上記装置は、サスペンションに含まれる繊維材料及び他の固形物粒子が上記ハニカム構造に設けられた斜めの狭い液体通路を閉塞させる傾向があるという、欠点を有している。
フィンランド特許法の第２条第２項の規定により本発明に関係するフィンランド特許出願第９４，４７１号は、蒸発器用の液体ディストリビューターを記載しており、この液体ディストリビューターは、化学パルプの温浸操作からの廃アルカリ液又は漂白排液の如き、木材処理産業の繊維含有排液を処理するように、あるいは、炭酸塩、シュウ酸塩及び他の沈殿物を形成する食品産業の汚水を処理するように、特に設計されている。そのような液体ディストリビューターは、特に、処理されるサスペンションに含まれる固形物粒子によって通路が閉塞される問題を解消しようとするものである。上記液体ディストリビューターは、下方に向かって斜めに傾斜した供給通路と、該供給通路から分岐して伝熱面に繋がる多数の分配通路とを備えており、それぞれの流れの分割は、通路の分岐点において供給流れに関して下流側に位置する丸い分割面の上で生ずる。上述の構成により、固形物粒子の凝集体が付着する恐れのある鋭利な縁部が、液体の流路から排除される。
上記フィンランド特許出願第９４，４７１号に記載される上記液体ディストリビューターにおいては、垂直方向の各々の分配通路の幅は、上記丸い分割面の後では、上記通路の全長にわたって一定である。このタイプの通路は、該通路が液体で完全に充満された場合には、サイフォン作用により強い負圧が生じ、この負圧は、上記分割面の上での流れの所望の分割を阻害し、一方、上記分配通路は、過剰の高い割合の液体の流れを吸引するという欠点を有するということが、実施により判明した。そのようなサイフォン作用による流れが、供給通路から最初に分岐する分配通路の中で生じた場合には、伝熱面の周辺領域が、蒸発させるべき液体を過剰に受け取り、一方、中央の領域に分配される水の量が僅かになり、場合によっては、そのような中央の領域は部分的に乾燥するという、結果が生ずることになる。従って、均一な液体の分配を行うという目的が達成されない。
本発明の目的は、蒸発器の液体ディストリビューターの液体通路アレイを改善して、上述の欠点を解消することである。本発明は、各々の分配通路に段状の伸張部を設け、該伸張部を鋭利な先端を介して流れの下流側に接続し、これにより、分配通路に生ずる液体の負圧を制限する、という特徴を有している。
本発明によれば、供給通路と分配通路との分岐点に設けられる効果的な丸い分割面の下方で分配通路の側部に設けられた鋭利な段部が、サイフォン作用による流れを止めるように有効に作用して、供給通路から通路の分岐部に流れる過剰な量の液体を分配通路が吸引するのを防止する。上記段状の伸張部を除くと、上記通路及びその分岐部の設計は、上述のフィンランド特許出願第９４４，４７１号に記載される設計と実質的に対応させることができる。従って、供給通路は、下方に向かって斜めに傾斜させることができ、また、分配通路は、概ね垂直にすることができ、更に、下流側に設けられた上記丸く湾曲した分割面に対向する上流側の通路分岐部には、鋭利な先端を設けることができる。供給流れは、上記鋭利な先端から上記分割面の上に滝状に飛び越え、該分割面の上で供給通路と分配通路との間の流れの分割が生ずる。上記段状の伸張部は、上記丸い分割面の直ぐ下方に設けるのが効果的である。
本発明の液体ディストリビューターは、互いに対称的な２つの供給通路を備えることができる。これら供給通路は、蒸発器の両側部から始まって蒸発器の中心まで伸長している。これにより、各々の供給通路は、蒸発器のそれぞれの半部に液体を供給する。この場合には、上記２つの供給通路は、蒸発器の両側部から蒸発器の中心に向かって、同じように傾斜する。
別の実施例においては、液体ディストリビューターの上記両方の供給通路は、それぞれの蒸発器の半部において、対称的に２つに分岐することができる。これにより、一方の分岐部は、蒸発器の中心に向かい、一方、第２の分岐部は、蒸発器の側部に向かって戻ることになる。従って、伝熱面に繋がる実質的に垂直方向の効果的な分配通路は、供給通路の上記分岐部から分岐し、下方に向かって斜めに効果的に傾斜する。また、供給通路の分岐点には、供給流れの進入方向の方を向いた適正な流れガイドを設けることができ、この流れガイドは、上記供給通路の対称的な２つの分岐部の間に、上記供給流れを実質的に均等に２つに分割する。
本発明によれば、供給通路の側部に、１又はそれ以上の鋭利な先端を設け、これにより、供給通路に生ずる液体の負圧を制限することができる。上述の鋭利な先端は、液体ディストリビューターの中心から離れてその周辺部に位置する供給通路から分岐する分配通路を犠牲にして、液体ディストリビューターの中心に過剰の液体を吸引する恐れのある、サイフォン作用の発生を防止する。
