JP7518156B2 - 液体供給物の処理のためのプレート式熱交換器 - Google Patents
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Description
本発明は、液体供給物を処理するためのプレート式熱交換器、液体供給物を処理するためのプレート式熱交換器用の熱交換プレート、液体供給物を処理するためのプレート式熱交換器用のガスケット、および液体供給物を処理するためのプレート式熱交換器を製造する方法、に関する。
熱交換プレートの１つまたは複数のプレートパッケージがプロセスの主要コンポーネントを形成する海水淡水化装置は、長年にわたって製造されてきた。スウェーデン国特許第４６４９３８号明細書には、円筒形の容器に入れられたプレートパッケージを含むそのような淡水化プラントが開示されている。熱交換プレートには蒸気用のポートがないが、代わりに、プロセスの種類に応じて、熱交換プレートの外側のスペースが蒸気の１つまたは複数の流路として使用される。容器は実質的に円筒形の圧力容器である。いくつかのプレートパッケージを含む大規模なプラントでは、これらはシリンダの長手方向に配置され得る。複数のコンテナをプラントに含めることができない場合に、ある程度、コンテナはプラントのサイズを制限している。
出願人企業は、数年前から、プレートパッケージ内で蒸発、分離、凝縮が行われるタンクのない淡水発生器を製造してきた。詳細は、アルファラバルコーポレートＡＢに割り当てられた国際公開第２００６／１０４４４３号公報に記載されている。この文献は、脱塩用のプレート式熱交換器を開示している。熱交換器には、熱交換器内に交互の順序で形成された第１のプレートと第２のプレートとの隙間が存在する。第１のプレート隙間は、蒸発セクション、分離セクション、および凝縮セクションを形成し、第２のプレート隙間は、加熱および冷却セクションを形成する。蒸発セクションは、海水などの液体供給物を蒸発させるために使用され、分離セクションは、蒸発した供給物を蒸発していない供給物から分離するために使用され、凝縮セクションは、蒸発した供給物を凝縮するために使用される。加熱セクションは蒸発セクションを加熱し、冷却セクションは凝縮セクションを冷却する。分離セクションは、両方のプレート隙間の間、つまり、第２のプレート隙間の加熱セクションと冷却セクションとの間にも広がっている。上記の熱交換器の利点は、海水の処理全体がプレートパッケージで行われるため、コンテナが不要なことである。
上記のプレート式熱交換器は、中央に配置された加熱流体用、冷却流体用、および淡水用のポートを有し、熱交換プレートの中心軸を中心に蒸気用および供給物用のポートが対称的に配置されている。このように、必要なプレートタイプは１つだけである。第１および第２のプレート隙間は、２つの異なるガスケットを使用し、熱交換プレートを向かい合わせに配置することによって形成される。このようにして、対向するプレートの波形は、十字型のパターンを形成する。
中央に配置されたポートと熱交換プレートの端に隣接するポートは、熱交換プレートの幅に沿って最大６つのガスケット要素が必要になることを意味する。ガスケットは、プロセスに使用できない熱交換プレート上のスペースを占有する。ガスケットの幅は、大規模な熱交換器の場合と小規模な熱交換器の場合とでほぼ同じになる。大型の熱交換器の場合、ガスケットが占めるスペースはごくわずかだが、小型の熱交換器の場合はかなりのスペースになり得る。
小型船に搭載して使用できる小型淡水発電機の必要性が高まっている。上記のように淡水発生器のサイズを縮小する場合に、ガスケットは基本的に同じ量のスペースを占有する。これにより、大型の淡水発電機と比較して、小型の淡水発電機の面積効率が低下する。これは、適切に動作するために大きな熱交換領域を必要とする凝縮器にとって特に問題である。
上記の問題の１つの解決策は、特に凝縮器の中央に配置されたポートを省略し、すべてのポートを熱交換プレートの端に配置することである。凝縮器のそのような設計の一例は、出願中の欧州特許出願第１９１７１７２３号明細書に示されている。ポートは、ポートを同じ相対位置に保ちながら、個々のプレートを裏返す、つまり中心軸を中心に１８０度回転できるように、中心軸に対して対称に配置され得る。ポートおよびガスケット溝を中心軸に対して対称に保つことにより、１つのプレートタイプのみが必要になる。
冷却流体用のポートを中央に配置することで、蒸発した供給物の通路をプレートの両端に隣接して配置できるが、ポートを端に配置することは、プレートの反対側が冷却液および凝縮器の凝縮液のポートに使用されるため、分離器から凝縮器への蒸発した供給物のための１つの通路のみがプレートの一方の端に隣接して配置され得ることを意味する。したがって、蒸発した供給物の流れは、分離セクションで非対称になる。実験およびシミュレーションは、流れの大部分が蒸発セクションと凝縮器との間の最短経路をとるため、それによって分離器内の流れの分布が悪影響を受けることを示している。これにより、蒸発していない流体、つまり液滴が蒸発器から凝縮器に持ち越され得る。
したがって、本発明の目的は、上記の問題を回避する液体供給物の処理のための技術を提供することである。
米国特許第８６４６５１７号明細書には、ポート穴の近くに変位したガスケットを備えたガスケットを有する熱交換プレートが記載されている。
中国実用新案第２０３８２０４８８号明細書は、内部突起のあるフィールドガスケットを示す脱塩プレートについて説明している。
