JPH0222716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、海水を脱塩する装置に関するもので
ある。

この種の装置においては、段式加熱器として構
成された予熱器で加熱される海水は最初の段でだ
け一次蒸気により加熱され、最高沸騰点の領域で
動作するようにされていて、各段では海水は部分
的に蒸発するが、未蒸発の海水は混合蒸気で加熱
される次の段に流れるように構成された垂下薄膜
式蒸発器の各段を順々に貫流し、最後の段を通過
したあと、塩水と純粋な水と呼ばれている蒸留物
と海水とが分離される。予熱器と垂下薄膜式蒸発
器は１段ごとに沸騰点を下げた状態で同じ圧力段
と温度段に分割され、パイプ束式熱交換器の形で
垂直の柱状構造物として支持機構内に取り付けら
れている。

パイプ束熱交換器の経済的な設計長さは経験的
に約７メートルと言われているので、段階式蒸発
に利用することができる温度差を約120℃として、
段の数が15の場合、柱状構造物の構築高さは100
メートルを上回わるので、段の数に制約をうける
ことになる。一方多段蒸発法における効率は海水
を蒸発するために利用することができる蒸発器の
最初と最後の段の間の温度差の範囲内で実現する
ことができる蒸発段の段数により左右されてい
る。

さらに、多段蒸発法を使用して海水を脱塩する
場合、凝縮工程を妨たげないようにするため、垂
下薄膜式蒸発器のそれぞれの段でかつ残留物、と
くに、不活性ガスを補集することを省くことがで
きない。しかし、従来のパイプ束式熱交換器の場
合、各パイプが集束構造物の中に立体的に取り付
けられているため、各段で正確に凝縮を終らせる
ことができず、また凝縮端で正確に排出を行なう
ことができないので、パイプ束式熱交換器ではガ
ス機留物を補集することが非常に困難である。

パイプ集束式熱交換器の場合、それぞれの段に
ついて正面側フランジにより保持されている各パ
イプの内壁表面に蒸発させるべき海水を均一に分
散させて効果的な蒸発を行なわれるために必要な
パイプの内面をおおう均一な所要の流体薄膜は各
段の始めの部分でしか作ることはできないのが実
情である。しかも、約７メートルにパイプの全長
にわたつてこのような流体薄膜を持続することは
不可能である。

また、パイプ束式熱交換器から構成された柱状
構造物の組立と保守作業には非常に大きな困難を
伴なう。海水から淡水を得るため蒸発法を採用す
る場合、残渣が生じることは避けることができな
いので、エネルギー・コストのほか保守に費用が
かかるため、保守に要するコストがコスト・バラ
ンスに及ぼす影響は大きい。

したがつて、本発明の目的は、多段蒸発法に従
がつて海水を脱塩する新しい装置であつて、パイ
プ束式熱交換器を使用することなく段数を増大さ
せることにより効率を経済的に高めずことが可能
であるとともに、消費エネルギーと保守作業に関
連した運転コストを大幅に引き下げることができ
よう所要の熱交換器の配置、構成が選択された装
置を提供することである。

上記の目的は、本発明によれば、当初に挙げた
種類の海水を脱塩する装置であつて、特許請求の
範囲の第１項の特徴項に記載されている配置構成
を特徴とする装置により達成されたのである。

本発明はその他の有利な特徴については特許請
求の範囲の第２項より第８項までを参照されな
い。

本発明によれば、いわゆる交差流法に従がつて
蒸気と海水または海水と蒸気を供給するようにさ
れた原料水予熱器と垂下薄膜式蒸発器に格子状に
並べられたビードを突出させた熱交換器が使用さ
れるので、いろいろ有利な特徴を得ることができ
る。横方向に延在したビードを突出させていない
フラツトな領域を備えた原料水予熱器を形成して
いる熱交換器プレートをギヤツプ状通路を流れる
原料水の過圧の作用を受けて隣接した熱交換器プ
レートのビードを突出させていない領域に接面さ
せることができるから、原料水予熱器の段数を利
用可能な温度差に適応させることが可能である。

