JPH082401B2 - リボイラおよびその使用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自然循環リボイラに関する。

在来の水管ボイラは、各管が２つのヘッダ間で連通す
るように２つのドラム即ち管シートの間に連結された複
数の管を備えている。妨げるもののない管の内部に沸騰
した加圧液体を収容し、管の外面に高温ガスを通過させ
ることによってこれらの管を加熱するのが通常である。
液体の自然循環は、液体戻り流路を作るために２つのヘ
ッダ間に加熱されない管を設置することによって達成さ
れる。

上述の構成は、小型のボイラについて使用されると
き、ボイラ管とケーシングとの間の膨張差により管の破
壊及び漏れにつながるという重大な欠点を有している。
接近が限られているためと、液体及び液体／蒸気ヘッダ
を収容するのに使用される比較的大きいスペースの要求
とにより、管及びバッフル板は清浄しにくい。

自然循環リボイラでは、２つ以上の化学物質の混合物
から１つの組成物を分離する第１段階は、熱を加えるこ
とによって達成される。この熱は気化潜熱を供給すると
ともに、組成物間の化学的結合を破壊するエネルギをも
供給する。その結果分離した蒸気相の流体は、蒸気が引
き出された液体より高濃度の所要化学組成物を含んでい
る。リボイラに連結された複式精留塔は更に、遊離した
蒸気を精製する。この塔は、加熱容器内の循環液よりも
比較的濃縮されている液体を蒸発部に供給するので、リ
ボイラの一体部分をなしている。このリボイラは、ほと
んどが熱変換器によって間接的に加熱されるので、直火
による在来の装置とは異なる。以下に説明する構成の態
様は、小型の装置に使用されるとき主要な利点を有す
る。高い応力、変形そしてついには漏れにつながるよう
な蒸発管とケーシングとの膨張差が回避される。接近が
大きく改良されているので、管及びバッフル板の外表面
の清浄もまた簡単になっている。

本発明は、改良されたリボイラの構成を提供する。

本発明によれば、精留部と蒸発部を備え、該蒸発部
が、上端が管シートに連結された複数の直立蒸発管と、
該蒸発管に液体を供給するための手段と、蒸気蒸発管の
表面を加熱するための手段とを備え、蒸気蒸発管の下端
は密封され、各蒸発管は、同心に位置決めされ且つ各蒸
発管の上端から各蒸発管の密封端より上の位置まで延び
た内管を備えていることを特徴とするリボイラを提供す
る。

本発明のリボイラは、単純で効果的な構成をもった蒸
発部を有する。作動中、液体中の化合物の混合物は蒸発
管より上で管シートによって形成されたヘッダの中へ導
かれ、各蒸発管はヘッダ内の液面により液体で完全に満
たされる。蒸発管の外面に熱を加えることにより液体は
蒸発管とこれと同心に取り付けられた内管との間に形成
された環状部で沸騰する。蒸気は環状部に入っている液
体を通してヘッダ内の液面の方へ上昇し、内管内の流体
と環状部内の流体との間で嵩密度の差ができる。この密
度差により、ヘッダに収容された液体域から内管を下方
に引かれて内管と蒸発管の密封端との間の間隙を通り、
蒸発管と内管との管の環状部の中へ流れる液体の自然循
環が起き、この環状部で沸騰が起こる。

発明の概念により、従来技術の装置に比して構造上の
融通性が増大する。長さの相異なる管を蒸発部に組み込
み、例えば炎管のような形状の異なる管を収容すること
が容易に可能である。更に、蒸発管の下端は管板等に連
結されておらず、バッフル板装置と相互作用もなく、こ
れは熱伝達係数を高めるのに使用することができるとと
もに、管を切断したりヘッダを分解する必要なく蒸発管
の列をバッフル板装置から完全に取り除くことができ
る。

添付図面を参照して以下に本発明を説明する。

第１図は、本発明で使用するのに適した蒸発管の断面
図であり、 第２図は、本発明によるリボイラの断面図であり、 第３図は、本発明に使用される精留塔の平面図であ
り、 第４図は、第３図の精留塔の縦断面図である。