上記の目的は、液体供給物を処理するためのプレート式熱交換器であって、熱交換器は、複数の連続して配置された熱交換プレートであって、各熱交換プレートが、第１の長手方向端と、第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端と、第１の長手方向端と第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸と、を規定する熱交換プレート、を有するプレートパッケージ、を備え、中心軸は、プレートを、第１の長手方向端と中心軸との間に延在する第１の部分と、第２の長手方向端と中心軸との間に延在する第２の部分とに分割し、プレートパッケージは、交互の順序で配置された第１のプレート隙間および第２のプレート隙間を規定し、各プレート隙間は、各プレートの第１の長手方向端および第２の長手方向端に沿って延在するガスケットで囲まれており、各熱交換プレートは、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における蒸発セクションと凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
プレートにおける第１および第２の部分の蒸発セクションと分離セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が蒸発セクションから分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
プレートにおける第１の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が分離セクションから凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
プレートにおける第２の部分の分離セクションと凝縮セクションの間のアクセスを防ぐガスケット要素と、
分離セクションと第２の通路との間に配置され、第１の長手方向端から中心軸に向かって延在し、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積を減少させるためのフローガイド要素と、をさらに規定する、プレート式熱交換器による、第１の態様において実現される。
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における蒸発セクションと凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
プレートにおける第１および第２の部分の蒸発セクションと分離セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が蒸発セクションから分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
プレートにおける第１の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が分離セクションから凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
プレートにおける第２の部分の分離セクションと凝縮セクションの間のアクセスを防ぐガスケット要素と、
分離セクションと第２の通路との間に配置され、第１の長手方向端から中心軸に向かって延在し、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積を減少させるためのフローガイド要素と、をさらに規定する、プレート式熱交換器による、第１の態様において実現される。
蒸発セクションはプレートパッケージの下部に配置されており、凝縮セクションはプレートパッケージの上部に配置されており、分離セクションは蒸発セクションと凝縮セクションとの間に配置されている。蒸発セクションと分離セクションとの間の第１の通路により、蒸発した供給物が蒸発セクションの全幅から上向きに流れることが可能になる。したがって、第１の通路は、長手方向の端間の距離の大部分、すなわち、中心軸で分割されたプレートの両方の部分に延在する。第１の通路の横に、蒸発していない供給物用の通路がある。
分離セクションと凝縮セクションとの間の第２の通路は、プレートの第１の部分のみに延在する、つまり、長手方向の端の第１の部分にのみ隣接する。プレートの第２の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間の流体アクセスは、ガスケット要素によって防止される。これは、ポートを端に隣接して配置し、上記のように中央に配置されたポートを回避するためである。したがって、蒸発していない供給物は、第１の長手方向端で分離セクションと凝縮セクションとの間に延在する第２の通路に入り、中心軸に位置する熱伝達領域で凝縮する。凝縮液は、プレートの反対側の第２の長手方向端にある凝縮液ポートに集められる。凝縮セクションの伝熱領域は、第２の通路の位置を除いて分離セクションから密閉されている。
フローガイド要素は、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積を減少させるために、距離の少なくとも一部を第１の長手方向端から中心軸に向かって延在し、これにより、蒸発した供給物の流れが第２の端に向かってより多く流れ、流れが第１の通路と第２の通路との間の最短経路をたどることを防ぐ。これにより、分離セクション内の流れがより均一に分散され、蒸発していない供給物が凝縮セクションに持ち越されることを防ぐ。分離セクションは、第１および第２の通路の位置と、蒸発していない供給物の出口通路とを除いて、ガスケットによって閉じられる。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積は、第２の通路の流れ面積と比較して１０％～３０％低減されている。
