JPH09511322A - 熱交換器要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、プラスチックシート材（１１）のような可撓性材料から形成されたバッグを具備した熱交換器要素（１０）に関する。バッグの下部は凝縮液レシーバ（１３）において終端している。この凝縮液レシーバには凝縮液用の排出管（１４）が設けられている。バッグの上部は蒸気をバッグ内に導入しかつバッグの外表面上に蒸発されるべき液体を分配するための手段を有している。この熱交換器要素は、貫通穴を備えた波形板（１２）がバッグの内部において鉛直方向に取り付けられ、この波形板の幅（Ｌ）が、バッグがこの波形板の周りにおいて適当に張りをもつように定められていることを特徴とする。この波形板（１２）の長さ（Ｐ）は、バッグの長さの大部分に相当している。貫通穴を備えた波形板（１２’）がバッグの外表面上に水平方向に取り付けられ、この波形板の長さ（Ｐ’）はバッグの幅に概ね相当している。

Description

【発明の詳細な説明】 熱交換器要素 本発明はフィルム型熱交換器用の熱交換器要素と、この熱交換器要素に基づい て構成されるフィルム型熱交換器とに関する。 本明細書中に開示されるフィルム型熱交換器は、熱交換面の一側において蒸気 成分が凝縮して液体になり、熱交換面の他側において液体成分が蒸発して蒸気に なる熱交換に用いるのに特に適している。この形式の熱交換器は例えば蒸気圧縮 式蒸発缶や、エネルギ源として生蒸気を使用する従来型の蒸発プラントにおいて 用いることができる。 上述のフィルム型熱交換器は、蒸気圧縮原理に基づいて作動するフィルム型の 蒸発器または蒸留装置において用いられるのに特に適している。これは、熱交換 器ユニットが、プラスチックシートのような薄いシート材を互いに対面配置させ てなる平坦なバッグ状要素から形成されている装置である。熱は、熱交換器要素 の内側で凝縮する蒸気から、シート材を介して、熱交換器要素の外表面上に落下 して蒸発する液体まで移動する。熱交換器要素内に導かれて凝縮作用により熱を 放出する蒸気は熱交換器要素の外側において発生されたものであり、この蒸気の 圧力および温度は熱交換器要素に導入されるのに先立ってコンプレッサにより高 められている。 フィルム型蒸留装置を用いる目的は所望の品質の蒸留生成物を得るためであり 、すなわち海水から純水を製造したり、工場排水をプロセスに戻すか或いは排出 する前に浄化するためである。別の目的は、さまざまな溶液または懸濁液から過 剰の溶媒を蒸発させて所望の濃度を得るためである。 フィンランド国特許第７９９４８号公報および第８６９６１号公報は、フィル ム型蒸留装置に適した熱交換器であって、熱交換面を薄いプラスチックシートか ら形成した熱交換器を開示している。プラスチックシートは鉛直方向に延びるバ ッグ構造に成形され、互いに隣接配置されている。蒸発されるべき液体は、頂部 からバッグの外表面に沿って落下するように導入され、バッグの外表面上におい て液体の一部が蒸発する。蒸発した蒸気の圧力と、したがって凝縮温度とは、コ ンプレッサにより高められ、次いでこの蒸気はバッグ構造体内に導入される。こ こで蒸気が凝縮し、得られた蒸留液または凝縮液はバッグの底部から排出される 。バッグ構造体内には、シート材を点溶接でもって互いに溶接することにより、 或いはシート材を断続的なジグザグ状のシームでもって互いに溶接することによ り、のど部が存在する。上述の特許公報第８６９６１号公報の解決手段によれば 、バッグ構造体の頂部にハニカム構造体を備えた端部ラスが設けられ、蒸発され るべき液体がこの端部ラスからバッグ構造体の外表面上に導入される。また、端 部ラスは通路を具備し、バッグ構造体に向かう蒸気はこの通路を介して導入され る。 しかしながら上述の熱交換器はいくつかの危険な点を含んでいる。すなわち、 溶接点またはシームにおいてプラスチックシートが破断する恐れがある。という のも、溶接によって、これらの溶接点におけるプラスチック材料の組成が変化せ しめられるからである。作動時において、蒸気の生成によりバッグが振動し、互 いに隣接する２つのシート材がかなりの領域にわたって張り付き合うことがよく ある。バッグが互いに離れ合うようになると、別の位置において容易に張り付き 合うようになる。このような継続的な振動および張り付きはプラスチックシート を破損させる恐れがあり、とりわけ装置の効率を低下させる。なぜならば、熱交 換面の大部分が張り付き合っ て継続的に使用されないからである。さらに、蒸発されるべき液体がバッグの外 表面上に均一に分配されなくなり、なぜならば、頂部からの液体流が合流して外 表面の一部を乾燥状態に保つ場合があるからであり、また、合流した液体流の流 速が、蒸発作用を最も効率良く行うためには速すぎるからである。