JPH02504548A - 大気圧式直接接触型凝縮器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 大気圧式直接接触型凝縮器 本発明は大気圧式直接接触型凝縮器に関する。本明細書において、“の上方（ａ ｂｏｖｅ）　’及び°の下方（ｂｅｌｏｗ）　”のような幾何学的用語は、重力 の方向に関係しており、“の上方”は“の下方”より地球の中心から遠いことを 意味する。

物質は固体相、液体相及び気体相の形で認めることができる。より低い気温とよ り高い大気圧においては物質は固体相に向かう傾向があり、より高い温度とより 低い圧力においては物質は気体相に向かう傾向がある。

凝縮器は、ガス（気体相の物質）を液体相に変えるために用いる。ガスが凝縮さ れると、そのガスは蒸発の潜熱を放出して周囲の領域を暖かくし、体積が減少す る。凝縮器は、代表的には、発電所においてタービーからの排出蒸気を凝縮させ るために用いられ、そして冷凍装置においては、フレオンやアンモニアのような 冷媒蒸気の凝縮に用いられる。これらの凝縮器は、石油化学工業においても炭化 水素その他の化学薬品の蒸気を凝縮させるためにも用いられる。

スチーム凝縮器の重要な製品分野において、低圧領域を設けてその中へスチーム を排出できること、及び凝縮器は凝縮されたスチーム（凝縮液）を他の用途に再 使用したり除去しつるように該スチームを集めるための凝縮液室を有するとこが 知られている。２つの主なタイプのスチーム凝縮器が知られている。即ち、 （ａ）表面凝縮器であって、この凝縮器においては、凝縮中のスチームが冷媒（ 例えば水）と直接接触せず、冷却水が流れる管の壁により冷媒からへだてられて いるものである。

（ｂ）直接接触型凝縮器であって、この凝縮器においては、冷却水がスチームの 中へ噴射されてそれと混ざり合い、凝縮を助けるものである。

大気圧式の直接接触型スチーム凝縮器においては、スチームは凝縮室（凝縮液室 のすぐ上流にある）の中へ導かれ、その凝縮室の中へ大量の水が噴射される。ス チームと接触する水はスチームの凝縮を助け、他方、その結果起るスチーム体積 の減少がより低い圧力（真空圧）を生じさせ、他方、更にこの真空の維持を助け るため、凝縮液室から排出されるべき水が、湖、川その他の水域の中へ約１０ｍ 下方へ延びる長い垂直管（吸い込み管）の中へ導かれる。

公知のタイプの大気圧式直接接触型スチーム凝縮器の１つの欠点は、スチームの 凝縮に伴って蒸発の潜熱が放出されるので、凝縮室及び／又は凝縮液室が暖めら れ、従って凝縮の割合と効率が成る時間にわたり減少することである。

もう１つの欠点は、凝縮されたスチームが冷却水により汚染され、従って化学的 処理を施さなければ更に使用するため再生することができないことである。

本発明者は、凝縮液の自由液面を更新し、好ましくは絶えず更新することにより 、公知の大気圧式直接接触型スチーム凝縮器の１つの欠点を避は又は減少するこ とを提案する。本発明者は、凝縮液室から排出された水を冷却水として再使用す ることにより上述した他の欠点を除去し又は減少させることを提案する。

本発明の１つの特徴によれば、次に述べる大気圧式直接接触型凝縮器が提供され る。即ち、凝縮室と、凝縮室内の噴射装置と、凝縮液室と、凝縮液室のためのベ ースと、を備えた大気圧式直接接触型凝縮器であって、凝縮液室はベースの上方 の凝縮液表面まで凝縮液を保持するようになっており、前記凝縮器は更に液体槽 を備え、凝縮液室は液体槽内の液面の水準より上方の水準に位置決めされるよう になっており、前記凝縮器は、入口と出口とを有しかつ凝縮液室から液体槽内の 液面の下方まで延びる吸い込み管と、凝縮室に連結された凝縮液室への入口を有 する、凝縮器において、前記吸い込み管は、凝縮室のベースより上方であるが凝 縮液の液面より下方に入口を有すること、を特徴とする大気圧式直接接触型凝縮 器を提供する。好ましくは、液体槽は、吸い込み管を経て凝縮液を受は入れる密 閉タンクであり、それ故凝縮液槽であり、吸い込み管は、液体槽の液面のすぐ下 に末端を有しており、従って吸い込み管は、凝縮室内の凝縮中のスチームに対す る圧力シールとして作用する。噴射装置は、凝縮液槽に連結され、凝縮液をその 最も冷たい領域から引き上げて凝縮室内へ強制噴射するのが有用である。