上記の値により、分離セクション内の流れの分布が改善するが、流れ面積が減少するため、許容可能な圧力が増加する。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、フローガイド要素は、第１の長手方向端に沿ってガスケットの一部を形成する。
好ましい実施形態では、フローガイド要素はガスケットの一部である。単純で安全なフローガイド要素を確立することとは別に、この解決策は、ガスケットのプレートへの位置合わせおよび固定を支援するという追加の利点を有する。あるいは、フローガイド要素はプレートに押し込まれてもよい。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、フローガイド要素は三角形の形状を有する。
このようにして、フローガイド要素の真下から第２の通路に近づく蒸発した供給物の流れは、中心軸に向かう方向に導かれ、流れが最短経路をとることを防ぎ、分離セクションにおける流れの分布を改善することができる。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、フローガイド要素は、分離セクションに向かって丸みを帯びた形状を有する。
このようにして、フローガイド要素の真下から第２の通路に接近する蒸発した供給物の流れは、第２の通路に入る前に、第２の長手方向端に向かって横方向に流れるようにさえされ得る。これにより、第１の通路と第２の通路との間の流れ距離がさらに広がり、流れが第２の長手方向端に向かって流れるため、分離セクションにおける流れの分布が改善される。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、１つおきのプレート隙間が、凝縮セクションを冷却するための冷却セクションおよび／または蒸発セクションを加熱するための加熱セクションを規定する。
加熱セクションは、蒸発セクションに対してプレートの反対側に配置され、冷却セクションは、凝縮セクションに対してプレートの反対側に配置される。加熱セクションは蒸発セクションを加熱し、冷却セクションは凝縮セクションを冷却する。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、中心軸に向かって延在する第２の長手方向端にさらなるフローガイド要素が存在する。
好ましくは第２の長手方向端でガスケットの一部を形成しているさらなるフローガイド要素は、第１の長手方向端のフローガイド要素に対して対称性を可能にする。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、液体供給物は海水である。
プレート式熱交換器は、給水として海水を使用し、淡水を生成する淡水発生器であり得る。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、分離セクションおよびフローガイド要素は、第１のプレート隙間および第２のプレート隙間の両方に設けられる。
次に、分離セクションは、蒸発セクションと凝縮セクションとの間、および加熱セクションと冷却セクションとの間の両方に設けられる。蒸発した供給物がプレート間を流れることを可能にするために、プレートに開口部が設けられる。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、熱交換プレートは、プレート隙間の間の連通のために、第１および第２の通路に開口部を備えている。
第１の通路の開口部は、蒸発した供給物が蒸発セクションの反対側のプレート隙間に入ることを可能にし、第２の通路の開口部は、蒸発した供給物が凝縮セクションを収容するプレート隙間に戻ることを可能にする。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、熱交換プレートは、冷却媒体用および凝縮液用のポートを備え、第２の通路のポートに対する中心軸に対して対称に配置される。
上記のように、典型的には、凝縮セクションの反対側を流れる冷却媒体の入口および出口ポート、ならびに凝縮液の出口ポートは、第２の通路のプレートの反対側の端にある蒸気開口部に対応する。
第１の態様のさらなる実施形態によれば、各熱交換プレートは、隆起および谷を形成する分離セクションにおいて波形に形成され、それにより、隆起がプレートの反対側の谷に対応し、それにより、各プレートにおいて、隙間間の隆起が谷に落ち、逆もまた同様である。
凝縮セクションと蒸発セクションとの熱交換領域は、通常、交差する波形パターンを有し、反対側のプレートの反対側の隆起が接触点で接触するが、分離セクションは、対向するプレートが接触せず、通常、互いに落下する横方向に配向された谷および隆起と接触しないように構成され得、蒸発しない供給物を捕らえることができる蛇行する流路を確立する。
上記の目的は、液体供給物の処理のためのプレート式熱交換器用の熱交換プレートであって、熱交換器は、間にガスケットを備えた複数の連続して配置された熱交換プレートを有するプレートパッケージを含み、
熱交換プレートが、
第１の長手方向端、第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端、および第１の長手方向端と第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸であって、プレートを、第１の長手方向端と中心軸との間に平行に延在する第１の部分と、第２の長手方向端と中心軸との間に延在する第２の部分とに分割する、中心軸と、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における蒸発セクションと凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
