JPS63140203A - コ−ルドトラツプ蒸気制御装置 - 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】 背景 本発明は蒸発器及び同様の蒸気処理システムのための制
御装置に係わる。この種の用途の１つに、米匡特許第４
，４５７．８０５号に記載された形式の小規模溶媒回収
システムのシールがある。

一般に蒸発器及び特に加熱蒸気処理システムでは、シー
ルは蒸気、ガス又は液体の流れを限定し、さらにそれら
を処理条件、原価、効率、安全もしくはその他の理由の
ために特定の面積もしくは体積に制限するという重要な
役割をもつ。多くの種類の物理的密封が知られておシ、
それらのすべてが物理的誤用、化学的腐食及び温度限界
逸脱などによる不良や故障を生じがちである。

物理的密封にはこのような問題があるため、蒸気化液体
を処理するさいにこのような心配を取除く改良されたタ
イプのシールが必要になってくる。

発明の要約 本発明のコールドトラップ蒸気シールは、蒸発物質をト
ラップし、容器の内側と外部環境との間の密封性を、物
理的密封と結びついた上記の問題を起こさすに保持する
手段を提供することによって上記の必要を満たす。本発
明は、蒸気容器の内容積と外部環境との間の界面に、典
型的に回旋状の、名目上開放形の通路を備えつけること
によって蒸気シールを提供する。前記通路は好ましくは
その両側に蒸発した液体を充分凝縮させることができる
容量の冷却剤源と熱的接触している面をもっている。容
器の界面はさまざまな形状を採用してよい。予想される
蒸気体積、熱エネルギ付加速度、冷却剤流速、及び他の
作動条件のため界面通路を通す蒸気全部を充分凝縮させ
ることができる冷却面が確保される限り、事実上如何な
る形状も選択しうろことが強調される。

本発明の主な目的は蒸気容器、蒸気処理システム及びそ
の他のためのより有効なシールを提供することである。

好適具体例 本発明を添付図面に付けられた、特に第１図及び第２図
に示す本発明の好適具体例に関して付けられた符号によ
って説明する。

第１図を参照すれば、液体１はボイラ２内に示されてい
る。この液体はボイラの底部に普通は配置されたヒータ
３の加熱によって沸騰される。蒸気４は沸騰する液から
発生し、対流によってボ・ｆうの上部へ昇り、ここで大
部分の蒸気が出口５から排出され、次に別の場所６に運
ばれる。この別の場所６とは、米国特許８ｇ４．４５７
．８０５号に記載のような外部凝縮装置であるか、ある
いは蒸気を有効に利用する処理設備を含んでいてもよい
。

出口５はボイラカバー７上に配置することができる。カ
バー７の周囲に、及びボイラ２の外側の上部に、本発明
のコールドトラップ蒸気シールが配置されている。シー
ルはカバー７上に配置された上部密封面８と、ボイラ２
上に配置された下部　　−密封面９とをもつ。また分か
る通り、面８及び９はそれぞれ冷却剤チャネル１０及び
１１と熱的接触状態にある。面８及び９は輪郭通路１２
を規定し、これを通ってボイラの内部から蒸気が洩れ出
ようとする。界面通路１２の低い地点には、望むならば
ボイラ２に凝＃１液を戻し、あるいは外部に集積し、及
び／又は使用するためのドレン１３が配置されている。

コールドトラップ蒸気シールの特徴を拡大して第２図に
示す。図中の第１図と１［１］じ部品は同じ番号を付け
である。第２図でも、カバー７は支持のためボイラ２上
に載置して示４−ｊｐているが、本発明による蒸気密封
シールが形成されてもされなくても存する。

第１図及び第２図のコールドトラップ蒸気シールに近い
部分の加熱蒸気は、典型的な蒸気処理システムに通常存
在するものと同様であることが理解されるべきである。

２つの面８及び９の界面は非物理的密封関係に保たれて
いる。しかしながらこれらの界面は、本設計で操作され
るコールドトラップの原理からはより大きな有効性のた
めに経済的に合理的に接近させて配置されることが理解
されるべきである。

