JPH03118801A - Evaporator - Google Patents

Evaporator

Info

Publication number
JPH03118801A
JPH03118801A JP25724189A JP25724189A JPH03118801A JP H03118801 A JPH03118801 A JP H03118801A JP 25724189 A JP25724189 A JP 25724189A JP 25724189 A JP25724189 A JP 25724189A JP H03118801 A JPH03118801 A JP H03118801A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
evaporated
liquid
evaporator
evaporation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP25724189A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Okada
光生 岡田
Hideaki Yanaru
矢鳴 英明
Kazumi Shima
一己 島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEKIYU SANGYO KATSUSEIKA CENTER
Toyo Engineering Corp
Japan Petroleum Energy Center JPEC
Original Assignee
SEKIYU SANGYO KATSUSEIKA CENTER
Petroleum Energy Center PEC
Toyo Engineering Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEKIYU SANGYO KATSUSEIKA CENTER, Petroleum Energy Center PEC, Toyo Engineering Corp filed Critical SEKIYU SANGYO KATSUSEIKA CENTER
Priority to JP25724189A priority Critical patent/JPH03118801A/en
Publication of JPH03118801A publication Critical patent/JPH03118801A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve response to a change in load on the system side of an evaporator being as an indirect heat exchanger for exchanging heat between a heat supplying fluid and a liq. to be evaporated by making the radiating surface substantially perpendicular. CONSTITUTION:In the evaporator 200 being the indirect heat exchanger where the heat is exchanged between the heat supplying fluid and the liq. to be evaporated, a heat source, the radiating surface 210 for radiating the heat, a heat receiving space brought into contact with the radiating surface 210 in which a liq. is evaporated and a spray 10 for injecting the liq. onto the radiating surface 210 are provided. The radiating surface 210 is made substantially perpendicular. Consequently, since the evaporator is excellent in a cold starting characteristic, the evaporator can be used for an on-site fuel cell, etc. The response to the change in the load on the system side is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化学プラントなどで使われている蒸発装置に関
し、さらに詳しくは、例えばオンサイト型燃料電池用改
質装置に適する、構造が比較的簡単で、負荷応答性の高
い原料等の蒸発装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an evaporator used in chemical plants, etc., and more particularly, to an evaporator with a relatively similar structure suitable for, for example, an on-site fuel cell reformer. This invention relates to a simple and highly responsive evaporation device for raw materials, etc.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

化学プラントや産業設備に用いられる蒸発装置であって
、蒸発させようとする液体をスプレー等により細かい滴
状にならしめて、蒸発面に噴霧し、加熱された蒸発面に
て急速に蒸発させる構造を有する装置があり、比較的に
必要蒸発量の小さい場合によく使われる。この場合、伝
熱蒸発面を構成するものとしては、いわゆる濡れ面積を
大きくし接触効率を向上させるために化学プラントでよ
く使用される充填塔用バッキング(充填材)が容器内に
充填されて設けられる。通常は常時、例えば水蒸気など
からの熱供給を受けており、いわば蓄熱された状態であ
る。
An evaporation device used in chemical plants and industrial equipment, which has a structure in which the liquid to be evaporated is made into fine droplets by spraying, etc., and then sprayed onto the evaporation surface, where it is rapidly evaporated on the heated evaporation surface. There is a device that has this, and it is often used when the required amount of evaporation is relatively small. In this case, the material that constitutes the heat transfer evaporation surface is a backing (filling material) for packed columns that is often used in chemical plants to increase the so-called wetted area and improve contact efficiency. It will be done. Normally, it is constantly supplied with heat, for example from water vapor, and is in a state of stored heat.

この形式をもつ蒸発装置は、上記に述べたように、瞬間
的に蒸発がなされるので、定常状態にあっては必要蒸発
量の迅速な供給が可能であり、応答性の高いことが特徴
である。さらには構造が比較的簡単であることにより、
蒸発装置として広く使われている。
As mentioned above, this type of evaporator evaporates instantaneously, so it is possible to quickly supply the required amount of evaporation in a steady state, and is characterized by high responsiveness. be. Furthermore, due to the relatively simple structure,
Widely used as an evaporator.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

これらの先行的技術にあってはなお、改善を要する技術
的課題がある。
These prior art techniques still have technical issues that require improvement.

上記の蒸発装置にあっては、蒸発面を多く持つために、
即ち接触濡れ面を多く形成して、しかもその濡れ面が薄
膜を形成しやすくするために、充填塔に用いられる充填
物が採用されているが、これへの熱供給は基本的に点接
触の熱伝導によって行われている。即ち、伝熱コイルの
管壁から、コイルに接触している充填物の壁に熱伝導に
て伝熱し、次いで相接している充填物同志の壁間で熱伝
導にて熱が供給されており、いずれも点接触が主体であ
る。このため、充填物全体に熱が行き渡るのが遅く、冷
起動の場合には所定の温度に達するまでにかなりの時間
がかかることになり、起動時間を短縮したい場合などに
は不適当である。例えば、オンサイト型燃料電池にあっ
てはD S S (Daily 5tart andS
top)が要求されるので、このような場合には冷起動
からのシステム立ち上がり時間を極力短縮し、必要蒸発
量を速やかに供給することが切に望まれる。このような
用途にあっては、従来方式によるかかる蒸発装置を用い
るのは適切ではない。
Since the above evaporator has a large number of evaporation surfaces,
In other words, in order to form a large number of wetted surfaces and to make it easier to form a thin film on the wetted surfaces, the packing used in packed towers is used, but the heat supply to this is basically through point contact. This is done by heat conduction. In other words, heat is transferred from the pipe wall of the heat transfer coil to the wall of the filling that is in contact with the coil by thermal conduction, and then heat is supplied by thermal conduction between the walls of the adjacent fillings. In both cases, point contact is the main method. For this reason, heat is slow to spread throughout the filling, and in the case of a cold start, it takes a considerable amount of time to reach a predetermined temperature, making it unsuitable when it is desired to shorten the start-up time. For example, in on-site fuel cells, DSS (Daily 5tart and S
In such a case, it is strongly desired to shorten the system start-up time from cold startup as much as possible and quickly supply the required amount of evaporation. In such applications, it is not appropriate to use such conventional evaporation devices.