プレートにおける第１および第２の部分の蒸発セクションと分離セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が蒸発セクションから分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
プレートにおける第１の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が分離セクションから凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
プレートにおける第２の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間のアクセスを防ぐための要素と、
分離セクションと第２の通路との間に配置され、第１の長手方向端から中心軸に向かって延在し、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積を低減させるためのフローガイド要素と、
を規定する、熱交換プレートによる第２の態様において実現される。
熱交換プレートが、
第１の長手方向端、第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端、および第１の長手方向端と第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸であって、プレートを、第１の長手方向端と中心軸との間に平行に延在する第１の部分と、第２の長手方向端と中心軸との間に延在する第２の部分とに分割する、中心軸と、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における蒸発セクションと凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
プレートにおける第１および第２の部分の蒸発セクションと分離セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が蒸発セクションから分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
プレートにおける第１の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が分離セクションから凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
プレートにおける第２の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間のアクセスを防ぐための要素と、
分離セクションと第２の通路との間に配置され、第１の長手方向端から中心軸に向かって延在し、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積を低減させるためのフローガイド要素と、
を規定する、熱交換プレートによる第２の態様において実現される。
第２の態様による上記の熱交換プレートは、好ましくは、第１の態様によるプレート式熱交換器で使用される。
上記の目的は、液体供給物の処理のためのプレート式熱交換器用のガスケットであって、熱交換器は、間にガスケットを備えた複数の連続して配置された熱交換プレートを有するプレートパッケージを含み、
ガスケットは、
第１の長手方向端と、第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端と、第１の長手方向端と第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸であって、ガスケットを、第１の長手方向端と中心軸との間に延在する第１の部分と、第２の長手方向端と中心軸との間に延在する第２の部分とに分割する、中心軸と、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における蒸発セクションと凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
ガスケットにおける第１および第２の部分の蒸発セクションと分離セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が蒸発セクションから分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
ガスケットにおける第１の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が分離セクションから凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
ガスケットにおける第２の部分の分離セクションと凝縮セクションの間のアクセスを防ぐガスケット要素と、
分離セクションと第２の通路との間に配置され、第１の長手方向端から中心軸に向かって延在し、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積を減少させるためのフローガイド要素と、
を規定する、ガスケットによる第３の態様において実現される。
ガスケットは、
第１の長手方向端と、第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端と、第１の長手方向端と第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸であって、ガスケットを、第１の長手方向端と中心軸との間に延在する第１の部分と、第２の長手方向端と中心軸との間に延在する第２の部分とに分割する、中心軸と、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における蒸発セクションと凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