チャネル１０及び１１内で使用される冷却流体は、蒸気
を液体状態に充分還元することができる入力エネルギを
吸収し除去するために作用する。コールドトラップ蒸気
シールは、冷却剤流がチャネル１０及び１１の両方に導
入されるように理想的に設計されている。コールドトラ
ップ蒸気シールは、全表面積、冷却流速度、熱容量及び
温度特性が、コールドトラップ蒸気シールの複合脱熱能
力が、熱入力＠存置に等しいか、それより大きいか、あ
るいはいくつかの適用例では所望とあらば小さくなるよ
うなものであるように、寸法法めされている。

作動時には、コールドトラップ蒸気シールが。

シール界面で凝縮物又は再生流体を生じるであろう。シ
ール界面内にこのように生じた凝縮物は集められ、かつ
蒸発器から除去され、あるいは第１図及び第２図で示し
たようにドレン１３で循環利用のため単に蒸発器に戻さ
れるだけでもよい。いくつかの状況では、凝縮したｔＩ
シ体の１部を、シールの有効性をさらに高める完全に形
成された液体トラップ物理的バリヤとして作用させるべ
く界面通路１２内に滞留させることが望ましいだろう。

このコールドトラップ蒸気シール装置の零重力適用にお
いては、シール界面の流体凝、縮物を除去するため、ワ
イノ（装置とか、冷却不活性ガスの方向付は流れあるい
は他の物理的手段のような発生流体を集合及び／又は除
去のため何らかの物理力入ン通路１３が詰まらないよう
にし、凝縮物が外部に溢れ出るよりむしろ容器体積内に
流れ戻るようになっている。

第３図には、コールドトラップ蒸気シールの変形具体例
を示し、第１図と相当する部分は同じ符号で、但しｒＡ
Ｊの文字を対応する数字に付加した上で示した。従って
カバー７Ａは上面８人の付いた冷却剤チャネルＩＯＡを
もち、ボイラ２Ａは熱伝達面９人の付いた冷却剤チャネ
ルＩＩＡをもっている。熱伝達面８Ａ及び９人は蒸気が
通過する通路にＡを規定する。第３図から明確になる通
り、凝縮流体用の分離ドレン通路１３は存在しない。む
しろ通路１２Ａは下方へかつ内側へ向かう真直ぐな傾斜
した通路で、１２Ａ中に形成された凝縮物は重力を介し
て、第１図の界面通路１２内でのように方向転換するよ
りむしろ面９Ａ上に落下してボイラ２Ａに流れ込む。当
業者には簡単明瞭であるように、チャネル１０．ＩＯＡ
及び／又は１１．１１Ａ内の熱伝達媒体は、水、ポリグ
リコール又は液体ナトリウムのような液体ｔ〜あるいは
水素、空気又はヘリウムのような気体か、おるいは鉄、
銅、等々のような固体であってもよい。また除熱は、界
面の周縁部の全部又は１部を通−して完了されてもよい
ことは明らかである。

第４図には変形具体例を示し、第１図と相当する部分は
同じ符号で、但しｒ１３Ｊの文字を対応する数字に付加
した上で示した。従ってカバー７Ｂは冷却剤チャネルＩ
ＯＢ及び面８Ｂをこれに取付けて備えている。ボイラ２
Ｂは冷却剤チャネル１１ｒ３及び面９Ｂをこれに取付け
て備え、面８Ｂ及び９Ｂは従って、ふつうは半円形状を
もつ輪郭通路１２Ｂを形成する。面９Ｂの底部には、ボ
イ、ｙ２Ｂの内部に戻るドレン通路１３Ｂが形成されて
いる。ドレン通路１３Ｂの開口は上述のようなバリヤを
提供するため、くねり通路１２Ｂ内の低点以外の位置に
設けてもよいことが明らかである。この種の物理的バリ
ヤはまた単に、例えば第１図及び第２図に示すように、
外ＩＴＩＪ唇状部が内側唇状部より高くなるように通路
１２ｎの内倶躊状部と外側唇状部の高さをずらすこと（
′ζよって形成されるだけでもよい。