本発明のもう１つの特徴によれば、本発明者は蒸気から凝縮液を製造する方法を 提供する。本発明の方法は、蒸気を凝縮室（１６）へ送り、より冷たい液を噴射 することにより蒸気を湿らせて冷却し、形成された凝縮液をその自由液体表面を 実質的に所定の水準（２４）にしたまま凝縮液室（２０）内に保持し、形成され た凝縮液の液体相の一部を前記凝縮液室から除去する段階を含む方法において、 凝縮液がその自由液体表面に隣接した所から除去され、それによって前記自由液 体表面がより冷たく保持された凝縮液と置き替えられること、を特徴とする。好 ましくは、除去され集められた凝縮液は、凝縮液槽内に集められる。蒸気／スプ レー混合物は、凝縮液室の入口を通って導かれて凝縮液表面に衝突し、この表面 は冷たいのでより多くの蒸気を凝縮させ、それによって凝縮液表面は、蒸発の潜 熱を受けるにつれて暖められ、その後この凝縮液表面は除去され、より冷たい凝 縮液で置き替えられる。凝縮液表面は連続的に除去され、より冷たい凝縮液で自 動的に置き替えられるのが好ましい。

添付の概略図（縮尺で作図されていない）を参照して、実施例により本発明を更 に説明する。

比較的高温の真空蒸発室（図示せず）内で、例えば海水から作られた純水の蒸気 は、導管１２から凝縮器１０の中へ矢印Ａ１の方向にファンＦ１により引き入れ られ、次いでファンＦｌはこの蒸気を導管１４に沿って凝縮室１６の方へ追いや る。

この実施態様では、凝縮室１６は導管１４の延長部であるが、他の実施態様では 導管１４の拡大部である。

凝縮室１６内には水噴射ノズル１８がある。凝縮室１６の下流には凝縮液室２０ があり、この凝縮液室２０は、凝縮室１６と連通ずる入口２２を有する。他の実 施態様では、凝縮は、凝縮液室２０内でなお起き続けるか又はこの室２０内で主 として起こるが、それは選択された室の設計に左右される。然しなから、凝縮液 室２０の主目的は、凝縮液室２０のベース２６の水準の上方の水準２４まで凝縮 液を保持することである。

凝縮器は一般に高真空であり、この真空は、導管１２から来るスチームの凝縮と それに伴う体積の減少によって高められる。凝縮しない蒸気は、凝縮液室の出口 ２８を通って矢印Ａ３の方向に除去され、真空蒸発室へ戻される。

本発明の特徴は、凝縮液室２０内の凝縮液が、実質的に一定の所定の水準２４に 維持されることである。ノズル１８を通して噴射された水は、導管１２から来る 蒸気から形成された凝縮液と共にこの水位を上昇させる傾向があるが、この水は 吸い込み管３３を通って冷水槽即ち凝縮液槽３０へ流入する。

冷水槽３０は、ポンプＰ７により入口ＡＩ２を通って引き入れられた海水の循環 により冷たく維持され、この水は出口ＡＩ３から海へ戻される。槽３０内の水位 はほぼ一定に維持され、余分の水は、冷たい凝縮液表面３７のすぐ下に入口ＡＩ Ｏを有する導管３５からポンプＰ６により引き出され、従って水の暖かい部分を 除去することができる。槽３０内のこれらの暖かい水の部分はポンプＰ６により 引き出されて導管Ａｌｌを経て例えば、新鮮な飲料水の供給源へ送られる。