ガスケットにおける第１および第２の部分の蒸発セクションと分離セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が蒸発セクションから分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
ガスケットにおける第１の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が分離セクションから凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
ガスケットにおける第２の部分の分離セクションと凝縮セクションの間のアクセスを防ぐガスケット要素と、
分離セクションと第２の通路との間に配置され、第１の長手方向端から中心軸に向かって延在し、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積を減少させるためのフローガイド要素と、
を規定する、ガスケットによる第３の態様において実現される。
第３の態様による上記ガスケットは、好ましくは、第１の態様によるプレート式熱交換器において、第２の態様によるプレートと一緒に使用される。
上記の目的は、複数の熱交換プレートを設けることにより、海水などの液体供給物を処理するためのプレート式熱交換器の製造方法であって、
各熱交換プレートが、
第１の長手方向端と、第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端と、第１の長手方向端と第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸であって、プレートを、第１の長手方向端と中心軸との間に延在する第１の部分と、第２の長手方向端と中心軸との間に延在する第２の部分とに分割する、中心軸と、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における蒸発セクションと凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
プレートにおける第１および第２の部分の蒸発セクションと分離セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が蒸発セクションから分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
プレートにおける第１の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が分離セクションから凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
分離セクションと第２の通路との間に配置され、第１の長手方向端から中心軸に向かって延在し、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積を減少させるためのフローガイド要素と、
を規定し、
製造方法が、
熱交換プレートを、各々のプレートの間にガスケットを有するプレートパッケージに連続して配置するステップであって、プレートパッケージが第１のプレート隙間および第２のプレート隙間を交互の順序で配置し、それにより、ガスケット要素が、プレートの第２の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間のアクセスを防止し、各プレート隙間が、各プレートの第１および第２の長手方向端に沿って延在するガスケットによって囲まれるようにする、ステップ
を含む、プレート式熱交換器の製造方法による第４の態様において実現される。
各熱交換プレートが、
第１の長手方向端と、第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端と、第１の長手方向端と第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸であって、プレートを、第１の長手方向端と中心軸との間に延在する第１の部分と、第２の長手方向端と中心軸との間に延在する第２の部分とに分割する、中心軸と、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における蒸発セクションと凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
プレートにおける第１および第２の部分の蒸発セクションと分離セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が蒸発セクションから分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
プレートにおける第１の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間に配置され、蒸発した供給物が分離セクションから凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
分離セクションと第２の通路との間に配置され、第１の長手方向端から中心軸に向かって延在し、分離セクションと第２の通路との間の流れ面積を減少させるためのフローガイド要素と、
を規定し、
製造方法が、
熱交換プレートを、各々のプレートの間にガスケットを有するプレートパッケージに連続して配置するステップであって、プレートパッケージが第１のプレート隙間および第２のプレート隙間を交互の順序で配置し、それにより、ガスケット要素が、プレートの第２の部分の分離セクションと凝縮セクションとの間のアクセスを防止し、各プレート隙間が、各プレートの第１および第２の長手方向端に沿って延在するガスケットによって囲まれるようにする、ステップ