添付図面を参照して本発明を以下に詳細に説明するが、図面において、
図１は、本発明の液体ディストリビューターを垂直方向の断面で示しており、
図２は、本発明の別の液体ディストリビューターを垂直方向の断面で示している。
ここで例として説明する本発明の液体ディストリビューターは、フィンランド特許第８６，９６１号に記載されている熱交換器にその基本構造及び作動原理が一致する熱交換器に使用するのに適しており、蒸発させるべき液体サスペンションをプラスチックフィルムで形成された袋状の要素の側面に向けて案内する。液体から生成された蒸気を収集し、コンプレッサを介して高圧にし、ある温度まで圧縮した後に、要素の内側に供給して、加熱蒸気として作用させる。加熱蒸気は、熱伝達によって凝縮し、液体に戻る。別の実施例においては、上記要素は、他の何等かの方法によって生成された蒸気で加熱することができる。
図１の液体ディストリビューターは、互いに接続された押出プラスチック部品１、２から形成されたフレームと、該フレームによって形成された液体通路アレイ３とを備えている。液体ディストリビューターの長さは、プラスチックフィルムから形成された袋状の要素の伝熱面５の幅よりも、幾分大きい。液体通路アレイは、ディストリビューターの端部６から始まりディストリビューターの中心７に向かって斜めに傾斜している供給通路３と、該供給通路３から下方に分岐して伝熱面５に繋がっている概ね垂直方向の分配通路４とから形成されている。液体ディストリビューターの２つの半部に設けられている通路アレイは、ディストリビューターの中心に関して対称的である。
液体通路アレイの目的は、蒸発器の両側部（すなわち、ディストリビューターの両端部）に供給される液体サスペンション８を、伝熱面５の全幅にわたって可能な限り均一な状態で装置に分配して、蒸発させることである。供給通路３と分配通路４との間の各分岐点９において、供給通路３を通る流れは、分配通路に対する分流１０と、供給通路に沿う連続的な分流１１とに分割される。各分流は、供給流れに関して下流側にある分岐点９に位置する丸い分割面１２で生ずる。供給流れに関して上流側にあり分割面１２に対向している各分岐点９には、鋭利な送り点が設けられており、供給通路３を通る流れは、上記送り点から分配通路４の端部を飛び越えて、分割面に到達する。従って、供給通路３の中の流れ８は、供給通路３から分配通路４へ分かれる分流１０が伝熱面５の全幅にわたってサスペンションを均一に与えると同時に、送り点１３を経由して一方の分割面１２から他方の分割面１２へ滝状に流れる。
流れ８、１１に関して供給通路の下流側にあり且つ丸い分割面１２の直ぐ下方に位置する本発明の各分配通路４の中に、蒸発させるべきサスペンションを均一に分配するために、上記分割面の真下にある鋭利な縁部１５と境界を接している段状の伸張部１４が形成されている。分配通路４の分流１０は、上記点１５を通過し、これにより、上記伸張部１４は、伝熱要素の間に形成されるスチームの相で充満される。このスチームの相は、サイフォン作用によって強い負圧が分配通路に生ずるのを防止するために用いられる。上記負圧は、過剰の量のサスペンションを分配通路に吸引して、ディストリビューターの更に中心近くに位置する分配通路に入る液体を極めて少なくする恐れがあり、最悪の場合には、そのような分配通路を乾燥させる恐れがある。上記サイフォン作用を同様な態様で防止するために、供給通路３には、サイフォン作用を止める役割を果たす鋭利な先端２１が設けられており、これにより、上記スチームの相は、ディストリビューターの中心７の側に位置する端部において、供給通路３に入ることができる。
図２の液体ディストリビューターは、主として供給通路３の形状に関して、図１に示す液体ディストリビューターと異なっている。それぞれの蒸発器の半部に位置する各々の供給通路３は、ディストリビューターの端部６から始まっている水平部分１６を備えている。この水平部分の次には、分岐点１７が設けられており、この分岐点において、供給通路は、２つの分岐点１８、１９に分岐している。一方の分岐部１８は、上記分岐点１７から、ディストリビューターの中心７に向かって斜めに傾斜しており、一方、第２の分岐部１９は、伝熱面５の縁部に向かって戻るように、斜めに傾斜している。また、分岐点１７には、供給流れを分岐部１８、１９の間で実質的に均一に分割するための、流れガイド２０が設けられている。伝熱面５に繋がっている分配通路４は、供給通路３の分岐部１８、１９から分かれており、分岐点９に位置する丸い分割面１２と、供給流れに関して下流側に設けられる段状の伸張部１４とを備えている。これら伸張部１４は、サイフォン流れを止めるための鋭利な先端１５と境界を接している。流れガイド２０の上方の供給通路３の上側部には、鋭利な先端２１が形成されており、この鋭利な先端は、供給通路の中のサイフォン作用を止める役割を果たす。
