JPH04244202A - 凹凸表面型プレート熱交換器による多段フラッシュ蒸発装置 - Google Patents

凹凸表面型プレート熱交換器による多段フラッシュ蒸発装置

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JPH04244202A
JPH04244202A JP3217106A JP21710691A JPH04244202A JP H04244202 A JPH04244202 A JP H04244202A JP 3217106 A JP3217106 A JP 3217106A JP 21710691 A JP21710691 A JP 21710691A JP H04244202 A JPH04244202 A JP H04244202A
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vessel
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JP3217106A
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Carl L Elmore
カール エル エルモア
Kyle D Infante
キール ディー インファント
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Kamyr Inc
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    • B01DSEPARATION
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    • B01D3/06Flash distillation
    • B01D3/065Multiple-effect flash distillation (more than two traps)
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多くのプロセスに特に
有利な蒸発装置及び個々の蒸発効用缶に関する。本発明
は、特に水の脱塩に適用できるが、これに限定されるも
のではない。
【0002】
【従来の技術及び課題】多段フラッシュ蒸発装置は、そ
れ自体は、水の脱塩(蒸留)に周知であり、1950年
代以来この目的のために商用化されている。従来的多段
フラッシュ蒸発装置では、直列に相互に連結した効用缶
が用いられ、各効用缶には水平に延びた管が配列され、
蒸発されるべき水はこれらの管を流れ、その流れは加熱
器へ導かれる。加熱器からは蒸発されるべき水が、前記
効用缶の段へ、最初の流れとは向流に戻され、フラッシ
ュされ、蒸気は液滴分離器を通り、次いで比較的冷たい
管と接触し、凝縮液となり、管の下側に捕集される。管
の配列は、十字的に配列し、管は水箱を介して連絡し、
水箱内の液は各効用缶を移動するようにさせることもで
き、あるいは長管的に配列し、各効用缶間を伸びる管は
、各効用缶で(それと向流に)フラッシュされる液の流
れに平行な方向に配置させることもできる。
【0003】従来の多段フラッシュ蒸発装置は効果的で
はあるものの、所望されている程の高効率を有していな
いうらみがある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、多段フ
ラッシュ蒸発装置及びそのための個々の効用缶が提供さ
れるが、これは、従来型の多段フラッシュ蒸発器装置に
比して数多くの利点を有し得るものである。本発明では
、管の代わりに、水平に伸びた、延長された凹凸表面型
プレート蒸発器要素が使用される。凹凸表面型プレート
蒸発器要素は、一組以上使用され、段々状に上に積み重
ねられる。凹凸表面型水平プレート蒸発器要素構造は、
均一な液分散、高熱伝達係数、及び他の潜在的利点を有
する。この凹凸表面型プレートは、米国特許第3,21
1,219号及び第3,512,239号明細書に示さ
れるような構造を有することが好ましい。これらの特許
の開示内容を本明細書中に参考文献として引用するもの
とする。
【0005】本発明の態様の一つによれば、多段フラッ
