JP7050255B2 - 蒸発装置および蒸発方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発装置および蒸発方法に関する。

従来の蒸発装置として、特許文献１に開示された構成が知られている。この蒸発装置は、被処理液を蒸発濃縮する水平管式の蒸発器を備えている。蒸発器は、凝縮器等を介して真空ポンプに接続されており、真空ポンプの作動により蒸発器の内部が抽気される。凝縮器は、外部から供給される冷却水との熱交換により蒸気を凝縮する。

特開２００９－９０１６８号公報

ところが、上記従来の蒸発装置のように、伝熱面を介した間接冷却により蒸気の凝縮を行う構成は、伝熱効率を高めることが困難であった。このため、外部から大量の冷却水が必要になると共に、凝縮器が大型化し易いという問題があり、この点において改良の余地があった。

そこで、本発明は、被処理液の蒸発を安価に効率良く行うことができる蒸発装置および蒸発方法の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、被処理液を加熱して蒸気を生成する加熱器、および、生成された蒸気を圧縮して前記加熱器に熱源として導入する圧縮器を備える蒸発器と、前記蒸発器の内部を抽気する抽気装置とを備える蒸発装置であって、前記被処理液は、前記蒸発器内を抽気した抽気ガスに炭酸ガスが含まれるものであり、前記加熱器は、一対のヘッダの間を複数の伝熱管により連結して構成されており、前記抽気装置は、前記加熱器の熱源として利用された蒸気が凝縮して生成された凝縮水を、前記蒸発器の一方の前記ヘッダから抽気ラインにより抽気した炭酸ガスを含む抽気ガスに直接接触させて熱交換し、抽気ガスに含まれる水蒸気を凝縮させる直接接触式凝縮器を備える蒸発装置により達成される。

この蒸発装置は、前記蒸発器に供給する被処理液を予熱する予熱器を更に備えることが好ましい。前記予熱器は、前記加熱器の熱源として利用された蒸気が凝縮して生成された凝縮水と、前記蒸発器に供給する被処理液とを熱交換するように構成することができ、前記直接接触式凝縮器は、前記予熱器を通過後の凝縮水を、前記蒸発器から抽気した抽気ガスに直接接触させることができる。

前記直接接触式凝縮器は、内部に貯留された凝縮水を、一方の前記ヘッダに貯留されて前記予熱器に供給される凝縮水に合流させるための戻しラインを備えることが好ましい。

また、本発明の前記目的は、被処理液を蒸発器に供給して加熱器により加熱する加熱ステップと、前記蒸発器の内部を抽気する抽気ステップとを備える蒸発方法であって、前記被処理液は、前記蒸発器内を抽気した抽気ガスに炭酸ガスが含まれるものであり、前記加熱器は、一対のヘッダの間を複数の伝熱管により連結して構成されており、前記加熱ステップは、前記蒸発器で生成された蒸気を圧縮して前記加熱器に熱源として導入し、前記抽気ステップは、前記加熱器の熱源として利用された蒸気が凝縮して生成された凝縮水を、前記蒸発器の一方の前記ヘッダから抽気ラインにより抽気した炭酸ガスを含む抽気ガスに直接接触させて抽気ガスに含まれる水蒸気を凝縮させる蒸発方法により達成される。

この蒸発方法は、前記蒸発器に供給する被処理液を予熱する予熱ステップを更に備えることが好ましい。前記予熱ステップは、前記加熱器の熱源として利用された蒸気が凝縮して生成された凝縮水と前記蒸発器に供給する被処理液とを熱交換することができ、前記抽気ステップは、前記予熱ステップにおける熱交換後の凝縮水を前記蒸発器から抽気した抽気ガスに直接接触させることができる。

抽気ガスは、非凝縮性ガスを含むことが好ましい。

本発明によれば、被処理液の蒸発を安価に効率良く行うことができる蒸発装置および蒸発方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る蒸発装置の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る蒸発装置の概略構成図である。図１に示すように、蒸発装置１は、被処理液を蒸発させる蒸発器１０と、蒸発器１０に供給される被処理液を予熱する予熱器２０と、蒸発器１０内で発生した蒸気を抽気する抽気装置３０とを備えている。

蒸発器１０は、密閉型の蒸発缶１１の内部に加熱器１２を備えており、循環ライン１３の循環ポンプ１３ａの作動により被処理液を循環させて、ノズル１４から加熱器１２に散布する。加熱器１２は、左右一対のヘッダ１２ａ，１２ｂの間を複数の伝熱管１２ｃにより連結して構成されている。伝熱管１２ｃの表面に散布された被処理液は、伝熱管１２ｃの内部を通過する加熱流体との熱交換により加熱されて、蒸発濃縮される。循環ライン１３には分岐ライン１３ｂが接続されており、被処理液が濃縮された濃縮液の一部を、濃縮液ポンプ１３ｃの作動により分岐ライン１３ｂから外部に排出することができる。

