JPH0344801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は表面蒸発板に関する。さらに詳しく
は、温溶水蒸発装置や海水淡水化装置などに用い
られる表面蒸発板（以下、蒸発板という）に関す
る。

［従来の技術］ 従来より海水淡水化装置においては、熱伝導性
のよい平坦な金属基板の裏面に多孔質吸水シート
を貼着した蒸発板が採用されている。

かかる蒸発板はいくらか傾斜させた状態で配置
され、下面側の多孔質シートに海水などを供給
し、金属基板の上面側から加熱することにより多
孔質シートを通つて下方に流下していく海水など
を蒸発させるものである。

蒸発した蒸気は蒸発板の下面と対向する凝縮板
または一段下の蒸発板の表面に凝縮させ、淡水な
どとして取り出される。

なおかかる蒸発板を多段に組み合わせ、最上段
の蒸発板の外表面を太陽熱、排熱、温泉熱などで
加熱し、２段目より下側の蒸発板についてはすぐ
上の蒸発板から蒸発した蒸気をその表面に凝縮さ
せるときの凝縮潜熱で加熱することにより蒸発・
凝縮の熱サイクルを連鎖的に利用するように構成
したものも知られている（たとえば特開昭57−
184405号公報）。

［発明が解決しようとする問題点］ 傾斜している多孔質シート内を上方から下方に
向つて被濃縮液を流すばあい、傾斜角度、多孔質
シートの材質、空〓率および厚さ、さらに被濃縮
液の粘度や密度などの条件に応じて定まる一定の
流量しか流すことができない。

たとえば粘度μ、密度ρの被濃縮液を傾斜角度
αで断面積Ａの多孔質シート内を流すときは、砂
層中の液流量を表わすダーシーの法則と実質的に
等しい下記の式により流量Q_Wが定まる。

Q_W＝Ａ・ｋ／μρgsinα (1) ここでｋは多孔質シートの構造により定まる定
数、ｇは重力加速度である。

もし前記流量を超えて被濃縮液を供給すると、
多孔質シートを通ることができない部分が多孔質
シートから外部ににじみ出し、液滴が発達し、つ
いには滴下するにいたる。

したがつて従来の蒸発板においては、上記流量
よりも多量に流すことができない。

一方、上流側から流下する被濃縮液は流下して
いる途中でしだいに蒸発するのであるから、下流
側における実際の流量は上流側よりもはるかに少
なくなつている。そのため上流側で前記限界流量
内で流すばあい、下流側では多孔質シートの表面
が乾燥し、溶質が折出するという問題がある。

また従来の蒸発板は平坦であるため、取り扱い
や保存などに便宜である反面、構造的に強度が低
く、とくに熱膨張により熱ひずみが生じ、部分的
に凹部が発生したり、とくに多段構造の蒸発板に
おいては蒸発板同士が接触するなどの問題があ
る。

本発明はかかる従来の蒸発板の問題を解消する
ためになされたものであり、処理しうる被濃縮液
の流量が大きく、全面にわたつて常に充分な量の
被濃縮液を供給することができ、かつ熱ひずみが
生じにくい蒸発板を提供することを目的としてい
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の表面蒸発板は、上面が実質的に液不透
過性でかつ下面が粗面である波形板であつて、山
の稜線に沿つて被濃縮液の流路が形成されている
ことを特徴としている。

また本発明の表面蒸発板の下面の粗面は多孔質
シートを貼着することにより形成することができ
る。

前記流路は、山の稜線の下面に沿つて線条を配
置することにより形成してもよく、あるいは山の
稜線の下面に沿つて溝やパイプを設けることによ
り形成してもよい。

また谷の稜線の下面に沿つて、濃縮液を排水す
るための流路、たとえば溝やパイプや線条を設け
ることが好ましい。

［作用］ 蒸発板の上端側に被濃縮液が供給されると、そ
の被濃縮液は山の稜線の下面に沿う流路内を流下
し、あるいは流路に沿つて安定した液膜を形成し
ながら下方に、すなわち蒸発板全体の傾斜方向に
向つて流下する。ところが山と谷の間の傾斜部分
の最大傾斜角度は前記全体の傾斜角度よりも大き
いので、流下している途中の液膜または流路から
出てくる被濃縮液はつぎつぎに最大傾斜方向に多
孔質内を通つて流下し、谷に集まる。

すなわち本発明の蒸発板は山から谷へ流れる比
較的短い距離の間で蒸発を行ない、蒸発した分は
ただちに前記流路から補充される。したがつて蒸
発板全体の多孔質内の流量は高低にかかわらずど
の位置でも充分な量であり、かつ均一に被濃縮液
を流すことができる。またそれにより蒸発板の下
端近辺においても乾燥したり溶質が折出したりす
ることがない。

