JPH05501378A - プレート型蒸発器 - 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】 プレート型蒸発器 本発明は、プレート間スペースを置いてほぼ垂直に配置された熱伝達プレート結 合体を具備しているプレート型蒸発器に関するもので、上記のプレート間スペー スは一つ置きに少なくとも液体の一部を蒸発させるための蒸発スペースを形成す るとともに残りのプレート間スペースは少なくとも熱放出蒸気の一部を凝縮させ る復水スペースを形成し、さらに密封手段を備えて蒸発スペースを形成する上記 プレート間スペースの上部に配液チャンバを画し、これらの配液チャンバはそれ ぞれ少なくとも一つの蒸発スペースといくつかの個別的連絡路を有し、熱伝達プ レートには貫通開口部があって全体として蒸発液の入口路を形成し，プレート結 合体を貫通して配液チャンバーに連絡している。

ＧＢＩ．２９９．４８１には、この種のプレート型蒸発器が開示されていて、こ れによれば、熱放出蒸気は、蒸発液が蒸発スペースに送られるのと同じ方法、す なわち熱伝達プレートに開けられている同心の開口部によって成り立っている管 路を通ってプレート結合体の各復水スペースに送られる。

熱伝達プレート結合体を貫通している管路を通って、上述のように熱放出蒸気を 送る方法には、幾つかの欠点がある．その一つは、供給蒸気の不必要な圧力低下 を避けるために熱伝達プレートの開口部を非常に太きくしなければならないこと であり，そのため熱伝達プレートから多くのプレート材を取り除かざるを得ない ．もう一つの欠点は、復水スペースをなすプレート間の各スペースへの蒸気入口 域が相対的に小さくなり、そのため供給蒸気圧力の望ましくない低下が生じるこ とである．第三の欠点は、プレート結合体における異なる復水スペースへの各蒸 気入口の圧力条件がプレート結合体を貫通する入口路に沿って異なることである ．このため各復水スペースの温度が異なることになり、したがってこれらの復水 スペース全てを同一の効率で使用することができなくなる。

もし、熱放出蒸気が、上述の方法ではなく、熱伝達プレートの縁部分間に形成さ れている隙間を通してプレート群の周辺から直接復水スペースに送られるように なっていれば、上述の欠点の全てが避けられる可能性がある。

ＧＢＩ．５６８．７３３には、復水される蒸気がプレートの縁部分に形成されて いる隙間を通して一つ置きのプレート間スペース内に送られるプレート型復水器 が示されている．この場合，その他のプレート間スペースは蒸発スペースを形成 せず、冷却液の封鎖管路となる．このようにして、上記管路は、プレートの縁に 沿ってその全周縁に取り付けられているガスケットにより、プレート結合体の周 囲に対して封鎖されている。

本発明の主要な目的は、当初に記載された種類のプレート型蒸発器であって、蒸 発させられる液体（以下蒸発液という）がプレート結合体内の多くの蒸発スペー スにかつまた熱伝達プレートの全幅にわたる各蒸発スペース内に効果的に配分さ れ，しかも同時に、このような液体配分に必要な手段によって、熱放出蒸気が熱 伝達プレートの上部の縁部間に作られている隙間を通って上方から復水スペース へ流入するのが妨げられないようなものを堤供することである。

本発明の゜目的の一つはまた、この種類のプレート型蒸発器の製造が簡単かつ安 価に行え、しかもこの種のプレート型蒸発器の安全な運転と簡単な保守を可能に させる液体配分法を堤供することである。

これらの目的は、当初に示した種類のプレート型蒸発器において達成することが 可能であり、それは少なくとも２つの密封手段が各復水スペースの上部において 熱伝達プレートの表面に互いに間隔をおいて水平に配置され、しかも該密封手段 はそれぞれ二枚の熱伝達プレート間に、復水スペースの他の部分との連絡を閉ざ されている伝達チャンバを画すること、さらに、復水スペースは上から送られて くる熱放出蒸気を受け入れるため上記の密封手段間に形成される空間を通ってプ レート結合体の周囲と連絡していること、そして、熱伝達プレートには、伝達チ ャンバと連絡している幾つかの通し孔があり、各伝達チャンバに対し少なくとも 一つの第１の孔によって伝達チャンバと配液チャンバとが連絡され、かつ少なく とも一つの第２の孔によって伝達チャンバと蒸発スペースとが連絡されることを 特徴とする。

