JP4613123B2 - 多重効用型造水装置 - Google Patents

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では多重効用型がフラッシュ型に取って代わりつつある。

多重効用型造水装置は、蒸発器伝熱管の管外側にブラインを散布し、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沸騰によって蒸気を発生させるものである。一方、管外側ブライン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。

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。

従来の多重効用型造水装置としては、多段に配置されている伝熱管列よりなる伝熱管束を備えており、各段の伝熱管列が、一定間隔で並列状に配列された複数の水平伝熱管によって構成されているものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５参照。）。

従来の多重効用型造水装置では伝熱管表面で蒸気が発生し、この蒸気が伝熱管の隙間を通って伝熱管束の外側に向かって流れる。したがって、伝熱管束の中央付近から外側に向かって蒸気量が増加していく。そのため、伝熱管が一定間隔で配列されていると、蒸気流速は伝熱管束の外側に向かって増加し、管ピッチが小さい場合には伝熱管束の外端部の蒸気流速が大きく流下ブラインを飛散させることがあった。その結果、伝熱管に十分なブラインが供給されず伝熱管表面が乾くことによって伝熱効率が低下することがあった。さらに、表面が乾くことによって伝熱管表面にスケールが生じる等の問題があった。また、蒸気流速の増加は、伝熱管束を通過する蒸気の圧力損失を増加させ、その結果、蒸発器での有効温度差が小さくなり伝熱効率が低下するという問題があった。一方、蒸気流速を抑制するために管ピッチを大きくした場合には、必要伝熱面積を得るために、装置が大型化するという問題があった。

さらに、従来の多重効用型造水装置では、伝熱管束を複数の容器にそれぞれ収容することによって複数の段の効用が形成されるようになっているが、効用間を連結する配管あるいはダクトを容器外に配置したり、または、容器内であっても設置スペースの問題で十分な断面積を確保することができないため、熱損失および圧力損失が大きいという問題があった。
特開２００３−１９０７０１号公報 特開２０００−３２５９４３号公報 特公平６−１６２号公報 実開昭６３−１５３５９５号公報 実開昭６３−１６０９９６号公報

この発明の目的は、上記問題点を解決し、伝熱管束の蒸気流速を低減してブラインの飛散を防止、さらに、圧力損失および熱損失を低減した効率の高い多重効用型造水装置を安価に実現することにある。

この発明による多重効用型造水装置は、多段に配置されている伝熱管列よりなる伝熱管束を備えており、各段の伝熱管列が、放射状に配列された複数の水平伝熱管によって構成されているものである。

この発明による多重効用型造水装置では、隣り合う２つの伝熱管間の間隙が伝熱管の長さの外側にいくにしたがって拡げられている。したがって、伝熱管束の外側に近い部分での蒸気流速を低下させることができ、伝熱管束全体の圧力損失および熱損失を低減することができる。

さらに、各伝熱管の内端部がそれぞれ垂直状蒸気ヘッダに連通させられており、各伝熱管の外端部がそれぞれ生産水溜に連通させられていると、全ての伝熱管に蒸気を効率的に供給することができ、生産された生産水を効率的に回収することができる。

また、伝熱管列が、上部伝熱管束および下部伝熱管束に分けられており、生産水溜が、上部伝熱管束に対応する上部生産水溜および下部伝熱管束に対応する下部生産水溜に分けられており、上部および下部伝熱管群から上部および下部生産水溜までの間に発生蒸気通路が形成されていると、発生した蒸気を効率的に回収することができる。

また、伝熱管束が、縦型円筒容器に収容されており、容器内が、これを横断する垂直状隔壁によって複数の部分に区画されており、区画された部分が、１つの段の効用として作用するようになされていると、各効用間の蒸気通路および生産水通路を、容器外部に設ける必要が無く、同通路を形成する連結管表面からの放熱がなく熱損失を低減することができる。また、同連結管を必要最小限に短く、かつ断面積を大きくすることができ、圧力損失を低減することができる。

