JPH07161Y2 - 二重効用蒸気圧縮蒸発装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、原液を当該原液中の溶媒を蒸発することによ
って濃縮するに際して、蒸発しようとする原液から発生
した蒸気を、前記原液を蒸発するための熱源とするよう
にした、いわゆる蒸気圧縮式の二重効用蒸発装置の改良
に関するものである。

（従来の技術） 低温蒸気圧縮式濃縮缶と高温濃縮缶を組合せ、被濃縮液
を前記蒸気圧縮式濃縮缶で濃縮したのち、前記高温濃縮
缶に導いて、高濃度に濃縮し高温濃縮缶で発生した蒸気
を蒸気圧縮式濃縮缶に導く濃縮方法及び装置は特開昭62
−136204号公報に記述されている。

しかしながら本装置（方法）における高温濃縮缶は従来
からの多重効用と同様で、ただ本例の場合は凝縮水を多
目的に利用していることにより及び前段の効用蒸発缶で
発生した蒸気を次段効用缶に送って加熱蒸気として利用
しているにすぎず、本装置内における熱効率は低くなら
ざるを得なかった。

（考案が解決しようとする課題） 従来は高濃度域における加熱蒸気は凝縮液として系外に
排出され、又前の効用缶で発生した蒸気を単に次効用缶
に送って加熱蒸気に利用しているにすぎず、以下に述べ
るような問題があった。

すなわち、 （１）高濃度域における加熱蒸気が凝縮液として系外に
排出される為、潜熱は利用されているが、凝縮液の有す
る高温顕熱が有効に利用されず、本装置内における熱効
率は低く、不経済なものであった。

（２）高濃度域における加熱蒸気はその水平加熱管束中
で最終的に全て凝縮させている為、最終管端内出口近く
においては、蒸気流速はほぼ零に近い値となり、又、凝
縮液の蓄積及び不凝縮性ガスの滞留により、伝熱係数は
非常に低下するという問題が生じていた。

本考案は、この問題を解消した二重効用蒸気圧縮蒸発装
置を提供するものである。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、水平伝熱管内で蒸気を凝縮
させ、同管外で溶液を蒸発させる蒸発缶により、第一効
用蒸発装置及び第二効用蒸発装置を構成し、第一効用缶
及び第二効用缶には遠心式圧縮機及び高圧蒸気エゼクタ
圧縮機を組合せ、第一効用缶及び第二効用缶内で溶液か
ら蒸発した蒸気を遠心式圧縮機で吸引圧縮して第二効用
蒸発装置の水平伝熱管に送り、加熱に使用して凝縮させ
ると同時に、残余の蒸気を前記水平伝熱管の出口端近辺
から高圧蒸気エゼクタ圧縮機により抜き出して第一効用
蒸発装置の伝熱管内に送って加熱に使用する構成よりな
る二重効用蒸気圧縮蒸発装置とした。

（考案の作用、効果） 第一効用缶及び第二効用缶において溶液から蒸発した蒸
気を遠心式圧縮機により吸引圧縮して第二効用蒸発装置
の水平伝熱管に送り加熱に使用し、濃縮された濃縮液の
一部に予熱した原液を加え前記第二効用缶内で循環濃縮
する一方、残りの濃縮液を第一効用蒸発装置においてそ
こにおける濃縮液に加えつつ循環させ濃縮を行い、第二
効用缶内における残余の蒸気を高圧蒸気エゼクタ圧縮機
で吸引圧縮して第一効用蒸発装置の水平伝熱に送り加熱
に使用する。

更に第一効用蒸発装置において凝縮した凝縮液を第二効
用缶の最初の加熱管群の入口側に供給する構成としたこ
とにより従来の高温濃縮缶内で主として起こっていた伝
熱管最終端部における凝縮液の蓄積及び不凝縮性ガスの
滞留による熱伝達効率の低下が、前記第二効用蒸発装置
内の管端部における蒸気流の強制的発生により蓄積凝縮
液の吸引流出及び滞留不凝縮性ガスの吸引除去により解
消され理想状態で作動する為、不要な伝熱面積を見込む
必要もなく装置はその分だけ小型とでき、低価格の装置
とすることができる。