シュ蒸発装置における蒸発効用缶が提供される。この蒸
発効用缶は以下の要素を包含する。頂部、底部、第一端
、及び第二端を有する水平方向に長い槽。長い凹凸表面
型プレート蒸発器要素で、内部通路を定義し、外部表面
を有する蒸発器要素の第一組立体。凹凸表面のプレート
蒸発器要素の第一組立体を水平方向に長い槽に配設し、
この組み立て体内に凹凸表面のプレート蒸発器要素の外
部表面の間には間隙が有るようにし、そして蒸発器要素
は槽の底部より上であるが、槽の頂部よりは下になるよ
うにこの蒸発器要素を据え付ける手段。蒸発器要素の下
の、槽の底部に、蒸発されるべき高温液用の底部室を定
義する手段。底部室の高温液からの蒸気を蒸発器要素の
外部表面と接触させるために上方へ通過させる少なくと
も一本のチャンネルを定義する手段。該チャンネルと運
転上は連なっている液滴分離手段。及び凹凸表面のプレ
ート蒸発器要素上に凝縮した蒸気によって生成された凝
縮液を受けるため、及び該凝縮液を槽の外へ移送するた
めの、室の底部より上であるが蒸発器要素の下に配設さ
れる凝縮液捕集手段。蒸発器要素を取り付ける手段は、
複数の支持材(例えばI型ビーム)で、プレート蒸発器
要素の長手方向を実質的に横断し、槽の略中央(例えば
、断面が円形の場合水平直径のところ)に取り付けられ
ているものでよい。この支持材は、その面に開口部を有
し、凝縮液捕集手段によって捕集された凝縮液がこの開
口部のところから流れ出すことができる。ちなみに、こ
の凝縮液捕集手段は支持材とほぼ同じ高さに位置する。 勿論、第二、第三、及び更に多い段の凹凸表面のプレー
ト蒸発器要素を、山型に配列して構成することが可能で
ある。
【0006】各効用缶の内部通路に蒸発すべき液を導入
し、これを予熱することが望ましいが、それは、槽の第
二端の所にある効用缶要素の底部通路へ液を導入し、効
用缶要素の上部の槽の第一端からこれを抜き出すことに
よって行われる。一方、蒸発すべき液は、その予熱後に
、槽の第一端の底部室へ入り、槽の第二端の底部室から
出ていく。
【0007】蒸発装置が海水の脱塩(蒸留)に使用され
る場合は、効用缶要素に使用される凹凸表面プレートは
チタン、銅、ニッケル、又はアルミニウム製であること
が好ましい。しかし、黒液を蒸留する場合は、プレート
をステンレス製とすることができる。犠牲陽極(例えば
亜鉛陽極)を上記プレート熱交換器の傍に設置し、その
寿命を延ばすことも可能である。
【0008】また、本発明によれば多段フラッシュ蒸発
装置が提供されるが、これは上に記載の複数の効用缶を
互いに連結したものから成る。第一段効用缶の近くには
液加熱器が設けられ、液はこれを通り第一段の底部室へ
入る。加熱され液は次に、各々フラッシュして後段の各
底部室へ入る。この際、圧力は第一段から最後の段に至
るまで少しずつ減少する。この圧力減少は、最後の段を
部分的真空に、例えばスチームエジェクターに繋げるこ
とによって達成することができる。凝縮液は、蒸発する
液の流れと平行に一つの段から次の段へ流れるが、一方
蒸発されるべき液は、加熱される前に上記凹凸表面型プ
レート蒸発効用缶内の通路を通ってこれらの流れと向流
的に流れ、予熱後に加熱器へ導入される。この蒸発装置
は、一回通過型多段蒸留装置でも、循環型蒸留装置でも
どちらでもよい。
【0009】本発明の主な目的は効果的な多段フラッシ
ュ蒸発装置及びこれに使用される個々の蒸発効用缶を提
供することである。本発明のこの目的及び他の目的は、
本発明の詳細な説明及び特許請求の範囲を吟味すること
によって明白となるであろう。
【0010】さて、図面の詳細な説明を行う。図1の1
0は、本発明の多段フラッシュ蒸発装置を概略的に示す
もので、第一段、第二段及び第n段を示す。段数は何段
でも設けることができる。図1に示される蒸発装置は、
各個別効用缶(段)の詳細を別にして、従来的多段フラ
ッシュ蒸発装置と実質的には同一にして差し支えない。 図1の蒸発装置10は、海水の脱塩(蒸留)に関して記
載するものとするが、この蒸発装置は他の目的にも使用
されることは当然理解されよう。
【0011】蒸発すべき海水を加熱する塩水加熱器は図
1の11に概略示される。導管12の海水は加熱器11
に供給され、閉行路内を流れ、スチームは、ボイラー1