伝熱コイルの配置されている部位から離れた位置にある
充填物は伝熱不良となり、温度降下が著しくなるので、
充填物を均等な温度状態にするためには、コイルの配置
等に充分な配慮を払うことが必要となる。この配慮をし
ても具体的設備では必ずしも万全でない場合が殆どで、
金属充填物の表面温度が蒸発に適切である様に充分に制
御できているとはいえない。このため、運転についても
余裕をもたせる必要が生じ、例えば加熱蒸気温度を必要
以上に高くする必要があるなどの問題を生じる。充填物
は濡れ面積を大きくするとともに、ガスを通過させる必
要から空間的にある程度の容積を占めることになる。
If the filling is located far from the area where the heat transfer coil is placed, heat transfer will be poor and the temperature will drop significantly.
In order to keep the filling in a uniform temperature state, it is necessary to pay sufficient consideration to the arrangement of the coils, etc. Even with this consideration, in most cases, the specific equipment is not always perfect.
It cannot be said that the surface temperature of the metal filling is sufficiently controlled to be suitable for evaporation. For this reason, it is necessary to provide a margin for operation, which causes problems such as, for example, the need to raise the heating steam temperature higher than necessary. The filling increases the wetted area and occupies a certain amount of spatial volume because it is necessary to allow gas to pass through.

このため、装置の小型化に対しては限界がある。Therefore, there is a limit to miniaturization of the device.

給熱源としては通常飽和蒸気が用いられるが、蒸気は容
器内に設けられたコイル内に供給される。コイルを構成
するものとしては通常熱伝導の良い金属管が用いられる
。この場合、熱の移動は伝熱コイル管壁、管壁に接して
いる充填物への熱伝導、次いで充填物同志の点接触によ
る熱伝導によりなされ、最終的に蒸発に必要な熱が伝え
られる。ここに、細かい霧状に供給されだ液体が接触す
ると、薄い液膜を瞬時に形成しこれが熱を受けて瞬時に
蒸発することになる。
Saturated steam is normally used as the heat supply source, and the steam is supplied into a coil provided inside the container. A metal tube with good heat conductivity is usually used to construct the coil. In this case, heat transfer is performed by heat conduction to the heat transfer coil tube wall, the filling material in contact with the tube wall, and then heat conduction through point contact between the filling materials, and finally the heat necessary for evaporation is transferred. . When the liquid supplied in the form of a fine mist comes into contact with this, a thin liquid film is instantly formed, which receives heat and instantly evaporates.

いわば、熱く熱せられている石に水をかける状態に類し
たことがなされている。
In other words, something similar to pouring water on a hot stone is being done.

化学プラントで一般に行われている蒸発装置として、多
管式熱交換器の伝熱管の外部周囲(胴側)に、又は場合
によっては管の内部(管側)に液体を保有している構造
の蒸発装置がある。この場合には、保有する液体の全体
を沸点まで加熱する必要があることにより、応答性を要
求する場合には難がある。さらに、伝熱面の伝熱効率は
管の外または内表面積で決まってしまい、表面積を増加
するために受熱側及び/又は放熱側の管表面に突起物を
設けたりする。さらに、管表面では膜沸騰が行われるた
めに、蒸発効率をさらに向上させるために放熱側管表面
に突起物を設けたりすることもある。このような多管式
熱交換器は、大型の設備には適するが小型には適さない
As an evaporation device commonly used in chemical plants, it is a shell-and-tube heat exchanger with a structure in which liquid is held around the outside (shell side) of the heat exchanger tubes, or in some cases inside the tubes (tube side). There is an evaporator. In this case, it is necessary to heat the entire liquid held to the boiling point, which is problematic when responsiveness is required. Furthermore, the heat transfer efficiency of the heat transfer surface is determined by the outer or inner surface area of the tube, and in order to increase the surface area, protrusions are provided on the tube surface on the heat receiving side and/or the heat radiating side. Furthermore, since film boiling occurs on the tube surface, protrusions may be provided on the tube surface on the heat radiation side in order to further improve evaporation efficiency. Such a shell-and-tube heat exchanger is suitable for large-scale equipment, but not for small-sized equipment.

さらには、薄膜を特殊な方法で形成させて、熱交換を効
率的に行い、蒸発を効率的に行う方式の装置もある。こ
の場合、薄膜を形成する方法として、機械的に強制的に
作るために例えば遠心力を利用したり、薄膜形成のため
に特別の形状をした管を用いるなどの工夫をしているの
が現状である。
Furthermore, there are also devices that form a thin film using a special method to efficiently exchange heat and evaporate efficiently. In this case, the current methods of forming a thin film include using centrifugal force to force the formation mechanically, or using specially shaped tubes to form the thin film. It is.