［実施例］ つぎに図面を参照しながら本発明の蒸発板を説
明する。

第１図は本発明の蒸発板の一実施例を示す要部
斜視図、第２図は第１図に示す蒸発板の上方より
みた斜視図、第３図は本発明の蒸発板における被
濃縮液の流量の測定結果を示すグラフ、第４図お
よび第５図はそれぞれ本発明の蒸発板の他の実施
例を示す要部断面図、第６図および第６Ａ図はそ
れぞれ本発明の蒸発板の他の実施例を示す一部切
欠斜視図、第７図は第６図に示す蒸発板の要部断
面図、第７Ａ図は第６Ａ図のＸ−Ｘ線断面図、第
７Ｂ図は本発明の蒸発板の他の実施例を示す要部
断面図、第８図および第９図はそれぞれ本発明の
蒸発板を用いた蒸発装置の例を示す説明図であ
る。

第１図において１は実質的に液不透過性の合成
樹脂シートであり、合成樹脂シート１の下面には
フエルト状の多孔質シート２が貼着されている。
合成樹脂シート１と多孔質シート２とからなる積
層シートは、たがいに平行に、かつ裏表交互に配
列された線条３ａ，３ｂによつて山と谷が交互に
繰り返す波形に構成されている。そのばあいそれ
ぞれの線条３ａおよび３ｂはそれぞれ被濃縮液お
よび蒸溜液の流路を構成している。

山および谷の角度は被濃縮液の粘度、表面張
力、密度などの特性、あるいは使用する合成樹脂
シート１や多孔質シート２の材質、蒸発板Ａ全体
の傾斜角などに応じて適宜選択されるが、通常10
〜30°の範囲が採用される。

また本発明の蒸発板においては山および谷の数
はとくに限定されるものではなく、たとえば山が
１つだけのものから小さい山が多数形成されてい
るものまで、使用目的や材質、被濃縮液の種類な
どに応じて種々採用しうる。

液不透過性の合成樹脂シート１の材質として
は、ポリプロピレン、フツ素樹脂、ポリエステ
ル、ポリアミド、ポリ塩化ビニリデン、ポリアク
リレートなどの合成樹脂シートあるいはそれらの
二種以上の積層シート、さらに金属箔とのラミネ
ートシートなど、種々のものを用いることができ
る。なお高温下で用いるばあいは、これらのうち
耐熱性のあるものが好ましい。シートの厚さは材
質によつて異なるが、たとえば約0.1〜10mm程度
のものが用いられる。

多孔質シートとしては、被濃縮液が水溶液のば
あいは、吸水性の良好なクロス、フエルト、海
綿、ポリビニールフオルマール、ナイロン、セル
ロース、カーボン繊維、アスベスト、ガラスウー
ル、ステンレス綿、グラフアイト混入ウレタン、
樹脂発泡体、セメントスレートなどからなる厚さ
0.1〜10mmのシートが用いられる。そのほかそれ
らの短繊維を植毛して形成することができる。さ
らに熱溶融性で親水性の高分子材料の微粒子を高
温で焼結した多孔質成形板、たとえばポリアクリ
ロニトリル系、ポリアミド系、ポリメチルメタク
リレート系、ポリオレフイン系などの合成樹脂か
らなる微粒子を焼結成形した多孔質成形板、ある
いは硝子、石英、その他の無機質セラミツク微粒
子を同様に焼結成形して作つた多孔質成形板など
が用いられる。

有機溶液を濃縮するばあい、前記材料のうち有
機溶液に冒されないものが用いられる。

叙上のごとく構成される蒸発板Ａを所定の傾斜
角度βで配置し、上方より蒸発板Ａの下面側、と
くに線条３ａの近辺に通常はダーシーの法則にお
ける限界流量の約２〜５倍程度の流量で被濃縮液
を供給すると、線条３ａと多孔質シート２とで挟
まれる部分に液膜４が生じ、線条３ａに沿つて矢
印Ｑ方向に流下していく。

流下していく液膜４の一部は、第２図に示され
るように山と谷の間の傾斜部分５の最大傾斜方向
（矢印Ｐ方向）に沿つて多孔質シート２内を流れ
ていく。その間に多孔質シート２の下面より蒸発
が行なわれ、濃縮された液が谷６の下面に沿つて
蒸発板Ａの傾斜方向（矢印Ｑ方向）に沿つて流下
していく。