原料水予熱器のそれぞれの段に対して同じ段数
の垂下薄膜式蒸発器が付設されており、この垂下
薄膜式蒸発器も同郡にビードを突出させた同種の
熱交換器プレートのパツケイジから構成されてい
る。垂下薄膜式蒸発器を形成している各段の熱交
換器プレートの横方向に並べられたビードは供給
された原料水を薄膜蒸発させるパイプ状通路側の
ジヤケツト面を形成しており、一方、熱交換器プ
レートの長さ方向に並べられたビードはパイプ状
通路側のジヤケツト面のために順々に配置された
交差連絡路を形成しており、パイプ状通路側に供
給された原料水は、熱交換器プレートのジヤケツ
ト面を通過したあと、接続されたジヤケツト面上
に改めて分散される。長さ方向に並べられたビー
ドは、たとえば、35mmのごとく比較的短く寸法ぎ
めされているので、各段の熱交換器プレートの互
に向かい合つていて、パイプ状通路側のジヤケツ
ト面を形成している２つのビード領域にとぎれの
ない均一な流体薄膜が生じるから、それぞれの段
で非常に効率よく流体を蒸発させることができ
る。原料水予熱器と垂下薄膜式蒸発器に使用され
る熱交換器プレートは同じ突起を備えているの
で、段ごとに必要とされる加熱面積と蒸気を導び
くために必要なそれぞれの段の断面積を各段にあ
らかじめ与えられた圧力条件と温度条件に非常に
簡単に適合させることができる。さらに各熱交換
器プレートの中央にビードを突出させていない領
域を設けることにより熱交換器プレートより成る
垂下薄膜式蒸発器の各段で生じた不活性ガスの排
出点を凝縮領域に設定することが可能であり、こ
れによりそれぞれの段の一番下にあるギヤツプか
ら不活性ガスを簡単に排出することができる。

上述のように構成された熱交換器プレートを使
用することにより、利用可能な温度差に関連して
多段蒸発法を実施するさいの段数を適切に設定す
ることが可能であるとともに原料水予熱器と垂下
薄膜式蒸発器の各段をモジユール形式で構成する
ことができ、各モジユール幾何学的寸法を適宜選
択することができるので、取り扱いと保守が非常
に容易な熱交換器ユニツトを構成することができ
る。本発明によれば、蒸発工程の実施に必要とす
るエネルギーを大幅に減らすことができることの
ほか、据え付けと保守にかかる費用も大幅に減ら
すことができる。

以下、本発明の実施列を図解した添付図面を参
照しながら本発明を詳細に説明する。

第１図のフロー・ダイアグラムに示されている
ように、ポンプ１０により供給された常温の海水
は凝縮しつつある蒸気を用いて加熱するようにさ
れた多段、すなわち、段Vst_oよりVst₁までより
成る垂直の原料水予熱器VWを通る間に予熱さ
れ、引き続き同様に凝縮しつつある蒸気を用いて
加熱するようにされた多段、すなわち、段Fst₁よ
り段Fst_oまでより成る垂直の垂下薄膜式蒸発器
FVにより蒸発される。そのほか、管路１１をへ
て第１の段に一次蒸気が供給されるが、この一次
蒸気は同時に予熱器の一番上の段Vst₁を加熱す
る働らきもする。予熱された海水はオーバーフロ
ー１２をへて垂下薄膜式蒸発器FVの最初の段
Fst₁にはいり、しかるのち最初の段から隣接の次
の段にはいる。段Fst₁よりFst_oまでのすべての段
を海水が通過するまで上述の工程が繰り返され
る。最初の段で発生した蒸気ならびに最初の段か
ら到来した凝縮水の膨脹により参照数字１４で表
示されている位置で発生した蒸気は、接続管路１
５と１６と１７により接続された垂下薄膜式蒸発
器の第２の段Fst₂ならびに予熱器の段Vst₁より
Vst_oまでのうちの該当した段を加熱するために
使用される。上述の要領に従がつて垂下薄膜式蒸
発器と原料水予熱器のそれぞれ対応した段が互に
接続されていて、それぞれの段について上述の工
程が繰り返される。最後の段Fst_oに残つた蒸気は
参照数字２１で表示されている位置で凝縮し、純
粋な水といつしよにポンプ２３により排出され
る。すべての段を貫流したあと、純粋な水は参照
数字２３で表示されている位置から排出されると
ともに、最後の段の下で参照数字２５で表示され
た位置に集められた塩水が参照数字２４で表示さ
れている位置から排出される。