さらに、蒸発面への液の均一な供給を確保するために、
いろいろな工夫がなされているのが通例であり、このた
めに構造は複雑となり、大型化するのが通例である。こ
のため、特殊な用途に限定されている。
Furthermore, to ensure uniform supply of liquid to the evaporation surface,
Usually, various devices are used, and as a result, the structure is usually complicated and large. Therefore, it is limited to special uses.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は上記の問題点を解決するための方法を提供する
ものであり、従来形式の上記の如き蒸発装置を改良した
、負荷変動に対し即応性の高い蒸発装置である。
The present invention provides a method for solving the above-mentioned problems, and is an evaporator that is highly responsive to load fluctuations and is an improvement over the conventional evaporator as described above.

即ち本発明は、給熱源とその熱を放熱する放熱面と、蒸
発させる液体をその内部に蒸発させかつ放熱面に接する
受熱空間と、蒸発させる液体を放熱面に噴射させるスプ
レーとを有する蒸発装置であって、放熱面が実質的に鉛
直方向であることを特徴とする蒸発装置である。
That is, the present invention provides an evaporation device having a heat supply source, a heat radiation surface that radiates the heat, a heat receiving space in which a liquid to be evaporated is evaporated and in contact with the heat radiation surface, and a spray that sprays the liquid to be evaporated onto the heat radiation surface. The evaporator is characterized in that the heat radiation surface is substantially vertical.

即ち、放熱面への蒸発させる液体のスプレーにより効果
的な蒸発を起こす。スプレーされ放熱面に与えられた液
体は直ちに蒸発し又は流下液膜を形成しつつ極めて速や
かに蒸発する。
That is, effective evaporation occurs by spraying the liquid to be evaporated onto the heat dissipating surface. The sprayed liquid applied to the heat dissipating surface evaporates immediately or evaporates very quickly while forming a falling liquid film.

蒸発伝熱面又は加えて薄膜形成濡れ面を形成するための
極めて効果的な方法として、例えば第2図の例の様な充
てん物別用でなく、実質的に鉛直な放熱面を有する、こ
の面に垂直方向の厚さの小さな空間に於て放熱面に対し
蒸発させる液体をスプレーする装置が本発明により提案
される。スプレーされた液体は放熱面に拡がると同時に
蒸発し、蒸発しない分は放熱面を流下しつつ蒸発する。
As a highly effective method for forming an evaporative heat transfer surface or additionally a film-forming wetted surface, this method having a substantially vertical heat dissipation surface, rather than a separate filling as in the example of FIG. According to the invention, a device is proposed for spraying a liquid to be evaporated onto a heat dissipating surface in a small space with a small thickness in the direction perpendicular to the surface. The sprayed liquid evaporates as it spreads over the heat radiation surface, and the remaining liquid flows down the heat radiation surface and evaporates.

蒸発所要の熱が放熱面から直接液体に与えられるので効
率よく蒸発がなされる。
Since the heat required for evaporation is given directly to the liquid from the heat radiation surface, evaporation is performed efficiently.

蒸発がなされる空間は少なくとも1つの放熱面と他の面
又は2つの放熱面にはさまれた空間とするとよい。
The space in which evaporation occurs is preferably a space sandwiched between at least one heat radiation surface and another surface or two heat radiation surfaces.

放熱面の面積を本発明蒸発装置の占有空間内でまとまり
よく堆して蒸発量を増大させるには、蒸発がなされる空
間を、同形のものを積層し又は1枚の同空間をロール状
に配置し、何れも同空間が放熱面を介し給熱源と接する
構成が適する。前者はプレート型熱交換器の形式であり
例えば後述第3図のプレートフィン型からフィン220
及び230を除いたものである。フィンがない分伝熱な
いし蒸発効率は劣るが、プレートにデインプルを与え又
はスペーサを介してプレートを積層すればたやすく構成
できる利点がある。
In order to increase the amount of evaporation by depositing the area of the heat dissipation surface in a well-organized manner within the space occupied by the evaporator of the present invention, the space where evaporation is performed can be made by stacking pieces of the same shape, or by forming a single sheet of the same space into a roll. A suitable configuration is such that the same space is in contact with the heat supply source through the heat radiation surface. The former is a plate type heat exchanger, for example, the plate fin type shown in FIG.
and 230 are excluded. Although the heat transfer or evaporation efficiency is inferior due to the lack of fins, it has the advantage that it can be easily constructed by providing dimples on the plates or stacking the plates with spacers interposed therebetween.

尚プレートフィン型の利用に於ては、ステンレス鋼製の
薄い板を波状に折り曲げて作られるフィンが、仕切り壁
即ちプレートにろうづけにより接合されてなるプレート
フィンを用いることがこの目的のために好ましい。これ
らのフィンによって、伝熱面(放熱面)又は加えて薄膜
形成に必要な濡れ面を同時に確保できる。
When using the plate fin type, for this purpose, a plate fin is used, in which a fin made by bending a thin stainless steel plate into a wave shape is joined to a partition wall, that is, a plate, by brazing. preferable. These fins simultaneously provide a heat transfer surface (radiation surface) or a wetted surface necessary for forming a thin film.

給熱源は必要な高温度にある加熱用流体とし、これを放
熱面の裏面即ち受熱面に接して流通させる。これにより
加熱用流体から蒸発させる液体へ給熱する間接熱交換器
が形成される。
The heat supply source is a heating fluid at a required high temperature, and the fluid is circulated in contact with the back side of the heat radiation surface, that is, the heat receiving surface. This forms an indirect heat exchanger that supplies heat from the heating fluid to the liquid to be evaporated.

加熱用流体の流路にも受熱面にろうづけ等された流路平
行のフィンがある方が伝熱がよく好ましい。
It is preferable that the heating fluid flow path also have fins parallel to the flow path, which are brazed or the like on the heat-receiving surface, for better heat transfer.

