JPS6243721B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多段膨張蒸発器（multi−stage
expansion evaporator）に関し、特に多段の各々
は熱交換区画とそれに開放状態で接続している蒸
発区画からなり、シリーズの向流循環径路を備
え、液体が熱交換器導管を通つて一方向に流れる
につれて加熱され、熱交換器導管は熱交換区画内
を貫通しており、液体が蒸発区画を通つて向流的
に流れる際に蒸発せしめられるようなタイプの多
段膨脹蒸発器に関する。

多段膨脹蒸発器としては、熱交換器及び蒸発区
画の両者共が水平方向にシリーズに設けられたも
のと、熱交換器及び蒸発区画が循環の方向に垂直
に設けられたものとが提案されている。後者の垂
直型の蒸発器の場合に、操業中熱交換チユーブ内
に粒状体流動床を維持することが提案されてい
る。（オランダ特許出願75.05869号参照）本発明
は原理的には上記両タイプの多段膨脹蒸発器に関
するが、以下特に流動床熱交換器を有する垂直型
の多段膨脹蒸器に言及して本発明を説明する。

流動床熱交換器を有する垂直型の蒸発器の概略
図を第１図に示す。この装置は向流熱交器のよう
に配置されている。純粋な又は不純な原料がポイ
ント１に温度Ｔ１で供給され熱交換器７，８，
９，１０及び１１の閉じられた通路をシリーズに
通過する際に徐々に温度Ｔ２まで加熱される。こ
れらの熱交換器区画は蒸発区画２，３，４，５，
及び６に解放状態で接続されている。たとえば熱
交換器７は区画６に、熱交換器８は区画５に接続
される。外部の熱が熱交換器１２によつて系に供
給され、熱交換器１２では原料が放出室３１に達
する前に温度がＴ３まで上昇する。加熱された原
料は次いで放出室３１から蒸発区画２〜６を遂次
通つて流れ、原料の一部が各々の蒸発区画内で蒸
発し、熱交換器７〜１１内での水分の凝縮によつ
て上昇する原料に伝達される。熱交換器内で生成
した凝縮物はトラフ１３〜１７に集められオーバ
フローして他のトラフへ移動する。蒸発しない原
料はパーマネント絞り開口１８，１９，２０及び
２１を通つて流れ、その一部は可変絞り開口２
２，２３，２４及び２５を通つて流れることもあ
る。残りの原料ａ及び生成した凝縮物ｂの流れは
ポイント２６及び２７において温度Ｔ４及びＴ５
で系をはなれる。

このような膨脹蒸発器の原料は通常は主として
水からなる。以下の説明は水及び水蒸気について
なされるが、本発明は他の流体及びその蒸気に対
しても適用できるものである。

ここにのべる特に公知の態様においては、熱交
換器７〜１２は粒状体２９が充填された垂直管２
８からなる。装置が作動する時は粒状体２９が流
動状態に保たれる。原料の水が耐水ボツクス３０
から放出室３１まで循環する間に流動化がすべて
の管内で均一に起るようにするための各種の方法
が提案されている。

特に熱交換器管２８内に流動床が用いられる時
は、管を通つて流れる係給水の速度のほんの僅か
な変化しか許されない。もつとも流動床を用いな
いタイプの多段膨脹蒸発器においても、最適な操
作のためには流速の変化は比較的小さくなければ
ならない。

もしも管２８内の流速が余り遅いと、流動床は
管２８の下の方に下がりこれらの管の熱交換表面
の一部がもはや流動粒状体２９と接触しないよう
になり、このようになると熱交換速度の損失を生
ずる。もしも供給水が管２８中で余りに速く流れ
ると粒状体が放出室３１の方に流れ込んでしま
う。

色々な条件によつて蒸発区画２〜５中の液のレ
ベルが大きく変動することがある。たとえば装置
の始動時（各区画間の蒸気圧に未だ差が生じてい
ない時）又は熱交換器１２に供給される熱が変動
する時（そのために蒸発区画間の蒸気圧が変化す
る）に上記のようなレベルの変動が起る。

各々の蒸発室内の液のレベルを操業目的のため
に許容できる範囲内に維持するために種々の解決
法が提案されている。既知の解決法の一つは、区
画２〜６間の仕切壁の少くともいくつかに可変絞
りり開口２２〜２５に加えて、パーマネント絞り
開口１８〜２１を設けることである。（第１図参
照）可変絞り開口の閉鎖機構を蒸発器外から操作
できる調整機構の作動せしめることができる。蒸
発器区画の数が増加すると、このような連動閉鎖
機構が装置を複雑にする。実際には３０〜４０の
蒸気器区画をシリーズに連結した装置が採用され
ており、この数は将来更に増えることが予想され
ている。

