(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エバポレータの熱交換面の上端において、エバポレータの側部（６）から供給される液体を面の全幅に分配する液体導管（３，４）を含む横方向導管フレーム（１，２）を有するエバポレータ用の液体分配装置において、液体分配装置は、斜め下向きに傾斜した供給導管（３）と、これから分岐し、熱交換面に延びる複数の分配導管（４）とを有し、供給導管と分配導管との各分岐点（７）において、供給流（８）に対して下流側の導管の共通の壁面は、流れの分割が壁によって形成された曲げられた分割面（１０）で行われるように円曲されていることを特徴とする液体分配装置。
【請求項２】
供給及び分配導管（３，４）は、分岐点（７）において、供給流の上流側（８）において、共通の鋭角の供給端（１１）で終端する壁面によって規定されていることを特徴とする請求項１に記載の液体分配装置。
【請求項３】
前記エバポレータの導管の分岐点における分割面（１０）の曲率半径が１０−３０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体分配装置。
【請求項４】
前記エバポレータの導管の分岐点における分割面（１０）の曲率半径が２０−３０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体分配装置。
【請求項５】
供給導管（３）は、エバポレータの側部（６）で始まり、この位置より斜め下向きに向けられており、供給導管から分岐する分配導管（４）は、主垂直線上にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液体分配装置。
【請求項６】
分配装置は、相互に対称の二つの供給導管（３）を有し、各供給導管がエバポレータのそれ自体の半部に液体を供給するように、これらはエバポレータの対向側部（６）で始まり、エバポレータの中央部に延びていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体分配装置。
【請求項７】
前記エバポレータの分配導管（４）の幅は、１０−３０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液体分配装置。
【請求項８】
前記エバポレータの分配導管（４）の幅が、１５−２５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液体分配装置。
【請求項９】
供給導管（３）から分岐される分配導管（４）の幅は、エバポレータの側部（６）からエバポレータの中央部に向かって徐々に増大していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の液体分配装置。
【請求項１０】
導管フレームは、二つの垂直壁要素（１，２）によって形成されており、この要素は、それらの間で分配装置の液体導管（３，４）を規定していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の液体分配装置。
【請求項１１】
前記壁要素（１，２）は、射出成形によりプラスチックで形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の液体分配装置。
【請求項１２】
前記液体導管（３，４）を規定する二つの壁要素（１、２）の一方の壁要素（２）と、前記一方の壁要素（２）側に隣り合う壁要素であって前記二つの壁要素（１，２）の他方の壁要素（１）と同一の壁要素（１）とにより、蒸気を導入する上記導管（５）を規定していることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の液体分配装置。
【発明の詳細な説明】
この発明は、エバポレータの液体分配装置に関し、この液体分配装置は、特に、固形成分を含む懸濁液のためのものであり、エバポレータの側部から導入された液体を熱交換面の全幅に分配するための液体導管を熱交換面の上端に含む横方向導管フレームを有している。
液体が熱交換面上を薄いフィルムとなって流れるエバポレータにおいて、熱の効率的な交換を可能とするために、熱交換面全体が液体によって覆われなければならない。固形成分を含む懸濁液を蒸発させている場合、熱交換面の乾燥した部分と液体に覆われた部分との界面における固形成分の濃度増加は、さらに熱交換面を急激に汚染する。従って、蒸発されるべき液体の熱交換面における均一な分配は、エバポレータの効率的な運転のためには絶対的な必須条件である。
液により覆われた熱交換面の保持は、熱交換面に供給される液体量を増加させることによって増進させることができる。しかしながら、これは、ポンピングのためのエネルギ消費を増大させるとともに流れる液フィルムの厚さを増加させて熱交換係数を低下させる。このため、非常に細い液体導管が、一般にエバポレータの液体分配装置において採用されているが、こうした導管は、固形成分を含有する懸濁液を蒸発させている場合には、詰まりを生じ易いものとなる。
