JP5094261B2 - 凝縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば多段フラッシュ式造水装置に設けられる凝縮装置に関するものである。

造水装置として多段フラッシュ式のものがある。この多段フラッシュ式造水装置は、例えば海水を加熱するとともに、この加熱された海水を減圧された複数の蒸発室に順次導き多段にてフラッシュ蒸発をさせ、そしてこの蒸気を凝縮装置に導き真水を得るようにしたものである。

従来、凝縮装置としては、図６に示すようなものが用いられている。
この凝縮装置は、直方体状のケーシング５１内が左右位置で且つ底壁部５１ａから立設された２つの板状の仕切り壁５２により三分割されて、両側に蒸気の流入通路５３が形成されるとともに中央に伝熱管５５が多数水平方向で配置された熱交換用の凝縮室５４が形成されたもので、さらに凝縮室５４の上壁部５１ｂの中央には空気などの非凝縮性ガスを排出する（抜き出す）ためのガス排出用筒状部材５６が設けられている。上記流入通路５３には、液分捕集用のデミスター５７が配置されている。なお、図示しないが、凝縮室５４の手前側および向こう側には、冷却水の流入室および流出室（ヘッダ室ともいう）が設けられている。

上記凝縮装置において、蒸気が流入通路５３を介して凝縮室５４との連通部分である流入口Ｆに導かれると、例えば３つの経路でもって流れる。すなわち、流入口Ｆから凝縮室５４内に流入した蒸気は、上壁部５１ｂに沿う上側経路Ｂ１、中間部をショートパスするつまり流入口Ｆとガス排出用筒状部材５６の排出口５６ａとを結ぶ中間経路Ｂ２、および仕切り壁５２から底壁部５１ａに沿う下側経路Ｂ３でもって流れる。つまり、凝縮室５４内全体に流れずに、ショートパスが発生して伝熱効率が低下することになる。

このようなショートパスを防止するものとしては、経路の途中に、邪魔板などのショートパス防止部材を設けるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平０７−３５４９３号公報

上述したケーシング５１の壁面と伝熱管５５との間の経路、すなわち蒸気の移動流路の途中にショートパス防止部材を設けたとしても、流入口Ｆとガス排出用筒状部材５６の排出口５６ａとを結んだ中間経路Ｂ２においてショートパスが発生するとともに、このショートパス以外の部分では、伝熱管５５自身が流体の抵抗（例えば、図６中の矢印Ｃにて抵抗領域を示す）になり、均一な流れを得ることができず、したがって伝熱効率が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、伝熱管群が配置された凝縮室内においてショートパスを防止して伝熱効率を向上し得る凝縮装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る凝縮装置は、側壁部上部に流体の流入口が設けられるとともに非凝縮性流体の排出通路を形成する流体排出用筒状部材が上壁部中央位置にて上下方向で設けられた凝縮室に、多数の伝熱管よりなる伝熱管群が前後方向で水平に配置されてなる凝縮装置であって、
上記流体排出用筒状部材の左右両側または左右両側の近傍で且つ上下位置の伝熱管群内に、伝熱管が配置されない流体抵抗緩衝域を設けたものである。

また、請求項２に係る凝縮装置は、請求項１に記載の凝縮装置における流体抵抗緩衝域を凝縮室の中心部分を中心とする円上に沿うように配置したものである。
また、請求項３に係る凝縮装置は、請求項１に記載の凝縮装置における流体抵抗緩衝域を複数の細長い空間部にて形成するとともに、これら各空間部を凝縮室の中心部分を中心とする同心円上に沿うように配置したものである。

また、請求項４に係る凝縮装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の凝縮装置における流体排出用筒状部材の下端を凝縮室内の上下方向における中間付近に位置させるとともに、当該筒状部材の外側面および内側面に、水平方向で突出されて流体に抵抗を与える帯状または断面が三角形状若しくは半円状の流体抵抗付与部材を設けたものである。

さらに、請求項５に係る凝縮装置は、請求項１または４に記載の凝縮装置における流体排出用筒状部材の下端に、断面が円形状または楕円形状の流体の整流用膨出部材を設けたものである。

上記の構成によると、流体排出用筒状部材の左右両側または左右両側の近傍で且つ上下位置の伝熱管群内に、伝熱管が配置されない流体抵抗緩衝域を設けたので、凝縮室に流入した流体は流体抵抗緩衝域を通過することになり、すなわち従来の凝縮室における伝熱管群内で流体が流れなかった部分にも流体が流れることになり、伝熱効率が向上する。

また、流体排出用筒状部材の外側面および内側面に所定間隔おきに抵抗付与部材を設けるとともに、当該筒状部材の下端に整流用膨出部材を設けたので、筒状部材に沿って凝縮室側から筒状部材側に移動する流体のショートパスが防止されるため、すなわち筒状部材内においても流体が均一に流れるようになるため、伝熱効率がさらに向上する。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る凝縮装置を、図１〜図５に基づき説明する。
なお、本実施の形態においては、多段フラッシュ式造水装置に設けられてフラッシュ蒸発された蒸気［流体の一例であり、正確には、蒸気に非凝縮性ガス（非凝縮性流体）としての空気などが含まれている］を導くとともに冷却水により凝縮させて真水を得るための凝縮装置について説明する。