ノズル１８には、ポンプＰ５により冷水槽３０から冷水が供給される。この冷水 は、先ず空気分離器３２を通して供給された後ノズル１８に達する。空気分離器 ３２は、導管３４に連結された人口Ａ７と、導管４０に連結された水出口Ａ９と 、空気出口Ａ８とを有する。ポンプＰ５は、冷水槽３０内の表面よりかなり下方 に入口へ６を有する導管３２を経て冷水を引き上げるので、より冷たい部分から 引き上げることができる。

凝縮液器２０と冷水槽３０との間には吸い込み管３３がある。

本発明の格別の特徴は、吸い込み管３３が、凝縮液室２０内の通常の水位のすぐ 下方に入口４２を有することである。本発明のもう１つの特徴は、吸い込み管３ ３が、冷水槽３０内の凝縮液の水位のすぐ下に出口４４を有することである。即 ち、凝縮液室２０内の凝縮液から引かれた比較的暖かい水は、吸い込み管３３か ら冷水槽３０内の凝縮液の表面の近くへ排出されることである。

使用中、導管１２から来るスチームの若干は、凝縮室１６内で凝縮し、噴射ノズ ル１８から来る相当な体積の液体凝縮液の噴射により強制冷却されるが、それに も拘らず蒸発の潜熱からの熱として相当なエネルギーを捨て、そしてその結果得 られた凝縮液と噴射水との混合液が凝縮液室２０の中へ下方へ流れる。入口２２ を通って凝縮液室２０へ入るスチームの残り（即ち凝縮されていないスチーム） の若干は、凝縮液室２０内の凝縮液の表面に衝突し又は別の仕方で接触し、従っ てこの凝縮液表面において蒸発の潜熱と熱エネルギーとの両方を捨てる傾向があ る。吸い込み管３３の入口４２は凝縮液表面のすぐ下方に位置決めされているの で、この表面の水は絶えず除去される。従って、この暖かい表面の水は、“表面 下（ｂｅｌｏｗ−ｓｕｒｆａｃｅ）″の冷たい水で絶えず置き換えられ、従って スチームをより高い転化率で凝縮させることができる。凝縮液表面２４における 水の暖かい層は、それが形成されるとほとんど除去され、それによって新しい冷 たい水の表面が与えられ、入ってくる蒸気のより多くがこの冷たい氷表面に衝突 して凝縮することができることが理解されよう。この構成の利点は、ポンプＰＩ の上流の蒸発室内で優勢な真空水準と同じ真空水準で（然し、より冷たい凝縮室 温度で）凝縮が起こりうることである。

この実施態様において、ポンプＰ６は、密閉された冷たい水槽３０内の液体の表 面の比較的暖かい部分から凝縮液を引き出す。この水の除去は、凝縮液室２０内 の真空下にある自由液体表面２４の水準を制御するために調節され、この水準を 維持するために用いられる。即ち、自由液体表面２４上の圧力を吸い込み管３３ 内の水柱を支持するのに十分な圧力に維持するために用いられる。他の実施態様 では、冷水槽の室３０は液面の上方で大気に開口される。

ノズル１８には、冷却水槽３０の底部の近くから水の比較的冷たい部分が供給さ れる。冷却水槽３０の効果は、海又は深い湖（５０）の適当な深さくそこでは当 然温度は低い）から水を引き入れ、冷却水槽内に浸漬された管の網目４０を通し てこの冷却海水を循環させることにより、モしてポンプＰ６を用いて冷却水槽３ ０から水の比較的暖かい部分を（他の用途に用いるため）除去することにより、 高められる。

多数の種々の構成部品ユニットを互いに連結しつるように、即ち１つ又はそれ以 上の凝縮室を１つ又はそれ以上の冷却水槽と連結しうるように、プラントをモジ ュール形態に製造することができる。

