JP4711078B2

JP4711078B2 - 多重効用型造水装置用蒸発器

Info

Publication number: JP4711078B2
Application number: JP2006169682A
Authority: JP
Inventors: 裕之大塚; 義信高木; 哲也松浦
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-06-20
Also published as: JP2008000641A

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用蒸発器に関する。

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は多重効用型に取って代わりつつある。

多重効用型造水装置では、蒸発器伝熱管の管外側に海水を散布し、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蒸発／沸騰によって蒸気を発生させるものである。一方、管外側海水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。

多重効用型造水装置（特に水平伝熱管式多重効用型造水装置）の特徴は、管外側が液膜蒸発／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。

しかしながら、伝熱管に散布された海水が不均一な場合、液膜厚さの厚い部分では熱抵抗が増加し、熱伝達率が低下する。一方、海水散布量が少なく液膜の薄い部分では熱抵抗が減少し、熱伝達率が上昇するが、蒸発／沸騰によってさらに液膜が薄くなり、液膜が破れて乾燥部分（ドライスポット）が生じた場合には熱伝達率が急激に低下し十分な性能を得ることができない可能性がある。

従来、この種の蒸発器としては、多段に配置されている伝熱管列よりなる伝熱管群と、伝熱管群にその上方から海水を単位時間定量供給する供給装置とを備えており、供給装置が、スプレイノズル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１参照。）。

このスプレイノズルによる供給方式では、最上段の伝熱管列の全ての伝熱管に供給される海水に分布が生じ、上記のような乾燥部分や液膜の極端に厚い部分が生じる場合がある。さらに、スプレイされた海水が拡がるための空間が必要であり、その空間の分、装置全体の高さが高くなる。

また、他の蒸発器としては、スプレイノズルに代わって、多孔板製トレイが配置され、トレイの孔を通して海水を散布するようにしたものが知られている例えば、特許文献２参照。）。

このトレイを用いる方式では、比較的均一に海水を供給することができるものの最上段の伝熱管列上面全体にトレイを設置する必要があり、スプレイ方式に比べて高価になるという問題があった。

さらに、上記の２つの方式による蒸発器を通じて、多段に配置されている伝熱管列のうち、最下段またはこれに近い段の伝熱管列では、ドライスポットが生じ易い。そのため、蒸発器の性能アップのために蒸発器の高さを高くしようとしても、それには限界があった。
特開２００３−１９０７０１号公報実開昭６３−１６０９９６号公報

この発明の目的は、全ての蒸発器伝熱管に、ドライアウトを生じさせることなく、海水を均一に供給することができる多重効用型造水装置用蒸発器を提供することにある。

この発明による多重効用型造水装置用蒸発器は、多段に配置されている伝熱管列よりなる伝熱管群と、伝熱管群にその上方から蒸気発生用海水を散布する散布手段とを備えており、各段の伝熱管列が、複数の並列状水平伝熱管によって構成されている多重効用型造水装置用蒸発器において、中段の伝熱管列の伝熱管が、海水散布口をあけた海水散布管に置き換えられており、海水散布管を除いた伝熱管の内部に蒸気が供給されるとともに、海水散布管の内部にドライアウト防止用海水が供給されるようになされていることを特徴とするものである。

この発明による多重効用型造水装置用蒸発器では、伝熱管群の上方から海水を散布するとともに、中段の伝熱管列から、その下方のドライスポットを発生させようとする伝熱管に、これを防止するための海水を供給することができる。したがって、全ての蒸発器伝熱管に、ドライアウトを生じさせることなく、海水を均一に供給することができる。さらに、冒頭で説明したトレイに相当するものを必要としないので、装置を安価に構成することができる。また、スプレイノズルのようなものは不要であるから、蒸発器全体の高さを低く抑えることが可能である。

この発明によれば、全ての蒸発器伝熱管に、ドライアウトを生じさせることなく、海水を均一に供給することができる多重効用型造水装置用蒸発器を提供することができる。

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は、多重効用型造水装置用蒸発器の模式図であって、主として、伝熱管の断面部分を示している。

蒸発器は、伝熱管群11と、伝熱管群11にその上方から海水を散布するスプレーノズル12とを備えている。海水を散布する手段として、スプレーノズル12に代えて、冒頭の従来技術の項で説明した多孔板製トレイを採用してもよい。

伝熱管群11は、多段に配置されている伝熱管列21よりなる。各段の伝熱管列21は、複数の並列状水平伝熱管31によって構成されている。各段の伝熱管列21の伝熱管31の管ピッチP0は、一定である。また、全て伝熱管31の外径Dは、一定である。

