(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に、液体中に含まれる水分の少なくとも一部を液体部分から分離することによって、液体を濃縮する蒸発装置であって、該蒸発装置は、
外被構造物（１）で仕切られた空間内において、濃縮処理を行うための実質的に気密にされた外被構造物（１）と、
濃縮すべき液体を外被構造物（１）で仕切られた空間に供給するための入口（３）と、
濃縮された液体部分すなわち濃縮液を外被構造物（１）で仕切られた空間から排出するための第１出口（１５）と、
濃縮すべき液体から分離された水分すなわち凝縮水を外被構造物（１）で仕切られた空間から排出するための第２出口（１６）と、
外被構造物（１）で仕切られる空間に配置される熱交換器（４）であって、
濃縮すべき液体の流れが、熱交換表面の第１側面（５）に導かれ、
濃縮すべき液体から蒸発した水の流れが、実質上水蒸気の状態で第２側面（１４）に導かれる熱交換器（４）と、
熱交換表面の第２側面（１４）に供給される水蒸気相の熱容量を大きくするために、外被構造物（１）内部に設置される少なくとも１つの加圧装置（６ａ）と、
少なくとも１つの前記加圧装置（６ａ）に対する少なくとも１つの作動装置（６ｂ）とを有し、
蒸発装置に含まれる少なくとも１つの加圧装置（６ａ）と、蒸発装置に含まれる作動装置（６ｂ）として機能する少なくとも１つの電気モータとがコンパクトな構造物（６）として統合され、この構造物全体が外被構造物（１）で仕切られた空間に配置されること、および作動装置として機能する電気モータの回転速度が、いわゆる高速領域である２．５×１０4〜３×１０5回転／分の範囲で選ばれることを特徴とする蒸発装置。
【請求項２】
電気モータの回転速度が３×１０4〜７×１０4回転／分の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発装置。
【請求項３】
統合型のコンパクトな構造物（６）に関して、熱交換表面の第２側面に供給される水蒸気相を飽和水蒸気に調整することを目的として、熱交換表面の第２側面（１４）に供給される水蒸気相に、水を供給する手段（１３，２９）が配置されることを特徴とする請求項１に記載の蒸発装置。
【請求項４】
熱交換表面の第２側面（１４）に供給される水蒸気相が流れる溝は、統合型のコンパクトな構造物（６）のある場所においては環状溝（１２）であり、加圧装置（６ａ）と作動装置（６ｂ）とが順に、環状溝（１２）の長手方向に実質上環状溝（１２）の中心部にくるように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蒸発装置。
【請求項５】
環状溝（１２）の加圧装置（６ａ）に続く部分が、ディフューザ部として形成されることを特徴とする請求項４に記載の蒸発装置。
【請求項６】
作動装置（６ｂ）は、環状溝内において、水蒸気相の流れる方向において加圧装置（６ａ）の後方に設置されることを特徴とする請求項４に記載の蒸発装置。
【請求項７】
作動装置（６ｂ）には、同装置を冷却するために、水および／または水蒸気状態の媒体が流れる冷却溝システム（３６，３７，３８）が設けられ、さらに冷却溝システム（３６，３７，３８）内を流れる水の少なくとも一部分は、水蒸気相として水を熱交換表面の第２側面（１４）に供給するために、手段（１３，２９）を介して導かれることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の蒸発装置。
【請求項８】
水蒸気相と混合される水を供給する手段（１３，２９）は、作動装置（６ｂ）の軸（３１）によって駆動されるように配置され、このとき、該手段（１３，２９）は、統合型のコンパクトな構造物（６）内で、熱交換表面の第２側面へ供給される水蒸気相の流れ方向において加圧装置よりも下流に位置することを特徴とする請求項３または７のいずれかに記載の蒸発装置。
【請求項９】
熱交換表面の第２側面（１４）に供給される水蒸気相と混合される水を供給する手段は、統合型のコンパクトな構造物（６）の端部の少なくとも一部分である円盤構造を有し、さらにその中心部には統合型のコンパクトな構造物の内部容器部（３９）を有し、該内部容器部（３９）は該容器部に連結されたノズルシステム（１３）である流れ開口部に連結しており、該容器部（３９）には、前記冷却溝システム（３６，３７，３８）を介して水流が供給されることを特徴とする請求項７に記載の蒸発装置。
【請求項１０】