ポンプＦ１の上流にあって真空下で作られるか又は適当な他の方法で作られる蒸 気の源は、海水を淡水化し、一般的には水を精製し、又は低温で真空中で蒸発さ せる必要のある液体を蒸留するために用いるプラントの一部であってもよい。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．凝縮室（１６）と、凝縮室内の噴射装置（１８）と、凝縮液室（２０）と、 凝縮液室のベース（２６）と、を備えた大気圧式直接接触型凝縮器であって、凝 縮液室はベースの上方の凝縮液表面水準（２４）まで凝縮液を保持するようにな っており、前記凝縮器は液体槽（３０）を備え、凝縮液室は液体槽内の液体の表 面の水準より上方の水準に位置決めされるようになっており、前記凝縮器は、入 口（４２）と出口（４４）とを有しかつ凝縮液室から槽内の液体の表面（３７） の下方まで延びる吸い込み管（３３）と、凝縮室に連結された凝縮液室への入口 （２２）と、を備えた凝縮器において、前記吸い込み管が、凝縮液室のベースよ り上方であるが凝縮液の表面水準より下方に入口（４２）を有すること、を特徴 とする大気圧式直接接触型凝縮器。 ２．前記液体槽が密閉タンクであり、出口（４４）を有する吸い込み管（３３） を経て凝縮液室から凝縮液を受け入れ、液体槽の液面水位（３７）を実質的に一 定に維持するため凝縮液を液体槽から引き出すことができること、を特徴とする 請求の範囲第１項に記載の大気圧式直接接触型凝縮器。 ３．吸い込み管の出口（４４）は、凝縮室内で凝縮しているスチームに対する圧 力シールとして作用するように槽内の液体の表面（３７）のすぐ下に位置決めさ れ、外部で使用するため凝縮液を引き出すための出口（Ａ１０）をも前記表面（ ３７）のすぐ下に位置決めしたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の大気 圧式直接接触型凝縮器。 ４．噴射装置（１８）は、槽内の最も冷たい領域から冷却水を引くため槽内の液 面（３７）よりかなり下方に入口（Ａ６）を有する導管（３２、３４、４０）に より槽に連結されていること、を特徴とする請求の範囲第１項に記載の大気圧式 直接接触型凝縮器。 ５．槽（３０）を噴射装置（１８）に連結する導管（３２、３４、４０）内に空 気分離器を位置決めしたこと、を特徴とする請求の範囲第１項に記載の大気圧式 直接接触型凝縮器。 ６．槽が、槽内の管（４０）内を循環される海水により冷却されること、を特徴 とする請求の範囲第１項に記載の大気圧式直接接触型凝縮器。 ７．凝縮液室が、蒸気源に連結された出口（２８）を有すること、を特徴とする 請求の範囲第１項に記載の大気圧式直接接触型凝縮器。 ８．蒸気を凝縮室（１６）の方へ送り、冷却液を噴射することにより蒸気を湿ら せて冷却し、形成された凝縮液の自由液体表面を実質的に所定の水準（２４）に したまま凝縮液室内に保持し、形成された凝縮液の液相の一部を前記室が除去す ること、を含む蒸気から凝縮液を製造する方法において、凝縮液が、その自由液 体表面に鱗接した所から除去され、それによって前記表面が、保持されたより冷 たい凝縮液でおきかえられること、を特徴とする蒸気から凝縮液を製造する方法 。 ９．凝縮液が絶えず除去されること、を特徴とする請求の範囲第８項に記載の蒸 気から凝縮液を製造する方法。 １０．凝縮液をその自由液体表面に隣接した所から除去して槽（３０）内へ送り 、外部で使用するため凝縮液槽内の凝縮液の表面（３７）に隣接した所から凝縮 液を引き出し、凝縮液を前記表面（３７）の十分下方から引き出して前記蒸気へ 噴射すること、を特徴とする請求の範囲第８項に記載の蒸気から凝縮液を製造す る方法。