JPS5834734B2 - 蒸発器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸発器に係り、特に、飽和温度以下の流体すな
わちサブクール液を供給する蒸発器に関するものである
。

本−細書において「蒸発器」の用語は、冷凍装置などで
用いられる狭義の蒸発器に限られることなく、石油精製
プラント、一般化学工業プラント、ガス工業などで用い
られるところの液体物質を沸点１で加熱して蒸発させる
機能を持った熱交換器の一種である装置を指称する。

一般に、従来の蒸発器にあ・いては、サブクール液は熱
媒が流過されるチューブ・バンドルの下方から蒸発器内
に供給される構造とされているので、サブクール液がチ
ューブ・バンドルの伝熱面との間で自然対流伝熱を行な
うものとして蒸発器を設計しなければならず、したがっ
て、伝熱係数を小さく見積らなければならず、必然的に
伝熱面積が増大され、蒸発器が大型となる欠点がある。

すなわち、第１図１よび第２図に示すように、横型蒸発
器１は、仕切板２によって上下に開成された熱媒体取入
室３釦よび熱媒体取出室４と、これらの室３，４との間
を管板５により創成された円筒状の蒸発室６とを備え、
前記蒸発室６中のサブクール液入は、前記熱媒体取入室
３″Ｊ？よび前記熱媒体取出室４に両端を連絡されかつ
前記蒸発室６の長さ方向に延長された複数のＵ字管７か
らなるチューブ・バンドル８の放熱により加熱される。

そして、前記サブクール液Ａは前記蒸発室６の長さ方向
中間部に開口させたサブクール液取入口９から供給され
、前記蒸発室６中では第２図に矢印Ｂで示すような対流
現象の影響によりサブクール液Ａはチューブ・バンドル
８中を通過する間に加熱され沸騰する。

したがって、沸騰した液は、液面Ｃに浮上して泡沫層Ｄ
Ｃ第２図示）を形成し、この泡沫層りで蒸気と沸点液に
別れ、蒸気は前記液面Ｃの上方に設けられた蒸気取出口
１０から取出される。

換言すれば、前述したような蒸発現象は、自然対流伝熱
若しくはそれに近い現象も存在するため、蒸発器設計時
の熱計算は、サブクール液入の熱交換がチューブ・バン
ドル８の伝熱面との間で行なわれるとして算出される。

これを具体的に説明するため、常温すなわち２０℃のノ
ルマル・ブタンを供給して一時間にＷ＝１０’ｋｇの蒸
気を２１ｋｇ／ｃｍ２ｇの条件下に発生する場合を考え
ると、この場合のノルマル・ブタンの沸点は１２０℃で
ある。

したがって、比熱ｃｐは０．７２ Ｋｃａｌ／〜℃とじ
て、顕熱交換熱量Ｑｓは Ｑｓ ＝ＷＣｐ（Ｔ２−Ｔ１） ＝ １０’ Ｘ Ｏ，
７２Ｘ（１２０−２０）＝ ７２Ｘ１０’ （Ｋｃａｌ
／ｈｒ） ””（１）式となる。

ｌた、ノルマル・ブタンの１２０℃における潜熱はλ＝
５２ ＫｃａｌＡ９であるので、潜熱交換熱量ＱＬは また、潜熱域での温度差△ｔＬは △ｔＬ＝１５８−１２０＝３８℃ ・・・・・・ （５
）式としてそれぞれ得られる。

しかるに、ノルマル・ブタンの自然対流伝熱係数を、ｈ
ｓ”３ Ｘｉ ０２Ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ ’Ｃ１沸騰伝
熱係数をｈ ｂ ＝ ３ Ｘ １０３Ｋｃａｌ／ｍ２ｈ
ｒ ℃、スチームの伝熱係数をｈ”＝ １０’Ｋｃａｌ
／ｍ２ｈｒ℃、汚れ 二係数督よび管壁抵抗の合計をｒ
＝４Ｘ１０ ’ｍ２ｈｒＹン’Ｋｃａｌとすれば、顕
熱域および潜熱域での総括伝熱係数Ｕｓ、ＵＩ、は次式
で与えられ、チューブ・バンドル８の伝熱面積はかなり
大きな値となり、その結果蒸発器の寸法が大型化される
わけで、この原因は比較的熱交換量の小さい対流伝熱に
大きな伝熱面積が必要とされることに起因している。