蒸発させられた液体の蒸気(蒸発したガス)と加熱用流
体の流路方向は平行(並流)、向流、交流(交差流)い
ずれでもよいが、一般に両流体夫々の出入口の設定の都
合等からは、適当交差角度の交流、特に直交流が好まし
い。尚、蒸発したガスについては必ずしも受熱空間への
入口はない。
The flow path direction of the vapor of the evaporated liquid (evaporated gas) and the heating fluid may be parallel (co-current), counter-current, or alternating current (cross-flow), but generally it depends on the settings of the inlets and outlets for both fluids. etc., it is preferable to use an alternating current with a suitable crossing angle, especially a cross current. Note that the evaporated gas does not necessarily have an entrance to the heat receiving space.

プレートフィンは代表的には薄い波板を、その山部、谷
部に接して設けた薄板(プレート)で挟み込んで加熱流
体/蒸発させる液体双方の流路を形成し、一方を噴霧さ
れて蒸発したガスが流れる通路とし、これと上記薄板を
介して接する、類似の構造を有して設けられる他方の通
路を熱供給通路(加熱用流体流路)として用い、これら
の組み合わせを順次配列して構成され、代表的には前記
のとおり直交熱交換形式の熱交換器が形成され、両種の
流路は夫々少なくとも一層がこの熱交換器に配される。
A plate fin is typically a thin corrugated plate that is sandwiched between thin plates (plates) that are in contact with the peaks and valleys of the plate to form a flow path for both the heated fluid and the liquid to be evaporated. A passage through which the heated gas flows, and another passage having a similar structure and in contact with this through the thin plate is used as a heat supply passage (heating fluid flow passage), and these combinations are arranged in sequence. Typically, as described above, a cross heat exchange type heat exchanger is formed, and at least one layer of each of the two types of channels is arranged in this heat exchanger.

波板をその山/谷邪に接して薄板で挟みこむ場合に、冶
金的に一体的に接合するためには溶接やろうづけが適し
ている。冶金的に一体的に接合することは、単なる接触
による接合に比べて伝熱が優れているから採用される。
When a corrugated sheet is sandwiched between thin sheets in contact with its peaks/valleys, welding or brazing is suitable for metallurgically joining them integrally. Integral metallurgical bonding is adopted because heat transfer is superior to bonding by mere contact.

フィンを構成する板を薄くすることが伝熱、機器重量、
コスト等から好ましいので、この接合には、溶接などに
よることも考えられるが、最も能率的であるのはろう材
による真空ろうづけである。
Making the plates that make up the fins thinner improves heat transfer, equipment weight,
Although welding or the like may be used for this joining since it is preferable in terms of cost, etc., the most efficient method is vacuum brazing using a brazing filler metal.

蒸発面への均一な液の供給を確保するためには、代表的
には放熱面上端付近以上の部位に適当個数のスプレーを
配し、又は一つの放熱面に対向して、多数のスプレーを
蒸発したガスの流れ方向にわたり多段に、直列又は千鳥
状配列で配しく後述第6図〜第9図)、熱交換器の伝熱
面全体に散布できるようにすることもできる。
In order to ensure a uniform supply of liquid to the evaporation surface, typically an appropriate number of sprays are placed near the top of the heat radiation surface or above, or a large number of sprays are placed facing one heat radiation surface. It is also possible to arrange the evaporated gas in multiple stages in series or in a staggered arrangement in the direction of flow of the evaporated gas (see FIGS. 6 to 9, which will be described later), so that it can be sprayed over the entire heat transfer surface of the heat exchanger.

後者の場合は受熱側空間にはフィンを設けないか、フィ
ンの配置を変える、フィンを流路の高さ(厚さ)より小
さくする等の配慮が必要である。
In the latter case, consideration must be given to not providing fins in the heat receiving side space, changing the arrangement of the fins, or making the fins smaller in height (thickness) than the flow path.

散布された液体はこれにより均一分布とミスト状での供
給がなされ、蒸発面での蒸発を容易にならしめることが
できる。
This allows the sprayed liquid to be uniformly distributed and supplied in the form of a mist, making it easier to evaporate on the evaporation surface.

以下に、具体化例を示す図面を用いて、本発明の詳細な
説明する。特記なければ同じ符号は同じものを意味する
The present invention will be described in detail below using drawings showing specific examples. Unless otherwise specified, the same symbols mean the same thing.

第2図は、従来型式の充填物式蒸発装置100の縦断面
図である。容器の内部にコイル状に伝熱管30を配し、
その周囲に充填塔用の充填物(バッキング)20を充填
している。熱伝導による熱供給のために、通常は金属製
のバッキングが用いられている。このバッキングは単位
容積あたりの接触面積が大きくとれるものがよい。
FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a conventional packed evaporator 100. A heat transfer tube 30 is arranged in a coil shape inside the container,
A packing material (backing) 20 for a packed column is packed around it. For heat supply by conduction, a metal backing is usually used. This backing should preferably have a large contact area per unit volume.

容器上部には均一な液体の分配を可能にするように設計
されているスプレー10が配置されている。液はバッキ
ングにミスト状に供給され、薄膜を形成しながら、順次
下方に降下していく。
A spray 10 is arranged at the top of the container, which is designed to allow uniform liquid distribution. The liquid is supplied to the backing in the form of a mist and gradually descends downward while forming a thin film.