第１図を参照すると、本発明のリボイラに使用するの
に適した蒸発部が、蒸気発生器の必要最大圧力条件及び
温度条件に同時に耐えるのに十分な厚さの直立管２を備
えている。管２の下端はエンドキャップ４によって封止
され、その上端は飽和液、例えばアンモニアと水の混合
物及び放出した蒸気を保持するヘッダの一部を形成する
管板６に連結されている。内側管８が蒸発管２内に同心
的に取り付けられ、ロッド、ばね又はクリップ（図示せ
ず）によって所定の位置に保持されている。内側管８は
蒸発管２の上端からエンドキャップ４の上の点まで延
び、これによって内側管８と蒸発管２との間に形成され
た環状部と内側管８の中央内孔との間を蒸発管２の下端
で連通させている。

操作では、液体をヘッダに導入してヘッダ内で管板６
より上に液面を作り、これによって管２及び８が液体で
完全に満たされるようにする。管２の外面を加熱するこ
とにより管２と管８との間に形成された環状部10内で沸
騰が起こり、蒸気が環状部に収容された液体を通してヘ
ッダの液面の方へ上昇し、管８の内孔内の液体と環状部
10内の流体との間に嵩密度の差が生じる。この密度差に
より、ヘッダ内に収容された液体域から管８の内孔を下
方へ引かれ、管８の底部とエンドキャップ４との間の間
隙を通り、環状部10まで通過するような液体の自然循環
が起こり、環状部10で沸騰が起こる。

第２図は、第１図に示すような蒸気管を有する本発明
によるリボイラを示している。リボイラは、例えばガ
ス、油等の適当な燃料を燃焼させることができるバーナ
22に加圧燃焼用空気を供給するファン20を備えている。
バーナからの一次加熱用ガスは、一連のそらせ板24によ
り蒸気管２の上を通過し、排出管26を通して蒸気発生器
を出る。ヘッダ28から供給された蒸発管２内の液体は、
第１図を参照して説明したように蒸発して循環する。

発生した蒸気は、ヘッダ28から蒸気スペースを出て全
体的に参照番号30で示した水分分離器即ち蒸気濃縮精留
トレーの中へ入る。リボイラは、蒸気が排出口34を介し
て蒸気発生器を出るのに先立ち、精製した蒸気の領域に
精留器用熱変換器32を備えているのがよい。

本発明のリボイラの精留部は、第３図及び第４図に更
に詳細に開示されている。

幾つかの成分の混合物から１つの成分を精製するため
に、もし各成分をそれぞれ固有の沸点によって区別でき
る場合には、蒸留塔を使用することができる。このよう
な蒸留塔には、混合物の中間濃縮物を収集し、排出塔即
ちストリッピング塔の受けチャンバとして働くトレーが
しばしば使用される。これらの塔及びトレーは、塔を上
昇する蒸気とトレーを下降する液体との間に各段階にお
いて平衡を達成することによって動作する。液相と蒸気
相との乱流接触を引き起こすことによって、熱及び質量
の移動が各トレーの中で起こるので、上昇する蒸気は下
降する液体からの高度に揮発性の成分で濃縮され且つ揮
発性の少ないガスはトレーの液体内で濃縮して下降する
液体を更に希釈する。その結果、上昇する蒸気は次第に
精製され、下降する蒸気は次第に希釈される。

あるプロセスでは、入手可能な排出塔供給原料から得
られる程度よりも高い程度まで蒸気を精製することが必
要である。このことは、下降する液体として精製した生
成物の一部を使用するような精留塔を用いて達成され
る。精製した蒸気の一部は濃縮されて、蒸気を更に精製
するためにトレー装置に供給される液体を形成する。そ
の結果、このような塔を上昇する蒸気の一部は濃縮され
て再び塔を下降するに過ぎず、そこで沸騰されて蒸気に
なりプロセスが繰り返される。

液体と蒸気が各トレーの中で直接乱流接触をして熱及
び質量の移動を最大にし、これによって各トレーの中で
平衡を達成することが重要である。

各トレーの中に一時的に保持された液体に浸漬された
管を通る蒸気流量を比較的高くすることによって、迅速
な混合がなされる。蒸気泡が各トレーの中の最小深さの
液体を通して上昇するようにし、且つこの蒸気泡を放出
する場所を多数設けることことによって接触が改善され
る。