フィンランド公開公報第８６９６１号より、液体の蒸発のための熱交換器が知られており、この熱交換器にはプラスチック膜より形成されたバッグが隣接して配置されており、バッグの膜面は、熱交換面として機能する。蒸発されるべき液体は、エバポレータの上端においてハニカム状に隣接配置された導管からバッグの外面に導入されバッグの全幅にわたって分配される。使用される熱媒体は、同一のハニカムを介してバッグ内に導入される蒸気である。この蒸気は、蒸発によって生成されて、コンプレッサによって圧縮された蒸気である。
フィンランド公開公報第８６９６１号に開示された装置は、海水の蒸留を行なおうとするものである。さらに、この公報は、装置の意図された用途として漂白剤流出液等の溶液及び懸濁液の濃縮を挙げている。しかしながら、この場合、この装置は、懸濁液中に含まれる繊維質や他の固形成分がハニカム中の傾斜配向された細い液体導管を詰まらせようとする欠点を有している。
本発明の目的は、従来システムにおける、懸濁液中の固形成分の存在による導管の詰まりの問題を避け、それ故に、パルプ製造や漂白流出液からの廃液のように繊維質物質を含有する木材処理工業の廃水処理や炭酸塩、しゅう酸塩及び他の沈殿物を形成する食品工業の廃液の処理に特に適したエバポレータ用液体分配装置を提供することにある。本発明による液体分配装置は、斜め下向きに傾斜した供給導管と、供給導管から分岐され、熱交換面に延びる複数の分配導管とを有しており、分配導管及び供給導管の各分岐点において、供給流の下流側の導管の共通壁面は、壁面により形成された曲げられた分割面で流れの分割を行うように、円曲されていることを特徴としている。
フィンランド公報第８６９６１号によるエバポレータの側部から始まる傾斜した液体導管とは異なった要領で、本発明による液体分配装置は、共通の傾斜供給導管を有しており、この傾斜導管は、これから離れている分配導管に液体を分割し、分配導管は、実質的に垂直であり得る。蒸発されるべき液体は、供給導管内において導管の分岐点における一つの分割面から他のものにカスケード状に流れ、曲げられた分割面が所与の位置で流れを、供給導管における前方に続く主成分と、分配導管を介して熱交換面に流過する成分とに分割する。分割は、たとえば、分割面の曲率半径や供給導管の流れが分割面に当たる角度によって調整され、予備実験に基づいてこれらを蒸発されるべき懸濁液のタイプに応じて調整することによって、分配導管中の液体の実質的に均等な分割を達成することが可能となる。さらに、本発明の目的に従って、例えば液体の流路から固体の塊が付着する可能性のあるいかなる鋭角部を減じることにより、曲げられた分割面は、懸濁液の固形成分によって詰まらされるようになる導管の傾向を効果的に制御する。
分岐点において、供給流の上流側において、すなわち曲げられた分割面と対向する側において、供給導管及び分配導管は、好ましくは、共通の鋭角端で終端する壁面によって規定される。鋭角端は、段部を形成し、この段部から供給導管の流入は、分配導管の入り口を飛び越えて流れの分割が行われる分割面に至る。鋭角端において終端する分配導管の壁面は、分割面に対応した要領で円曲して形成され得る。
繊維懸濁液を処理することを目的とするエバポレータにおいては、分割面の曲率半径は、例えば約１０−３０ｍｍの範囲、好ましくは２０−３０ｍｍの範囲であり得、分配導管の幅は、約１０−３０ｍｍの範囲内で、好ましくは約１５−２５ｍｍの範囲で変化させ得る。供給導管から分岐する分配導管の幅は、すべての導管に対して同一とすることができ、またエバポレータの側部から中央部に向かって徐々に増加させてもよい。
本発明の液体分配装置は、それぞれがエバポレータの半分の部分に液体を供給するように、エバポレータの両側から始まり、エバポレータの中央部まで延びる二つの相互に対称な供給導管を具備して構成することが好ましい。
本発明による液体分配装置は、プラスチック膜のバッグの外表面に蒸発させるべき懸濁液を向けるためにフィンランド公開公報第８６９６１号に従う形式の熱交換器に用いられ得る。バッグの一側から他側に横断して延びる液体分配装置は、この場合、バッグの熱交換面の全幅にわたって液体を分配する。液体から生成される蒸気は、そこからコンプレッサに送られてもよく、高温、高圧に圧縮され加熱蒸気としてバッグ内に導入され、熱交換の工程において液体へと再凝縮される。しかしながら、他の要領で生成された加熱蒸気を用いることも同様に可能である。
本発明の液体分配装置は、例えば射出成形によるプラスチックから製造された二つの壁要素であって、この間に液体導管が形成されるものから構成され得る。例えば、上記のプラスチック膜のバッグを有した熱交換器において、液体分配装置の壁要素は、同時に、その対向側においてバッグの内側に導く蒸気導管を規定するために機能し得る。熱交換器への液体や蒸気の供給は、供給路を規定する前記要素を相互に取り付けることによってそれらの間でなされ得るが、これに代えて、バッグの間の空間に延びる液体導管とバッグ内に延びる蒸気導管とによってなされ得る。コンパクトな構造によって、液体導管は、最大幅とすることができ、これにより詰まりの可能性を防止する。
本発明は、添付図面の参照して、以下に実施例によって詳述される。
図中、
図１は、本発明による液体分配装置の垂直断面を示し、
図２−４は、図１の液体分配装置の壁要素を示す図１のＩＩ−ＩＩ、ＩＩＩ−ＩＩＩ及びＩＶ−ＩＶ線に沿った図１の液体分配装置の壁要素の水平断面を示し、
図５は、相互に取り付けられ、蒸発される液体と加熱蒸気との双方の分配器を形成する三つの壁要素の部分水平断面を示し、図１のＶ−Ｖ線に沿った水平断面を示す。そして、