バッキングはコイル状伝熱管からの熱伝導により熱の供
給を受けているので、バッキング表面に形成された液の
薄膜は瞬間的に蒸発する。バッキング層上部で蒸発しな
かった液は下方に降下していき、さらに蒸発することが
できる。ただし、例えばコイル状伝熱管の配置が不適当
なことなどにより、蒸発/給熱のバランスが偏ると、液
がそのまま流下する部位が生じゃすい。
Since the backing receives heat by conduction from the coiled heat transfer tube, the thin film of liquid formed on the backing surface evaporates instantaneously. The liquid that has not evaporated above the backing layer falls downward and can be further evaporated. However, if the balance between evaporation and heat supply becomes unbalanced due to, for example, improper arrangement of the coiled heat transfer tubes, there will be areas where the liquid flows directly down.

蒸発した気体はバッキング層下部に設けられた、多数の
孔明けされてなる開口部から容器の管台50を経由して
外部に導かれる。加熱源(通常は水蒸気)は管台60を
経由してコイルに供給され、熱をバッキングに与えた後
に管台70を経由して系外に導かれる。
The evaporated gas is guided to the outside through a plurality of openings provided at the bottom of the backing layer and via the nozzle stub 50 of the container. A heating source (usually water vapor) is supplied to the coil via a nozzle 60 and, after imparting heat to the backing, is led out of the system via a nozzle 70.

第1図は本発明による蒸発装置200の一例の縦断面図
である。本例では蒸発面(放熱面)および熱供給部を構
成するものとして多層式プレートフィンよりなる直交流
熱交換器210を利用しており、その上部にスプレー1
0を少なくとも1個配したものである。熱を供給するた
めの熱源としてよく用いられているのは水蒸気であり、
蒸発装置に用いられている水蒸気は通常高温であること
が要求される。このため、冷熱産業に多用されているア
ルミニウム製プレートフィン熱交換器ではこの高温使用
に対して十分ではない。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of an example of an evaporator 200 according to the present invention. In this example, a cross-flow heat exchanger 210 made of multilayer plate fins is used to constitute the evaporation surface (heat radiation surface) and the heat supply section, and the spray 1
At least one 0 is arranged. Water vapor is often used as a heat source to supply heat.
The water vapor used in the evaporator is usually required to be at a high temperature. For this reason, aluminum plate-fin heat exchangers, which are widely used in the refrigeration industry, are not sufficient for this high-temperature use.

最近ステンレス鋼薄板をろうづけする技術が確立されて
おり、このような高温の使用に適するプレートフィン型
熱交換器が開発されている。
Recently, a technique for brazing thin stainless steel sheets has been established, and a plate-fin type heat exchanger suitable for use at such high temperatures has been developed.

本発明にあっても、このような熱交換器が望ましい。Such a heat exchanger is also desirable in the present invention.

プレートフィン型熱交換器の横断面及び縦断面の多くは
矩形であるので、スプレーの噴霧形態もそれに適したも
のが望ましい。万一、スプレーにより均一に供給され得
ない場合にあっては金属部の温度上昇が生じるが、最高
温度は蒸気の飽和温度までであり、蒸気圧力の設定によ
り飽和温度の予測は可能であるので、設計上の不安がな
い。
Since many of the cross sections and longitudinal sections of the plate-fin type heat exchanger are rectangular, it is desirable that the spray form be suitable for this. In the unlikely event that uniform spraying is not possible, the temperature of the metal part will rise, but the maximum temperature will be the saturated temperature of the steam, and the saturated temperature can be predicted by setting the steam pressure. , there are no design concerns.

従来型式蒸発装置の場合と同様に、上部で蒸発されなか
った液体は薄膜を形成しながら通路内を下方に降下して
いき、順次熱を受けて蒸発することになる。
As in the conventional evaporator, the liquid that is not evaporated in the upper part falls downward in the passage while forming a thin film, and is successively heated and evaporated.

直交型熱交換器にあっては、受熱側のフィンはろうづけ
によりプレートを介して、加熱源側のフィンと冶金的に
一体的に接合されているので、効率のよい熱交換が可能
である。したがって、冷起動の際においても応答性を著
しく向上することができ、必要蒸発量を得るまでの所用
時間を著しく短縮できる。
In orthogonal heat exchangers, the fins on the heat receiving side are metallurgically joined to the fins on the heating source side through a plate by brazing, allowing for efficient heat exchange. . Therefore, the responsiveness can be significantly improved even during a cold start, and the time required to obtain the required amount of evaporation can be significantly shortened.

第3図は直交型プレートフィン熱交換器を説明する図で
ある。220は蒸発させたい液の通路であり、230は
熱源側の通路である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an orthogonal plate-fin heat exchanger. 220 is a passage for the liquid to be evaporated, and 230 is a passage on the heat source side.

第4図は、直交熱交換器の蒸発ガス側を共通にさせて直
列に多段に配置した場合の図である(同図は2段の場合
)。必要蒸発量が著しく大きくなることが予想される場
合や、熱源側の温度低下が生じるなどして必要熱量を補
充する必要がある場合などには、予備として直列に多投
に配置しておけば、かかる場合にも対処できる。
FIG. 4 is a diagram showing a case where the orthogonal heat exchangers are arranged in multiple stages in series with the evaporative gas side shared in common (the figure shows a case of two stages). If the required amount of evaporation is expected to be significantly large, or if the required amount of heat needs to be replenished due to a drop in temperature on the heat source side, etc., you can place multiple evaporators in series as a backup. , such cases can also be dealt with.

1個の熱交換器で能力的に十分である場合には、下部の
熱交換器を使う必要は必ずしもない。
If one heat exchanger is sufficient in terms of capacity, it is not necessarily necessary to use the lower heat exchanger.