更に、第一効用蒸発装置における凝縮液を、真空度の高
い第二効用缶加熱管入口部に供給することにより蒸発さ
せ本缶における加熱蒸気とすることにより系全体とし
て、蒸発濃縮の熱効率が高く、経費を著しく低減するこ
とができる効果を有する。

別途、第一効用蒸発装置においては高圧蒸気エゼクタ圧
縮機により、一方、第二効用蒸発装置においては遠心式
圧縮機で各々の蒸発缶内で溶液から蒸発した蒸気を圧縮
・昇温する組合せ（以下単純圧縮式という）も可能であ
るが、本考案の構成としたことにより、前記組合せでは
効率の低いエゼクタで所要温度まで全量（第３図におけ
るT₁＋T₂）、圧縮・昇温する必要があったが、本考案に
係る組合せにおいては、エゼクタ入口部における蒸気温
度は既に遠心式蒸気圧縮機によりT₁迄圧縮・昇温されて
いる為、第一効用缶における所要蒸気温度（T₁＋T₂）と
第二効用缶出口温度T₁との差分（T₂）のみ圧縮・昇温す
れば良く、高温蒸気エゼクタ圧縮機における消費エネル
ギーは少なくて済む為エネルギーの節約ができ、運転経
費を著しく低減することができる効果を有する。

又、第一効用蒸発装置と第二効用蒸発装置を一体に構成
することにより、熱放散面積を減少でき、更に小型で経
済的な二重効用蒸気圧縮装置を供給することができる効
果も有する。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面について説明する。第１図
において符号１は濃縮液溜室２を下部に備えた密閉形の
第二効用缶を示し、該効用缶内の上部には、複数本の伝
熱管３から成る伝熱管群４が略水平横向きに配設され、
該伝熱管群４の両端にはヘッダー５、６が各々設けら
れ、この両ヘッダー５、６のうち一方へのヘッダー５内
には入口室5aと折返し室5bとを区画する仕切板5cが他方
のヘッダー６内には、折返し室6aと出口室6bとを区画す
る仕切板6cが各々設けられ、一方のヘッダー５における
入口室5a内に流入した蒸気は、複数本の伝熱管３内を他
方のヘッダー６における折返し室6aに向って流れたの
ち、この折返し室6aから複数本の伝熱管３内を通って一
方のヘッダー５における折返し室5b内に流入し、更に、
この折返し室5bから複数本の伝熱管３内を通って他方の
ヘッダー６における出口室6bに流入するように構成さ
れ、前記他方のヘッダー６における出口室6bには、第二
効用蒸発装置における残余の加熱蒸気を第一効用蒸発装
置へ強制的に吸引する高圧蒸気エゼクタ116の吸込みダ
クトが接続されている。

符号９は、前記第二効用缶１内における前記伝熱管群４
の上部に設けた散布器を示し、該散布器９に、吸込側を
前記濃縮液溜室２に管路10を介して接続した循環ポンプ
11からの濃縮液循環管路12を接続して、前記濃縮液溜室
２内における濃縮液を、循環ポンプ11により前記伝熱管
群４における各伝熱管３の外周面に散布したのち、濃縮
液溜室２内に戻る循環を行うように構成し、前記循環ポ
ンプ11から散布器９に至る濃縮液循環通路12には、濃縮
液排出管路13（第２図に於いては仕切板22に連通部23を
設ければ良い）が、前記濃縮液溜室２から循環ポンプ11
を介した濃縮液循環管路12には原液予熱器14を介して予
熱された原液を供給する原液供給管路15が各々接続され
ている。