さて、対をなして重ね合わされる同一の熱交換
器プレートから構成された原料水予熱器VWの構
造を第２図を参照しながら説明する。

熱交換器プレート３０は多数のビードを突出さ
せた成形板であつて、長さ方向と横方向に格子状
に均一に並べられたビード３２と３３を備えてい
る。熱交換器プレートはビード３２に関しそれぞ
れ対をなして鏡面状に並べて互に重ね合わせたう
え、側縁に沿つて互に溶接されている。したがつ
て、隣接した熱交換器プレートのビード３２は協
働してパイプ状の通路３４を形成する。このよう
な対をなす熱交換器プレートを２枚重ね合わせる
と、他の方向を向いているビード３３によりギヤ
ツプ状の通路３５が限定されるが、このギヤツプ
状の通路３５はこのような対をなす熱交換器プレ
ートのうち外側の熱交換器プレート間に形成され
る。このようにして１つの方向に並置された多数
のパイプ状の通路が出来あがり、一方、この方向
に対し、直角の方向に並置された多数のギヤツプ
状の通路が出来あがるので、熱交換媒体は互に交
差流をなして流れることになる。

重ね合わされた対をなす熱交換器プレートは図
示されていない側壁２０５と２０６により所定の
位置に保持されている。第４図に示されているよ
うに、原料水予熱器VWは柱状構造物の全高にわ
たつて延設されていて、各熱交換器プレート３０
の横方向に延在したビードのない領域３７により
所要の段数に対応した数の区画に分割されてい
る。分割された区画にギヤツプ状通路側を流れる
原料水の過圧が伝達されるので、隣接した熱交換
器プレートそれぞれのビードのない区画３７が互
に圧接しあつた状態となる。予熱器のパイプ状通
路３４の全数は複数のパイプ状通路を包有したグ
ループに分割されている。

ビードのない領域３７の幾何学的な配置は、多
段蒸発法を実施するために必要な温度差に応じて
選択された柱状構造物の圧力段と温度段にあわせ
て決定されている。図示の実施例においては55の
段が設けられていて、ビードを突出させていない
領域３７の間隔は入口段から始まつて出口段にい
たるまで段を追つて狭くなつており、これに応じ
て一段当たりのパイプ状通路３４の数が設定され
る。

ギヤツプ状通路３４のギヤツプ幅はビード３３
の突起の間隔により決定される。すなわち、対を
なす熱交換プレートを重ね合わせたとき、ギヤツ
プ状通路側にできるそれぞれ独立複数のギヤツプ
の数により決まる。所定の位置、たとえば、領域
３９には突起が設けられていないが、このことは
ギヤツプの間にバイパスができたことを意味する
もである。

常温の海水が原料水予熱器の下方のある最初の
段のギヤツプ状通路に供給されて、上方にある最
後の段まで貫流し、一方、加熱蒸気が常温の海水
に関し横向きに各段のパイプ状通路に供給され
る。この間、上方にある最後の段では一次蒸気で
あるが、その他の段では二次蒸気となる一種の混
合蒸気が後述の垂下薄膜式蒸発器から供給され
る。予熱器の最初の段の一番低い温度に対応して
最初の段の蒸気温度が一番低く設定されている。

第３図に部分的に示されている垂下薄膜式蒸気
FVは対をなすプレートに組み合わされる上述の
ものと同じ熱交換器プレートから構成されてい
る。しかし、上述の原料水予熱器とは異なり、パ
イプ状通路３４が垂直方向に並び、ギヤツプ状通
路３５が水平方向に並ぶよう対をなす熱交換器プ
レートが向きぎめされている。

上下に並んだビード３２の長さに合つた単位区
画より成るパイプ状通路は供給された海水を薄膜
状に蒸発させる蒸発面を形成しており、一方、薄
膜式蒸発に必要な蒸気がギヤツプ状通路に供給さ
れる。これに対し熱交換器プレートのビード３３
はパイプ状通路を通つて流れる海水を案内する熱
交換器プレートの幅全体にわたつて延在した横方
向の連絡路を形成している。したがつて、パイプ
状通路の単位区画、すなわちビード３２を退出し
た水と蒸気の混合物はビード３３により形成され
た横方向の連絡路をへて後続のすべてのビード３
２上に分散され、これにより各パイプ状通路３４
内の蒸気圧力は平衡し、しかるのちパイプ状通路
３４の後続の単位区画であるビード３２を通つて
流れる。後述のロツド４１も上述の流動を助ける
働らきをしている。

