JPS6353127B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも１本の蒸発器管の内側を
下方に落下する溶液フイルムが、蒸発器管の外側
を上方に導かれる熱媒体流体によつて加熱される
ようになつているアルカリ溶液の濃縮方法に関す
るものである。

普通、50％溶液として落下され、実用上無水の
溶融物にまで濃縮されるべきであるアルカリ溶液
の濃縮は、比較的に高温度を必要とする。それ
故、熱媒体流体として、例えば、約450℃で蒸発
器管を包囲している加熱ジヤケツトの下方部分に
供給され、そこで、430℃の溶液の沸点の場合に、
約99％の値を有する濃度が達成される塩溶融物
が、特別に目的にかなつていることが分かつた。
例えば、50％溶液が約140℃で上方の蒸発器部分
に供給され、そこから、塩溶融物が約380℃の加
熱ジヤケツトを去るならば、落下フイルム式蒸発
器管の下方部分の中においては、沸騰しつつある
流体と、塩溶融物との間に、約20℃の温度差が、
また、これに対して、蒸発器管の上方部分の中に
おいては、約240℃の温度差のあることが生ずる。
この蒸発器管の上方部分の中における熱媒体流体
と、沸騰しつつあるアルカリ溶液との間における
大きな温度差は、今や、必然的に非常に高い熱流
密度（熱流速）に導き、この場合、蒸発器表面に
所々に完全な濡れの無いことが生ずる。こゝで
は、蒸発器表面における熱流密度が、ある一定値
を超過する時における従来公知の現象（ライデン
の霜効果）を、問題とするものである。

上述の作動条件の下において、250000kcal／ｈ
m²よりも、より大きい熱流密度が生じ、この臨界
的な熱流密度状態の下においては、蒸発器表面
が、所々「乾燥運転する」ことを避けることがで
きない。

アルカリ溶液を実用上無水溶融物へ濃縮のため
に、純ニツケル合金又は高ニツケル合金製の蒸発
器管が、全く良好に耐食性を示すことは公知であ
る。しかしながら、溶液に接触する表面のすべて
の上に、閉塞されている酸化ニツケルのフイルム
が形成されることのできることが、前提なつてい
る。このことは、落下フイルム式蒸発器管におい
ては、流体フイルムが蒸発器表面を一様に被覆し
ている限りは、そうであることが分かつた。しか
しながら、上述の高い熱流密度、従つて、蒸発器
表面の濡れが無いことに対して臨界的な熱流密度
は、単に、酸化ニツケルのフイルムの破壊に導く
だけでは無く、同時に、蒸発器管壁の中における
間欠的な熱的応力にも導く。このことは、組合わ
されて、蒸発器管の速やかな破損に導くことが生
じ得るようにする。

今や、本発明の目的は、上述の欠点をもはや有
することの無い、頭初に記載された種類の方法及
びその実施のための装置を得ることにある。

この目的を達成するために、本発明方法は、蒸
発器表面における臨界的な熱流密度を回避するた
めに、熱媒体流体の流れ速度が、上方の加熱ジヤ
ケツト部分内においては、その下方の加熱ジヤケ
ツトの部分内におけるよりも、より低いことを特
徴とするものである。

この方法を実施するために役立つ装置は、本発
明によると、円筒状の蒸発器管を同軸に包囲して
いる、熱媒体流体に対するせまい加熱ジヤケツト
が、上方の、流体出口の方に導いている部分にお
いて、放射方向に拡張されることを特徴とするも
のである。拡張された加熱ジヤケツト部分は、円
すい形又は円筒形であつても良い。また、多数の
上方に増加する拡張された円筒状部分又は円すい
形部分につながつている円筒状部分が設けられる
こともできる。いずれの場合においても、拡張
は、熱媒体流体の流れ速度の減少に導き、これに
よつて、この拡大の適当な選択によつて、上方
の、熱媒体流体とアルカリ溶液との間に高い温度
差を有している領域内における貫流速度を、下方
の、ほんの小さな温度差を示している領域内にお
ける状態に望ましくない影響を与えること無し
に、対応して減少された熱伝達係数によつて、臨
界的ではない（従つて、濡れの無いことに導くこ
との無い）熱流密度が生ずるように、低く保持す
ることが容易であるようになる。