符号16は、遠心式圧縮機を示し、該遠心式圧縮機16にお
ける吸込み側には、前記第二効用缶の上部からの吸込み
ダクト17及び第一効用缶の上部からの吸込みダクト17a
が接続され、（第２図においては蒸気仕切板24、25及び
蒸気連通部26、27を設ければ良い）また、前記遠心式圧
縮機16における吐出側は吐出ダクト18を介して前記一方
のヘッダー５における入口室5aに接続され、更に一方の
ヘッダー５における入口室5aの底部には第一効用蒸発装
置における加熱蒸気の凝縮液を導入する供給管路21が設
けられ、高温凝縮液はより高真空の第二効用缶のヘッダ
ー５における入口室5aにおいて一部蒸発し加熱蒸気とし
て第二効用において有効利用される。一方、濃縮液循環
通路12から一部抜き出された濃縮液は濃縮液排出管路13
（第２図においては仕切板22に設けられた連通部23を介
し、直接濃縮液溜室102に供給される）により第一効用
蒸発装置における濃縮液循環管路112において密閉型の
第一効用缶101における濃縮液溜室102より循環ポンプ11
1により抜き出された濃縮液と混合され、第一効用缶101
内上部に略水平横向きに配設された複数の伝熱管群104
の上部に設けた散布器109より前記管群104における各伝
熱管103の外周面に散布したのち、高濃度濃縮液溜室102
内に戻る循環を行うように構成している。

符号116は、高圧蒸気エゼクタ圧縮機を示し、該エゼク
タ圧縮機116における吸込み側には、前記第二効用缶に
おける他方のヘッダー６における出口室6bの上部からの
吸込みダクト117が接続され、また前記エゼクタ圧縮機
の吐出側には吐出ダクト118を介して、前記第一効用蒸
発装置の伝熱管群104の両端に設けられたヘッダー105、
106のうち一方のヘッダー105における仕切板105cにより
区画された入口室105a、折返し室105bのうち入口室105a
に接続され、流入した蒸気は複数本の伝熱管103内を他
方のヘッダー106における仕切板106cにより区画された
折返し室106aと出口室106bのうち、折返し室106aに向っ
て流れた後、この折返し室106aから複数本の伝熱管103
内を通って一方のヘッダー105における折返し室105b内
に流入し、更に、この折返し室105bから複数本の伝熱管
103内を通って、他方のヘッダー106における出口室106b
に流入するように構成されている。前記他方のヘッダー
106における出口室106bには真空ポンプ107b及び真空ブ
レーカー用弁108が接続されており、不凝縮性ガスを必
要に応じ抜出し得る構成としている。

前記濃縮液溜102の最低部にはスラリー又は濃縮液の抜
出口120を設けスラリー又は濃縮液を第一効用缶101外に
排出し、スラリーを排出する場合においては固液分離後
の液を前記缶101に戻し得る接続口121を濃縮液溜の液面
近傍に設けている。

このようにして真空の下、第一効用蒸発装置及び第二効
用蒸発装置で発生した蒸気を圧縮し第二効用缶における
加熱蒸気として循環利用する一方、濃縮液を一部循環し
ながら原液と共に濃縮し、凝縮液の有する顕熱は原液の
予熱に利用する一方、残余の蒸気を圧縮・昇温し前記第
一効用缶の熱源とし、濃縮液を循環しながら第二効用蒸
発装置における濃縮液の一部と共に濃縮することによ
り、低濃度域においては蒸気温度が低くかつ高真空度の
第二効用蒸発装置で遠心式圧縮機の採用により効率良く
循環濃縮を行い、一方高濃度である域においては第二効
用蒸発装置において遠心式圧縮機により圧縮・昇温され
た残余の蒸気を更に高圧蒸気エゼクタ圧縮機で圧縮・昇
温せしめることにより蒸気温度が高くかつ真空系の第一
効用蒸発装置で効率良く循環濃縮を行い得る様、両効用
蒸発装置を結合しているのである。