また、上下に積み重ねられた複数の縦型円筒状容器を備えており、各容器に、伝熱管束が収容されていると、設置スペースを小さくすることができる。

この発明によれば、伝熱管束の蒸気流速を低減してブラインの飛散を防止、さらに、圧力損失および熱損失を低減した効率の高い多重効用型造水装置を安価に実現することができる。

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。

図１〜図３を参照すると、頂壁付垂直円筒状縦型容器11と、容器11に収容されている外観輪郭垂直円柱状伝熱管束12と、容器11内の伝熱管束12上方に配置されているスプレイノズル13と、伝熱管束12の中心部を貫通して容器11の中心軸線上をのびている垂直丸パイプ状蒸気ヘッダ14と、伝熱管束12を取り囲んでいる外観輪郭略垂直円筒状生産水溜15と備えている。

容器11は、内壁21および外壁22よりなる二重構造の胴部を有している（図４参照）。内壁21の高さの中程から上寄りの部分には発生蒸気通路23が一定高さで内壁21周方向にのびるように形成されている。内壁21の底部開口にはこれを被覆するようにトレイ状ブライン溜24が設けられている。

伝熱管束12は、多段に配列された伝熱管列31よりなる。各段の伝熱管列31は、蒸気ヘッダ14の周囲に放射状に配列された複数の水平伝熱管32によって構成されている。各伝熱管32の内端部は、蒸気ヘッダ14に連通させられている。

全段の伝熱管列31は、上部伝熱管束33および下部伝熱管束34に分けられている。上部伝熱管束33は、全段の１／６〜１／５程度の段の伝熱管列31によって構成されている。残りの全ての段の伝熱管列31によって下部伝熱管束34が構成されている。

上部伝熱管束33の伝熱管32のピッチは、一定である。下部伝熱管束34の伝熱管32のピッチは、一定である。双方のピッチは、同一である。上部伝熱管束33の最下位の伝熱管32と、下部伝熱管束34の最上位の伝熱管32とのピッチは、上記ピッチより大であり、両伝熱管32群の間には、発生蒸気通路23の幅に相当する間隙が形成されている。

上部伝熱管束33の伝熱管32の外端部は、発生蒸気通路23より上方位置で内壁21に貫通させられて内外壁21、22間に開口させられている。下部伝熱管束34の伝熱管32の外端部は、発生蒸気通路23より下方位置で内壁21に貫通させられて内外壁21、22間に開口させられている。

生産水溜15は、上下に間隙をおいた横断面Ｌ字をなす樋状上部生産水溜41および下部生産水溜42よりなる。上部生産水溜41は、内壁21外面の発生蒸気通路23上縁部からこれにそって立ち上がっている。下部生産水溜42は、内壁21外面下端からこれにそって立ち上がっている。詳細に図示しないが、上部生産水溜41の側壁上端は、内壁21上端レベルまで達し、下部生産水溜15の側壁上端は、発生蒸気通路23下縁部と同じレベルまで達している。上部伝熱管束33の伝熱管32外端開口は、上部生産水溜41内に臨ませられてこれに連通させられている。下部伝熱管束34の伝熱管32外端開口は、下部生産水溜15内に臨ませられて連通させられている。両生産水溜15の間には、発生蒸気通路23の幅に相当する間隙が形成されている。発生蒸気通路23を挟んでその両側の間隙もまた発生蒸気通路23としての作用をなす。

図１において、矢印Ａが凝縮側蒸気の流れを、矢印Ｂが発生蒸気の流れを、矢印Ｃが流下ブラインの流れをそれぞれ示されている。

前段の効用またはボイラ（いずれも図示しない）で発生した蒸気は、図示しない蒸気配管またはダクトを通って蒸気ヘッダ14に導入され、ここから各伝熱管32内に供給され、管32内で冷却され潜熱を解放して凝縮する。管32内の凝縮液は生産水溜15に回収され生産水となる。