を含む、プレート式熱交換器の製造方法による第４の態様において実現される。
第３の態様による上記の方法は、好ましくは、第２の態様によるプレートおよび第３の態様によるガスケットを使用して、第１の態様によるプレート式熱交換器を製造するために使用される。
図１は、本発明のプレート式熱交換器１０の側面図を開示している。以下の説明では、海水の淡水化に関する用途が説明されている。つまり、供給物は海水である。ただし、本発明は、供給物が海水であることに限定されず、他の任意の処理、例えば、液体の蒸留にも言及し得ることに留意されたい。プレート式熱交換器は、多数の圧縮成形された熱交換プレート１２を含み、これらは、互いに平行に、そしてそれらがプレートパッケージ１４を形成するように連続して提供される。プレートパッケージ１４は、フレームプレート１６と圧力プレート１８との間に提供される。
熱交換プレート１２の間に、第１のプレート隙間２０および第２のプレート隙間２２が形成される。第１のプレート隙間２０および第２のプレート隙間２２は、各第１のプレート隙間２０が実質的に２つの第２のプレート隙間２２に囲まれ、各第２のプレート隙間２２が実質的に２つの第１のプレート隙間２０に囲まれるように、プレートパッケージ１４において交互の順序で提供される。プレートパッケージ１４内の異なるセクションが、各プレート隙間内のガスケット（図示せず）によって互いに区切られていることにより、第１のプレート隙間２０は、第１のタイプのガスケット（図示せず）を含み、第２のプレート隙間２２は、第２のタイプのガスケット（図示せず）を含む。プレートパッケージ１４、すなわち熱交換プレート１２とそれらの間に提供されるガスケット（図示せず）は、それ自体が知られている方法で概略的に示された締め付けボルト２４によって一緒に保たれる。
プレートパッケージ１４は、冷却水入口導管２６、冷却水出口導管２８、および淡水出口導管３０に接続されている。冷却水は通常、海水であり、したがって、冷却水によって吸収された熱を回収するために、冷却水出口導管２８は、海水入口導管３２に接続されている。プレートパッケージ１２は、加熱流体入口導管３４および加熱流体出口導管３６にさらに接続されている。加熱流体は、供給物、すなわち、海水入口導管３２を通ってプレートパッケージ１４に入る海水を蒸発させるために使用される。加熱流体は、船のエンジンからのジャケット水などの加熱水であってもよい。凝縮された淡水は、淡水出口導管３０を通ってプレートパッケージ１４を出る。
図２は、本発明による、符号１２ａで規定された熱交換プレートの前面、およびプレート式熱交換器の第１のタイプのガスケット３８を図示している。
それぞれの熱交換プレート１２ａは、第１の長手方向端４０と、第１の長手方向端４０と実質的に平行な反対側の第２の長手方向端４２と、上端４４と、上端４４の反対側に位置する下端４６とを有する。熱交換プレート１２ａは、長手方向端４０、４２の間で実質的に中央に長手方向に延在する中心軸４８をさらに規定する。中心軸４８は、プレートパッケージが通常の使用位置にあるときに実質的に垂直に延在する。
熱交換プレートは、下端４６に隣接し、供給物、すなわち海水を蒸発させるための蒸発セクション５０ａと、上端４４に隣接し、蒸発した供給物を凝縮するための凝縮セクション５２ａと、蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための、蒸発セクション５０ａと凝縮セクション５２ａとの間に位置する分離セクション５４ａと、を含む。蒸発した供給物が蒸発セクション５０ａから分離セクション５４ａを経由して凝縮セクション５２ａに流れることを可能にするために、蒸発セクション５０ａは、第１の通路５６を介して分離セクション５４ａに接続されており、分離セクション５４ａは、第２の通路５８を介して凝縮セクション５２ａに接続されている。第２の通路５８は、第１の長手方向端４０に隣接してのみ延在し、ガスケット要素３８ｃは、第２の通路５８の外側、すなわち第２の長手方向端４２に隣接して、分離セクション５４ａと凝縮セクション５２ａとの間の流体アクセスを提供するように設けられている。
蒸発セクション５０ａおよび凝縮セクション５２ａは、熱交換プレート１２ａを通る熱伝達を増加させるために、対向するプレートと一緒に交差する波形パターンを形成する斜めの角度を有する波形を規定する谷および隆起である。第１のプレート隙間は、熱交換プレート１２ａの間に配置された第１のタイプのガスケット３８を有する２つのプレート１２ａを向かい合わせに配置することによって形成される。プレート隙間を形成する２つのプレート１２ａは同一であるが、熱交換プレート１２ａの１つは中心軸４６を中心に１８０度回転している。このようにして、熱交換プレート１２ａの波形は、対向する隆起が十字型のパターンを形成し、接触点で互いに接触するように配置され得る。
分離セクション５４ａは、第１の通路５６を介して蒸発セクション５０ａから蒸発した供給物を受け取り、蒸発した供給物を蒸発していない供給物から分離する。これは、蛇行する流路を形成する互いに落下する平行な横方向の隆起と谷とによって作られている。蒸発した供給物は、第２の通路５８を経由して凝縮セクション５２ａまで続く。
熱交換プレート１２ａは、第１の通路５６に配置された１つの細長い下部蒸気ポート６０を規定し、蒸発セクション５０ａからのいくらかの蒸発した供給物が、平行分離セクションを含む反対側のプレート隙間に通過することを可能にする。さらに、３つの上部蒸気ポート６２、６４、６６は、蒸発した供給物が熱交換プレート１２ａを通過して凝縮セクション５２ａに到達することを可能にするために、第１の長手方向端４０に隣接する第２の通路５８に配置される。
