JPH0526588A - 液流下型プレート式熱交換器の液分散装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 伝熱プレートの積層枚数の増減や増締等によ
る処理液の液供給通路の寸法の変化に対応する。 【構成】 液流下型プレート式熱交換器のそれぞれの伝
熱プレート３の処理液の入口同士が連通して形成された
処理液の供給通路内に、周壁面に軸線方向に沿う全域に
亘って多数の細孔２８を穿設した液分散ノズル２７を位
置決め状態で嵌挿固着した液分散装置において、液分散
ノズルが、周壁面に軸線方向に沿う全域に亘って多数の
細孔２８を穿設し、かつ、外周面に軸線方向に沿ってガ
イド棒を固設したスライドパイプ３１と、同じく周壁面
に軸線方向に沿う全域に亘って多数の細孔を穿設し、か
つ、内周面にスライドパイプ３１の外径と同じ内径を有
するフランジを突設するとともに、このフランジにスラ
イドパイプのガイド棒と対向して切欠きを有する固定パ
イプ２９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液流下型プレート式熱
交換器、例えば飲食品や薬品等の濃縮に利用される液流
下型プレート式蒸発器の液分散装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、飲食品や薬品等の濃縮には液流
下型プレート式蒸発器が使用されている。この液流下型
プレート式蒸発器の一例として、例えば特公昭60−4820
2号公報に記載のものを図６乃至図10に基づいて説明す
る。

【０００３】まず、この液流下型プレート式熱交換器は
図６および図７示すように、対向配置されたスタンドフ
レーム１とエンドフレーム２との間に、所定枚数の伝熱
プレート３，３…をシール形状を異にする２種類のガス
ケット４および５を交互に介在させた状態で積層挟持す
ることにより、処理液の流れる蒸発空間Ａとスチームの
流れる加熱空間Ｂとを交互に配置して形成している。
尚、説明の便宜上、蒸発空間Ａを形成するガスケット４
を蒸発空間用ガスケットと称し、加熱空間Ｂを形成する
ガスケット５を加熱空間用ガスケットと称す。

【０００４】上記伝熱プレート３は、図８および図９に
示すように、中央上端部に処理液の流入口（液入口）６
を形成し、この液入口６の両側上端部に幅方向に延びる
オーバーフロー堰７，７を形成している。また、伝熱プ
レート３は、底部両側に分割された濃縮液および蒸発ベ
ーパの流出口（第１出口）８，８を形成し、上記液入口
６と第１出口８，８との間でプレート中央に、複数に分
割されたスチームの流入口（スチーム入口）９，９，９
とスチームドレンおよび非凝縮性ガスの流出口（第２出
口）10を形成している。更に、伝熱プレート３は、上記
液入口６、スチーム入口９，９，９並びに第２出口10に
て左右に分割されたプレート表面に、処理液或いはスチ
ームの流下方向に沿って液分配部11，11、蒸発開始部1
2，12並びに蒸発部13，13が形成されている。上記液分
配部11には、オーバーフロー堰７と対応させて処理液を
伝熱プレート３の伝熱幅全域に均一に分配させる補助手
段として多数の横溝14，14…が形成してある。上記蒸発
開始部12には、上記液分配部11と連なり、上記と同様
に、処理液を伝熱プレート３の伝熱幅全域に均一に分配
させるとともに、裏面側において供給されるスチームを
も伝熱幅全域に均一に分配させる補助手段として多数の
横溝15，15…が形成してある。蒸発部13には、蒸発開始
部12と連なり、蒸発開始部12で均一に分配された処理液
或いはスチームをその均一分配状態を乱すことなく底部
の第１出口８に流下させ、かつ、伝熱促進、強度増加な
らびに投影面積に対する実質伝熱面積の増加等を目的と
して多数の縦溝16，16…が形成してある。尚、伝熱プレ
ート３の液入口６、第１出口８，８、スチーム入口９，
９，９並びに第２出口10にそれぞれ対応するように、上
記スタンドフレーム１に処理液の供給口17、濃縮液およ
び蒸発ベーパの排出口18，18、スチームの供給口19，1
9，19並びにスチームドレンおよび非凝縮性ガスの排出
口20が形成してある。