蒸発装置は、熱交換表面の第２側面（１４）に供給される水蒸気相が流れる溝に設けられ、水蒸気相の状態を監視する少なくとも１つの検知手段（２２）を有し、該検知手段（２２）は、添加される水の量を制御するために、バルブ（２１）を制御する制御装置（１９）に連結されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の蒸発装置。
【請求項１１】
統合型のコンパクトな構造物（６）は、２つの端部（２８，２９）と、端部間に設けられる外板部（３０）とを有し、
加圧装置（６ａ）は、実質的に外板部（３０）から突出し、熱交換表面の第２側面（１４）に供給される水蒸気相が流れる溝内部に固定されるようにして、外板部（３０）に固定される案内羽根システム（９，１１）と、
外板部（３０）から突出するようにして、作動装置（６ｂ）の軸（３１）に固定される羽根車システム（１０）とから成ることを特徴とする請求項１に記載の蒸発装置。
【発明の詳細な説明】
本装置は、請求項１の前提部に従う蒸発装置に関する。
本発明に従う蒸発装置は、多くの場合、環境の大気圧よりも低い圧力条件下で、一部を蒸発させることによって液体を濃縮する蒸発処理に使用されるものである。蒸発処理に必要なエネルギは、処理ガスに効果的な加圧装置を用いて生産される。
一般に実施されている先行技術によれば、加圧装置（一般には送風機）の羽根車は、処理ガス中に設置されている。多くの場合は電気モーターである、電気的に駆動される作動装置が、蒸発装置外部の配管機構の一部として取付られている。加圧装置とその作動装置は、蒸発装置の外被構造物を貫通する軸を介して連結されている。貫通部は、軸封によってシールされる。従来の方法では、潤滑剤として油が使用されるローラ手段あるいはすべり軸受のいずれかを軸受として使用している。現在用いられている先行技術の方法における問題点は、駆動軸の密封が困難であり、周囲の高い圧力が主たる原因となって起こる漏出の危険を伴うことにあった。このような密閉の漏れによって、有意な蒸発処理効率の低下が生じることになる。短期間おきに軸封の保守を行うことは、蒸発処理を長期間にわたって停止させることが必要となるため、蒸発装置の保守費が高額となる。さらに従来の方法では蒸発装置が大型化し、蒸発装置を連結する吊上げ装置にかなり頑強なものが必要となり、かなり大きなスペースも必要となる。
本発明の目的は、上述の先行技術における問題点を有意に解決し、蒸発処理を改良する新しい予想外の利点を提供することにある。これらの目的を達成するために、本発明による蒸発装置は、蒸発装置の少なくとも１つの加圧装置と、該加圧装置の少なくとも１つの作動装置とが、外被構造物によって限定されるスペース内に全体が配置されるコンパクトな構造物として統合されることを主たる特徴としている。本発明による蒸発装置は、特に加圧装置と作動装置とから成る構造体が非常に単純であるため、該構造体全体を蒸発装置内部に配置し密封すること、あるいは配管機構に直接連結してする配置することが可能となる。作動装置とその軸受の冷却および／または潤滑は、蒸発装置内に存在する、または蒸発装置に供給される液体によって、特に水によって行われる。このように、本発明の装置においては、外被構造物を貫通す軸によって必要となる運動用シールを行う箇所をなくすことができる。作動装置を蒸発装置の外被構造物の内部に配置すると、作動装置の暖気エネルギを、蒸発処理そのものに利用することができる。軸受は非接触の原理で実施され、軸受の使用中に蒸発処理を害する恐れのある粒子が形成されないため、蒸発処理の質を向上させることができる。本蒸発装置の気密に統合化された構造物が、周囲に騒音を出さないことは明かである。
特に好適な実施例によれば、本発明の蒸発装置は、作動装置の回転速度がいわゆる高速領域である２．５×１０4〜３×１０5回転／分さらに好ましくは、３×１０4〜７×１０4回転／分に選ばれることを特徴とする。
特に、本発明の統合型のコンパクトな構造物を高速回転技術を適用して用いることにより、構造物の小型化に有利な要因がもたらされ、蒸発装置も当然、蒸発処理効率の割に小型化することができるため、構造物、構造物の占有場所、吊上げ装置などにかかる費用を軽減することができる。