スプレイノズル13からはブラインが伝熱管束12にその上方から散布される。散布されたブラインは、伝熱管32表面で液膜を形成し、伝熱管32内の蒸気の凝縮による潜熱によって蒸発し蒸気を発生させる。発生した蒸気は、発生蒸気通路23を通じて内壁21および外壁22間に排出され、後段の効用へ導かれる。ブラインは、伝熱管束12の頂部から底部まで流下／液膜形成／蒸発を繰り返す。未蒸発のブラインは、ブライン溜24に回収される。

隣り合う２つの伝熱管32の間隔は、容器11の外周に向かって拡がっており、蒸気の通過面積が外側に向かって大きくなるので、外周に向かって蒸気流量が増加しても蒸気流速は増加せず、流下ブラインを飛散させることはない。また、蒸気流速が増加しないので、蒸気流の圧力損失を、例えば、冒頭で説明した従来技術の造水装置よりも小さくすることができる。一方、垂直方向の伝熱管32のピッチは、発生蒸気通路23相当間隙部分を除いて、一定であるから、ブラインの流下状況は同造水装置と差異はなく高い伝熱効率である。

上記において、伝熱管32の内側から蒸気を供給し、伝熱管32の外側から凝縮水を排出するようにしているが、これの内外を逆にしてもよい。すなわち、蒸気ヘッダ14を伝熱管束12の外側に設け、生産水溜15を伝熱管束12の内側に設ける構成とする。

さらに、ブラインを散布する給液手段として、スプレイノズル13に代えて、多孔板製トレイを採用してもよい。

図５に、変形例による造水装置が示されている。図５は、図２相当する断面図を示すものである。容器11内は、軸方向より見て、十字をなすように配列された４つの垂直隔壁51によって４つの区画に分割されている。隔壁51は、伝熱管束12を４つに分割するとともに、蒸気ヘッダ14内も４つの区画分割している。１つの区画が１つの効用として作用し、４効用の多重効用造水装置として構成されている。各効用は、図１〜図４に示す造水装置と同様に作用し、伝熱管32表面で蒸気を発生させる。発生した蒸気は、容器11の上部または下部に配置された蒸気通路（図示しない）を通って、蒸気ヘッダ14の、隔壁51によって分割された次段の効用の区画に導かれる。一方、伝熱管32内で凝縮した生産水は、隣接する次段の効用と圧力差を保って連結された容器11底部の生産水ボックス（図示しない）に溜められ、順次下流の効用に送られ、最終的に生産水として容器11外に排出される。

図５に示す構成において、隔壁51の数は、４に限定されることはなく、２以上の複数であればよい。

図６に、他の変形例による造水装置が示されている。この変形例による造水装置は、図１〜図４に示す造水装置を上下２段に積み重ねたものである。但し、蒸気ヘッダ14の高さの中程には水平状隔壁61が設けられるとともに、隔壁61のすぐ下には蒸気供給孔62が形成されている。２段の造水装置は、前段および後段の効用を形成する。

図６に示す構成において、造水装置を積み重ねる段数は、２に限らず、それ以上であってもよい。

この発明による造水装置の破砕断面を含む斜視図である。 同造水装置の水平横断面図である。 同造水装置の垂直縦断面図である。 図３の一部拡大断面図である。 同造水装置の変形例を示す図２相当の断面図である。 同造水装置の他の変形例を示す図３相当の断面図である。

符号の説明

12 伝熱管束
31 伝熱管列
32 伝熱管

Claims (2)

1. 多段に配置されている伝熱管列よりなる伝熱管束を備えており、各段の伝熱管列が、垂直状蒸気ヘッダと、蒸気ヘッダの周囲に放射状に配列されかつ蒸気ヘッダに各内端部がそれぞれ連通させられている複数の水平伝熱管とによって構成されている多重効用型造水装置。
2. 各伝熱管の外端部がそれぞれ生産水溜に連通させられている請求項１に記載の多重効用型造水装置。

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