【０００５】上記蒸発空間用ガスケット４は、図８に示
すように、伝熱プレート３のオーバーフロー堰７，７お
よび第１出口８，８を含み液分配部11，11、蒸発開始部
12，12並びに蒸発部13，13の周囲を取り囲むメインシー
ル部４ａと、液入口６を囲繞する第１サブシール部４ｂ
と、スチーム入口９，９，９を囲繞する第２サブシール
部４ｃと、第２出口10を囲繞する第３サブシール部４ｄ
とからなり、この蒸発空間用ガスケット４を伝熱プレー
ト３に設けることによりオーバーフロー堰７，７から流
入する処理液が液分配部11，11および蒸発開始部12，12
を通って蒸発部13，13を流下し、その間で蒸発させられ
ることによって濃縮液や蒸発ベーパとなって第１出口
８，８から流出するように構成されている。

【０００６】一方、加熱空間用ガスケット５は、図９に
示すように、伝熱プレート３のオーバーフロー堰７，７
および第１出口８，８を含み液分配部11、蒸発開始部12
並びに蒸発部13の周囲を取り囲むメインシール部５ａ
と、液入口６およびオーバーフロー堰７，７を囲繞し、
かつ、液入口６とオーバーフロー堰７，７との間にもぐ
りオリフィス21，21を形成する第１サブシール部５ｂ
と、第１出口８，８を囲繞する第２サブシール部５ｃ
と、スチーム入口９，９，９を囲繞し、かつ、その最上
部のスチーム入口９の上部両側に上端開口部22，22を形
成する第３サブシール部５ｄと、第２出口10を囲繞し、
かつ、この第２出口10の下部両側に下端開口部23，23を
形成する第４サブシール部５ｅとからなる。従って、上
記加熱空間用ガスケット５を伝熱プレート３に設けるこ
とにより液入口６から流入する処理液は、図10に示すよ
うに、もぐりオリフィス21，21を通って液分配部11，11
の最下部へ流れ込み、ここで充満しながら上昇して上端
のオーバーフロー堰７，７から隣接する蒸発空間Ａへ流
入する。一方、スチーム入口９，９，９から流入するス
チームは、処理液と混合することなく上端開口部22，22
を通って加熱空間Ｂの蒸発開始部12，12および蒸発部1
3，13を流下し、その間に蒸発開始部12，12および蒸発
部13，13を加熱することによって蒸発空間Ａの蒸発開始
部12，13および蒸発部13，13を流下する処理液を蒸発さ
せる。そして、スチームは、この後、スチームドレンお
よび非凝縮性ガスとなって第２出口10から流出する。

【０００７】液流下型プレート式熱蒸発器は上記構成か
らなり、次にその作用について説明する。

【０００８】スタンドフレーム１の処理液供給口17に処
理液を供給し、スチーム供給口19，19，19にスチームを
供給する。すると、処理液は伝熱プレート３の液入口６
からもぐりオリフィス21，21を通って液分配部11，11の
最下部へ流れ込み、ここで圧力緩和され、横溝14，14…
に案内されて水平に拡散されながら充満上昇し、伝熱プ
レート３の上端部に成形されたオーバーフロー堰７，７
に達し、ここから均一な液膜厚さで伝熱プレート３の伝
熱幅全域に亘ってオーバーフローし、隣接する蒸発空間
Ａに流入する。処理液は、ここで横溝14，14…によって
更に幅方向に拡散され、伝熱プレート３の伝熱幅全域に
亘って拡散された状態で蒸発開始部12，12および蒸発部
13，13を流下する。

【０００９】一方、スチームは伝熱プレート３のスチー
ム入口９，９，９から加熱空間用ガスケット５の第３サ
ブシール部５ｄにより形成された上端開口部22，22を通
って加熱空間Ｂの蒸発開始部12，12へ流れ込み、横溝1
5，15…で伝熱プレート３の伝熱幅全域に亘って拡散さ
れ、蒸発部13，13へ流下する。