本発明は、以上のような従来の蒸発器構造の欠陥に鑑み
、サブクール液とチューブバンドルの間の伝熱現象が実
質的に沸騰のみを伴なった伝熱として考え得るような蒸
発器構造を得ることにより、蒸発器の伝熱面積の低減を
図ろうとするものである。

以下、第３固転よび第４図に示すケトル・タイプの蒸発
器により本発明の原理を詳細に説明する。

本発明は、新たに供給されるサブクール液を泡沫層りの
表面に散布して、発生する蒸気によってこのサブクール
液を予熱することを特徴としている。

すなわち、第１図および第２図について述べたサブクー
ル液取入口９は除去され、本発明によれば、このサブク
ール液取入口９０代９に蒸発室６の蒸気層中に蒸発器の
長さ方向に延長した２条のサブクール液供給管２０．２
１が設けられる。

また、前記サブクール液供給管２０．２１には、それら
の長さ方向に等配された複数の噴霧ノズル２３が垂下さ
れ、サブクール液はこれらの噴霧ノズル２３から泡沫層
り上に散布されるようにしである。

したがって、噴霧ノズル２３から噴出された飽和温度以
下のサブクール液は、蒸気と熱交換を行ないつつ泡沫層
りに達し、この泡沫層りにかいて蒸気から潜熱をうばっ
て沸点または沸点近くの温度に達する。

この加熱された碇は蒸発室６中に発生する対流現象によ
って、チューブ・バンドル８中に流入するが、液の温度
は既に沸点または沸点近くの温度状態にあるため、直ち
に沸騰する。

よって、液とチューブ・バンドルとの間の熱交換は、大
部分沸騰伝熱であるため、チューブ・バンドル８の伝熱
面積の算出には、伝熱効率の高い沸騰伝熱係数によれば
よいことになり、チューブ・バンドル８の伝熱面積は従
来のものに比べはるかに小さな値となり、蒸発器の寸法
が小型化でき、それに用いる資材も大幅に削減できる。

このような利点の理解を容易にするため、第１図および
第２図の場合について前述した熱計算に本発明による場
合を適用すれば、熱交換媒体間の温度差△ｔは熱媒とサ
ブクール液の沸点との差で与えられ、かつ、伝熱係数は
沸騰伝熱係数ｈｂのみとして考え得るから、 となる。

よって、（７）式と（８）式とを比較すれば理解される
ように、本発明によれば、チューブ・バンドル８の伝熱
面積を４２係程度削減できるものである。

以上のような原理を公知のサーモサイホン・タイプの蒸
発器に適用するためには、次のように構成する。

すなわち、サーモサイホン−タイプの蒸発器は両端を管
板により支持されたチューブ・バンドルを内蔵する竪型
または横型の熱交換器と、気液分離を行なうアキュムレ
ータとを備えている。

したがって、このアキュムレータの上部内側の蒸気層中
に複数の噴霧ノズルを備えたサブクール液供給管を配設
する。

該蒸発器は次のように作動する。

沸点または沸点近くの温度状態にある液がアキュムレー
タ下部より熱交換器下側に供給され、竪型の場合は伝熱
管内側を、横型の場合は管外側を上方に向って流れる間
に、熱交換器管外側または管内側に供給される熱媒体に
より加熱され、その一部が気化して飽和液との気液混合
の状態となり、熱交換器上部よりアキュムレータ液面上
に戻される。

ここで分離した蒸気は上方に設けられた取出口に向って
上昇する。

この上昇蒸気中に、噴霧ノズルよりサブクール液が噴霧
される。

このサブクール液は、蒸気に直接触れて蒸気の凝縮によ
る潜熱を得ながら昇温し、泡沫層に達して沸点または沸
点近くの温度に達し、熱交換器から戻って来た飽和液と
ともにアキュムレータ貯液部に落下し、一旦滞留後再び
サーモサイホン効果により熱交換器へ流入する。

したがって、前述の原理説明によって明らかにしたよう
に、蒸発器に卦けるチューブ・バンドルの伝熱面積を低
減でき、蒸発器の小型化および製造コストの低減がはか
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸発器の軸線方向断面図、第２図は第１
図の■−■線に沿う断面図、第３図は本発明の詳細な説
明するためのケトル・タイプの蒸発器の軸線方向断面図
、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気液分離部と、チューブバンドルを有する伝熱部と
   が接続されているサーモサイホン・タイプ蒸発器におい
   て、前記気液分離部の泡沫層にサブクール液を散布する
   ことにより、新たに供給されるサブクール液を沸点また
   は沸点近く１での温度に予熱することを壽徴とする蒸発
   器。