図２に示す本発明の供給通路の形状は、分配通路に設けられる段状の伸張部を省略することを可能にする。この構成の利点は、図１の通路の構成に比較して、サスペンションに含まれる固形物粒子により閉塞が生ずる危険性が低いということである。
本発明は、図１及び図２に例示した実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲の範囲内で他の種々の実施例とすることができることは、当業者には明らかである。

Claims (10)

1. 固形物を含む液体サスペンションのための薄膜蒸発器に特に適した、蒸発器用の液体ディストリビューターであって、液体を蒸発させる伝熱面（５）の上に設けられていて、蒸発器の側部に供給される液体（８）を前記伝熱面の全幅にわたって分配するための、通路アレイ（３、４）を備えており、これら通路アレイは、水平方向の供給通路（３）と、下方に分かれていて前記伝熱面に繋がっている複数の分配通路（４）とを含んでおり、前記各々の分配通路（４）には、鋭利な先端（１５）を介して前記供給通路の流れ（８、１１）に関して前記供給通路の下流側に接続される、段状の伸張部（１４）が設けられており、これにより、前記分配通路に形成される液体の負圧を制限するように構成されたことを特徴とする液体ディストリビューター。
2. 請求項１の液体ディストリビューターにおいて、前記供給通路（３）は、下方に向かって斜めに傾斜しており、前記分配通路（４）は、概ね垂直であることを特徴とする液体ディストリビューター。
3. 請求項１又は２の液体ディストリビューターにおいて、前記供給通路（３）と前記分配通路（４）との各分岐点（９）には、前記供給流れ（８、１１）の下流側に位置する丸い分割面（１２）が設けられており、前記流れは、前記分割面（１２）の上で、前記供給通路と前記分配通路との間に分割され、前記段状の伸張部（１４）は、前記分割面の直ぐ下方に位置していることを特徴とする液体ディストリビューター。
4. 請求項３の液体ディストリビューターにおいて、前記供給通路（３）と前記分配通路（４）との各分岐点（９）は、前記供給流れ（８、１１）の上流側の送り点（１３）と境界を接していることを特徴とする液体ディストリビューター。
5. 請求項１乃至４のいずれかの液体ディストリビューターにおいて、当該液体ディストリビューターは、互いに対称的な２つの供給通路（３）を備えており、これら供給通路は、蒸発器の両側部から始まって該蒸発器の中心（７）まで伸長しており、これにより、前記両方の供給通路は、前記蒸発器のそれぞれの半部に液体を供給するように構成されたことを特徴とする液体ディストリビューター。
6. 請求項５の液体ディストリビューターにおいて、前記両方の供給通路（３）は、前記蒸発器の側部から前記蒸発器の中心（７）に向かって、等しく傾斜していることを特徴とする液体ディストリビューター。
7. 請求項５の液体ディストリビューターにおいて、前記両方の供給通路（３）は、それぞれの蒸発器の半部の中で２つに分岐しており、一方の分岐部（１８）は、前記蒸発器の中心（７）に向かって伸長し、また、第２の分岐部（１９）は、前記蒸発器の側部に向かって戻っており、前記伝熱面（５）に繋がる前記分配通路（４）は、前記供給通路の前記両分岐部から分かれていることを特徴とする液体ディストリビューター。
8. 請求項７の液体ディストリビューターにおいて、前記供給通路（３）の分岐点（１７）には、流れガイド（２０）が設けられており、該流れガイドは、供給流れを前記供給通路の対称的な２つの分岐部（１８、１９）の間で実質的に均等に分配するように構成されたことを特徴とする液体ディストリビューター。
9. 請求項７又は８の液体ディストリビューターにおいて、前記供給通路（３）は、その分岐点（１７）までは、実質的に水平であり、一方、前記供給通路の前記分岐部（１８、１９）は、下方に向かって斜めに傾斜していることを特徴とする液体ディストリビューター。
10. 請求項１乃至９のいずれかの液体ディストリビューターにおいて、前記供給通路（３）の上側部には、少なくとも１つの鋭利な先端（２１）が設けられていて、前記供給通路に生成される液体の負圧を制限するように構成されたことを特徴とする液体ディストリビューター。

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