さらにまた、本発明の有意な利点は、この統合型のコンパクトな構造物により、加圧装置によって作られる加圧水蒸気を湿らせることができ、したがってこの統合型構造物に関連して設置することができる単純な構造物によって、該水蒸気を飽和させることが可能ということである。加圧装置は過熱状態の水蒸気を発生することが知られている。加圧装置で発生した水蒸気が過熱状態で熱交換器に供給されると、熱交換器の熱交換表面の増加を必要とすることは、当業者にとって自明である。本発明による蒸発装置を用いると、統合型のコンパクトな構造物に関連して有利なことに、簡単な手段によって、加圧装置で圧縮した水蒸気は実質的に過熱水蒸気として熱交換器に供給されるように、水蒸気を湿らせることができる。
本発明に従う蒸発装置のいくつかの有益な実施例は、添付の他の従属項に示されている。
以下に本発明に従う蒸発装置を添付の図面を参照し、詳細に説明する。図面において、
図１は、本発明に従う蒸発装置における蒸発方法を概略的に示し、
図２は、統合型のコンパクトな構造物の実施例の縦断面図であり、
図３は、蒸発装置の実施例の概略図であり、該蒸発装置は２つまたはいくつかの統合型のコンパクトな構造物を有している。
特に図１に示すように、液体を濃縮するための蒸発装置は、外被構造物１に区切られた空間内で濃縮処理を行うために、実質的に閉じた気密な外被構造物１を有する。濃縮すべき液体は配管機構２を介して入口３に導かれ、ここを通って外被構造物１に浸入し、外被構造物１の上部から、熱交換器４の蒸発側すなわち第１側面５へと送られる。濃縮すべき液体の蒸発によって生じた水蒸気は、外被構造物の下部から、統合型構造物６が含まれる垂直溝７の吸込み口８を介して、統合型構造物の第１案内羽根９、さらには羽根車１０へと吸込まれた後、大きな熱容量をもち、したがって高い温度を有する圧縮水蒸気が、第２案内羽根１１を介して環状溝１２へと導かれる。統合型構造物の流れ方向末端は、熱交換器表面の濃縮側すなわち、第２側面１４に供給されていく水蒸気相に混合する水を給水する手段１３を有する。外被構造物１の下部には、濃縮された液体部分すなわち濃縮液を外被構造物１内の空間から排出するための第１出口１５が設けられる。濃縮すべき液体は、熱交換器４の熱交換表面の第１側面５上を通って、外被構造物の下部１ａに至るが、ここで発達した水蒸気相は、上記と同様にして溝７へと導かれる〈図１、矢印Ｎ〉。同様に、外被構造物１は熱交換器の下方に受流部１ａ、および受流部１ａに連結された第２出口１６を有し、該第２出口１６は、熱交換器の熱交換表面の第２側面１４上を通過する濃縮すべき液体より分離された水、すなわち凝縮水を外被構造物で仕切られた空間から排出するために設けられる。蒸発処理の効率を上げるために、濃縮液および凝縮水を熱交換器１７および１８を介して後続の処理へ導くが、濃縮すべき液体は、配管機構２を介してこの熱交換器１７，１８を通過し、上記外被構造物１内部に供給される。このようにして、蒸発処理によって発生する上記留分は連続的に回収され、蒸発処理に戻される。
さらに蒸発装置は、後で詳しく説明する方法によって、一方では作動装置を冷却し、他方では水蒸気相に混合する水を添加するために、統合型構造物へ導く水の流れを制御する制御装置１９を含む。水の流れは、制御装置１９によってバルブ２１が制御される配管機構２０を介して導かれる。溝７は、統合型構造物６を過ぎたところに、制御装置１９に連結された検知手段、特に圧力と温度を監視するための少なくとも１つの検知手段２２を有する。特に図２を参照すると、本発明による統合型構造物６は、加圧装置６ａ（羽根車システム９，１０，１１）とその作動装置、特に電気モータ６ｂとから成る複合体を含み、該複合体は構造的には１つのコンパクトな装置として組立てられている。この強固な統合型構造物は、溝７の外壁を形成する配管断面の内側に、配管断面２５の鉛直軸と該統合型構造物６の鉛直軸とが平行かつ同軸上であるように配置されるコンパクトな装置であって、上述の環状溝１２は配管断面２５と統合型構造物６の外表面との間に、特に流れの方向に見られる加圧装置６ａに続く部分（図２の上に向かう方向）に形成されることを特徴とする。
特に図２に示される実施例では、作動装置６ｂは環状溝内に配置され、水蒸気相の流れる方向において加圧装置６ａに続く。特に、環状溝１２の加圧装置に続く部分は、配管断面２５の直径を流れ方向上端に向けて拡大することによって、ディフューザ部として形成されている。もちろん、加圧装置６ａとその駆動装置６ｂの配置の順序を流れの方向の逆にすることも可能で、その場合、ディフューザ部を、長手方向において加圧装置に続けて構造物中に配置することができる。特に交換および整備を考慮して、部材６ａ，６ｂ，２５は統合型構造物として配置することができ、この場合統合型のコンパクトな構造物６ａ，６ｂ，２５の中心軸が外被構造物の垂直中心軸に合するように、熱交換器と、環状の水平断面を有する外被構造物の中心線上中心に、たとえば図１に示した方法で構造物を取り付けるために、該構造物の上方部に突出したフランジ２６が設けられる。したがって溝７の下部はしっかりとした構造物７ａ（図１）として形成され、配管断面２５と溝７の下部７ａの間の連結部分には適切なシーリング２７が設けられている。