もし、二枚の熱伝達プレート間の各伝達チャンバがそれぞれ熱伝達プレートの一 方に開けられた孔を通して配液チャンバと連絡し、かつ他方の熱伝達プレートに 開けられた孔を通して蒸発スペースと連絡していれば上述の本発明の目的を達成 することができる。しかし、本発明の望ましい実施例では、少なくとも−っ置対 の孔の一方は伝達チャンバを配液チャンバに連絡し他方の孔はこの同じ伝速チャ ンバをＷＫ発ススペース連絡している。

要望があれば、各伝達チャンバは２箇の異なる配液チャンバおよび一箇または２ 箇の異なる蒸発スペースと連絡することが可能であり、もしくは１ｌＩＩのみの 配液チャンバおよび２箇の異なる蒸発スペースに連絡することもできる。

各蒸発スペース内での熱伝達プレートの幅にわたる蒸発液の分布については、一 つ置きの蒸発プレート間スペース内の配液チャンバは、適当と判断すれば、熱伝 達プレートの幅の半分のみにしか広がらないようにする二ともでき、この場合、 残りの蒸発プレート間スペース内の配液チャンバは、熱伝達プレート幅の他方の 半分を占める。しかし望ましくは、各配液チャンバは熱伝達プレートの水平方向 の全幅に、すなわち熱伝達プレートの垂直な両縁部間に広がり、前述した蒸発液 の入口路は、垂直な両縁部間のほぼ中央でプレート結合体を貫通して延びている 。

熱放出蒸気の復水スペースへの流れに関連して、可能な限り圧力の低下を最小に 押さえるため、復水スペースは熱伝達プレート結合体の水平な上縁と垂直な縁に 沿ってプレート群の周囲と連絡していることが望ましい。

以下、添付の図面を参照して本発明の説明を行う。

図１は、容器とこの容器内に設置されているプレート型熱交換器を示す。

図２は、図１における線＋１−　ＩＩに沿って切断した断面図である。

図３は、図１における線ｒｌＴ−ＩＩＩに沿って切断した断面図である。

図４は、図１に基づくプレート型熱交換器上部の断面図で、図２の線ＩＶ−ＴＶ と図３の対応する線［Ｖ−ｒＶに沿って切断したものである。

図５は、海水から真水を生産するプラントの流れ図である。

図１は、円筒形の圧力容器である封鎖容器１を示すもので、この容器内には端末 壁とプレート型熱交換器が我められている。プレート型熱交換器には、二枚の端 末プレート２．３と熱伝達プレート４の結合体が収められており、二の熱伝達プ レート４は、従来のように端末プレート間に締めつけられている。熱伝達プレー ト４と同様に端末プレート２．３は、図面には示されていないフレームによ）て 、垂直に立つように容器内に支えられている。従来の方法に従って、熱伝達プレ ート間にスペーシング材が入れられていて、熱交換液が流れるプレート間スペー スを形成するように、熱伝達プレートが互いに一定の間隔を保つようにしている 。

容器ｌ内にはプレート型熱交換器の全周囲を巡って水平な仕切り壁５があり、上 記容器の内部を上部チャンバ６と下部チャンバ７に分割している。上部チャンバ ６には熱放出蒸気の吸気口８があり、下部チャンバにはプレート型熱交換器内で 発生した蒸気の排気口９がある。容器１にはまた、その底部に下部チャンバから の排出口１０があり、この排出口はプレート型熱交換器に供給されたが、蒸発さ せられなかった液体を排出する。

容器の一方の端末壁を貫通して、一本のバイブ１１と二本のバイブ１２が設置さ れていて、このバイブ１１は、プレート型熱交換器内で蒸発させられる液体を該 熱交換器内に送り込む入口であり、さらにバイブ１２は、熱交換器内で作られる 復水の出口となる。

熱伝達プレート４の間には、異なる種類の密封部材が入れられている。これらの 部材は図２と３を参照しながら以下に説明される。

図２は、熱伝達プレート４の片側を示している０図示されているように、熱伝達 プレートは長方形をなしており、容器１内において、その長い辺が垂直に、短い 辺が水平になるように設置されている。仕切り壁５は、容器１内の一定の深さに おいて熱伝達プレート４の長い辺から容器１の周壁に向かって水平に延びている 。