蒸発缶１１の内部で発生した被処理液の蒸気は、ヒートポンプからなる圧縮器１５により圧縮されて一方のヘッダ１２ａに導入され、加熱流体として伝熱管１２ｃを通過する。圧縮機１５は、ルーツブロワや蒸気エジェクタ等を使用してもよい。他方のヘッダ１２ｂは予熱器２０に接続されており、加熱流体が凝縮して生成された凝縮水が、凝縮水ポンプ２１の作動により予熱器２０に熱源として供給される。

予熱器２０は、蒸発器１０に供給される被処理液を、ヘッダ１２ｂから供給された凝縮水と熱交換させる熱交換器２２を備えており、被処理液を蒸発器１０への供給前に予熱する。

抽気装置３０は、吸引装置３１および直接接触式凝縮器３２を備えている。吸引装置３１は、真空ポンプやエジェクタ等からなり、抽気ライン３３により直接接触式凝縮器３２を介してヘッダ１２ｂの上部に接続されて、蒸発缶１１の内部を抽気する。

直接接触式凝縮器３２は、予熱器２０の凝縮水出口に冷却ライン３４を介して接続されており、予熱器２０で被処理液と熱交換した後の凝縮水の一部が、冷却ライン３４を通過してノズル３２ｂから容器３２ａ内に散布される。散布された凝縮水は、容器３２ａ内を通過する抽気ガスと直接接触して、抽気ガスに含まれる水蒸気を凝縮させる。容器３２ａは、散布された凝縮水を表面に付着させて抽気ガスとの直接接触を促すように、ワイヤメッシュ、フィルタ、パンチングメタル等からなる凝縮水保持体３２ｃが設けられている。直接接触式凝縮器３２は、容器３２ａの底部に戻しライン３５を備えており、戻しライン３５を介してヘッダ１２ｂに接続されている。

上記の構成を備える蒸発装置１は、被処理液を蒸発器１０に供給して加熱する加熱ステップと、蒸発器１０に供給する被処理液を予熱器２０で予熱する予熱ステップと、蒸発器１０の内部を抽気装置３０により抽気する抽気ステップとが行われる。

加熱ステップは、蒸発器１０に供給した被処理液を、循環ポンプ１３ａの作動によりノズル１４から加熱器１２に散布して行う。加熱器１２は、起動時においては外部から加熱蒸気が熱源として導入され、加熱器１２に散布された被処理液を加熱して蒸発させる。蒸発器１０で生成された被処理液の蒸気は、圧縮器１５で圧縮されて加熱器１２に熱源として導入され、加熱器１２に散布された被処理液を蒸発させる。

予熱ステップは、加熱器１２の熱源として利用された蒸気が凝縮して生成された凝縮水を、ヘッダ１２ｂから予熱器２０に導入し、蒸発器１０に供給する被処理液と熱交換させることにより、被処理液を予熱する。

抽気ステップは、予熱器２０で熱交換した後の凝縮水の一部を直接接触式凝縮器３２に導いてノズル３２ｂから散布し、吸引装置３１の作動により蒸発器１０から抽気した抽気ガスに直接接触させる。これにより、抽気ガスが冷却されて抽気ガスに含まれる水蒸気が凝縮水となり、抽気ガスと熱交換した凝縮水と共に直接接触式凝縮器３２内に貯留される。貯留された凝縮水は、戻しライン３５を介してヘッダ１２ｂに戻されて、予熱器２０に供給される凝縮水と合流される。

このように、本実施形態の蒸発装置１は、直接接触式凝縮器３２において、蒸発器１０から抽気した抽気ガスに凝縮水を直接接触させて、抽気ガスに含まれる水蒸気を凝縮させるので、凝縮水と抽気ガスとの熱交換を効率良く行うことができる。したがって、伝熱面積を過大にする必要がなくコンパクトな構成により、同伴水蒸気が抽気ガスから除去されるので、安定した抽気が可能になり、被処理液の蒸発を安価に高効率で行うことができる。