このような液 体の不均一な分配作用は効率を低下させる。 上述の理由のために、熱表面の約４０ー５０％は継続的に使用されておらず、 このため熱表面の面積に対して熱移動はかなり小さい。或る程度の熱移動効率を 確保するためには、熱表面を過度に大きくしなければならず、このため時として 装置が大型化しかつ高価になってしまう。 本発明の目的は上述の問題点をなくし、これらの欠点を備えていない改良型の 熱交換器要素を得ることである。 本発明は、プラスチックシート材のような可撓性材料から形成されたバッグを 具備した熱交換器要素に関する。バッグの下部は凝縮液レシーバにおいて終端し ている。この凝縮液レシーバには凝縮液用の排出管が設けられている。バッグの 上部は蒸気をバッグ内に導入しかつバッグの外表面上に蒸発されるべき液体を分 配するための手段を有している。本発明によれば、貫通穴を備えた波形板がバッ グの内部において鉛直方向に取り付けられ、この波形板の幅は、バッグがこの波 形板の周りにおいて適当に張りをもつように定められており、この波形板の長さ は、バッグの長さの大部分に相当している。さらに、貫通穴を備えた波形板がバ ッグの外表面上に水平方向に取り付けられ、この波形板の長さはバッグの幅に概 ね相当している。 また、本発明は、上述の熱交換器要素に基づいて構成されたフィルム型熱交換 器であって、これら熱交換器要素が互いに隣接されて 取り付けられて第１の熱交換器要素のバッグ状部分が、隣の熱交換器要素の水平 方向に配置された波形板と接触するようにされる。したがって、水平方向に配置 された波形板がバッグ状部分間に位置する構成が形成される。 本発明によれば、非常に安定でかつ耐久性に優れ、しかもバッグが移動不可能 な熱交換器を得ることができる。この特徴と、シーム溶接をなくしたこととのた めに、プラスチックシートの損傷の危険性が十分に低下されている。バッグは互 いに張り付き合わなくなり、蒸発されるべき液体はバッグの表面上に均一に分配 されるようになる。これらの理由のため、現状の熱表面をさらに効果的に利用す ることができる。すなわち、或る程度の熱移動効率を、従来のフィルム型熱交換 器よりも明らかに小さな熱表面でもって得ることができる。この事実と、熱交換 器要素のコンパクトな構造とのため、必要とされる空間がかなり低減される。 次に、添付図面を参照して本発明を説明する。 添付図面において、 図１は、本発明による熱交換器要素の構造を示す斜視図であり、 図２は、図１の熱交換器要素の波形板の詳細図であり、 図３は、図１の熱交換器要素の波形板の別の詳細図であり、 図４は、互いに隣接配置された２つの熱交換器要素の、側方からみた断面図で ある。 図１は鉛直方向に配置された熱交換器要素１０を示しており、この熱交換器要 素１０はプラスチックシート１１からなるバッグを具備する。波形板１２がバッ グ内において鉛直方向に取り付けられる。蒸気が分配装置（図示しない）から流 入し、矢印でもって示すように波形板１２の両側においてバッグ内を頂部から下 方に向けて流れる。蒸気はバッグ内を下方に向けて流れる間に凝縮する。バッグ の 下部は凝縮液レシーバ１３を形成しており、この凝縮液レシーバ１３には凝縮液 用の排出管１４が設けられる。排出管１４を１つまたはそれ以上設けることがで きる。波形板の幅Ｌは、プラスチックシートを所定位置に保持すべくバッグがそ の周りにおいて適当に張りをもつように、予め定められている。波形板１２の長 さＰはバッグの長さの大部分に相当する。しかしながら、好ましくは波形板１２ は、一様な凝縮液レシーバ１３が形成されるように底部よりもわずかに上方にお いて終端する。図２に示されるように、波形板１２には複数の貫通穴１５が設け られる。しかしながら、重要なのは、これら貫通穴が頂部にまで延びないように 形成されかつ底部にまでも延びないように形成されるということである。これは 、プラスチックシートに押圧するこれらの領域がプラスチックシートの損傷を招 く恐れがあるためである。貫通穴１５を設けることによって、バッグの幅の方向 に関し蒸気を均一に分配することができる。熱移動に関しバッグが適当に平坦で あるようにするために、波形板１２の幅Ｌは波の高さＫに比べて圧倒的に大きく されている。一方、波の高さを非常に小さくすると流路が狭くなって流路抵抗が 大きくなる。実際、波の高さが５−１０ｍｍであるとほとんどの用途に適してい ると考えられる。波の形状は、これらのプロフィルが約９０°の角度を形成する ように比較的鋭くされる（図３）。波形板を、適当な剛性を備えたプラスチック 、またはアルミニウムから形成することができるが、他の材料から形成すること もできる。 