叙上のごとく被濃縮液の蒸発および濃縮は山か
ら谷へ最大傾斜方向に流下する間に行なわれるた
め、蒸発板Ａの上方と下方とで被濃縮液の流量お
よび濃度などの条件がほぼ同じである。したがつ
て蒸発作用が均一化されると共に、下流側にも充
分な量の被濃縮液が供給される。また上流端に供
給しうる被濃縮液の流量は限界流量の10〜55倍と
きわめて大量の液を処理することもできる。さら
に液膜４は蒸発板Ａの限られた一部しか流れない
ので、蒸発作用を妨げることがない。

第３図に示すグラフは本発明の蒸発板の一実施
例について、蒸発板全体の傾斜角度β（図面上は
sinβで示している）と滴下などを生じないで流し
うる限界流量との関係を示している。実験に用い
た蒸発板は外形0.8mmの線条を用い、山のピツチ
25mm、山および谷の角度16.7°で第１図に示す構
造を有するものである。多孔質シートとしては透
過率2.23×10^-6cm²、空〓率0.91、厚さ0.12mmのフ
エルト地を用いており、被濃縮液として水を用い
た。なお参考のために、同じフエルト地を平板に
貼着した従来の蒸発板について測定した定数ｋを
用いて求めた式(1)の関係、すなわち液滴が生じな
い限界流量と傾斜角度β（式(1)のαに相当）との
関係を破線Ｐによりあわせて示している。

本発明の蒸発板の多孔質シートの断面積は蒸発
板のばあいと同じであつたが、グラフから明らか
なように約50倍とはるかに多量の被濃縮液を滴下
することなく流下しうることがわかる。

なお第１〜２図に示す蒸発板は合成樹脂シート
１、多孔質シート２および線条３ａ，３ｂなどか
ら構成されているため、高温に加熱されたときで
も比較的自由に変形することができる。そのため
金属基板を要素とする従来の蒸発板で問題とされ
ている熱ひずみが生じないという利点がある。か
かる利点をさらに発揮させるため、山を構成する
線条３ａを上方に、谷を構成する線条３ｂを下方
に、それぞれ弾性的に付勢し、常時シート全体に
張力をかけておいてもよい。

また本発明の蒸発板は山と谷を交互に有する波
状の形状を採用しているため、横方向にジヤバラ
のように伸び縮みしやすいという特徴がある。し
たがつて合成樹脂シート１に代えて金属板などの
剛性材料を採用しても比較的柔軟性が高く、その
ため熱応力や熱ひずみなどが生じにくいという利
点がある。さらに断面係数が大きいので強度およ
び剛性が向上している。

第４図は、かかる本発明の利点を生かしてコン
クリート構造物によつて蒸発板Ｂを構成した例を
示している。

このものは山の部分の下面に溝８を形成して被
濃縮液の供給流路を設けるとともに、谷の部分の
下面にも溝９を形成して濃縮液の排出流路を構成
している。また傾斜部分５の下面はいずれも深い
粗面１０にされており、表面積の増大、液の付着
力の向上をはかつている。粗面１０はたとえば流
れと直角の方向に、あるいは網目状に刃物などで
掻き傷を入れたり、粗い粒子を吹き付けて接着す
ることなどにより形成しうる。なお傾斜部分５の
上面には必要に応じて太陽光選択吸収塗装を施し
たり防水処理を施してもよい。

第４図に示す蒸発板Ｂにおける蒸発作用も第１
図に示す蒸発板Ａとほぼ同じである。すなわち溝
８を流れてくる被濃縮液は液膜流４から傾斜部分
５の表面を最大傾斜方向に沿つて流下するときに
蒸発し、濃縮液が溝９を通つて排出される。

なお第４図に示すような断面形状にすることに
より、その断面係数を増大し、強度および剛性が
向上する効果がある。また前述のごとく加熱によ
る熱膨張も、横方向についてはジヤバラ式に吸収
しうる効果がある。

第５図は第１〜２図に示す蒸発板Ａの谷の部分
の下面に濃縮液排出用の流路として線条１１を設
けた蒸発板Ｃを示している。このものも第４図に
示す蒸発板Ｂと同じく、流量が多量であるばあい
でも濃縮液が滴下しにくいという利点がある。