以下、本発明をその実施例を示す添付図面の第
１及び２図に基づいて説明する。

第１図に示す実施例においては、２本の落下フ
イルム式蒸発器管１が設けられており、これらの
管１は、あふれ縁として役立つているぎざぎざを
付けられた上縁１ａによつて、それぞれ、分配器
２の中に突出している。この分配器２は、共通の
溶液流入管３に連結されている。本発明装置は、
また、只の１本、又は、２本以上の蒸発器管１を
有することのできることは、明らかなところであ
る。蒸発器管１は、下方を共通の集合室４に接続
されているが、この集合室４は、濃縮されたアル
カリ溶液に対する流出ろうと４ａ及び水蒸気流出
管４ｂを設けられている。

両方の円筒状の蒸発器管１のそれぞれは、同軸
の加熱ジヤケツト５によつて包囲されている。加
熱ジヤケツト５は、下方を図示されていない加熱
装置を介して循環する熱媒体流体のための共通の
流入導管７に、連結管６を経て連結されており、
一方、上方を共通のもどり導管９に、連結管８を
介して連結されている。各加熱ジヤケツト５の上
方部分５ａは、加熱ジヤケツト５の比較的にせま
い円筒状の主要部分に対して、円すい形に拡張さ
れている。

加熱ジヤケツト５の上方部分における上述の拡
張５ａによつて、今や、この場所において、加熱
媒体流体の貫流速度が連続的に減少されることが
達成される。それ故、流れる流体の壁における熱
伝達の公知の原理に従つて、熱伝達係数が同様に
対応して上方に向かつて減少されることが達成さ
れるが、このことは、結局、減少された熱流密度
を生じさせ、ないしは、上述の増加する温度差に
もかゝわらず、「臨界的ではない」熱流密度を生
じさせる。

それ故、加熱ジヤケツト５の寸法を、熱媒体の
貫流量に関係して、どの場所においても、許すこ
とのできない高い熱流密度の現われないように選
択することができるようになる。このことは、そ
の限りでは、経済的に重要なことである。なぜな
らば、アルカリ溶液の濃縮のための構造物に対し
ては、非常に高価な材料が使用されなければなら
ないからである。加熱される表面の１m²当たりを
全体的に見て、平均してできる限り多くの熱を伝
達することのできること及び同時に高い寿命を保
証することを、指示される。

上述の装置は、この目的を、沸騰しつつあるア
ルカリ溶液と、熱媒体流体との間において小さな
温度差がある蒸発器管１の下方部分内において、
蒸発器管１と加熱ジヤケツト５との間のすきま
を、この下方部分において、高い熱媒体流体速度
にと、それに対応して高い熱伝達係数が存在する
ようにせまく保持することによつて、高い蒸発能
力が達成されることができるようにして、達成す
ることを許す。今、このことを、具体的な例につ
いて説明する。

蒸発器管１は、112mmの外径を、加熱ジヤケツ
ト５は、127mmの内径を、それぞれ、有しており、
また、加熱ジヤケツト５は、上方部分５ａにおい
て、200mmに拡張されている。例えば、10m³／ｈ
の熱媒体循環量において、加熱ジヤケツト５の下
方部分の中において8m／secの速度、また、上方
部分５ａの中において1.3m／secの最小速度が生
ずる。沸騰しつつある流体と、熱媒体との間にお
けるその都度の温度差の考慮の下に、加熱ジヤケ
ツト５の下方部分及び中央部分の中における平均
40000kcal／ｈm²の熱流密度が、また、上方部分
５ａの中における35000kcal／ｈm²の平均熱流密
度が、それぞれ、生じ、従つて、認められるよう
に、アルカリ溶液の濃縮の際に、何らの濡れなく
なる危険は生じない。

実際には、上述の作用を達成するために、種々
の他の可能性がある。しかしながら、これらの可
能性は、熱媒体ジヤケツトの貫流横断面積の変更
によつて熱媒体速度を合目的に適合させること、
従つて、熱流密度に影響を与えることに、本質的
に基礎を置くものである。

同じ目的を達成するための他の簡単化された技
術は、単に、熱媒体の速度を目的のように減少す
るだけではなく、同時に、熱伝達に関係する熱媒
体の量を減少することにある。それ故、熱伝達
を、単に、熱伝達係数の減少によつて減少させる
のではなく、追加して、沸騰しつつあるアルカリ
溶液と、熱媒体流体との間における温度差の減少
によつて減少させる可能性がある。このことは、
熱媒体流体が、蒸発器管におけるその流れ径路に
沿つて、上方部分の中においてより速やかに冷却
されること、例えば、全部の熱媒体量が、この部
分の中において、納伝達過程にもはや関係しない
ようにして行なうことができる。