垂下薄膜式蒸発器の対をなす熱交換器プレート
の段状の配置は第２図より第４図までより容易に
理解していただけよう。垂直に配設された原料水
予熱器VWはビードを突出させていない領域３７
により複数の段に分割された構成グループとして
柱状構造物の全長にわたつて延設されているが、
垂下薄膜式蒸発器FVは柱状構造物の段数に対応
した構成グループまたは区画に分割されており、
これらの構成グループまた区画は面E₁からE_oま
で互に異なつた幾何学的間隔をあけて配置されて
いる。したがつて、面E₁よりE_oまでの数が予熱
器の段の数と一致しているので、予熱器の段なら
びに垂下薄膜式蒸発器を包有した面Ｅについて多
段蒸発法を実施するに必要な選択された圧力段と
温度段st₁よりst_oまでが設定される。これについ
ては、第１図も参照されたい。

そのほか、容器BE（第４図参照）の内壁にフレ
ーム構造物が固定されていて、該フレーム構造物
は選択された段数と同じ数より成る異なつた幾何
学的な間隔をあけて延設された面E₁よりE_oまで
を形成しており、第３図に詳細に示されている垂
下薄膜式蒸発器群が前記面上に取り付けられてい
る。添付図面には詳細に示されていないが、各段
に設けられている案内板LBは、蒸気と塩水と純
粋な水を各段に導びく働らきをしてにる。垂下薄
膜式蒸発器の各段の凝縮領域に集られた凝縮しな
い不活性ガスを排出するため、排気系（図示せ
る）が設けられている。凝縮領域は、第３図で見
て垂下薄膜式蒸発器に該当した熱交換器プレート
３０のほぼ中央に設けられたビードのない領域３
９により形成されている。この領域は対をなす熱
交換プレートそれぞれのすべてのギヤツプ状通路
３５と連絡している。垂下薄膜式蒸発器の各区画
または段にある対をなす熱交換器プレートの一番
下にあるギヤツプから不活性ガスを排出させるこ
ができる。

各パイプ状通路３４内の蒸気圧力と原料水の塩
濃度の差をならすため、垂下薄膜式蒸発器の長さ
の等しいロツド４１が設けられていて、該ロツド
４１はギヤツプ４２に差込むようにされており、
該ギヤツプ４２は２つの熱交換器プレート３０そ
れぞれの、いわゆる、ローラー・シーム溶接され
たビードを突出させていない正面側に形成されて
いて、垂下薄膜式蒸発器のすぐ上の段に面して位
置ぎめされている。

原料水予熱器と垂下薄膜式蒸発器すべての段
は、これらを担持しているフレーム構造物といつ
しよに、支持スタンドSGにより保持されている。
一部しか図示されていない圧力容器BEの中に包
持されており、そしてこの圧力容器BEは図示さ
れていない真空系に接続されている。

上述のビードを突出させた熱交換器プレートを
用いて海水を脱塩する多段蒸発法の実例について
説明すると、たとえば、55段の原料水予熱器VW
と垂下薄膜式蒸発器FVを使用する場合、各熱交
換器プレート３０のビードそれぞれの長さは35
mm、原料水予熱器のパイプ状通路３４の長さは
350mm、垂下薄膜式蒸発器のギヤツプ状通路３５
の長さは2160mm、垂下薄膜式蒸発器の差込部の重
ね合わせ厚さは500mm、柱状構造物の高さは34000
mmに寸法ぎめされている。海水は約７バールの予
圧で原料水予熱器の一番下の段にはいるようにな
つている。