【００１０】これにより、伝熱プレート３の蒸発空間Ａ
側の蒸発開始部12，12および蒸発部13，13を流下する処
理液と、伝熱プレート３の加熱空間Ｂ側の蒸発開始部1
2，12および蒸発部12，13を流下するスチームとが、伝
熱プレート３を介して熱交換を行い、蒸発空間Ａ側で生
じた濃縮液と蒸発ベーパは、伝熱プレート３の第１出口
８，８から流出してスタンドフレーム１の排出口18，18
から排出され、その後、気水分離されて濃縮液として取
出される。蒸発ベーパは次の加熱に利用される。一方、
加熱空間Ｂ側で生じたスチームドレンと非凝縮性ガス
は、加熱空間用ガスケット５の第４サブシール部５ｅの
下端開口部23，23を通って第２出口10に流入し、その
後、スタンドフレーム１の排出口20から系外に排出され
る。

【００１１】このようにして、スタンドフレーム１の処
理液供給口に連続して処理液を供給され、また、スチー
ム供給口に連続してスチームを供給させることによっ
て、伝熱プレート３の蒸発空間Ａ側の蒸発部13，13を流
下する処理液と、伝熱プレート３の加熱空間Ｂ側の蒸発
部13，13を流下するスチームとの間で熱交換が行われ、
所定濃度に濃縮された濃縮液が取出される。

【００１２】上記液流下型プレート式蒸発器では、処理
液を伝熱プレート３の蒸発空間Ａ側に直接供給せず、伝
熱プレート３の液入口６からもぐりオリフィス21，21を
通って伝熱プレート３の加熱空間Ｂ側の液分配部11，11
の最下部へ流入させ、ここで加熱空間用ガスケット５の
第１サブシール部５ｂによって処理液の流下を阻止し、
横溝13，13…により案内させて拡散させながら処理液を
充満上昇させている。そして、もぐりオリフィス21，21
からオーバーフロー堰７，７までの高さを上昇する間に
処理液は、伝熱プレート３の伝熱幅全域に亘って拡散さ
れ、この後、オーバーフロー堰７，７によって一定の液
膜厚さを維持した状態でオーバーフローし、伝熱プレー
ト３の蒸発空間Ａ側の液分配部11，11の上端へ全幅に亘
って拡散されたまま供給される。更に、処理液は伝熱プ
レート３の蒸発空間Ａ側の液分配部11，11および蒸発開
始部12，12を流下する際に、横溝14，14…および15，15
…によって伝熱幅全域に拡散されるので、伝熱プレート
３の蒸発空間Ａ側の蒸発開始部12，12の下縁において
は、伝熱面の全幅に亘って均一な液膜厚さを持つように
拡散されている。

【００１３】一方、スチームも伝熱プレート３のスチー
ム入口９，９，９から上端開口部22，22を通って伝熱プ
レート３の加熱空間Ｂ側の蒸発開始部12，12へ供給され
ると、横溝14，14…によって伝熱幅全域に拡散されるの
で、伝熱プレート３の加熱空間Ｂ側の蒸発開始部12，12
の下縁においては、伝熱面の全幅にわたって均一なスチ
ーム膜厚さを持つように拡散されている。

【００１４】この結果、伝熱プレート３の蒸発空間Ａ側
の蒸発部13，13を流下する処理液と、伝熱プレート３の
加熱空間Ｂ側の蒸発部13，13を流下するスチームとは、
伝熱面の全幅に亘って均一に拡散される。この均一拡散
作用は、縦溝16，16…によって持続される。このように
して広い伝熱面積と高い伝熱係数が確保されるため、処
理速度が早くなるとともに熱交換効率が高くなる。