第６図に示す蒸発板Ｄは第１図に示す蒸発板Ａ
の山の下面に設けられる線条３ａに代えて、パイ
プ１２を流路として用いている。パイプ１２の下
端には余剰の液を排出するための調節弁（第６Ａ
図または第９図のＶ）を接続してもよい。また蒸
発板Ｄの下端近辺に第６Ａ図または第７Ａ図に示
すような切り返し板１４を設けて流下溝１４ａを
形成するようにしてもよい。パイプ１２の側面の
上部には第７図に示すような孔１３が１つ、また
は適切な間隔で２つ以上穿設されている。なお第
７Ａ図または第７Ｂ図に示すように円周上で相互
に60〜120°程度の角度をなす位置に２つの孔１３
をあければ、パイプ１２から両側へ均等に液が流
れるように調節をしやすくできる利点がある。パ
イプ１２内を流れる被濃縮液は孔１３から順次流
出して、パイプ１２と多孔質シート２の折り目と
の間の空間を経て（第７図参照）、あるいは直接
に（第７Ａ参照）、あるいは第１図のばあいと同
じように多孔質シート２とパイプ１２とで形成さ
れる〓間（第７Ｂ図のＧ）に液膜４として保持さ
れたうえで、さらに多孔質シート２内およびその
下面を伝わつて流れることになる。

なお必要であれば第１図の谷を構成する線条３
ｂに代えてパイプを用いてもよい。そのばあいそ
のパイプが蒸溜液を流下させるための流路とな
る。

また前記パイプ１２に形成する孔１３の大きさ
はパイプ１２の高さまたは長さによつて定まる液
圧に応じて変えるようにしてもよく、さらに孔１
３に代えてパイプ１２全体にスリツトを形成する
ようにしてもよい。また孔１３はパイプ１２の上
面側に形成するほか、微細な孔を全体に形成する
ようにしてもよい。

第６Ａ図および第７Ａ図に示す蒸発板Daは１
つの山だけから構成されており、合成シート１の
両側縁は折り返されて凝縮液の流路になつてい
る。このものにおいては多孔質シート２の下端が
合成樹脂シート１よりも短くされており、その短
くされた部位の下面に切り返し板１４が設けられ
ている。切り返し板１４と合成樹脂シート１の間
に形成される流下溝１４ａは多孔質シート２を通
つて流れてくる濃縮された液を集めて外部に出す
ことができる。

第７Ｂ図に示す蒸発板Dbも前記蒸発板Daとほ
ぼ同じ構成を有する。

つぎに第１図の蒸発板Ａまたは第５図の蒸発板
Ｃを温溶液の蒸発装置に適用した例について、第
８図を参照しながら説明する。

このものは蒸発板Ａの上面側を保温材２１で覆
い、下面側に蒸発板Ａとほぼ同形状の凝縮板２２
をわずかな間隔をあけて対向させ、それらの周囲
を枠体２３で囲んで固定した構造となつている。
蒸発装置Ｅ全体はわずかに傾斜しており、その上
端には温溶液を貯留し、かつ流量調節しながら供
給するためのヘツドタンク２４が設けられてい
る。枠体２３の蒸発板Ａ上端と隣接する部位には
横方向に均一に温溶液を流すための供給溝２５が
設けられており、前記ヘツドタンク２４から供給
溝２５内に温溶液が供給される。

温溶液は供給溝２５から蒸発板Ａの下面側、す
なわち第１図の多孔質シート２に浸透して流下し
ていく。その間、溶媒が蒸発して湿球温度近辺ま
で冷却され、濃縮された温溶液は枠体２３の下方
に設けられている排出溝２６を経由して外部に排
出される。

一方、蒸発した溶媒は大気によつて放熱冷却さ
れている凝縮板２２の上面で凝縮し、谷を通つて
下方に流れ、回収溝２７を通つて回収される。そ
のとき、凝縮液は谷の部分に集中して流れ、傾斜
面上には従来の平坦な凝縮板にみられるような液
滴による被膜が生じない。そのため凝縮板２２に
よる伝熱作用および蒸発作用がスムーズになると
いう利点がある。

第９図は第４図の蒸発板Ｂの山を１つだけにし
た蒸発板Baと第６Ａ図の蒸発板Daとを太陽熱利
用の海水淡水化装置に適用した例を示している。

このものの最上段には第４図に示すものと実質
的に同じ構成のコンクリート板からなる蒸発板
Baが用いられている。蒸発板Baの上面には太陽
光選択吸収塗料を塗布すると共に、さらにその上
方をガラス板２８で覆つて太陽熱の効果的な採光
と保温とを行なつている。

前記コンクリート製の１段目の蒸発板Baの下
側には、第６図に示すような水不透過性の合成樹
脂シート１と多孔質シート２とを重ね合わせた波
形の蒸発板Da₁，Da₂がそれぞれ枠体２３などを
介在させて２段目および３段目の蒸発板として設
けられている。