この凝縮装置は、図１および図２に示すように、直方体状のケーシング（容器本体である）１内が左右位置で且つ底壁部（水平部と両側傾斜部とからなる逆台形状に形成されている）１ａから立設された２つの板状の仕切り壁２により三分割されて、両側に蒸気の流入通路３が形成されるとともに中央に伝熱管５が多数水平方向で配置された断面が矩形状（具体的には、正方形または高さよりも幅が長い長方形にされている）の凝縮室４が形成されたもので、さらに凝縮室４の上壁部１ｂの中央には空気などの非凝縮性ガスを排出する（抜き出す）ためのガス排出用筒状部材（流体排出用筒状部材の一例で、以下、単に筒状部材という）６が設けられている。また、凝縮室４の手前側および向こう側（手前側および向こう側を前後方向と称す）には、管壁部１ｃが設けられて、その外側に冷却水の流入室７および流出室（各室はヘッダ室ともいえる）８が配置されている。なお、図２に示すように、上記筒状部材６の平面視形状は細長い矩形状にされており、すなわち狭い所定幅Ｂでもってケーシング１における凝縮室４の略全長（長手方向：Ｌ）に亘って設けられている。

具体的には、図１に示すように、ケーシング１の底壁部１ａから立設された仕切り壁（側壁部に相当する）２の上端は凝縮室４の上下方向（高さ方向）において略中間位置となるようにされてその上部の連通部分（流入通路と凝縮室との連通部分である）が流入口Ｆとされ、筒状部材６については、ケーシング１の上壁部１ｂを挿通するように設けられ、またその上端開口部は上壁部１ｂから適当な抜出し高さ位置となるようにされるとともに、下端開口部すなわち排出口６ｃは凝縮室４の上下方向（高さ方向）において略中間位置となるようにされている。言い換えれば、仕切り壁２の上端と筒状部材６の排出口６ｃとは、略同一高さとなるようにされている。

また、上記筒状部材６は、左右一対の側壁材６ａと、前後の端壁材６ｂとにより構成されるとともに、両側壁材６ａ，６ａは、その下端である排出口６ｃから所定高さ分については外側に広がるように、つまりラッパ状（末広がり形状）にされている。

さらに、上記各側壁材６ａの外側面および内側面には、蒸気の流れに対して抵抗を付与するために、所定間隔［例えば、図３に示すように、一つおきの空隙部Ｋに対応して配置される（または、各空隙部に対応して配置してもよい）］でもって複数の邪魔板（流体抵抗付与部材の一例で、例えば帯板などが用いられる）９（９Ａ，９Ｂ）が設けられている。この邪魔板９と伝熱管５との隙間δ１は、例えば伝熱管５，５同士の隙間（伝熱管群の配置状態によっては、距離が異なる２種類の隙間が生じる場合は、短い方の隙間）δ２に対して、１．１〜１．２倍の距離となるようにされている。この邪魔板９の配置については、その流れの上流側に配置する方が効率的であるため、外側面の邪魔板９Ａは下端付近に設けられないとともに、内側面の邪魔板９Ｂは下端寄り（下端側）に設けられている。例えば、凝縮室４内の側壁材６ａの高さ方向で且つそれぞれ上流側の１／２〜２／３の範囲に、邪魔板９が設けられる。

また、筒状部材６の側壁材６ａの下端に且つ全長に亘って蒸気の流れを整える（整流する）ために断面が円形状（例えば、楕円形状であってもよい）の整流用膨出部材（具体的には、パイプなどが用いられる）１０が取り付けられている。

すなわち、邪魔板９および整流用膨出部材１０により、蒸気が筒状部材６の外側から内側にスムースに回り込むようにして流れる。つまり、蒸気の流れがより均一になる。
さらに、凝縮室４に配置された伝熱管群５の鉛直断面における上下左右の４箇所に、伝熱管が配置されない流体抵抗緩衝域Ｓが設けられており、またこれら各流体抵抗緩衝域Ｓについては、例えば凝縮室４の中心部分を中心とする同心円上に沿うような「く」の字状または円弧状の細長い空間部（隙間とも言える）１１が内側から外側に向かって複数列、例えば３列でもって形成されている。すなわち、これら各空間部１１は、例えば内側、中間位置、外側と３重（３重に限定されるものでもなく、例えば２重、４重などでも）でもって配置されるとともに、図４に示すように、鉛直断面上での各長さｄについては、内側から外側に行くにしたがって順次長くなるようにされている。すなわち、各空間部１１の端部を結ぶ両側の仮想端縁線ｍの交差角θが、例えば２０度〜４０度の範囲、好ましくは３０度程度にされている。なお、ケーシング１の凝縮室４の左右に設けられた流入通路３には、液分捕集用のデミスター１２が配置されている。