4から導管13を経て加熱器11内の、導管12を囲む
開放内部空間に供給される。スチームの熱は、導管12
内の海水に伝達され、スチームの凝縮液は凝縮液導管1
5を経て加熱器11の底から抜き出され、ボイラー14
へ循環される。
【0012】加熱器11からは加熱された海水が先ず第
一段へ流れ、次に蒸発装置10の後段のフラッシュ及び
熱回収部へ流れる。各段の装置、例えば第一段は、頂部
18、底部19、第一端20、第二端21、及び側部を
有する槽17である。一組の長手方向に長い凹凸表面型
プレート蒸発器要素は、図1の23に概略示されている
が、各段に設置され、各要素は、その要素の二枚のプレ
ートの間に定義される内部通路を有し、各二枚のプレー
トによって定義される複数の要素が上記一組の蒸発器要
素内に備えられる。要素23は、その長手方向が水平に
なるように各槽17内に取り付けられる。
【0013】各槽17は、また蒸発すべき高温液を加熱
器11から受け取る底部室24を定義する手段を包含す
る。入口導管25が槽11の第一端に設けられ、高温液
は室24へ入るとフラッシュし、蒸気が発生し、上方へ
流れる。導入された液の大部分はしかしながら液のまま
の状態であり、出口導管26を経て次段の槽17へ流れ
込む。
【0014】室24にて生成する蒸気は一本又はそれ以
上のチャンネル(各々内部にデミスター27を有する)
を経て槽17の上部部分へ流れ、そのプレート熱交換器
要素23と接触する。要素23は蒸気より低温であるの
で、蒸気は凹凸表面型プレート上で凝縮し、凝縮液捕集
手段(図1では参照数字28で一般に示されている)へ
膜状に落下する。この凝縮液/蒸留液は導管29を経て
第一段から第二段へ、それから次第に後段へと、蒸発さ
れるべき塩水の流れと平行に流れる。最終的には、生成
した新しい水製品/蒸留水は導管30から最後の(n番
目の)段の導管から抜き出される。
【0015】第一段から最後の段に至る各段における圧
力は次第に減少する。このように圧力を連続的に減少さ
せることは、第n段目に部分的真空をかけることによっ
て、例えば従来的なスチームエジェクター31を用いる
ことによって行うことができる。
【0016】図1に示される蒸発装置10は一回通過型
の多段フラッシュ蒸発装置である。つまり、塩水は、循
環されるのではなく、第n段目から32の箇所で排出さ
れる。
【0017】蒸発すべき海水を塩水加熱器11へ供給す
る前に予熱することは望ましいことである。これは、本
発明の場合槽17内の各効用缶内に、蒸留液及びフラッ
シュする塩水の流れと向流に、海水を流すことによって
行われる。海水は最初原料導管34へ導入され、その一
部はエジェクター・凝縮器35へ通されるが、大部分は
最後の効用缶の凹凸表面型プレート蒸発器要素23の底
部にある入口へ流れる。この海水は、要素の第一組立体
23の各要素を形成する表面凹凸プレートの間にある通
路を通り、最終効用缶において凝縮熱を放出する蒸気に
よって加熱される。次に海水は要素23の37の所から
、最終段の効用缶の第一端20近くの要素の頂部から抜
き出され、次の効用缶の第二端の要素23の底部へ送ら
れる。このような操作を行うと、海水が予熱される時、
海水の向流(蒸留液及びフラッシュする塩水の流れに対
して)移動が達成される。最後には、予熱された海水は
、第一段効用缶の第二端の頂部にある導管38から抜き
出されるが、この導管は、塩水加熱器11へ通ずる導管
12に接続されている。
【0018】従来と同じように、図1の右側に示されて
いるように導管34の中の海水には化学薬剤を加えるの
が好ましい。この薬剤としては、190°F まではポ
リ燐酸塩、あるいは250°F まではポリ電解質など
を挙げることができる。他の従来的物質もまた使用する
ことができる。
【0019】図2は、蒸発装置の供給部を図1と同様に
示すものであるが、これは一回通過型のプラント用でな
く、循環型プラント用である。この実施態様においては
、最終段の導管32を経て抜き出される塩水は、循環ポ
ンプ39でポンプ移送され、その大部分は、補給ポンプ
41によってポンプ移送される導管40中の新鮮な海水
と一緒にされ、最終段の一つ前の段へ塩水供給物36と
して供給される。ポンプ41によって送られる海水は、