熱伝達プレート４には、図２に示されている側面上に、第１のガスケット１３が 取り付けられているが、このガスケットは、該熱伝達プレートの一方の長縁に沿 って仕切り壁５の高さから上に向かい１次に該プレートの短い上辺に沿って水平 に伸び、該プレートの他方の長い辺に沿って下に向かい仕切り壁５の高さまで延 びている０図２に示されているように、ガスヶットｌ３は、熱伝達プレートの長 い両辺において仕切り壁５の対応する部分まで水平に延びている。

第２のガスケット１４は、熱伝達プレートの短い上辺に平行にガスケット１３の 両垂直部分間に延びており、その結果熱伝達プレートの上部の領域１５はガスケ ット１３と１４によって完全に囲まれる。ガスケット１３と１４が、プレート型 熱交換器内の隣接するプレートにも、図２に示されているように接している時、 封鎖されたいわゆる配液チャンバが領域１５内のプレート間スペースに形成され 、この配液チャンバは熱伝達プレートの全幅にわたる。

領域１５において、熱伝達プレート４は、プレート型熱交換器内の全ての熱伝達 プレートと同様に、貫通開口部１６を穿たれている。各開口部１６は全てをひと まとめにして熱伝達プレート４の結合体を貫通する入口路を形成し、蒸発液の前 記入口１１　（図１）と、上記の各配液チャンバに連絡している。

開口部１６に加えて、各熱伝達プレートには領域１５のガスケット１４に近い所 に、該プレートの幅にわたって配置されているより小さな４箇の孔１７がある、 さらに、答礼１７の真下、ガスケットの向こう側に、それぞれ小さい通し孔１８ がある。そして最後に。

大きな開口部１６の近くで、ガスケット１４の下にあたる所に、２つの通し孔１ ９がある。

各熱伝達プレートはその下部の両隅に一つずつ計２つの通し六２０．２１を有し ているが、図に示されているプレート側ではこれらの通し穴は、それぞれ環状ガ スケット２２と２３に囲まれている。熱伝達プレートの孔２０と２１は、プレー ト結合体を貫通する２つの管路をなし、復水された液のプレート型熱交換器より の２つの排水口１２と連絡しているが、ガスケット２２と２３によりそれぞれが 封鎖され、これらのガスケットが設置されているプレート間スペースと接続され ないようになっている。

図３は、図２による熱伝達プレートの背後に設置される熱伝達プレート４の片側 を示したものである６図示されているように、図３におけるプレートでも、その 上部には比較的大きな開口部１６があり、より小さな孔１７．１８および１９が ある。また、図３におけるプレート下部の両隅には、それぞれ通し穴２０と２１ がある。これらの点で、図２と図３のプレートはよく似ている。しかし、図３に よるプレートは、図２によるプレートとは異なるガスケット配置になっている図 ３におけるプレート上部では、開口部１６と二つの小孔１９が第１のガスケット ２４によってその周囲を囲まれている。さらに、プレート上部には、間隔を置い て水平に並んでいる４つのガスケット２５がある、これらのガスケットはそれぞ れプレートの小域を囲んでおり、その中にはそれぞれ三筒ずつ孔１７と孔１８が ある。

図３におけるプレート下部では、ガスケット２６がプレートの縁に沿ってプレー トの一方の長い辺の仕切り壁５の高さから下に向かって伸び、次にプレート下部 の短い辺に沿って進み、再びプレートの他方の長い辺に沿って上に向かい仕切り 壁５の高さに到る０図示されているように、ガスケット２６は仕切り壁５の高さ で仕切り壁５の対応する各部分まで水平に延びている。プレート下部にある孔２ ０と２１は内側すなわちガスケット２６の上にある。

図４は幾つかの熱伝達プレートの上部断面図を示すもので、この断面は、図２の 線ＩＶ−ＩＶと図３の対応する線ＩＶ−ＩＶに沿って切断されたものである。

図４には、各一つ置きのプレート間スペースごとに、ガスケット１３（図２）の 上部の断面とガスケット１４（図２）の断面が示されている。ガスケット１３と １４との間には、上述の各プレート間スペース内に配液チャンバ２７があって、 このチャンバは熱伝達プレート４の全幅にわたっている。配液チャンバ２７はプ レート結合体を貫通している管路と連絡していて、この管路はプレートに穿たれ ている開口部１６によって形成されている。