このコールドトラップ蒸気シールの作動原理のさらに完
全な理解のため、具体例を挙げて説明する。

；ｙ’ｌえば、醗醇させた有機物置からエタノールを抽
出したいと仮定する。さらにまた熱入力容ｉＱは３４１
２０Ｂｔｕ／時に等しいと仮定する。

この実施例では、蒸発着熱、過熱、レイノルズ数、凝縮
膜係数、溶液汚染物、等々は何ら影響しないと仮定する
。さらにまたエタノ−ルは１８０°Ｆで沸騰し、またお
よそ１５０°Ｆ′まではいくつかの凝縮物予備冷却が必
要であると仮定する。さらにまた冷却剤は取入口温度７
０’Ｆの水で、冷却剤温度は１０′Ｆだけ上昇すること
が許容されると仮定する。

この″Ａ施例の目的は、本発明コールドトラップ蒸気シ
ールに要する表面積を計算することである。

求める表面積Ａは次のように表わすことができる。

但しＱ＝熱入力＝　３４１２０　Ｂｔｕ　／時Ｕ＝エタ
ノールの総括伝熱係数 及び ＬＭＴＤ＝Ｌｏｇ平均温度差 ＬＭＴＤは次の通り計算する。

但しＧＴＴＤ＝大端末温度差＝　１００　’Ｆ及び ＬＴＴＤ＝小端末温度差＝８０下 蒸気温度内（１ｓｏ　′Ｆ）マイナス、凝縮物温度外（
１５０’Ｆ）＝３０’Ｆであるとき、史に水温外（ｓｏ
’Ｆ）マイナス水温内（７０’Ｆ）＝１０’Ｆであれば
、１８０°　　　１５０°（溶媒） ８０°　　　　　７０°（冷却剤） １００°　　　　　８０゜ は端末温度差を求める計算を示す。適切な値を代入すれ
ば次の値が得られる。

ＬＭＴＤはすでに作成されて利用し得る周知のｌｏｇ　
−ｌｏｇ表から決定してもよい。この実施例についてこ
の表を利用すれば９０．０　’Ｆ　ｋＴ　Ｄが得られる
。

第３の方法をＬ　Ｍ　Ｔ　Ｄを決定するのに用いてもよ
い。この代替法では小温度差が大温度差によって除算さ
れて（８０／１００）１．８０　Ｏｒ　Ｓ／Ｌ　Ｊ値が
得られる。次に対応するｒＭＪ値を見い出すため、ベリ
ーの化学技術者ハフドブツク（ｐｅｒｒｙ’ｓ　Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ’　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　
）第６版から下に抜出したよく知られたｒＭＪ係数表が
用いられる。

Ｓ／Ｌ値に対するｒ　Ｍ　Ｊ係数 互／旦　　　　　　　Ｍ Ｏ，７５０，８７０ ，７６，８６４ ，７７，８７９ ，７８，８８６ 下　　　　　　　　、７９　　　　　　　．８９０．８
０　　　　　　　　　．８９５ ．８１　　　　　　　　　．９０２ ・８２　　　　　　　　　．９０７ ．８３　　　　　　　　　．９１３ ．８４　　　　　　　　．９１８ このｒＭＪ値及び関係を用いれば ＬＭＴＤ　＝　Ｌ’ｌ’ＴＤ　Ｘ　Ｍ ＬＭＴｉ）＝　（１００）（，８９６）　＝８９．６′
Ｆ以上の通シ、これらの現在知ら九でいるすべての方法
は実質的に同じＬＭＴＤ値を与える。

総括伝熱係数ｒＵＪは容易には説明されず、通例では経
験的に決定される。本発明で用いられているよりなｒＵ
Ｊの検討は、ベリーの化学技術者ハンドブック第６版で
見い出される。この実施例の目的のため、８０の値が用
いられた。

従って最初の方程式は次のようになる。

ボイラが直径１０インチの円筒であると仮定すれば、コ
ールドトラップ蒸気シール表面積は次のように計算され
る。

Ａ　＝　４．７６　ｉｎ”　＝　＊　（Ｒ”　−ｒ”　
）但しｒ　＝　５．ＱＱ　ｉｎ。

へ十πｒ２ 従ってＲ”　＝−＝　２６．５２ π　、 １−Ｌ＝５．１５ そしてＩｔ、　−ｒ＝５．１５−５．００＝、１５イン
チ従って円筒の全周にわたって、１５０幅であるフラン
ジが総熱入力Ｑを抽出し、存在する蒸気を液体に凝縮す
る能力をもつ。