図６は、拡大して、図１の液体分配装置の導管の分岐点を示す。
エバポレータのための本発明による液体分配装置は、例えば、プラスチック材料から射出成形された二つの垂直壁要素１，２によって形成される導管フレームを具備し、これらの壁要素は、それ自体の間で分配装置の液体導管３，４を規定する。液体導管３，４は、射出成形に関係して図１−４に示すように壁要素１に溝を形成し、図５に示すように第二の壁要素２によってそれらの開口側においてそれらを閉塞することによって形成される。図５は、さらに、図１−４に示すような壁要素１によって閉塞された蒸気導管５を示しており、この蒸気導管については後に詳述する。
図１及び図６に最も良く示されている液体導管は、エバポレータの側部に位置する分配端部６から始まって、分配装置の中央部に向かって斜め下向きに延びる供給導管３と、分岐点７において供給導管から分岐し、エバポレータの熱交換面（図示せず）に導く実質的に垂直な複数の分配導管４とを有している。分配装置の一端から始めて、供給導管３から分岐する分配導管４の幅Ｄ（図６参照）は、一定とするか、もしくは分配装置の中央部に向かうに従って導管ごとに徐々に拡大してもよい。他方の半分において、分配装置は、供給導管及び分配導管３，４によって形成された液体導管の対称な対応のシステムを有している。固形繊維物質を含有する懸濁液のような蒸発されるべき液体の供給流は、図１に矢印８で示すように供給導管３に導かれ、ここから矢印９に従って、部分流に分割され、熱交換面に向かう分配導管４に、分配導管中において実質的に均等に導入される。従って、液体は、分配導管４から熱交換面の全幅に均等に分配され得る。
端部を介して分配装置の中央部において、供給導管３は、動作中において供給導管が蒸発において形成された蒸気１４で部分的に充填されるように、エバポレータの蒸気空間に連通されている。供給導管全体が液体で満たされた場合には、生起したサイホン効果により液体の均一な分配が阻害されるため、供給導管３の全体が液体で満たされないように、蒸発されるべき液体の供給を調整することが必要である。
導管の分岐点７及びこれらの分岐点における液体の流れの熱交換面に向かう部分流への分割が、図６に拡大して示されている。供給導管３における供給流の流れは、図において符号８で示されており、分配導管４に分離される部分流は符号９で示されている。導管の各分岐点７において、供給流８に対して下流側の導管に共通の壁面は、曲げられた分割面１０に形成され、この半径はＲで示される。各分岐点７において、上流側において分配導管４の壁面も対応して円曲して形成されており、導管４の壁面及び供給導管３の壁面は共に鋭角の供給端１１を形成し、ここから、到来する供給流８は分配導管の端部を飛び越えて各所与の点において流れの分割を行う分割面１０に至る。鋭角の供給端１１で終端する連続した分割面１０は、流れ方向において下側の分割面の供給端が各所与の位置で次の分割面の上流側の供給端の理論的連続の数ｍｍ下側に配置されるように、寸法付けられている。流れ８の分割面１０の接線に対する衝突角は、図においてαで示されている。供給流８の部分流９への分割は、液体の組成と、分割面の曲率半径Ｒと、例えば流速及び分配導管４の幅Ｄに順番に依存する衝突角αとに依存し、分配はこれらの値を変化させることによって調整され得る。予備実験によれば、分配装置の運転中に、固形物質は、一時的に供給流８の衝突点において分割面１０に付着するが、物質の蓄積によって供給導管８内の前方への連続性を増加させるか、もしくは、分配用導管に落下する。すなわち、装置の動作に自浄的である。供給流８の衝突角αは、有利には直角近くの例えば約９０−１１０°に設定される。
上記に説明したように、分配装置内の液体導管３，４は、図５に示すように、相互に固定された二つの壁要素１，２の間に配置される。要素１，２の相互の係止は、図１−４に示すような要素１の垂直突起１２を他の要素２の対応する凹部１３にスナップ係合することによって行われる。熱交換面はプラスチック膜であり、膜の上端は、相互に固定された要素１，２の間で係止（図示せず）され得る。
図５の前記第二の壁要素２は、図１−４に示すような第三の要素、要素１とともに、垂直の蒸気導管５を規定し、この蒸気導管から加熱蒸気が、蒸発されるべき液体に対向する熱交換面の当該側に導かれる。プラスチック膜によって形成されたバッグを使用する場合、加熱蒸気は、導管５を介してバッグ内に導入され、蒸発されるべき液体は、導管３、４を介してバッグの外面に導入される。図５に示すように、突起１２及び凹部１３を、又はこれに代えて凹部１３及び突起１２を設けた要素１，２を固定することによって、プラスチック膜のバッグとの間の空間に延びる液体導管４及びバッグ内側に延びる蒸気導管５を交換的に有してなり、これらの導管がバッグによって形成された熱交換面の全幅上で均一に蒸気と液体とを分配するところの液体及び蒸気分配器を構成することが可能である。
当業者にとって、本発明の種々の実施例は、上記の例により説明したものに限定されるものではなく、請求の範囲の記載の範囲内において種々に変化させることが可能であるということは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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