ガスケット１４の下には、各プレート間スペースに液体を蒸発させる蒸発スペー ス２８がある。各蒸発スペース２８は、ガスケット１３　（図２）の垂直部分に よって容器１の上部チャンバと連絡しないように封鎖されているが、プレート下 部の短い辺およびプレートの長い辺の下方部分に沿って熱伝達プレートの縁の間 の隙間を通して、容器１の下部チャンバ７と連絡している。この状況は、図２に おいて矢印で示されている図４には、残りの各プレート間スペースにガスケット ２５　（図３）の断面が示されているが、このガスケットはそれによって封鎖さ れている二枚の熱伝達プレートと共に伝達チャンバ２９を形成する。ガスケット ２５の外側には、二枚の熱伝達プレート間の中間スペースに復水スペース３０が 形成される。復水スペース３０は熱伝達プレートの長い辺の上部に沿って、また 該プレートの短い上辺に沿って二枚の熱伝達プレート間にある隙間を通って容器 １の上部チャンバ６と連絡している。この状況は、図３において矢印で示されて いる。したがって、チャンバ６内の蒸気は、プレート結合体の両側からと、近隣 の各ガスケット２５間のスペースを通って上部からも、各復水スペース３０に流 入することができる。

各復水スペース３０は、容器１の下部チャンバ７に連絡しないように、ガスケッ ト２６　（図３）により、封鎖されている。

復水スペース３０を形成しているプレート間スペースは全て、容器ｌの上部チャ ンバ６と同様、ガスケット２４（図３）により封鎖されていて、熱伝達プレート の開口部１６よりなるプレート結合体貫通管路と連絡されないようになっている 。

図４の矢印で示されているように、各配液チャンバ２７は２枚の隣接する熱伝達 プレートの向かい合った孔１７を通して２つの伝達チャンバ２９と連絡している 。同じ２枚の熱伝達プレートの向がい合った孔１８を通して、上記の２つの伝達 チャンバ２９は２枚の熱伝達プレート間に形成されている蒸発スペース２８と連 絡している。孔１８の貫通流域は幾分孔１７のものより大きい。

図１〜４に基づく装置は以下のように作動する。

蒸発液は入口のパイプ１１（図１）を通り、プレートの開口部１６により形成さ れた、熱伝達プレート結合体を貫通する管路に、予め加熱されてポンプで送られ る。この管路から、液はさらに、熱伝達プレートの全幅にわたっている（図２の 領域１５参照）各配液チャンバ２７（図４）に流れる。配液チャンバ２７から孔 １７を通って、液は伝達チャンバ２９に流れ込み、それから孔１８を通って蒸発 スペース２８に入る。同時に、液はガスケット２４（図３）が開口部１６と孔１ ９を囲んでいるプレート間スペースから孔１９を通って直接に蒸発スペースに流 れ込む、蒸発スペース２８において、液は、向がい合っている熱伝達プレートの 表面を、熱伝達プレートに沿った薄い層の中を下方に流れる。

同時に、熱放出蒸気は入口８を通って容器１の上部チャンバに供給され、図３に 示されているように熱伝達プレートの縁の間にある隙間を通って復水スペース３ ０に入る。熱放出蒸気は復水スペース３０で熱伝達プレートに接触すると凝縮さ れ、その熱伝達プレートに熱を放出する。この熱によって蒸発スペース２８内で プレートの反対側の面に沿って下に流れている液体が蒸発する０Ｍ発スペース２ ８で作られた蒸気は、図２に矢印で示されているように両側と下から外に出て容 器ｌの下部チャンバに入る０発生蒸気は出口９を通ってチャンバ７から排出され るが、蒸発しなかった液は容器ｌの底に集められ、底部排出口１０（図１）より 連続的もしくは間歇的に放出される。

復水スペース２０において熱放出蒸気から発生した復水は熱伝達プレートに沿っ て下に降り、熱伝達プレートの下部にある孔２０と２１によって形成されている 二つの管路を通って復水スペースがら排出される。