このサーマル、又はコー／Ｉ／１トラップは、蒸気から
抽出される熱エネルギが循環のための液の形に凝縮させ
、順応封止面又は抽出として慟らかせるから、シール又
は蒸気制御手段として働ら〈。

また流体が蒸気から液相へ減ってい＜４量が冷たいトラ
ップ帯域内に、外流出を抑制しながら低いあるいは減少
圧力状態をつくシ出すということも真実である。

この熱シールでは、熱伝達の多数の基本が、特定寸法及
び形状を考察し決定するときに適用されなければならな
い。長さ、福、内側全表面、表面形状、冷却剤温度及び
許容温度上昇はすべて本発明の適用において考慮される
べき要素である。勿、澹このコールドトラップ蒸気シー
ルは凝縮器に適用して材料、特に液体再生利用に用いら
れる。さらにまた液体を蒸発もしくは沸騰させる容器内
で別々に使用するか、あるいは用途のある蒸気の抽出に
利用することもできる。本発明は装置の主作動部品が閉
鎖され、いかなる蒸気の漏出も好ましくないような場合
に、他の蒸気制御装置又は部材と共に用いてもよい。さ
らにまた本発明コールドトラップ蒸気シールを、少量の
蒸気をギャップを通して漏出させたい場合、あるいは内
側及び外側環境間の圧力を等しくするために使用するこ
とも可能である。本発明コールドトラップ蒸気シールは
、冷却剤チャネル１０及び１１の冷却剤を他の封止手段
が閉鎖あるいは機能不良に陥ったときだけ作動する待機
システムとして使用してもよい。

さらに当然ながら、面８及び９の形成するトラップ又は
通路１２は、理想的な冷却面を提供するため任意の形状
をもつことができる。好ましくはこの面には蒸気の直接
帛れ出る通路は存在しないのがよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい具体例の正面横断面図、第２
図は第１図の好ましい具体例の細部を示す部分拡大図、
第３図は本発明の変形具体例の横断面図、及び第４図は
本発明の他の変形具体例の横断面図である。 １・・・夜　体、２・・・ボイラ、３・・・ヒータ、４
・・・蒸気、５・・・出　口、６・・・外部装置、７・
・・ボイラカバー、８州土側密閉面、９・・・下側密閉
面、１０．１１・・・冷却剤チャネル、１２・・・愉郭
付は通路（界面通路）、１３・・・ドレン。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）コールドトラツプ蒸気制御装置であつて、底部、
   側壁及びカバーをもつ容器を含んでおり、この容器の外
   側周縁部分が少なくとも１個の除熱チヤネルと少なくと
   も１個の除熱面をもち、容器上にカバーを載置したさい
   、チヤネルと面が容器の内側から容器の外側へ狭い通路
   を形成するように配置されている、装置。
2. （２）通路が輪郭付けされた形状をもつている、特許請
   求の範囲第１項に記載のコールドトラツプ蒸気制御装置
   。
3. （３）通路がさらにチヤネルから流体を除去するための
   ドレンをもつている、特許請求の範囲第１項に記載のコ
   ールドトラツプ蒸気制御装置。
4. （４）チヤネルが半円形状をもつ特許請求の範囲第１項
   に記載のコールドトラツプ蒸気制御装置。
5. （５）チヤネルが直線状で、かつチヤネルの径方向で内
   側に向かう部分からチヤネルの径方向で外側に向かう部
   分へ外側上方へと延伸する、特許請求の範囲第１項に記
   載のコールドトラツプ蒸気制御装置。
6. （６）狭い通路を形成する第２の除熱チヤネルと第２の
   除熱面がある、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
7. （７）通路がＶ字形である、特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。
8. （８）通路が先頭部を欠いたＶ字形である、特許請求の
   範囲第１項に記載の装置。
9. （９）ドレンが通路の低い地点に位置決めされている、
   特許請求の範囲第３項に記載の装置。
10. （１０）コールドトラツプ蒸気制御装置であつて、蒸発
    される液体用の容器と、容器用カバーと、前記カバーは
    カバーと容器との間に狭い通路を形成するべく容器上の
    周縁部分と組合わさる周縁部分をもつており、及び容器
    から通路に入る蒸気を凝縮するための前記通路を冷却す
    る手段を含む、装置。