また、抽気ガスとの熱交換を行う凝縮水として、予熱器２０において熱回収された後の凝縮水を利用するため、凝縮水を更に冷却するための冷却器の設置や、系外からの冷却水の補充は不要である。したがって、コンタミネーションを防止しつつ、熱エネルギー効率の向上を図ることができ、被処理液の蒸発を安価に効率良く行うことができる。直接接触式凝縮器３２において抽気ガスから熱回収した凝縮水は、戻しライン３５によりヘッダ１２ｂに戻されてヘッダ１２ｂ内の凝縮水と合流され、再び予熱器２０の熱源として利用されるため、この点からも熱エネルギー効率の向上を図ることができる。

本実施形態においては、予熱器２０を通過した後の凝縮水を、直接接触式凝縮器３２において抽気ガスと熱交換させるように構成しているが、予熱器２０および予熱ステップは本発明において必須のものではなく、これらを備えない構成であってもよい。例えば、蒸発器１０から排出された凝縮水を、自然冷却または系外の他の流体との熱交換により冷却して、直接接触式凝縮器３２に供給することも可能である。

被処理液の成分は必ずしも限定されないが、蒸発器１０内を抽気した抽気ガスに非凝縮性ガスが含まれる被処理液の場合には、非凝縮性ガスの発生によって抽気不良が生じ易くなるため、本発明の蒸発装置１を使用することが好適である。非凝縮性ガスは、蒸発器１０からの抽気中に凝縮しないガスであり、例えば、炭酸ガス、酸素、窒素、水素などを挙げることができる。特に、抽気ガスに炭酸ガスが含まれる場合には、炭酸ガスが水に吸収され難いため、本発明の蒸発装置１によって蒸発能力を大きく向上させることができる。

１ 蒸発装置
１０ 蒸発器
１２ 加熱器
１５ 圧縮器
２０ 予熱器
３０ 抽気装置
３２ 直接接触式凝縮器
３５ 戻しライン

Claims (6)

1. 被処理液を加熱して蒸気を生成する加熱器、および、生成された蒸気を圧縮して前記加熱器に熱源として導入する圧縮器を備える蒸発器と、
   前記蒸発器の内部を抽気する抽気装置とを備える蒸発装置であって、
   前記被処理液は、前記蒸発器内を抽気した抽気ガスに炭酸ガスが含まれるものであり、
   前記加熱器は、一対のヘッダの間を複数の伝熱管により連結して構成されており、
   前記抽気装置は、前記加熱器の熱源として利用された蒸気が凝縮して生成された凝縮水を、前記蒸発器の一方の前記ヘッダから抽気ラインにより抽気した炭酸ガスを含む抽気ガスに直接接触させて熱交換し、抽気ガスに含まれる水蒸気を凝縮させる直接接触式凝縮器を備える蒸発装置。
2. 前記蒸発器に供給する被処理液を予熱する予熱器を更に備え、
   前記予熱器は、前記加熱器の熱源として利用された蒸気が凝縮して生成された凝縮水と、前記蒸発器に供給する被処理液とを熱交換するように構成されており、
   前記直接接触式凝縮器は、前記予熱器を通過後の凝縮水を、前記蒸発器から抽気した抽気ガスに直接接触させる請求項１に記載の蒸発装置。
3. 前記直接接触式凝縮器は、内部に貯留された凝縮水を、一方の前記ヘッダに貯留されて前記予熱器に供給される凝縮水に合流させるための戻しラインを備える請求項２に記載の蒸発装置。
4. 被処理液を蒸発器に供給して加熱器により加熱する加熱ステップと、
   前記蒸発器の内部を抽気する抽気ステップとを備える蒸発方法であって、
   前記被処理液は、前記蒸発器内を抽気した抽気ガスに炭酸ガスが含まれるものであり、
   前記加熱器は、一対のヘッダの間を複数の伝熱管により連結して構成されており、
   前記加熱ステップは、前記蒸発器で生成された蒸気を圧縮して前記加熱器に熱源として導入し、
   前記抽気ステップは、前記加熱器の熱源として利用された蒸気が凝縮して生成された凝縮水を、前記蒸発器の一方の前記ヘッダから抽気ラインにより抽気した炭酸ガスを含む抽気ガスに直接接触させて抽気ガスに含まれる水蒸気を凝縮させる蒸発方法。
5. 前記蒸発器に供給する被処理液を予熱する予熱ステップを更に備え、
   前記予熱ステップは、前記加熱器の熱源として利用された蒸気が凝縮して生成された凝縮水と前記蒸発器に供給する被処理液とを熱交換し、
   前記抽気ステップは、前記予熱ステップにおける熱交換後の凝縮水を前記蒸発器から抽気した抽気ガスに直接接触させる請求項４に記載の蒸発方法。
6. 抽気ガスは、非凝縮性ガスを含む請求項４または５に記載の蒸発方法。

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