第5図はスプレーの上流側に例えばソレノイドバルブ3
00を設けて、オンオフを適宜させて負荷変動に対応す
ることを可能とする方式即ち、PWM (パルス幅変調
)方式を採用したものである。これは、システム側の負
荷の変動に応じて必要とされる蒸発量を調節したいとい
う場合に適する機能を付加したものである。
Figure 5 shows, for example, a solenoid valve 3 on the upstream side of the sprayer.
00 is provided, and the PWM (Pulse Width Modulation) method is adopted, which makes it possible to respond to load fluctuations by appropriately turning on and off. This is an additional function suitable for adjusting the required amount of evaporation according to fluctuations in the load on the system side.

必要蒸発量の調節にあっては、通常ポンプによる液体の
供給量を調節弁などにより調整することが行われている
。この場合、ポンプの最小吐出量いわゆるミニフローに
は限度があり、吐出量をそれ以下にすると機械的にも問
題が生じ、また機械効率も低下するのが通常である。
To adjust the required amount of evaporation, the amount of liquid supplied by a pump is usually adjusted using a control valve or the like. In this case, there is a limit to the minimum discharge amount of the pump, so-called mini-flow, and if the discharge amount is lower than this, mechanical problems usually occur and mechanical efficiency also decreases.

熱源側の流量を絞るということも考えられるが、受熱側
では蒸発しない部分即ち液体になって残る部分があり、
それがガラスと共に容器外に出るので分離器が必要にな
ってくる。
It is possible to reduce the flow rate on the heat source side, but on the heat receiving side there is a portion that does not evaporate, that is, a portion that remains as a liquid.
Since it comes out of the container along with the glass, a separator is required.

スプレーにあっても同様で、小さい噴射量が要求される
場合、スプレーの元圧を圧力調節弁などにより小さくす
ればある程度の流量の変動を得られる。しかしながら、
噴射の流量を極く微量に絞るために元圧を極端に下げる
と適正な噴射速度および噴射角度での噴射ができなくな
り、液が分散不良で滴下することになる。
The same applies to sprays; if a small injection amount is required, the flow rate can be varied to some extent by reducing the source pressure of the spray using a pressure control valve or the like. however,
If the source pressure is extremely lowered in order to reduce the injection flow rate to a very small amount, injection at an appropriate injection speed and angle will not be possible, and the liquid will drop due to poor dispersion.

システムの運転の都合により、最大必要流量が確保でき
る一方、極く僅かの流量も要求される場合、即ちターン
ダウン比が大なる場合には、何らかの工夫が必要である
。これに対応する方式の1つがPWM方式である。
Depending on the operating circumstances of the system, while the maximum required flow rate can be ensured, if a very small flow rate is also required, that is, if the turndown ratio is large, some measures are required. One of the methods corresponding to this is the PWM method.

スプレー10の上流に設けられたオンオフバルブ(通常
はソレノイドバルブ)300の開閉時間を、PWMコン
トロールユニット310にヨリ、適宜調節して、極少量
の蒸発要求量に対して応じる事ができる。即ち、極少量
の蒸発ガスが要求される場合には、バルブの開の時間を
短くし、必要蒸発ガス量が最大可能量の例えば100%
の量が必要とされる場合には、常時開の状態にすればよ
い。このような制御方式の例としては、自動車の燃料電
子噴射システムの例がよく知られている。
The opening/closing time of an on/off valve (usually a solenoid valve) 300 provided upstream of the sprayer 10 can be appropriately adjusted by the PWM control unit 310 to meet extremely small evaporation demands. That is, when a very small amount of evaporative gas is required, the valve opening time is shortened so that the required amount of evaporative gas is, for example, 100% of the maximum possible amount.
If this amount is required, it can be left open all the time. A well-known example of such a control method is the electronic fuel injection system for automobiles.

第6a図は複数のスプレーを蒸発ガス流れ方向にわたり
配置した場合の図(同図は、2段に直列に配置した場合
の例図)である。第6b図は第6a図の斜視見取り図で
ある。スプレー10は格子状配置であるが、必要に応じ
千鳥配置としてもよい。加熱流体側通路230はプレー
トフィンで構成されている。220は蒸発ガス通路であ
り、これは230を構成している薄板(プレート)の加
熱流体側通路の反対側に、蒸発ガス通路をはさむ他のプ
レートには届かない高さ小のフィン250が、ろうづけ
等で接合され、放熱(加熱蒸発)面を増加する目的で設
けられ、スプレー10により噴霧される液体を効果的に
蒸発するのに寄与する。
FIG. 6a is a diagram showing a case where a plurality of sprays are arranged across the flow direction of the evaporative gas (the figure is an example diagram when they are arranged in series in two stages). Figure 6b is a perspective view of Figure 6a. The sprays 10 are arranged in a grid pattern, but may be arranged in a staggered manner if necessary. The heating fluid side passage 230 is composed of plate fins. 220 is an evaporative gas passage, and on the opposite side of the heating fluid side passage of the thin plate (plate) composing 230, there is a fin 250 with a small height that does not reach the other plates that sandwich the evaporative gas passage. They are joined by brazing or the like, and are provided for the purpose of increasing the heat dissipation (heating and evaporation) surface, and contribute to effectively evaporating the liquid sprayed by the spray 10.

同図の例では、1段に3個のスプレーを直線状に配して
いるが、所望によりその数を増減することができる。こ
れにより、必要蒸発量の大小に対処することが可能とな
る。
In the example shown in the figure, three sprays are arranged in a straight line in one stage, but the number can be increased or decreased as desired. This makes it possible to deal with the magnitude of the required evaporation amount.