最終段の頂部にある蒸発器要素23へ導管42中の海水
を送ることによって少し予熱された状態にあるものであ
るが、ポンプ41に送る前に脱気器43を通すことが好
ましい。
【0020】本発明の蒸発装置10の各効用缶を、より
詳細に示すものは、図3及び4に記載されている。注記
すべきは、図3及び4に示すように、効用缶は、ただ一
組ではなく、複数の組の効用缶を用いることが好ましい
ということである。第一の組立体23に加えて、図3及
び4においては凹凸表面プレート蒸発器要素の第二組立
体50、及び第三組立体51が用いられている。注記す
べきは、図4に最も明快に記載されているように、これ
ら組立体は山型の配列で一段ずつ積み重ねられている。 山型に積み重ねられた効用缶は、槽17が四辺形の断面
を有するならば不必要ではあるが、槽17は円形の断面
積を有するのが最も好ましいので、この場合は山型に積
み重ねるのが望ましくなる。
【0021】各組立体23,50,51を形成する凹凸
表面型プレートは、米国特許第3,211,219号お
よび3,512,239号明細書に図及び説明が記載さ
れているので、この開示内容を本明細書に参考文献とし
て引用する。組立体23,50,51の各個別要素は、
蒸発器要素の長手方向を横断する方向で水平に各要素か
ら間隔をおいて配置されているので、各プレートの外表
面は、槽17の底部室24から発生するフラッシュ塩水
の蒸気と接触することができるようになっている。
【0022】槽17内の組立体23,50,51の熱交
換器要素を取り付ける手段は、要素23などの長手方向
を水平に実質的に横切って伸びる複数の支持材でできて
いるのが好ましく、このような支持材は、I型ビーム5
3の形で図3及び4に示されている。このI型ビーム5
3は槽の断面が円形である場合には、槽17の水平直径
の箇所に設置されるのが好ましい。
【0023】蒸気が室24の底から出て組立体23など
の要素と接触するためのチャンネルを定義するのに設け
られる手段は、I型ビーム53、及び凝縮液捕集手段2
8と第一組立体23の要素との側面を包含する。従来的
デミスター27も各チャンネルに設けられるが、このチ
ャンネルは図4に参照矢印及び数字55で図示的に記載
されている。
【0024】凝縮液捕集手段28は、図3及び4に示さ
れているように、長い樋の形であるのが好ましい。図3
においては、この樋は、各I型ビーム53の所で切断さ
れているが、これはI型ビーム中の開口57を定義する
手段を示すためで、この開口によって槽17の第一端2
0の入口導管29から、槽17の第二端21の同様な出
口導管29へ凝縮液を流すことができるのである。組立
体23などの凹凸表面プレート蒸発器要素の上を薄膜状
に落下する凝縮液は重力によって樋28の開放頂部へ直
接落下し、次に図示のように槽17の第二端21の方向
へ流れる。
【0025】フラッシュすべき塩水を一つの槽17から
次の段へ導入するためには、広い範囲の従来的配列のも
のを使用することができる。図3及び4に示される実施
態様においては、各効用缶の間には、図1に概略図示さ
れる導管26のような明確な導管の代わりに、共通の壁
を用いると効用缶の一つの第一端と一つ前の効用缶の第
二端とが出来上がるので、設ける必要のあるものは、各
槽17の端部壁20,21の各々に開けられた長いスリ
ット60であるだけである。堰61は、各槽17の第一
端20よりはその第二端21のほうに近い位置で底部室
24に設けることが好ましい。スリット60と堰61の
高さは、塩水の容積が第一段から最後の段まで流れるに
つれて減少するということを考慮して寸法が定められる
。塩水の一部は各段で蒸発し、その結果液の量が減少す
るのは明らかだからである。
【0026】蒸発装置10及びその効用缶が海水からの
新鮮な水を得るために使用される場合は、この凹凸表面
型プレートをチタン、銅、ニッケル、又はアルミニウム
製とすることが望ましく、チタンが好ましい。しかし、
蒸留水がその代わりに黒液から製造される場合は、凹凸
表面型プレート蒸発器要素を形成するプレートをその代
わりにステンレス製とすることができる。ある状況下で
は、一つ以上の効用缶に犠牲陽極を付けることが望まし
いかも知れない。槽17に付けた犠牲亜鉛陽極は、極め
て概略的であるが図3の63に示されている。陽極63