【００１５】ところで、上記液流下型プレート式蒸発器
においては、スタンドフレーム１の供給口17へ供給され
る処理液が、所定枚数の伝熱プレート３，３…を２種類
のガスケット４および５を交互に介在して積層すること
によりそれぞれの伝熱プレート３の液入口６同士が連通
してスタンドフレーム１とエンドフレーム２の間に形成
された液供給通路24の全長に亘って均一に流れ、それぞ
れの蒸発空間Ａへ均等な流量比で分散されることが重要
である。即ち、処理液がそれぞれの蒸発空間Ａに均等な
流量比で分散されないと、処理液の供給が少ない蒸発空
間Ａで伝熱プレート３の表面への処理液の焼付きや汚れ
等が生じて処理液が汚染され、製品の品質に悪影響が及
ぼされるから、これを防止するために操業を停止して液
流下型プレート式蒸発器を分解し、伝熱プレート３を洗
浄して焼付きや汚れ等を除去しなければならず、生産性
の低下や省力化の阻害等の問題が発生する。

【００１６】そこで、本出願人は処理液をそれぞれの蒸
発空間Ａへ均等な流量比で分散するための提案を、特願
昭61−44382号（特開昭62−202994号公報参照）におい
て既に出願している。これは、図11に示すように、それ
ぞれの伝熱プレート３の液入口６同士が連通して成形さ
れた液供給通路24内に、中空円筒状の液分散ノズル25を
位置決め状態で嵌挿固着するとともに、この液分散ノズ
ル25の円筒状周壁面に軸線方向に沿って多数の細孔26，
26…を穿設している。従って、スタンドフレーム１の供
給口17へ処理液を供給すると、この処理液は液分散ノズ
ル25内に流入して液分散ノズル26の周壁面に穿設された
細孔26，26…を通って均等な流量比状態で液供給通路24
に押出され、その後、それぞれの伝熱プレート３の液入
口６からもぐりオリフィス21，21、液分配部11，11、オ
ーバーフロー堰７，７を通ってそれぞれの蒸発空間Ａに
供給される。尚、上記液分散ノズル25の周壁面に穿設さ
れた細孔26，26…の孔径と穿設ピッチを処理液の種類や
単位時間当り流量、伝熱プレート３の液入口６の大きさ
に応じて選定することによって、液分散ノズル25の軸線
方向に沿う処理液の流量を調節し、これによって処理液
をそれぞれの蒸発空間Ａへ均等な流量比で分散する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の液流
下型プレート式蒸発器では、処理液をそれぞれの蒸発空
間Ａへ均等な流量比で分散する目的で、液供給通路24内
に周壁面に軸方向に沿って多数の細孔26，26…を穿設し
てなる中空円筒状の液分散ノズル25が嵌挿固着されてい
るため、伝熱プレート３の積層枚数を増減したり、増締
により液供給通路24の寸法が変化する場合、液分散ノズ
ル25を液供給通路24の寸法に対応したものに取替える必
要があり、液分散ノズル25の取替え作業に時間および手
間を要するとともに、寸法の異なる液分散ノズル25をい
くつも用意する必要があり、それだけコストが嵩むとと
もに、それぞれの液分散ノズル25をストックするための
スペースを必要する等の問題があった。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、処理液の出入口および熱媒体の出入口を有す
る伝熱プレートを、シール構造を異にする２種類のガス
ケットを交互に介在して所定枚数積層することにより各
伝熱プレート間に処理液が流れる空間と熱媒体が流れる
空間を交互に配設してなる液流下型プレート式熱交換器
を構成し、この液流下型プレート式熱交換器のそれぞれ
の伝熱プレートの処理液の入口同士が連通して形成され
た処理液の供給通路内に、周壁面に軸線方向に沿う全域
に亘って多数の細孔を穿設してなる液分散ノズルを位置
決め状態で嵌挿固着した液流下型プレート式熱交換器の
液分散装置において、上記液分散ノズルが、周壁面に軸
線方向に沿う全域に亘って多数の細孔を穿設し、かつ、
外周面に軸線方向に沿ってガイド棒を固設したスライド
パイプと、同じく周壁面に軸線方向に沿う全域に亘って
多数の細孔を穿設し、かつ、内周面に上記スライドパイ
プの外径と同じ内径を有するフランジを突設するととも
に、このフランジに上記スライドパイプのガイド棒と対
向して切欠きを有する固定パイプとからなり、上記スラ
イドパイプを上記固定パイプ内に、スライドパイプのガ
イド棒を固定パイプの切欠きに嵌入させた状態でスライ
ド自在に嵌挿した液流下型プレート式熱交換器の液分散
装置を提供する。