連続した蒸発器区画を外部のサイホンを介して
たがいに連結する方法も提案されている。流体が
一つの蒸発区画内で一定のレベル以上になると、
サイホンを介して次の蒸発室に流体を移す。しか
しながらサイホン多段階蒸発器においては高価で
あり、一方蒸発室の高さが低くなつたとしても構
造上の問題が生ずる。

本発明の目的は多段膨脹蒸発器の蒸発区画内の
液のレベルの充分な制御を、簡単な構造によつて
可能にすることである。

本質的に本発明は、制御弁を有し、放出室を循
環の順序において蒸発区画の最後の一つに連結す
る循環導管からなる。本発明の方法によつて水の
一部を循環導管を通して導くことによつてある蒸
発区画において液レベルが過度に高まるのを防止
し、このためにこれらの蒸発区画を通つて流れる
残りの供給水が蒸発区画で過度の液レベルを生じ
ないようにする。これによつて固定絞り開口に加
えて調節可能な絞り開口を設ける必要もなく、又
連結した蒸発区画間にサイホンを設ける必要もな
くなる。

上述の蒸発区画の最後の一つという意味は蒸発
器の（液が蒸発室を通つて流れる方向の）第２の
半分内にある蒸発区画の一つという意味であり、
このように選ばれる蒸発区画は最後の30％又は20
％内にあることが好ましい。

アメリカ特許第3329583号には、供給原料の一
部を熱交換カラムの上端から直接中間の蒸発室に
送ることができるバイパスを有する多段蒸発器が
記載されている。本発明との相違は(a)供給原料が
外部加熱を受ける前（即ち本発明の放出室の前）
に引出されるということ、(b)バイパスによつて供
給原料が導かれる蒸発室は最後の蒸発室の中の一
つではないこと及び(c)バイパスを使用する目的は
熱を一層効率よく利用することを可能にするため
であるという点である。

本発明は一般に多段膨脹蒸発器に適用すること
ができるが、熱交換器及び蒸発区画がたがいに上
下垂直方向にシリーズに位置しており、かつ熱交
換器が流動可能な粒状体が充填された管からなつ
ているような装置に適用する時に最良の結果が得
られる。

多段膨脹蒸発器の蒸発室区画の液レベルは、蒸
発室内の温度が低い程、換言すると垂直型の蒸発
器において蒸発区画がカラムの下の方に位置する
程、変化に対して敏感でなくなることが当業者に
知られている。その結果として本発明の循環導管
を最下端の蒸発区画につなぐ必要はない。もしも
下方に位置する蒸発区画の液レベルが許すなら
ば、循環導管は最下段の上に位置する蒸発区画に
連結することができる。与えられた条件下で、液
レベルは循環導管の制御弁によつて最も効果的に
配分される。この方法によつて満足すべき制御が
なされないならば、いくつかの循環導管を個々の
制御弁を介して各種の蒸発区画に連結することも
可能である。これによつて概して装置内でのより
好ましいエネルギー消費が達成される。もしもい
くつかの循環導管を水放出室に１個の共通主導管
によつて連結するならば、又同じような効果が得
られる。留意すべきことは、これらの循環導管は
蒸発区画の構造上の高さを制限しないということ
である。循環導管と制御弁を持つた本発明の装置
は標準の部品から組立てることができる。従つて
構造が簡単であり、なかんずく蒸発区画の数が非
常に多くなつたとしても安価にできる。

蒸発区画内の液レベルの制御弁による制御を容
易に自動化できることは明らかである。自動化は
蒸発区画の限界のレベルの測定に基いて行なわれ
ることも当業者にとつて明らかなことである。

供給水が循環導管を通して供給される時は、こ
の導管に接続されている蒸発区画の蒸発量は循環
導管に接続されていない隣接する蒸発区画の蒸発
量よりも大きくなる。このために循環導管が接続
されている蒸発区画内の蒸気圧が高くなりそのた
めにその蒸発区画とそれより流れの方向の一つ前
にある蒸発区画との間の蒸気圧の差が小になり、
従つて前記一つ前の蒸発区画内の液流が妨げられ
る。このために前記一つ前の蒸発区画内の液レベ
ルが高くなる。このような困難は、実際上本発明
においては、蒸発区画が循環導管に接続されてい
る段の熱交換器の熱交換表面を装置内の他の熱交
換器のそれよりも大きくすることによつて克服さ
れる。概して、これは熱交換器及び蒸発区画の高
さを大きくすることを意味する。このような方法
でその蒸発区画内の圧力を低くすることができ
る。上記前の蒸発区画内の液レベルが高くなるの
を防止する今一つの方法は、循環導管が接続され
ている蒸発区画と蒸発液体の流れの方向で一つ前
の蒸発区画との間に第２の循環パイプを設けるこ
とである。この第２の循環パイプはサイホンの形
であつてもよい。このサイホンの必要な長さは第
２の循環導管内に制御弁を設けることによつて減
少させることができる。しかしながら第２の循環
導管はサイホンではなく、単に制御弁を持つだけ
でもよい。第２の循環導管は装置の外内のいずれ
に設けてもよい。