一方、垂下薄膜式蒸発器のそれぞれの段に重力
により海水が貫流するようにされている。

図示の実施例においては、原料水予熱器を形成
している熱交換プレートのパイプ状通路３４に蒸
気が供給され、ギヤツプ状通路３５に水が供給さ
れており、一方、垂下薄膜式蒸発器を形成してい
る熱交換器プレートのパイプ状通路３４に水が供
給され、ギヤツプ状通路３５に蒸気が供給されて
いる。これについては、第２図と第３図を参照さ
れたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る海水を脱塩する装置の
フロー・ダイアグラム。第２図は、第１図に示さ
れている原料水予熱器の一部の斜視図、第３図は
第１図に示されている装置の垂下薄膜式蒸発器の
一部の斜視図。第４図は、第１図に示されている
装置の最初の段と最後の段まわりの柱状構造物の
斜視図。 １０……ポンプ、１１……管路、１２……オー
バフロー、３０……熱交換器プレート、３２，３
３……ビード、３４……パイプ状通路、３５……
ギヤツプ状通路、３７，３９……ビードを突出さ
せていない領域、４１……ロツド、４２……ギヤ
ツプ、２０５，２０６……側壁、BE……容器、
VW……原料水予熱器、FV……垂下薄膜式蒸発
器、LB……案内板、SG……支持スタンド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 垂直の柱状構物内で選択された圧力段と温度
   段に対応した数の区画に分割された原料水余熱器
   ならびに垂下薄膜式蒸発器と、海水と一次蒸気を
   供給する装置と、塩溶液と純粋な水を排流させる
   装置と、真空系に接続する手段とより成る多段蒸
   発法に従がつて海水を脱塩する装置であつて、原
   料水予熱器VWと垂下薄膜式蒸発器FWがプレス
   加工により成形された熱交換プレート３０から構
   成されており、該熱交換プレートが長さ方向と横
   方向に格子状に均一に並べられたビード３２，３
   ３を備えていて、それぞれ対をなして鏡面状に互
   に接面させて組みとられ、しかして対をなす熱交
   換器プレートの一つの方向に向きぎめされたビー
   ド３２がパイプ状通路３４を形成し、隣接の熱交
   換器プレートの他の方向に向きぎめされたビード
   ３３がギヤツプ状通路を限定していることと、好
   適には原料水予熱器を形成している熱交換器プレ
   ートのパイプ状通路に蒸気が供給され、ギヤツプ
   状通路に海水が供給され、一方、垂下薄膜式蒸発
   器を形成している熱交換器プレートのパイプ状通
   路に海水が供給され、ギヤツプ状通路に蒸気が供
   給されることとを特徴とする装置。 ２ 原料水予熱器VWを形成している熱交換器プ
   レート３０が横方向に延在したビードを突出させ
   ていない領域３７を備えていて、ギヤツプ状通路
   を流れる原料水の過圧が前記領域に伝わるように
   されており、原料水予熱器のパイプ状通路側が選
   択された圧力段と温度段の数に対応した数の区画
   （Vst₁よりVst_oまで）に分割されていることを特
   徴とする特許請求の範囲の第１項記載の装置。 ３ パイプ状通路３４が垂直の向きに並んでい
   て、供給された原料水を薄膜蒸発させるジヤケツ
   ト面を形成するよう垂下薄膜式蒸発器FVを形成
   している熱交換器プレート３０が向きぎめされて
   互に接続されており、一方、横方向に順々に並ん
   でいるビード３３が原料水を分配し、蒸気圧力を
   平衡させるパイプ状通路側ジヤケツト面の横向き
   の連絡路を形成していることを特徴とする特許請
   求の範囲の第１項記載の装置。 ４ 熱交換器プレートの数を減らすとともに、段
   （Fst₁よりFst_oまで）の間の幾何学的な間隔を広
   げることにより予熱された海水の入口段（Fst₁）
   から始まつて最後の段（Fst_o）までの蒸気の流動
   面積が段階状に増大するよう圧力段と温度段
   （Fst₁よりFst_oまで）それぞれの垂下薄膜式蒸発
   器FVの熱交換器プレート３０が数を変更して設
   置されていることを特徴とする特許請求の範囲の
   第１項記載の装置。 ５ 原料水予熱器VWにより海水を予熱するため
   そのおりおりの圧力段と温度段に必要とする加熱
   面積がビードを突出させていない領域３７の間に
   ある熱交換器プレート３０のパイプ状通路３４の
   数を選択することにより決定されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ６ 凝縮しない不活性ガスを各区画の対をなす熱
   交換器プレートの一番下のギヤツプから排出する
   ことができるよう垂下薄膜式蒸発器FVを形成し
   ている熱交換器プレート３０のギヤツプ側通路３
   ５が互に接続されていることを特徴とする特許請
   求の範囲の第１項記載の装置。 ７ 垂下薄膜式蒸発器の対をなす熱交換器プレー
   トのビードのない端部領域のうち蒸発させるべき
   原料水を供給する働らきをする正面側にパイプ状
   通路側の蒸発区画に延在したギヤツプが形成され
   ていて、絞り手段として機能するロツドが前記ギ
   ヤツプに取りはずし可能に差し込まれていること
   を特徴とする特許請求の範囲の第１項記載の装
   置。 ８ 垂下薄膜式蒸発器FVの最後の段（Fst_o）の
   下に集められた純粋な水の蒸気を凝縮させる熱交
   換器２１が設けられていることを特徴とする特許
   請求の範囲の第１項記載の装置。