プラスチック製バッグの外表面には、貫通穴付き波形板１２’が水平方向に取 り付けられる。この波形板１２’の長さＰ’はバッグの幅に概ね相当する。波形 板１２’の波の高さ、波のプロフィル、および材質を、上述の波形板１２のもの と同一にしてもよく、異ならせてもよい。 図４は、互いに隣接配置された２つの熱交換器要素の、側方からみた断面図で ある。蒸発されるべき液体は液溜め２０から、プラスチック製バッグのシート材 １１の外表面に沿って下方に流れる。動作時においてバッグの表面は、蒸気圧に より、水平方向に延びるよう配置された波形板１２’に向けてわずかばかり膨ら む。下方に流れる液体は、矢印でもって示されるように、波形板とシート材とに より形成されるポケット１７内にポケットが満たされるまで集められ、次いでオ ーバフローが生じて貫通穴１５内を流れる（波形板１２’の貫通穴は図示されて いない）。各波形板の頂部および底部において液体が再分配され、それによって バッグの幅方向に液体が非常に均一に分配される。形成される蒸気は横方向に自 由に離脱可能である。熱交換器要素１０が熱圧縮式蒸発器の熱交換器の一部であ る場合、離脱した蒸気は次いでコンプレッサに導入され、このコンプレッサにお いて圧力と、したがって凝縮温度とが高められる。コンプレッサからの蒸気は次 いでバッグ内に導入される。 熱交換器内において、複数の熱交換器要素１０は、第１の熱交換器要素のバッ グ状部分が、隣接する熱交換器要素の水平方向に延びるよう配置された貫通穴付 き波形板と接触するように、互いに隣接配置される。したがって、水平方向に延 びるよう配置された貫通穴付き波形板は各バッグ状部分間に位置し、コンパクト な装置が形成されることになる。 波形板１２’の波は必ずしも正確に水平方向に延びていなくてもよい。波の頂 部がバッグの周縁部から中央部まで下方に向け傾斜するように、波をわずかに傾 斜させることができる。 当該技術分野における専門家には、添付した請求の範囲内において本発明のさ まざまな実施態様が変更可能であることは明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱交換器要素（１０）であって、プラスチックシート材（１１）のような 可撓性材料から形成されたバッグを具備し、該バッグの下部は凝縮液レシーバ（ １３）において終端し、該凝縮液レシーバに凝縮液用の排出管（１４）が設けら れており、該バッグの上部は蒸気をバッグ内に導入しかつバッグの外表面上に蒸 発されるべき液体を分配するための手段を有している熱交換器要素において、貫 通穴を備えた波形板（１２）をバッグの内部において鉛直方向に取り付け、該波 形板（１２）の幅（Ｌ）が、バッグが該波形板（１２）の周りにおいて適当に張 りをもつように定められており、該波形板（１２）の長さ（Ｐ）が、バッグの長 さの大部分に相当し、貫通穴を備えた波形板（１２’）をバッグの外表面上に水 平方向に取り付け、該波形板（１２’）の長さ（Ｐ’）がバッグの幅に概ね相当 する熱交換器要素。 ２．前記波形板（１２）の幅（Ｌ）を、前記波の高さ（Ｋ）に比べて圧倒的に 大きく定めた請求項１に記載の熱交換器要素。 ３．前記波形板の前記貫通穴を、前記波の頂部と底部間の領域のみに配置した 請求項１または２に記載の熱交換器要素。 ４．前記波のプロフィルが約９０°の角度を形成し、かつ波の頂部および底部 を湾曲させた請求項１から３までのいずれか一項に記載の熱交換器要素。 ５．前記波形板を、適当に剛性を備えたプラスチック、アルミニウム、または 同様なものから形成した請求項１から４までのいずれか一項に記載の熱交換器要 素。 ６．互いに隣接する複数の熱交換器要素を含む熱交換器であって、各熱交換器 要素（１０）が、プラスチックシート材（１１）のよう な可撓性材料から形成されたバッグを具備し、該バッグはその下部に凝縮液レシ ーバ（１３）を備え、該凝縮液レシーバに凝縮液用の排出管（１４）が設けられ ており、該バッグの上部は蒸気をバッグ内に導入しかつバッグの外表面上に蒸発 されるべき液体を分配するための手段を有している熱交換器において、貫通穴を 備えた波形板（１２）をバッグの内部において鉛直方向に取り付け、該波形板（ １２）の幅（Ｌ）が、バッグが該波形板（１２）の周りにおいて適当に張りをも つように定められており、該波形板（１２）の長さ（Ｐ）が、バッグの長さの大 部分に相当し、貫通穴を備えた波形板（１２’）をバッグの外表面上に水平方向 に取り付け、該波形板（１２’）の長さ（Ｐ’）がバッグの幅に概ね相当し、こ れら熱交換器要素を互いに隣接させて取り付けて第１の熱交換器要素のバッグ状 部分が、隣の熱交換器要素の水平方向に配置された波形板と接触するようにし、 それによって水平方向に配置された波形板がバッグ状部分間に位置するようにし た熱交換器。