第２図には、このような装置が示されている
（簡単にするために、只１本の蒸発器管１が示さ
れているだけである）。その上方のぎざぎざにさ
れた縁１ａによつて、第一実施例と同様に、分配
器２の中に突出している円筒状の蒸発器管１は、
同軸の加熱ジヤケツト１５によつて包囲されてい
る。なお、分配器２は、アルカリ溶液用の流入導
管３に接続されている。この円筒状の比較的にせ
まい加熱ジヤケツト１５の上方の端部部分１５ｂ
は、１６によつて示されるように、穴をあけられ
ており、また、放射方向に拡張された円筒状のジ
ヤケツト部分１５ａ（これは、円すい形状であつ
ても良い）によつて包囲されているが、このジヤ
ケツト部分１５ａは、穴をあけられた端部部分１
５ｂを越えて延びており、また、そこにおいて、
熱媒体流体に対するもどり導管まで導かれている
連結管８に、接続されている。加熱ジヤケツト１
５の穴をあけられた端部部分１５ｂは、内部に、
一様に周囲の上に分布された隆起、いわゆる、節
17を設けられており、これらの節１７は、ジヤケ
ツト１５の端部部分１５ｂと、蒸発器管１との間
のすきまの中において、流れ抵抗として作用し、
熱媒体流体の一様な分配を、蒸発器管１の回りに
保証する。

熱媒体流体は、連結管６を介して、円筒状の熱
媒体ジヤケツト１５の中へ流れ、これを通り、そ
の上方部分の中に存在する開口１６に到達し、熱
媒体流体の一部分は引続いて拡張されたジヤケツ
ト部分１５ａの中に到達し、一方、熱媒体流体の
単にわずかな部分だけが、直接的に蒸発器管１の
そばを流れる。端部部分１５ｂの上方において両
方の流れは再び合流し、装置を連結管８を経て去
る。部分１５ａの中における拡張は、この場合に
もまた、貫流速度の著しい低下を生じさせ、一
方、穴をあけられた端部部分１５ｂは、蒸発器管
１における熱伝達に関係する熱媒体流体の量を対
応して減少させる分離壁として作用をする。しか
しながら、節１７のために、熱媒体流体の一様な
分布が管の内周辺の上に維持されたままであり、
このことは、対応して、一様な熱媒体の流れ及び
管の変形ないしは損傷の回避を意味するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による濃縮装置の１実施例を示
す縦断面図、第２図は他の実施例の同様の図であ
る。 １……蒸発管；５，１５……加熱ジヤケツト；
５ａ，１５ａ……拡張部分；１５ｂ……表面部
分；１６……穴；１７……節。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１本の蒸発器管の内側を下方に落
   下する溶液フイルムが管の外側において上方に導
   かれる熱媒体流体によつて加熱されるようになつ
   ているアルカリ溶液の濃縮方法において、蒸発器
   表面における臨界的な熱流密度を避けるために、
   熱媒体流体の流れ速度が、上方の加熱部分におい
   て、その下方の加熱部分におけるよりも、より低
   く選択されるようにすることを特徴とする方法。 ２ 上記の上方の加熱部分内において、流れ速度
   が連続的に減少されるようにする特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３ 上記の上方の加熱部分の中において、溶液フ
   イルムにおける伝達に関係する熱媒体流体の量が
   減少されるようにする特許請求の範囲第１又は２
   項記載の方法。 ４ 円筒状の落下フイルム式蒸発管１を同軸に包
   囲している加熱ジヤケツト５，１５が、下方の熱
   媒体流体入口６に連結された円筒状のせまい部分
   から出発して、上方の熱媒体流体出口８の方に案
   内される部分５ａ，１５ａに放射方向に拡張され
   ていることを特徴とするアルカリ溶液濃縮装置。 ５ 加熱ジヤケツト５，１５の拡張された部分５
   ａ，１５ａが、少なくとも部分的に、円筒形又は
   円すい形に移行している特許請求の範囲第４項記
   載の装置。 ６ 加熱ジヤケツト５，１５の拡張された部分５
   ａ，１５ａが、加熱ジヤケツト５，１５の下方の
   円筒状部分の延長部を形成している、穴１６をあ
   けられた表面部分１５ｂから突出している特許請
   求の範囲第４項記載の装置。 ７ 穴１６をあけられたジヤケツト部分１５ｂの
   内周辺の上に均一に分布された節１７を設けられ
   ている特許請求の範囲第６項記載の装置。