なお海水淡水化装置Ｆの最下段には第１図の水
不透過性の合成樹脂シート１のみからなる凝縮板
２２が配置されている。

このものを使用するには、装置Ｆの上端に設け
られているヘツドタンク２４に海水を供給し、そ
こから１〜３段の蒸発板Ba，Da₁，Da₂の下面に
貫通するパイプ２５の孔などを介して適切な流量
で海水を供給する。

１段目の蒸発板Baの上面は太陽熱によつて加
熱されているため、その下面の粗面に浸透して流
れる海水の一部が蒸発し、濃縮された海水は装置
Ｆの下端に設けられる切り返し板（第６Ａ図の１
４）およびパイプ２５の下端から排出される。

蒸発した蒸気は２段目の蒸発板Da₁の上面で凝
縮され、淡水として装置Ｆの下端の回収溝２７で
回収される。凝縮するときに発生する凝縮潜熱は
蒸発板Da₁内を伝わつて蒸発板Da₁の下面を流れ
る海水を蒸発させる。３段目の蒸発板Da₂でも２
段目の蒸発板Da₁と同じ蒸発作用が奏され、最下
段の凝縮板２２の上面で凝縮し、淡水として回収
される。そのばあい凝縮板２２の下面は自然放熱
でもよいが強制的に冷却して装置Ｆ全体の温度勾
配を大きくしておくのが好ましい。

第９図の淡水化装置Ｆにおいては最上段にコン
クリート製の蒸発板Baを用いているため、高温
の海水に対しても耐久性がよく、しかも熱容量を
大きくすることができるので、日没後もしばらく
は操作を継続しうるという利点がある。また最上
段の蒸発板Baはもつとも高温となり、蒸発によ
るスケールが発生しやすいが、目詰まりしても、
たとえば刃物で掻き傷を刻み込むなどにより粗面
を容易に矯正できる利点があり、しかも洗浄もき
わめて容易である。

また２段目以下の蒸発板Da₁，Da₂においては
順次温度が低下していくため、合成樹脂材料など
の安価な材料を用いることができる。

以上のように本発明の蒸発板は、低レベルのエ
ネルギの回収や太陽熱などの稀薄なエネルギ源の
利用をはかる温溶液蒸発装置や海水淡水装置に関
し、従来の蒸発板と同じように採用することがで
きる。

［発明の効果］ 本発明の蒸発板は蒸発作用に関する利点とし
て、大量の被濃縮液を安定した液膜流として流下
させ、蒸発面の全体に均一に充分に被濃縮液を供
給しうる。そのため上流側においても滴下を生じ
ず、下流側においても乾燥、析出などを生じない
という利点がある。さらに構造上の利点として、
熱ひずみが生じにくく、しかも強度が高いという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸発板の一実施例を示す要部
斜視図、第２図は第１図に示す蒸発板の上方より
みた斜視図、第３図は本発明の蒸発板における被
濃縮液の流量の測定結果を示すグラフ、第４図お
よび第５図はそれぞれ本発明の蒸発板の他の実施
例を示す要部断面図、第６図および第６Ａ図はそ
れぞれ本発明の蒸発板の他の実施例を示す一部切
欠斜視図、第７図は第６図に示す蒸発板の要部断
面図、第７Ａ図は第６Ａ図のＸ−Ｘ線断面図、第
７Ｂ図は本発明の蒸発板の他の実施例を示す要部
断面図、第８図および９図はそれぞれ本発明の蒸
発板を用いた温溶水蒸発装置および太陽熱利用の
海水淡水化装置の例を示す断面図である。 （図面の主要符号）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ba，
Da，Db：蒸発板、１：合成樹脂シート、２：多
孔質シート、３ａ，３ｂ，１１：線条、８，９：
溝、１２：パイプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上面が実質的に液不透過性でかつ下面が粗面
   である波形板であつて、山の稜線の下面に沿つて
   被濃縮液の流路が形成されていることを特徴とす
   る被濃縮液の蒸発を下面側で行なう表面蒸発板。 ２ 下面の粗面が多孔質シートを貼着することに
   より形成されてなる特許請求の範囲第１項記載の
   表面蒸発板。 ３ 流路が山の稜線の下面に沿つて線条を配置す
   ることにより形成されている特許請求の範囲第１
   項記載の表面蒸発板。 ４ 流路が山の稜線の下面に沿つて設けられてい
   る溝である特許請求の範囲第１項記載の表面蒸発
   板。 ５ 流路が山の稜線の下面に沿つて設けられてい
   るパイプである特許請求の範囲第１項記載の表面
   蒸発板。 ６ 濃縮液の流路が谷の稜線の下面に沿つて設け
   られている特許請求の範囲第１項記載の表面蒸発
   板。