上記構成において、フラッシュ蒸発された蒸気が左右に設けられた流入通路３に導入されると、デミスター１２を通過して、仕切り壁２上部の連通部分である流入口Ｆから凝縮室４内に流入する。

通常、流入通路３から流入口Ｆを得て凝縮室４内に流入した蒸気は、背景技術の箇所で説明したように、上壁部１ｂに沿う上側経路、中間部分をショートパスする中間経路、および仕切り壁２から底壁部１ａに沿う下側経路でもって流れようとするが、図４に示すように、筒状部材６の両側で且つその排出口６ｃの上下部分、つまり中間経路（図６の矢印Ｂ２参照）の上下部分に流体抵抗緩衝域Ｓを設けた（配置した）ので、蒸気はこの流体抵抗緩衝域Ｓを通過するようになる。すなわち、図４の矢印Ａで示すように、蒸気は凝縮室４全体に亘ってほぼ均一に流れるようになり伝熱管５との接触面積（伝熱面積）が増加するため、伝熱効率が向上する。言い換えれば、熱交換効率（凝縮効率）が向上する。

また、筒状部材６の側壁部６ａの外側面および内側面には所定間隔おきに邪魔板９が設けられるとともに、側壁部６ａの下端には整流用膨出部材１０が取り付けられているため、この側壁部６ａに沿って凝縮室４側から筒状部材６の排出口６ｃ側に移動する蒸気が壁面に沿って流れてしまうショートパスが防止されるため、伝熱効率のさらなる向上を図ることができる。

さらに、流体抵抗緩衝域Ｓを構成する各空間部１１は、凝縮室４の中心部分を中心とする同心円上に沿うように細長く設けられており、すなわち流線とは直交する線、言い換えれば、等圧力線に沿って空間部１１が配置されているため、蒸気の流れを分散させて、蒸気の流れの均一化をより図ることができる。

図５に筒状部材６の排出口６ｃ内における蒸気の流速を示す。なお、図５中、太い実線は本発明に係る場合を示し、細い実線は邪魔板および整流用膨出部材がない従来例の場合を示す。この図５から、伝熱管群５の中心を流れる蒸気の流量が増加しているのが分かる。

ところで、上記実施の形態においては、流体抵抗緩衝域Ｓを筒状部材６の両側の上下位置に設けたが、下側に配置される流体抵抗緩衝域Ｓについては、筒状部材６の下端の排出口６ｃの下方に一部がかかる（重複する）場合もあるため、流体抵抗緩衝域Ｓの配置箇所は筒状部材６の両側近傍の上下位置であるということができる。

また、上記実施の形態においては、流体抵抗付与部材として邪魔板すなわち帯板を設けたが、例えば断面が三角形状または半円状のものを用いてもよい。

本発明の実施の形態に係る凝縮装置の概略構成を示す断面図である。 同凝縮装置の概略構成を示す平面図である。 同凝縮装置の要部構成を示す断面図である。 同凝縮装置における凝縮室内での蒸気の流れを示す断面図である。 同凝縮室内での蒸気の流速を示すグラフである。 従来例に係る凝縮装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ケーシング
１ａ 底壁部
１ｂ 上壁部
２ 仕切り壁
３ 流入通路
４ 凝縮室
５ 伝熱管
６ ガス排出用筒状部材
６ａ 側壁材
６ｂ 端壁材
６ｃ 排出口
９ 邪魔板
１０ 整流用膨出部材
１１ 空間部
１２ デミスター
Ｓ 流体抵抗緩衝域

Claims (5)

1. 側壁部上部に流体の流入口が設けられるとともに非凝縮性流体の排出通路を形成する流体排出用筒状部材が上壁部中央位置にて上下方向で設けられた凝縮室に、多数の伝熱管よりなる伝熱管群が前後方向で水平に配置されてなる凝縮装置であって、
   上記流体排出用筒状部材の左右両側または左右両側の近傍で且つ上下位置の伝熱管群内に、伝熱管が配置されない流体抵抗緩衝域を設けたことを特徴とする凝縮装置。
2. 流体抵抗緩衝域を凝縮室の中心部分を中心とする円上に沿うように配置したことを特徴とする請求項１に記載の凝縮装置。
3. 流体抵抗緩衝域を複数の細長い空間部にて形成するとともに、これら各空間部を凝縮室の中心部分を中心とする同心円上に沿うように配置したことを特徴とする請求項１に記載の凝縮装置。
4. 流体排出用筒状部材の下端を凝縮室内の上下方向における中間付近に位置させるとともに、当該筒状部材の外側面および内側面に、水平方向で突出されて流体に抵抗を与える帯状または断面が三角形状若しくは半円状の流体抵抗付与部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の凝縮装置。
5. 流体排出用筒状部材の下端に、断面が円形状または楕円形状の流体の整流用膨出部材を設けたことを特徴とする請求項１または４に記載の凝縮装置。

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