図２に示す統合型構造物６は、端部２８，２９と、端部２８，２９の間に溝７の長手方向に外板部３０とを有する。案内羽根９，１１は、一方では外板部３０に、他方では配管断面２５の内表面に固定される。また、羽根車１０も同様に、統合型構造物内部で長手軸３１に固定されるが、この軸はさらに作動装置として用いられる電気モータの回転子も形成する。軸３１の回転子部分３１の外側であり、外板部３０の内側にあたる領域に固定子３２が設けられる。さらに、統合型構造物は固定子部分３２の両端部に、軸受３５とともに非接触ラジアル軸受３３，３４を有する。必要な電気入力は、たとえば案内羽根９および／または１１を通して提供される。作動装置６ｂを冷却するために、該作動装置６ｂには冷却溝システム３６，３７，３８が設けられる。水の流れは、図１に関連して上述した方法によって、ここで方向付けが行われるが、特別の条件下であれば、この水の流れは、蒸発処理における他の部分から、たとえば外被構造物の下方から作動装置に供給される水蒸気流とすることも可能である。配管機構２０を介して導かれるこの水流の少なくとも一部は、環状溝１２、あるいは本実施例では統合型構造物６の末端部２９に形成されるノズル構造１３を通って環状溝１２の端部へと送られる。末端部２９は、回転可能な円盤状構造として形成され、その内部には冷却溝システム３６，３７，３８からの水流が流込む容器部分あるいは環状空洞３９が設けられている。末端部２９は軸３１に固定され、さらに外板の外側部分３０ａの端部４０との間にシールが施されている。
冷却溝システムは、配管機構２０へと延び、さらに第２の案内羽根１１を通って外板部３０に向かって進む第１部分３６を有する。作動装置６ａの外板部分は２つの部分で構成され、冷却溝システムのたとえば環状空間であるような第２部分３７は、統合型構造物６の外側３０ａと内側３０ｂとの間で、軸線方向に形成される。冷却溝システムの第１部分３６は、水および／または水蒸気の流れの供給が、周縁の方向において、２つまたはいくつかの点から、統合型構造物６に関連する第２部分３７へと実施される、いくつかの区分によって構成してもよい。冷却溝システムは、電源として機能する電気モータを冷却するために用いられる。冷却溝システムの第３の部分は、制御部３８から形成され、該制御部３８から水あるいは水蒸気流が上述の環状空洞３９に導かれ、さらには遠心力によってノズル１３へと導かれる。
図３は、外被構造物を循環パイプ４１に連結した本発明の他の実施例を示し、該循環パイプは、実質上、外被構造物と気密な装置を形成するように配置されている。図３において、水蒸気の流れ方向は矢印ＫＳで示される。その他の点に関して、外被構造物は先に図１で示した構造を適切な様式によって対応させたものであり、当業者にとっては自明であるので、ここではこれ以上詳しくは説明しない。図３の概略的構造において重要なのは、統合型のコンパクトな構造が循環パイプ４１中に配置されることである。これに関連して、統合型のコンパクトな構造物は、フランジ構造４２によって連結配管に固定された、互いに平行に配置される２つの独立した装置６′，６″を有する。これらの統合型のコンパクトな構造物６′，６″は、簡単に取外しおよび交換することができる。構造に関しては、これらの装置６′，６″は、図２に関連して先に示した装置と一致させてもよい。
統合型のコンパクトな構造物には、図示したような軸方式によって駆動する加圧装置に代えて、ラジアル方式によるものを用いることも当然可能である。加圧装置はまた、いくつかの段階で構成することもできる。
作動装置の軸３１の回転速度は、いわゆる高速領域である２．５×１０4〜３×１０5回転／分、好ましくは３×１０4〜７×１０4回転／分の範囲から選ばれる。もちろん、水の添加を行うためにいくつかの手段を系統的に統合型のコンパクトな構造物に連結して配置することもでき、その場合、噴射に必要なエネルギを他の方法で手配することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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