第３図及び第４図は、リボイラに関して使用されるト
ナーの設計の特徴を示している。管31が隣接したトナー
を連結して、液体の下向き流れを可能にする。管31はト
ナーの中の液体の深さを最小にするように位置決めさ
れ、オーバーフロを下方のトレーへ導くせきとして作用
する。管31の出口はその下のトレーの液体に浸漬され、
管を上昇する蒸気流れに対するシールを作っている。ト
レーに取り付けられた小さい湾曲した保護板32が、旋回
する液体に同伴した蒸気泡が管31に入らないようにして
いる。トレーの液体入口及び液体出口は、すべての液体
が次のトレーへ流れる前に蒸気混合ゾーンを確実に通過
するように、互いに直径方向に対向して位置決めされて
いる。

液体に部分的に浸漬された湾曲管33を通して蒸気はト
レーの中へ導かれる。多数のこれらの管は、湾曲管の流
れ面積の合計よりはるかに大きい流れ面積を有するキャ
ップし立ち管34に連結されている。図示の構成では、４
つの湾曲管が各トレーの２つの蒸気立ち管の各々に取り
付けられているが、用途及び流量に応じてもっと多くの
管及び立ち管を使用することもできる。点線の矢印は蒸
気の流れを示し、実線の矢印は液体の流れを示してい
る。

上記精留塔の使用には幾つかの利点がある。

（１） 塔は、機械的作用ではなく流体流れによって作
動するので、構成部品が摩耗しない。

（２） 塔は静かに作動する。

（３） 保護板32により、すべての蒸気が各トレーの立
ち管を通して確実に導かれる。

（４） 液体入口及び液体出口をトレーで互いに対向し
て配置することにより、最大の液体流路長さが確保され
て液体と蒸気との接触が改善されトレーの効率が増大す
る。

（５） 直径の大きい蒸気立ち管を用いることにより、
トレーのオーバーフロ管が液体で過負荷になってもサイ
ホンの形成を防いで、トレー内の液体レベルを上昇させ
る。

（６） トレーの設計により、一時的な洪水を引き起こ
すような不連続な流量でも広範囲な条件にわたってトレ
ーは作動し続ける。

（７） 液体の乱流、蒸気と液体との接触及びトレー効
率を改良するために、湾曲した蒸気管の数及び位置をト
レー内に一様な蒸気分配を達成するように構成すること
ができる。

（８） 排出用トレーと精留塔部分を同じ構成にするこ
とができる。

家庭のセントラルヒーティングシステムのヒートポン
プの用途で使用されているように、アンモニアと水との
混合物から蒸気を発生させるのに本発明のリボイラを使
用することができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】精留部と蒸発部とを備え、該蒸発部が、上
   端が管シートに連結された複数の直立蒸発管と、前記蒸
   発管に液体を供給するための手段と、前記蒸発管の表面
   を加熱するための加熱手段とを備え、前記蒸発管の下端
   が密封され、各蒸発管が、同心に位置決めされるととも
   に、各蒸発管の上端から各蒸発管の密封された端部より
   上の位置まで延びた内管を備え、前記精留部が、それを
   通じて、発生した蒸気が指向される一連の液体収容うレ
   イと、隣接するトレイ間を、隣接する一対のトレイの上
   部より上方に、部分的に延びるように延びるオープント
   ップ型の下降管であって、前記一対のトレイの上部上の
   液体の深さを保持する堰として作用し、液体が、前記一
   体のトレイの上部から下部へオーバーフローすることを
   許容し、その下端部が、前記一対のトレイの下部上の液
   体中に浸漬されるように配置され、上昇する蒸気流に対
   するシールを提供する下降管と、前記各トレイから上方
   に延び、前記トレイの下方から蒸気を受け取る上昇管
   と、該上昇管に取付けられ、前記上昇管から蒸気を受け
   取り、前記トレイ上の液体の下方に下降させる多数の湾
   曲管を備え、前記上昇管の流れ面積が、前記湾曲管の流
   れ面積の合計よりも大きく設定されたことを特徴とする
   リボイラ。
2. 【請求項２】前記加熱手段が、バーナと、前記蒸発管に
   供給する高温燃焼ガスの流量を制御する手段とを備えて
   いることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のリボイ
   ラ。
3. 【請求項３】前記管シートが、前記蒸発管に液体を供給
   するヘッダの一部を形成することを特徴とする請求の範
   囲第１項または第２項に記載のリボイラ。
4. 【請求項４】水分分離器または蒸気濃縮手段を備えたこ
   とを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   か１項に記載のリボイラ。
5. 【請求項５】それを通じて、発生した蒸気が指向される
   一連の液体収容トレイを有する単式または複式の精留塔
   を備えたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載のリ
   ボイラ。