【００１９】

【作用】本発明の液流下型プレート式熱交換器によれ
ば、伝熱プレートの積層枚数の増減や増締等により処理
液の液供給通路の寸法が変化する場合には、液分散ノズ
ルのスライドパイプを固定パイプの軸線方向に沿ってス
ライドして当該液分散ノズルを伸縮させる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を液流下型プレート式蒸発器に
適用した一実施例を図１〜図５に基づいて説明する。
尚、従来技術を示す図６〜図11と同一の構成部材には同
一の符号を付し、重複する事項に関しては説明を省略す
る。

【００２１】図１において、27は処理液をそれぞれの蒸
発空間Ａへ均等な流量比で分散するための伸縮式液分散
ノズルで、所定枚数の伝熱プレート３，３…の液入口
６，６…同士が連通して形成された液供給通路24内に位
置決め状態で嵌挿固着されている。

【００２２】上記伸縮式液分散ノズル27は、図２に示す
ように、円筒状周壁面に軸線方向に沿う全域に亘って多
数の細孔28，28…を穿設した中空円筒状の固定パイプ29
と、同じく円筒状周壁面に軸線方向に沿う全域に亘って
多数の細孔30，30…を穿設した有底円筒状のスライドパ
イプ31とからなり、上記固定パイプ29をその一端をスタ
ンドフレーム１に固着して液供給通路24内に位置決め状
態で嵌挿固着するとともに、この固定パイプ29内に上記
スライドパイプ31をスライド自在に嵌挿することによ
り、スタンドフレーム１とエンドフレーム２の間の伝熱
フレーム３，３…の積層枚数の変化に応じて伸縮できる
ように構成されている。上記固定パイプ29の細孔28，28
…およびスライドパイプ31の細孔30，30…は、図３およ
び図４に示すように、周壁面下部に左右にそれぞれ所定
の開き角度で２列に整列して所定のピッチで穿設されて
おり、その孔径および穿設ピッチを処理液の種類や単位
時間当り流量、伝熱プレート３の液入口６の大きさに応
じて設定することによって、液分散ノズル27の軸線方向
に沿う処理液の流量を調整する。

【００２３】また、上記伸縮式液分散ノズル27は、スラ
イドパイプ31の外周面に軸線方向に沿ってガイド棒32が
固設し、また、固定パイプ29の内周面にスライドパイプ
31の外径と同じ内径を有するフランジ33が突設するとと
もに、このフランジ33にスライドパイプ31のガイド棒32
と対応してＶ字状の切欠き34を形成してあり、スライド
パイプ31を固定パイプ29内に、スライドパイプ31のガイ
ド棒32を固定パイプ29の切欠き34に嵌入させた状態で嵌
挿することにより、スライドパイプ31がその周方向に回
転することなく固定パイプ29の軸線方向に沿ってスライ
ドするように構成されている。

【００２４】上記構成において、スタンドフレーム１の
供給口へ処理液17を供給すると、この処理液は液分散ノ
ズル27の固定パイプ29およびスライドパイプ31内に流入
して固定パイプ29およびスライドパイプ31の周壁面に穿
設された細孔28，28…および30，30…を通って均等な流
量比状態で液供給通路24内に押出され、その後、それぞ
れの伝熱プレート３の液入口６からもぐりオリフィス2
1，21、液分配部11，11、オーバーフロー堰７，７を通
ってそれぞれの蒸発空間Ａに供給される。