尚、第一効用缶の濃縮液溜の最低部から排出されたスラ
リーから分離された液を前記第一効用缶に戻し得るよう
にしたのは、（第２図においては図示せず）当該液は飽
和または過飽和の状態にある為、前記効用缶に戻すこと
は特に結晶質系の原液を濃縮し結晶化を図る場合には特
に有効であるためである。

この二重効用蒸気圧縮蒸発装置においては、第一効用缶
内及び第二効用缶内の溶液から発生する蒸気を、遠心式
圧縮機え圧縮・昇温すると共に、低濃度域において第二
効用缶内における残余の蒸気を高圧蒸気エゼクタで圧縮
・昇温し第一効用缶へ導き、又第一効用缶内で発生した
凝縮液を第二効用缶内において蒸発させ、本缶における
濃縮液の加熱蒸気として熱源にするものであり、高濃度
域においては、低濃度域において濃縮された濃縮液を更
に濃縮するため、圧縮率の高い遠心式圧縮機及び蒸気エ
ゼクタにより、順次前記両濃縮缶で発生した蒸気を圧縮
することによって、前記濃縮された原液を加熱・蒸発す
るための熱源にするものであるから、高温濃縮缶が蒸気
圧縮式でないもの及び単純圧縮式のものに比べて熱効率
が高い特長を備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案における実施例を示す縦断正面図を示
す。 第２図は第一効用蒸発装置と第二効用蒸発装置を一体に
構成した二重効用蒸気圧縮蒸発装置の縦断面図を示す。 第３図は一特定溶液のＡ濃度及びＢ濃度における加熱蒸
気に所要の温度差を溶液の各濃度における沸点上昇カー
ブに表示したグラフである。 １…第二効用缶、２…濃縮液溜、３…伝熱缶 ４…伝熱管群、５…ヘッダー、5a…入口室 5b…折返し室、６…ヘッダー 6a…折返し室、6b…出口室 ７…真空ポンプ、８…真空ブレーカー用弁 ９…散布器、10…管路、11…循環ポンプ 12…濃縮液循環管路 13…濃縮液排出管路 14…原液予熱器、15…原液供給管路 16…遠心式圧縮機、17…吸込ダクト 18…吐出ダクト、19…凝縮液排出ポンプ 20…蒸気供給管路、21…供給管路 22…仕切板、23…連通部 24…蒸気仕切板、25…蒸気仕切板 26…蒸気連通部、27…蒸気連通部 101…第一効用缶、102…濃縮液溜 103…伝熱管、104…伝熱管群 105…ヘッダー、105a…入口室 105b…折返し室、106…ヘッダー 106a…折返し室、106b…出口室 107…接続管路、108…バルブ 109…散布器、110…管路 111…循環ポンプ 112…濃縮液循環管路 116…高圧蒸気エゼクタ圧縮機 117…吸込ダクト、118…吐出ダクト 120…抜出口、121…接続口

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】水平伝熱管内で蒸気を凝縮させ、同管外で
   溶液を蒸発させる蒸発缶により、第一効用蒸発装置及び
   第二効用蒸発装置を構成し、第一効用缶及び第二効用缶
   には遠心式圧縮機及び高圧蒸気エゼクタ圧縮機を組合
   せ、第一効用缶及び第二効用缶内で溶液から蒸発した蒸
   気を遠心式圧縮機で吸引圧縮して第二効用蒸発装置の水
   平伝熱管に送り、加熱に使用して凝縮させると同時に、
   残余の蒸気を前記水平伝熱管の出口端近辺から高圧蒸気
   エゼクタ圧縮機により抜き出して第一効用蒸発装置の伝
   熱管内に送って加熱に使用するようにした二重効用蒸気
   圧縮蒸発装置。
2. 【請求項２】実用新案登録請求の範囲に記載の第１請求
   項における二重効用蒸気圧縮蒸発装置において、第一効
   用蒸発装置及び第二効用蒸発装置を一体に構成した二重
   効用蒸気圧縮蒸発装置。