これらの管路はガスケット２２と２３　（図２）にょって、蒸発スペース２８と 接続しないように封鎖される、熱放出蒸気の凝縮されなかった分も上記管路を通 って復水スペース３０から出され、排水口１２（図１）より復水と共に排出され る。

上述のように、孔１８は孔１７より幾分大きい、孔の寸法は、該装置の運転中、 液体が孔１７を通過するとき蒸発液の部分的蒸発が生じるように選択しなければ ならない、伝達チャンバ２９における蒸気圧が復水スペース３０における熱放出 蒸気の蒸気圧を越えないように、孔１８は十分な大きさを持っていなければなら ない、その目的はガスケット２５から漏出があった場合、その漏れが伝達チャン バ２９の内に向かい、これらのチャンバの外に向かわないようにするためである 。特に本発明による装置がたとえば海水から真水を生産するために使用される場 合、海水が真水に流れ込むより蒸気が海水に入る方が良いからである。

図２と３に示されている熱伝達プレート４の実施例では、各プレートには開口部 １６の両側に（その右側にも左側にも）孔１７〜１９がある。もし望みならば、 孔１７〜１９はプレートの一つ置きに開口部１６の片側には開けず、かつ残りの プレートではその開口部１６の他方の側には開けなくともよい、またその代わり に、孔エフはプレートの一つ置きに開口部１６の片側では開けず、かつ開口部１ ６の他方の側では孔１８と１９は開けないことにし、一方残りの各プレートでは 、上記他方の側で孔１７を開けず、かつ開口部１６の上記片側で孔１８と１９を 開けなくもよい、これらの場合でも、各蒸発スペース２８において液体はプレー トの全幅にわたって配分される。

上述の説明は、熱伝達プレート間に入れられる密封部材は薄い圧延金属板の熱伝 達プレートに連結して通常用いられる種類の弾性ゴムまたはプラスチックガスケ ットによって構成されていることを前提としてなされている。勿論、その他の適 当な密封部材を使用することも可能である。密封手段としては、図２と３におい て様々なガスケットが設置されている位置が示されている線に沿って、熱伝達プ レートの永続的な相互連結を選択することも可能である。熱伝達プレートはそれ ぞれのプレート間スペースにおいて上記の線に沿って互いに隣接するように加工 することも可能で、こうすれば各プレート間の密封もしくは各プレートの相互連 結が容易になる。

上述の装置の設計により、プレート型熱交換器に蒸気が入るときおよび該熱交換 機から蒸気が排出されるとき、使用蒸気には最小限の圧力低下が生じるだけであ る。その結果、該装置は高い効率と低い運転コストで作動可能である。

図５は、前述の装置が含まれているプラントの流れ線図である。このプラントは 海水から真水を生産するものである。したがって、図５には、熱放出蒸気人口８ のある容器１に９蒸発液すなわち海水の入口１１、発生蒸気の出口９、濃縮液す なわち蒸発しなかった海水いわゆる塩水の出口１０、および復水すなわち真水と 熱放出蒸気の凝縮されなかった部分の出口１２が示されている。

海水はポンプ３１によりプラント内に送られる。ポンプ３１の後、海水は３２で 二つの分流に分けられる、一方の分流は熱交換器３３を通り、他方の分流は熱交 換器３４を通過する０次に分流は３５で合流し、さらにもう一つの熱交換器３６ を通り、容器工の入口ｌｌまでポンプで送られる。出口９より容器１を出た発生 蒸気はコンプレッサ３７を通過して熱放出蒸気の入口８に送られる。従来から用 いられていた高圧ファンをコンプレッサとして使用することもできる。

容器１内にて蒸発されなかった、いわゆる塩水すなわち海水は、ポンプ３８によ り容器底部の排出口１０を通って容器１から排出され３９で二つの分流に分けら れる。一方の分流は蒸発される液として容器入口１１に戻され、他方の分流はポ ンプ４０により熱交換器３３を通過してプラントの外に排出される。熱交換器３ ３において、後者の分流はその熱の一部を送られてくる海水の分流の一つに放出 する。