【００２５】ところで、本発明では、液分散ノズル27の
スライドパイプ31を固定パイプ29の軸線方向に沿ってス
ライドして当該液分散ノズル27を伸縮させることによ
り、スタンドフレーム１とエンドフレーム２の間に積層
挟持された伝熱プレート３の積層枚数の増減や増締等に
よる液供給通路24の寸法の変化に対応することができ
る。この時、スライドパイプ31は固定パイプ29のフラン
ジ33に形成された切欠き34にガイド棒32が嵌合されてい
るため、その周方向に回転することなく固定パイプ29の
軸線方向にスライドし、これにより液分散ノズル27の軸
線方向の全長に亘り処理液を同じ条件で流出できで均等
な流量比を維持することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、周壁面に
多数の細孔を穿設した中空円筒状の固定パイプに、同じ
く周壁面に多数の細孔を穿設した有底円筒状のスライド
パイプをスライド自在に嵌挿してなる伸縮可能な液分散
ノズルを使用することによって、伝熱プレートの積層枚
数の増減や増締等による処理液の液供給通路の寸法の変
化に対応することができ、これにより従来のように液分
散ノズルの取替え作業を行う必要がなく、稼働効率の向
上並びに作業の省力化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液流下型プレート式熱交換器の液分散
装置の一実施例を示す概略縦断面図である。

【図２】伸縮式液分散ノズルの詳細を示す縦断面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線における断面図である。

【図５】図２のＣ−Ｃ線における断面図である。

【図６】液流下型プレート式熱蒸発器の概略縦断面図で
ある。

【図７】液流下型プレート式熱蒸発器の分解斜視図であ
る。

【図８】蒸発空間用ガスケットを装着した伝熱プレート
の正面図である。

【図９】加熱空間用ガスケットを装着した伝熱プレート
の正面図である。

【図10】処理液の流下状態を示す液流下型プレート式蒸
発器上部の縦断面図である。

【図11】従来の液分散装置を用いた液流下型プレート式
熱交換器の概略縦断面図である。

【符号の説明】

１ スタンドフレーム ２ エンドフレーム ３ 伝熱プレート ４ 蒸発空間用ガスケット ５ 加熱空間用ガスケット Ａ 蒸発空間 Ｂ 加熱空間 ６ 液入口 ７ オーバーフロー堰 ８ 第１出口 ９ スチーム入口 10 第２出口 27 伸縮式液分散ノズル 28 細孔 29 固定パイプ 30 細孔 31 スライドパイプ 32 ガイド棒 33 フランジ 34 切欠き

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 処理液の出入口および熱媒体の出入口を
   有する伝熱プレートを、シール構造を異にする２種類の
   ガスケットを交互に介在して所定枚数積層することによ
   り各伝熱プレート間に処理液が流れる空間と熱媒体が流
   れる空間を交互に配設してなる液流下型プレート式熱交
   換器を構成し、この液流下型プレート式熱交換器のそれ
   ぞれの伝熱プレートの処理液の入口同士が連通して形成
   された処理液の供給通路内に、周壁面に軸線方向に沿う
   全域に亘って多数の細孔を穿設してなる液分散ノズルを
   位置決め状態で嵌挿固着した液流下型プレート式熱交換
   器の液分散装置において、 上記液分散ノズルが、周壁面に軸線方向に沿う全域に亘
   って多数の細孔を穿設し、かつ、外周面に軸線方向に沿
   ってガイド棒を固設したスライドパイプと、同じく周壁
   面に軸線方向に沿う全域に亘って多数の細孔を穿設し、
   かつ、内周面に上記スライドパイプの外径と同じ内径を
   有するフランジを突設するとともに、このフランジに上
   記スライドパイプのガイド棒と対向して切欠きを有する
   固定パイプとからなり、 上記スライドパイプを上記固定パイプ内に、スライドパ
   イプのガイド棒を固定パイプの切欠きに嵌入させた状態
   でスライド自在に嵌挿したことを特徴とする液流下型プ
   レート式熱交換器の液分散装置。