本発明の好ましい態様を添付の図面を参照しな
がら説明する。第２図において、第１図で用いた
同じ番号は同じ部分を表わしており、これらにつ
いては改めて説明はしない。

第２図は原理的には第１図の装置と同じであ
る。しかしながら可変絞り開口２２〜２５は第２
図の装置から除かれている。その替りに放出室３
１と蒸発区画４との間に循環パイプ３２が設けら
れ、このパイプ３２は制御弁３３を備える。図示
されている蒸発区画４は最後から２番目の蒸発区
画であるが、実際には通常もつと多く段があり循
環導管を接続する蒸発区画はもつと他の室であつ
てもよい。熱交換器９及び蒸発区画４の高さＨは
隣接する熱交換器１０及び蒸発区画３の高さｈよ
りも大きい。上述した通りこれによつて蒸発区画
３内の液レベルが高くなり過ぎるのを防止する。

上記のように高さを異ならせる替りに、蒸発区
画３及び４の間に第２の循環パイプ３４を設ける
ことによつて蒸発区画３内のレベルを制御するこ
とができる。この第２の循環パイプは（図示する
ように）サイホンの形にすることができ又制御弁
３５を設けることもできる。勿論このような第２
の循環パイプは前記のような蒸発区画３及び４の
高さを異ならせることと別個に又は一緒に設けて
もよいし、又循環パイプ３４はサイホン型ではな
く単に制御弁３５を有するだけでもよい。

更に留意すべきことは、通常の安定操業の場合
に循環パイプ３２及び３４を閉じておくならば最
も好適な操業が達成されるといことである。安定
操業が変化した時にのみパイプ３２及び可能なら
ば又パイプ３４を通して液を流すことによつて修
正が行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は流動床熱交換器を有する従来の垂直型
蒸発器の概略正面断面図であり、第２図は本発明
の多段膨脹蒸発器の好ましい具体例の概略正面断
面図である。 ２，３，４，５，６……蒸発室、７，８，９，
１０，１１……熱交換器室、２８……熱交換器導
管、３１……放出室、３２……循環導管、３３，
３５……制御弁、３４……第２の循環導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各々がたがいに解放状態で接続している蒸発
   室２，３，４，６及び熱交換器室７，９，１０，
   １１からなる複数の段と、熱交換器室を通過して
   延びて加熱される液体が連続した段を通つて一方
   向に流れるための通路を形成する熱交換器導管２
   ８とを有し、蒸発区画はともに連結して蒸発すべ
   き液体が連続した段を通つて反対方向に流れるた
   めの通路を形成し、更に加熱された液体を熱交換
   器導管から放出するため放出室３１と、蒸発区画
   内の液のレベルを制御するための手段とを有する
   多段膨張蒸発器において、前記液のレベルを制御
   する手段が、放出室３１を液が蒸発区画を通つて
   流れる方向の第２の半分内にある蒸発区画の選択
   された一つに連結する少くとも一つの循環導管３
   ２と該循環導管３２内の制御弁３３とからなるこ
   とを特徴とする蒸発器。 ２ 複数の段は少くとも10段からなり該選択され
   た段は液体が最初に加熱されかつ最後に蒸発する
   段に隣接する４段の中の一つである特許請求の範
   囲第１項記載の蒸発器。 ３ 該複数の段はたがいに上下に位置し、該熱交
   換器導管は、各段において液流内で流動し得る粒
   状体を含有する複数のパイプからなる特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の蒸発器。 ４ 該循環導管の複数が、各々該制御弁を備え、
   該選択された複数の段にそれぞれ連結されている
   特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の蒸
   発器。 ５ 該複数の循環導管が該放出室に分枝を有する
   一つの共通導管として連結されている特許請求の
   範囲第４項記載の蒸発器。 ６ 循環導管が連結される該選択された段の熱交
   換表面が該循環導管が連結されない段の熱交換表
   面よりも大きい有効面積を有する特許請求の範囲
   第１〜５項のいずれかに記載の蒸発器。 ７ 該選択された段の蒸発区画を、最後の蒸発区
   画から第１の蒸発区画への方向における一つ前の
   段の蒸発区画に連結する第２の循環導管３４を有
   する特許請求の範囲第１〜６項のいずれかに記載
   の蒸発器。 ８ 該第２の循環導管がサイホンの形である特許
   請求の範囲第７項記載の蒸発器。 ９ 該第２の循環導管がそこを通る流体流れを制
   御するための制御弁を有する特許請求の範囲第７
   項または第８項記載の蒸発器。