の位置は、もし電流が流れたら、凹凸表面型プレートで
はなく犠牲陽極63が消費されるようにするものである
【0027】従って、本発明によれば、高熱伝達係数及
び均一液分布特性を有する各個別の蒸発器効用缶、及び
蒸発器装置が提供されたことが分かるであろう。本発明
は、最も実際的、好ましい実施態様であると現在考えら
れるものについてのみ本明細書において図示かつ説明さ
れているに過ぎないのであるから、当業者には本発明の
範囲にて本発明について多くの変形が可能であるのは明
らかである。従って、本発明は、記載の特許請求の範囲
を最大限に解釈して等価の構造及び方法を全て包括する
ものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一回通過型多段フラッシュ蒸発
器の概略図である。
【図2】図2は図1の蒸発装置の最後の段の変形装置で
あり、塩水の循環を示す。
【図3】図3は図1の蒸発装置の二つの効用缶の部分の
側面概略断面図である。
【図4】図4は図3の装置の端面図で、槽の端部の壁を
切り除いて、凝縮液が取り出される槽端部を覗いたもの
である。
【符号の説明】
10…蒸発装置、11…加熱器、12,13,15,2
5,29,30,32,34,38,40…導管、14
…ボイラー、17…槽、18…頂部、19…底部、20
…第一端、21…第二端、23,50,51…蒸発器要
素、24…底部室、27…デミスター、31…エジェク
ター、35…エジェクター凝縮器、36…入口、37…
出口、39,41…ポンプ、53…I型ビーム、60…
スリット、63…犠牲陽極

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  多段フラッシュ蒸発器用の蒸発効用缶
    であって、蒸発器要素を内包する、頂部、底部、第一端
    、及び第二端を有する水平方向に長い槽;蒸発器要素の
    下の、槽の底部に近い場所に蒸発されるべき高温液用の
    底部室を定義する手段;底部室の高温液からの蒸気を蒸
    発器要素の外部表面と接触させるために上方へ通過させ
    る少なくとも一本のチャンネルを定義する手段;該チャ
    ンネルと運転上は連なっている液滴分離手段;及び凹凸
    表面のプレート蒸発器要素上に凝縮した蒸気によって生
    成された凝縮液を受けるため、及び該凝縮液を槽の外へ
    移送するための、底部室より上であるが蒸発器要素の下
    に配設される凝縮液捕集手段を包含する多段フラッシュ
    蒸発器用の蒸発効用缶において、蒸発器要素が、内部通
    路を定義し、外部表面を有する長い凹凸表面型プレート
    熱交換器の第一組立体を含み、及び前記凹凸表面型プレ
    ート蒸発器要素の第一組立体を前記水平方向に長い槽に
    取り付け、この組立体内の凹凸表面型プレート蒸発器要
    素の外部表面の間には間隙が有るようにし、そして前記
    蒸発器要素は槽の底部より上であるが、槽の頂部よりは
    下になるようにこの蒸発要素を取り付ける手段を特徴と
    する多段フラッシュ蒸発器用蒸発効用缶。
  2. 【請求項2】  前記底部室の第一端の所の高温液体入
    口、及び前記底部室の第二端の所の高温液体出口、及び
    前記第一端よりは前記第二端の近くに前記底部室内に配
    設された堰を更に特徴とする請求項1記載の蒸発効用缶
  3. 【請求項3】  凹凸表面型プレート蒸発器要素の前記
    第一組立体を取り付ける手段は、前記凹凸表面型プレー
    ト蒸発器要素の前記長手方向を水平に実質的に横断して
    伸びる複数の支持材で、前記支持材は、その面に開口部
    を定義する手段を有し、凝縮液がこの開口部のところか
    ら流れ出すことができ、前記支持材は、前記凝縮液捕集
    手段内に少なくとも部分的には含まれていることを更に
    特徴とする請求項1記載の蒸発効用缶。
  4. 【請求項4】  長い凹凸表面のプレート蒸発器要素の
    第二組立体が前記第一組立体の頂部に配設され、両者は
    山型配置を形成していることを更に特徴とする請求項1
    記載の蒸発効用缶。
  5. 【請求項5】  長い凹凸表面のプレート蒸発器要素の