スプレーで噴霧された液体は、高さ小のフィン250上
で蒸発させられ又はさらに薄膜化されてから蒸発させら
れる。尚、十分な蒸発を確保するためにフィン250は
最下のスプレーよりも下方に、ある程度の長さで与えら
れると良い。
The sprayed liquid is evaporated on the small height fins 250 or is further thinned and then evaporated. In order to ensure sufficient evaporation, the fins 250 are preferably provided at a certain length below the lowest spray.

このように蒸発した気体は、下方の出口より系外へ導き
出される。同図では、上行する加熱流体と下行する蒸発
ガスとは向流形式にしているが、前述のとおり直交形式
であってもよい。
The evaporated gas is led out of the system through the lower outlet. In the figure, the ascending heating fluid and the descending evaporative gas flow countercurrently, but they may also flow orthogonally as described above.

この場合、加熱流体上流側のスプレーの配置密度又は液
体スプレー量を増加させることが好ましいことも多い。
In this case, it is often preferable to increase the spray arrangement density or liquid spray amount upstream of the heated fluid.

フィン250のスプレー10に対向する部位には適宜の
孔又は切欠き等を分布させてフィン250の裏面側の利
用をはかってもよい。
Appropriate holes or notches may be distributed in the portion of the fin 250 facing the spray 10 to utilize the back side of the fin 250.

このような組み合わされたものを1個のユニットとして
標準化し、これらを直列多段にまたは並行して配置する
ことによって、必要蒸発量の大小に対処することができ
る。第7図は、第6図の装置を直列2段に積み重ね、加
熱流体側と蒸発ガス側とは直交形式とし、スプレーを1
段とした場合の側面である。
By standardizing such combinations as one unit and arranging them in series or in parallel, it is possible to deal with the required amount of evaporation. Figure 7 shows the apparatus shown in Figure 6 stacked in two stages in series, with the heated fluid side and evaporative gas side perpendicular to each other, and the spray
This is a side view of the case where it is stepped.

第8図は、複数のスプレーを蒸発ガス流れ方向にわたり
多段に蒸発空間を挟んで互い違いに配置した場合の側面
である。第6図とは異なり、加熱流体通路230の一方
の側は放熱面として機能させないので、断熱材260を
これに接して設けて熱の放散を防止するのがよい。勿論
、スプレー側も断熱構造とする方が好ましい。この場合
も、前述の如く、ユニットごとに標準化し、これらを多
段に配置することにより、必要蒸発量の大小に対処でき
る。
FIG. 8 is a side view of a case where a plurality of sprays are alternately arranged in multiple stages across the evaporation gas flow direction with evaporation spaces in between. Unlike FIG. 6, one side of the heating fluid passage 230 does not function as a heat dissipation surface, so it is preferable to provide a heat insulating material 260 in contact therewith to prevent heat dissipation. Of course, it is preferable that the spray side also has a heat insulating structure. In this case as well, as described above, by standardizing each unit and arranging them in multiple stages, it is possible to deal with the magnitude of the required evaporation amount.

第9図は、第6図の構成ユニットを鏡像のようにして配
置したものであり、スプレーの配置される蒸発空間の一
方を共通化させて構成したものであり、多段や並行配置
ができない場合などで、小型化が要求される場合などに
効果的である。加熱流体と蒸発ガスとは直交型式をなし
ている。
Figure 9 shows the configuration units in Figure 6 arranged in a mirror image manner, with one side of the evaporation space where the spray is placed in common, and when multi-stage or parallel arrangement is not possible. This is effective in cases where miniaturization is required, such as in applications. The heating fluid and the vaporized gas are orthogonal.

尚、上記では受熱空間で発生した蒸発ガスは、液体から
気体への変化による体積増加により専ら、同空間出口か
ら送出されるが、不活性の気体又は他の種の原料ガスを
キャリアガスとして常時又は必要時流すことをこれに併
用してもよい。
In the above, the evaporated gas generated in the heat receiving space is mainly sent out from the exit of the space due to the volume increase due to the change from liquid to gas, but it is always possible to use inert gas or other types of raw material gas as a carrier gas. Alternatively, this may be combined with flushing when necessary.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に詳述した本発明によれば次の様な効果が得られる
According to the present invention detailed above, the following effects can be obtained.

1)冷起動特性に優れているので、例えばオンサイト型
燃料電池などの用途に用いることができる。
1) Since it has excellent cold start characteristics, it can be used for applications such as on-site fuel cells.

2) システム側の負荷変化に対して応答性の良好な蒸
発装置を提供できる。
2) It is possible to provide an evaporator with good responsiveness to changes in the load on the system side.

3)プレート又はプレートフィン熱交換器形式を用いれ
ば、蒸発面を単位容積あたり大きく取れ、薄膜を形成す
ることが容易である。
3) If a plate or plate-fin heat exchanger type is used, a large evaporation surface can be obtained per unit volume, and a thin film can be easily formed.

4)加熱蒸発が効率的に行いつる。4) Heat evaporation is performed efficiently.