第２の長手方向端４２に隣接して位置するのは、冷却水出口ポート６８、冷却水入口ポート７０、および淡水出口ポート７２である。冷却水入口ポート７０は冷却水入口導管と連通しており、冷却水出口ポート７２は冷却水出口導管と連通しており、凝縮セクション５２ａから凝縮された供給物を収集する淡水出口ポート５８は淡水出口導管と連通している。ポート６２、６４、６６および６８、７０、７２は、中心軸４８を中心に対称に配置されている。
蒸発セクション５０ａに隣接して中央に位置するのは、加熱流体入口ポート７４であり、加熱流体出口ポート７６が提供される。加熱流体入口ポート７４は、加熱流体入口導管と連通しており、加熱流体出口ポート７６は、冷却水出口導管と連通している。さらに、蒸発セクション５０ａに海水を供給するための海水入口導管に接続された供給入口ポート７８は、下端４６に隣接して中央に配置されており、分離セクション５４ａから流れ落ちる非蒸発供給物を収集するための２つの出口ポート８０、８０´は、下端４６に隣接する供給入口ポート７８の反対側にあるが分離されている。
第１のタイプのガスケット３８は、熱交換プレート１２ａを取り囲み、蒸発セクション５０ａ、分離セクション５４ａ、および凝縮セクション５２ａを規定する。冷却水入口ポート６８、冷却水出口ポート７０、加熱流体入口ポート７４、および加熱流体出口ポート７６は、互いに密封されており、そして、本プレート隙間内において、ガスケット３８により、蒸発セクション５０ａ、分離セクション５４ａおよび凝縮セクション５２ａから密封されている。
上部蒸気ポート６２、６４、６６は、サイズおよび形状がそれぞれ冷却水入口ポート６８、冷却水出口ポート７０および淡水（凝縮液）出口ポート７２に対応し、それらは中心軸１８を中心に対称的に配置されている。このようにして、熱交換プレートは、６つのポート６２、６４、６６、６８、７０、７２の構成を変更することなく、中心軸１８を中心に回転させることができる。このようにして、中央に配置されたポートは、中央に配置されたポートを有する場合と比較して大きくすることができる凝縮セクション５２ａから省略され得る。淡水（凝縮液）出口ポート７２は、ガスケット要素３８ｃによって分離セクション５４ａから分離されている。
分離セクション５４ａと第２の通路５８との間に、フローガイド要素８２が設けられている。フローガイド要素は、第１の長手方向端４０においてガスケット３８によって形成され、中心軸４８に向かって延在する。フローガイド要素８２は、分離セクション５４ａから第２の通路５８への蒸気の流れに対する障害物を形成し、第１の通路から分離セクションへの蒸気の流れを第２の長手方向端４２に向ける。流れ面積は、フローガイド要素８２において第２の通路５８と比較して低減される。これは、蒸気の流れが第２の長手方向端４２に向かってより長い経路をとるように強制し、流れが第１の通路５６から第２の通路５８への直接経路をたどることを防ぐ。したがって、フローガイド要素８２は、分離セクション５４ａ全体に流れを均一に分配することを可能にすることによって、蒸発していない供給物が第２の通路５８に持ち越されるリスクを低減する。あるいは、フローガイド要素８２は、プレート自体の一部として作製され得るが、好ましくは、ガスケットはまた、ガスケットを端部に固定するのを助けるフローガイド要素８２として使用される。対応するフローガイド要素８２´を第２の長手方向端４２に設けることができる。
図３は、本発明によるプレート熱交換器の熱交換プレート１２ｂおよび第２のタイプのガスケット３８ｂの背面図を示している。したがって、熱交換プレート１２ｂは、中心軸４６を中心に１８０度回転していることを除いて、熱交換プレート１２ａと同じである。ガスケット３８ｂは、蒸発セクションの反対側の加熱セクション５２ａと、凝縮セクションの反対側の冷却セクション５２ｂとを規定するように配置されている。冷却水入口ポート６８および冷却水出口ポート７０は、冷却セクション５２ｂと連通しており、一方、加熱流体入口ポート７４および加熱流体出口ポート７６は、加熱セクション５０ｂと連通している。冷却セクション５２ｂおよび加熱セクション５０ｂは、それぞれ、他のポートに対して密閉されている。冷却セクション５２ｂは、反対側の凝縮セクションを冷却するように配置され、加熱セクション５０ｂは、反対側の蒸発セクションを加熱するように配置されている。冷却セクション５２ｂ、加熱セクション５０ｂの両方において、流れは、完全な熱伝達面を覆うために１８度回転する流路に沿って案内される。背面は第２のプレート隙間を形成する。
熱交換プレート１２ｂの裏側はまた、加熱セクション５０ｂと冷却セクション５２ｂとの間に分離セクション５４ｂを含む。蒸発した供給物は、第１のプレート隙間の第１の通路から下部蒸気開口部６０を介して導入される。分離セクション５４ｂは、反対側のものと同じように機能し、蒸発した供給物と蒸発していない供給物を分離する。蒸発した供給物は上部蒸気開口部６２、６４、６６を通って第２の通路に流れるが、蒸発していない供給物は出口８０、８０´に流れ落ちる。
分離セクション５４ｂはまた、反対側と同じ目的のためのフローガイド要素８２を含む。フローガイド要素８２は、分離セクション５４ｂから第２の通路５８への蒸気の流れに対する障害物を形成し、第１の通路から分離セクションへの蒸気の流れを第２の長手方向端４２に向ける。流れ面積は、フローガイド要素８２において第２の通路５８と比較して低減される。これは、蒸気の流れが第２の長手方向端４２に向かってより長い経路をたどるように強制し、流れが下部蒸気開口部６０から上部蒸気開口部６２、６４、６６への直接経路をたどることを防ぐ。したがって、フローガイド要素８２は、分離セクション５４ｂ全体に流れを均一に分配することを可能にすることによって、蒸発されていない供給物が上部蒸気開口部に持ち越されるリスクを低減する。あるいは、フローガイド要素８２は、プレート自体の一部として作製され得るが、好ましくは、ガスケットはまた、ガスケットを端部に固定するのを助けるフローガイド要素８２として使用される。対応するフローガイド要素８２´を第２の長手方向端４２に設けることができる。