真水すなわち入口８を通って供給される熱放出蒸気の復水と凝縮されなかったこ の蒸気の残りの混合物は出口１２より容器１から排出される。セパレータ４１で 、上記混合物の気相分は分離され、真空ポンプ４２により熱交換器３６を通して 吸引され、プラント外に排出される。熱交換器３６内で、上記の気相分は既にあ る程度予め加熱されて送られてくる海水にその熱の一部を放出する。

真水はポンプ４３によりセパレータ４１から熱交換器３４を通ってプラント外に 送り出される。熱交換器３４で真水は、送られてくる海水の分流にその熱の一部 を放出する。

上述のプラントにおいては、送り込まれる海水はプレート型熱交換器の蒸発スペ ースでの蒸発圧力における沸騰点にほぼ近い温度まで予め加熱しておくことが望 ましい、たとえば、海水は容器人口１１で５５＆Ｃの温度になるよう予め加熱し ておく、容器出口９における発生蒸気は、５５度Ｃを有意には越えない温度と、 たとえば、０．１５バールの圧力である。蒸気はその後圧縮されて、容器入口８ とチャンバ６では約０゜１９バールの圧力と約５９度Ｃの温度になる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．プレート間スペースを置いてほぼ垂直に配置された熱伝達プレート（４）の 結合体を具備しているプレート型蒸発器であって、前記プレート間スペースは一 つ置きに少なくとも液体の一部を蒸発させるための蒸発スペース（２８）を形成 するとともにその他のプレート間スペースは少なくとも熱放出蒸気の一部を凝縮 させる復水スペース（３０）を形成し、さらに密封手段（１３，１４）を備え、 蒸発スペース（２８）を形成する上記プレート間スペースの上部に配液チャンバ （２７）を画し、これらの配液チャンバはそれぞれ、少なくとも一つの蒸発スペ ース（２８）といくつかの個別的連絡路を有し、熱伝達プレート（４）には貫通 開口部（１６）があって全体として蒸発液の入口路を形成しプレート結合体を貫 通して記法チャンバ（２７）に連絡しているプレート型蒸発器において、−　少 なくとも２つの密封手段（２５）が各復水スペース（３０）の上部に熱伝達プレ ート（４）に沿って互いに間隔をおいて水平に配置され、前記各密封手段は熱伝 達プレート（４）の間に復水スペース（３０）の他の部分との連絡が閉ざされた 伝達チャンバ（２９）を画し、 −　復水スペース（３０）は、上方から送られてくる熱放出蒸気を受け入れるた め前記密封手段（２５）の間に形成される隙間を通してプレート結合体の周囲と 連絡しており、かつ、 −　熱伝達プレート（４）には伝達チャンバと連絡している通し孔（１７，１８ ）があり、各伝達チャンバ（２９）に対し少なくとも一つの第１の孔（１７）に よって伝達チャンバ（２９）と配液チャンバ（２７）とが連絡され、かつ少なく とも一つの第２の孔（１８）によって伝達チャンバ（２９）と蒸発スペース（２ ８）とが連絡されることを特徴とするプレート型蒸発器。 ２．少なくとも一つ置きの熱伝達プレートのそれぞれに対になった通し孔（１７ ，１８）があり、一対の孔の一方の孔（１７）は伝達チャンバ（２９）を配液チ ャンバ（２７）に連絡し、他方の孔（１８）はこの同じ伝達チャンバ（２９）を 蒸発スペース（２８）に連絡していることを特徴とする請求項１に記載のプレー ト型蒸発器。 ３．各熱伝達プレート（４）は垂直な縁部分と水平な縁部分を有し、各配液チャ ンバ（２７）は熱伝達プレートの垂直な両緑部分間に広がり、かつ蒸発液の入口 路は垂直な上記両緑部分間のほぼ中央でプレート結合体を貫通て延びていること を特徴とする請求項１または２に記載のプレート型蒸発器。 ４．各熱伝達プレート（４）は垂直な緑部分と水平な緑部分を有し、かつ復水ス ペース（３０）は熱伝達プレートの水平な上縁と垂直な縁に沿ってプレート結合 体の周囲と直接に連絡していることを特徴とする上記請求項のいずれか一項に記 載のプレート型蒸発器。 ５．前記第１の孔（１７）は前記第２の孔（１８）よりも小さいことを特徴とす る上記請求項のいずれか一項に記載のプレート型蒸発器。