伝熱管群11を構成する全ての伝熱管31は、千鳥状に配列されている。すなわち、上下に隣り合う２つの段において、上段の伝熱管列21の隣り合う２つの伝熱管31間の下方に、下段の伝熱管列21の１つの伝熱管31が位置させられている。全段の伝熱管列21において、上下隣り合う２つの伝熱管列21のピッチP1は、同一である。なお、図示しないが、伝熱管31の配列は、千鳥状に限らず、碁盤目状であってもよい。

全段の伝熱管列21のうち、以下に説明する伝熱管列21の伝熱管31は、伝熱の機能を果たさない海水散布管41に置き換えられている。図１において、海水散布管41の内部は、ハッチングで示されている。

中段、詳しくは、伝熱管群11の高さのほぼ１／３のところにある段の伝熱管列21の２つの伝熱管31が海水散布管41となされている。２つの海水散布管41は、同伝熱管列21の幅方向中央の伝熱管31を挟んでその両側に位置させられている。海水散布管41には図示しない多数の海水散布口が海水散布管41の長さ方向に間隔をおいてあけられている。海水散布口は、スリットまたは丸孔のような形をしていてよい。

図示しない供給手段によって、スプレーノズル12には単位時間当り一定量の海水が供給される。海水散布管41を除いた伝熱管31の内部には前段の効用で発生させられた加熱蒸気が供給される。スプレーノズル12から散布された海水は、その下方の伝熱管31を順次伝って流下させられる。伝熱管31表面で液膜蒸発によって蒸気が発生させられる。発生した蒸気の流れを矢印Ａで示す。また、流下させられる海水の一部は、伝熱管群11から側方に排出される。これを、矢印Ｂで示す。発生した蒸気は、後段の効用へ送られる。一方、海水散布管41には供給手段によって海水が供給される。供給された海水は、散布口から流出し、その下方の伝熱管31に流下させられる。流下させられる海水は、矢印Ｃで示すように、最下段付近の伝熱管列21の最側部に位置する伝熱管31に集中する。この海水の集中は、最もドライアウトを生じ易い伝熱管31に向けられている。これらの伝熱管31を楕円Ｄで取り囲んでいる。

上記において、海水散布管41となされる伝熱管31は、上記の２つに限定されない。ドライアウトを生じ易い伝熱管31に海水を供給しうるように、その数、配置等が設定される。

これまで、ドライアウト発生の問題からどうしても伝熱管群11の大型化（高さ方向）には限界があったが、上記のように、伝熱管31上に形成される液膜をコントロールすれば、とくに、高さ方向の制限なく伝熱管群11の大型化が可能である。

伝熱管群11の管ピッチ等のレイアウトを変えることなく、伝熱管群11内の伝熱管を海水散布管として利用しているので、非常にコンパクトな海水散布システムとなる。

伝熱管群11上方から散布する海水は必要量供給すればよく、流下方向の所々にこの伝熱管を海水散布管として利用するので、余分に海水を供給する必要がなく、トータルでは散布海水量は抑えられ、海水を供給するためのポンプ等の動力が削減される。

また、管外流下液膜の蒸発熱伝達は、主に、液膜の伝導抵抗に支配される。このため海水散布量を抑えて、伝熱管外に形成される液膜を薄くできれば高い熱伝達が期待できる。しかし、ある限界の液膜流量以下になると液膜が破断して伝熱管表面に局所的に乾いた部分が発生し熱伝達が著しく低下する。上記の通り、伝熱管群11の上方からだけでなく、伝熱管群11のどこからでも海水を散布することが可能であり、熱伝達にとって最適な液膜流量を伝熱管上に形成することができるので、高性能な蒸発器が得られる。

この発明による蒸発器の垂直横断面図である。

符号の説明

11 伝熱管群
12 スプレイノズル
21 伝熱管列
31 伝熱管
41 海水散布管

Claims

多段に配置されている伝熱管列よりなる伝熱管群と、伝熱管群にその上方から蒸気発生用海水を散布する散布手段とを備えており、各段の伝熱管列が、複数の並列状水平伝熱管によって構成されている多重効用型造水装置用蒸発器において、伝熱管群の高さの１／３のところにある中段の伝熱管列の幅方向に間隔をおいた２つの伝熱管が、海水散布口をあけた海水散布管となされており、海水散布管を除いた伝熱管の内部に蒸気が供給されるとともに、海水散布管の内部にドライアウト防止用海水が供給されるようになされていることを特徴とする多重効用型造水装置用蒸発器。