    第三組立体が前記第二組立体の頂部に山型の配置で設け
    られていることを更に特徴とする請求項4記載の蒸発効
    用缶。
  6. 【請求項6】  前記底部室の液より低温の液を、前記
    要素の底の部分の前記槽の前記第二端の所の前記凹凸表
    面型プレート蒸発器要素の内部に導入する手段、前記蒸
    発要素の頂部の部分の前記槽の前記第一端の所から前記
    液を抜き出す手段、及び前記底部室の第一端の高温液入
    口、及び前記槽底部室の第二端からの高温液出口を特徴
    とする請求項1記載の蒸発効用缶。
  7. 【請求項7】  前記槽の断面が円形で、前記蒸発器要
    素取り付け手段が概略前記槽の水平な直径部分に設けら
    れていることを特徴とする請求項1記載の蒸発効用缶。
  8. 【請求項8】  前記プレート熱交換器に近接した所に
    犠牲陽極を設置することを特徴とする請求項1記載の蒸
    発効用缶。
  9. 【請求項9】  第一液体を蒸発させる多段フラッシュ
    蒸発装置であって、前記液体を加熱する加熱器、直列に
    取り付けられ、少なくとも第一、第二、及び最終段効用
    缶を含む複数の蒸発効用缶を包含し、そして各効用缶は
    、頂部、底部、第一端、及び第二端を有する水平方向に
    長い槽から成る多段フラッシュ蒸発装置において、各効
    用缶は、各々が内部通路を定義し、外部表面を有する長
    い凹凸表面型プレート蒸発器要素の第一組立体;凹凸表
    面型プレート蒸発器要素の前記第一組立体を水平方向に
    長い位置に取り付け、そして前記組立体内の凹凸表面型
    プレート蒸発器要素の外部表面の間には間隙が有るよう
    にし、そして前記蒸発器要素が槽の底部より上であるが
    、槽の頂部よりは下になるようにこの蒸発器要素を据え
    付ける手段;蒸発器要素の下の、槽の底部に近い場所に
    蒸発されるべき高温液用の底部室を定義する手段;底部
    室の高温液からの蒸気を蒸発器要素の外部表面と接触さ
    せるために上方へ通過させる少なくとも一本のチャンネ
    ルを定義する手段;前記チャンネルと運転上は連なって
    いる液滴分離手段;及び前記凹凸表面のプレート蒸発器
    要素上に凝縮した蒸気によって生成された凝縮液を受け
    るため、及び該凝縮液を槽の外へ移送するための、前記
    底部室より上であるが前記要素の下に配設された凝縮液
    捕集手段を包含し、前記第一効用缶の前記第一端の所で
    前記加熱器と接続され、そして前記第二効用缶底部室と
    接続された前記第一効用缶の前記底部室(後段の各効用
    缶の底部室との間にも連絡手段が直列的にある)、及び
    第一効用缶の第二端の所の第一効用缶の前記凝縮液捕集
    手段から、第二効用缶の第一端の所の第二効用缶の凝縮
    液捕集手段へ凝縮液を移送する凝縮液移送手段(残りの
    効用缶の凝縮液捕集手段の間にも後続の連結手段が直列
    にある)、を特徴とする多段フラッシュ蒸発装置。
  10. 【請求項10】  前記蒸発効用缶要素が配設されてい
    る空間内で前記最終段効用缶の真空を部分的に引く手段
    、前記最終段の効用缶の第二端の所で、その底部で前記
    最終段の効用缶の前記凹凸表面型プレート蒸発器要素の
    内部通路へ第一液を供給し、そして前記最終段の効用缶
    の第一端の所の前記要素の通路の頂部部分から液を流す
    手段、前記最終段の効用缶の第一端からの前記蒸発器要
    素の前記頂部部分を次の段の効用缶の前記第二端へ相互
    に接続させる手段(効用缶全てについて蒸発器要素通路
    間にも後続の連結手段がある)、及び前記最初の段の効
    用缶の蒸発器要素中の通路から前記加熱手段へ第一液を
    輸送する手段を特徴とる請求項9記載の蒸発装置。
JP3217106A 1990-09-10 1991-08-28 凹凸表面型プレート熱交換器による多段フラッシュ蒸発装置 Withdrawn JPH04244202A (ja)

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