5)装置の小型化を可能とする。5) Enables miniaturization of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明になる蒸発装置の説明図である。第2図
は従来型式の蒸発装置の縦断面図である。第3図はプレ
ートフィン型熱交換器の説明図である。第4〜9図は本
発明になる蒸発装置の実施例図である。 10  スプレー 20  金属製バッキング 30  伝熱管コイル 40  液体人口管台 50  気体出口管台 60  熱媒人口管台 70  熱媒出口管台 100  従来型式蒸発装デ 200  蒸発装置 210  プレートフィン熱交換器 220  蒸発液体/ガス側通路 230  熱源側通路 300  ソレノイドバルブ
FIG. 1 is an explanatory diagram of an evaporator according to the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a conventional evaporator. FIG. 3 is an explanatory diagram of a plate-fin type heat exchanger. FIGS. 4 to 9 are illustrations of embodiments of the evaporator according to the present invention. 10 Spray 20 Metal backing 30 Heat exchanger tube coil 40 Liquid nozzle 50 Gas outlet nozzle 60 Heat medium nozzle 70 Heat medium outlet nozzle 100 Conventional evaporator 200 Evaporator 210 Plate fin heat exchanger 220 Evaporative liquid /Gas side passage 230 Heat source side passage 300 Solenoid valve

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 給熱源とその熱を放熱する放熱面と、蒸発させる液
体をその内部に蒸発させかつ放熱面に接する受熱空間と
、蒸発させる液体を放熱面に噴射させるスプレーとを有
する蒸発装置であって、放熱面が実質的に鉛直方向であ
る蒸発装置。 2 蒸発装置が、給熱源である給熱流体と蒸発させる液
体の間で熱を授受する間接熱交換器である請求項1記載
の装置。 3 間接熱交換器がプレート又はプレートフィンを積層
した交流型熱交換器である請求項2記載の装置。 4 交流型熱交換器が直交型である請求項3記載の装置
。 5 噴射が放熱面上端付近以上からなされる請求項1記
載の装置。 6 受熱空間とスプレーの組を、受熱空間を直列に接続
して、受熱空間の数だけ多段に与えた請求項1記載の装
置。 7 スプレーへの蒸発させる液体の供給をパルス幅変調
方式により開閉する弁により制御する請求項1〜6のい
ずれか1項記載の装置。 8 放熱面の材質をステンレス鋼とする請求項1〜7の
いずれか1項記載の装置。
[Scope of Claims] 1. A heat supply source, a heat radiation surface that radiates the heat, a heat receiving space in which a liquid to be evaporated is evaporated and in contact with the heat radiation surface, and a spray that sprays the liquid to be evaporated onto the heat radiation surface. An evaporation device, the evaporation device having a heat dissipation surface that is substantially vertical. 2. The apparatus according to claim 1, wherein the evaporator is an indirect heat exchanger that transfers heat between a heat supply fluid that is a heat supply source and a liquid to be evaporated. 3. The apparatus according to claim 2, wherein the indirect heat exchanger is an AC heat exchanger in which plates or plate fins are laminated. 4. The apparatus according to claim 3, wherein the AC heat exchanger is of the orthogonal type. 5. The apparatus according to claim 1, wherein the injection is performed from near the upper end of the heat radiation surface or above. 6. The apparatus according to claim 1, wherein the heat receiving spaces and spray sets are provided in multiple stages equal to the number of heat receiving spaces by connecting the heat receiving spaces in series. 7. The apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the supply of the liquid to be evaporated to the spray is controlled by a valve that opens and closes using a pulse width modulation method. 8. The device according to any one of claims 1 to 7, wherein the material of the heat dissipation surface is stainless steel.
JP25724189A 1989-10-02 1989-10-02 Evaporator Pending JPH03118801A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25724189A JPH03118801A (en) 1989-10-02 1989-10-02 Evaporator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25724189A JPH03118801A (en) 1989-10-02 1989-10-02 Evaporator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03118801A true JPH03118801A (en) 1991-05-21

Family

ID=17303649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25724189A Pending JPH03118801A (en) 1989-10-02 1989-10-02 Evaporator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03118801A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009150624A (en) * 2007-12-21 2009-07-09 Tokyo Electric Power Co Inc:The Evaporator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009150624A (en) * 2007-12-21 2009-07-09 Tokyo Electric Power Co Inc:The Evaporator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2124361C (en) Combination direct and indirect closed circuit evaporative heat exchanger
US3282334A (en) Heat exchanger
EP2307842B1 (en) Heat exchanger
US6253571B1 (en) Liquid distributor, falling film heat exchanger and absorption refrigeration
US4700771A (en) Multi-zone boiling process and apparatus
US6681844B1 (en) Plate type heat exchanger
US20120090354A1 (en) Plate Heat Exchanger with Exchanging Structure Forming Several Channels in a Passage
JP3100371B1 (en) Evaporator
KR102249945B1 (en) An evaporation and absorption unit
JPH11337286A (en) Plate-fin heat exchanger, its assembling method, low-temperature air separator incorporating the same, and down-flow reboiler
GB2131538A (en) Liquid film evaporation type heat exchanger
US5099915A (en) Helical jet impingement evaporator
GB2065281A (en) Controlled performance heat exchanger for evaporative and condensing processes
JP2000179989A (en) Sprinkler of absorption water cooler/heater
JP4194938B2 (en) Heat transfer plate, plate pack and plate heat exchanger
JPH03118801A (en) Evaporator
JP2001050657A (en) Brazed plate type reboiler condenser and air rectifying plant
JPS5818094A (en) Evaporator
JPH09103602A (en) Separation apparatus and method by electromagnetic induction heating
JP2000111244A (en) Flowing-down liquid film type condensation evaporator
JPH0141034Y2 (en)
JPH0789009B2 (en) Condensation evaporator and its operating method
JPH01171602A (en) Heat-transmitting plate element for plate type flowing liquid film evaporator
JPH0539351Y2 (en)
JPH0268476A (en) Condensation vaporizer and operation thereof