１０ プレート式熱交換器
１２ 熱交換プレート
１２ａ／１２ｂ 熱交換プレート前面／熱交換プレート背面
１４ プレートパッケージ
１６ フレームプレート
１８ 圧力プレート
２０ 第１のプレート隙間
２２ 第２のプレート隙間
２４ 締結ボルト
２６ 冷却水入口導管
２８ 冷却水出口導管
３０ 淡水出口導管
３２ 海水入口導管
３４ 加熱流体入口導管
３６ 加熱流体出口導管
３８ａ／３８ｂ／３８ｃ 第１のタイプのガスケット／第２のタイプのガスケット／ガスケット要素
４０ 第１の長手方向端
４２ 第２の長手方向端
４４ 上端
４６ 下端
４８ 中心軸
５０ａ／５０ｂ 蒸発セクション／加熱セクション
５２ａ／５２ｂ 凝縮セクション／冷却セクション
５４ａ／５４ｂ 分離セクション
５６ 第１の通路
５８ 第２の通路
６０ 低部蒸気開口部
６２／６４／６６ 上部蒸気開口部
６８ 冷却流体入口
７０ 冷却流体出口
７２ 淡水（凝縮水）出口
７４ 加熱流体入口
７６ 加熱流体出口
７８ 供給物入口
８０ 非蒸発供給出口
８２ フローガイド要素
（´）は、異なる実施形態における同様の特徴を示す。
１２ 熱交換プレート
１２ａ／１２ｂ 熱交換プレート前面／熱交換プレート背面
１４ プレートパッケージ
１６ フレームプレート
１８ 圧力プレート
２０ 第１のプレート隙間
２２ 第２のプレート隙間
２４ 締結ボルト
２６ 冷却水入口導管
２８ 冷却水出口導管
３０ 淡水出口導管
３２ 海水入口導管
３４ 加熱流体入口導管
３６ 加熱流体出口導管
３８ａ／３８ｂ／３８ｃ 第１のタイプのガスケット／第２のタイプのガスケット／ガスケット要素
４０ 第１の長手方向端
４２ 第２の長手方向端
４４ 上端
４６ 下端
４８ 中心軸
５０ａ／５０ｂ 蒸発セクション／加熱セクション
５２ａ／５２ｂ 凝縮セクション／冷却セクション
５４ａ／５４ｂ 分離セクション
５６ 第１の通路
５８ 第２の通路
６０ 低部蒸気開口部
６２／６４／６６ 上部蒸気開口部
６８ 冷却流体入口
７０ 冷却流体出口
７２ 淡水（凝縮水）出口
７４ 加熱流体入口
７６ 加熱流体出口
７８ 供給物入口
８０ 非蒸発供給出口
８２ フローガイド要素
（´）は、異なる実施形態における同様の特徴を示す。
Claims (17)
- 液体供給物を処理するためのプレート式熱交換器であって、当該熱交換器は、複数の連続して配置された熱交換プレートであって、それぞれの熱交換プレートが、第１の長手方向端と、前記第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端と、前記第１の長手方向端と前記第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸と、を規定する熱交換プレート、を有するプレートパッケージを備え、前記中心軸が、前記プレートを、前記第１の長手方向端と前記中心軸との間に延在する第１の部分と、前記第２の長手方向端と前記中心軸との間に延在する第２の部分とに分割し、前記プレートパッケージは、交互の順序で配置された第１のプレート隙間および第２のプレート隙間を規定し、それぞれのプレート隙間は、各プレートの第１の長手方向端および第２の長手方向端に沿って延在するガスケットで囲まれている、プレート式熱交換器において、
それぞれの熱交換プレートが、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における前記蒸発セクションと前記凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
前記プレートにおける前記第１および第２の部分の前記蒸発セクションと前記分離セクションとの間に配置され、前記蒸発した供給物が前記蒸発セクションから前記分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
前記プレートにおける前記第１の部分の前記分離セクションと前記凝縮セクションとの間に配置され、前記蒸発した供給物が前記分離セクションから前記凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
前記プレートにおける前記第２の部分の前記分離セクションと前記凝縮セクションの間のアクセスを防ぐガスケット要素と、
前記分離セクションと前記第２の通路との間に配置され、前記第１の長手方向端から前記中心軸に向かって延在し、前記分離セクションと前記第２の通路との間の流れ面積を減少させるためのフローガイド要素と、
をさらに規定していることを特徴とし、
前記熱交換プレートが、前記第２の長手方向端に隣接して配置される冷却媒体用のポートを備える、プレート式熱交換器。 - 前記分離セクションと前記第２の通路との間の流れ面積が、前記第２の通路の流れ面積と比較して１０％～３０％低減されていることを特徴とする、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
- 前記フローガイド要素が、前記第１の長手方向端に沿って前記ガスケットの一部を形成していることを特徴とする、請求項１または２に記載のプレート式熱交換器。
- 前記フローガイド要素が、三角形の形状を有していることを特徴とする、請求項３に記載のプレート式熱交換器。
- 前記フローガイド要素が、前記分離セクションに向かって丸みを帯びた形状を有していることを特徴とする、請求項４に記載のプレート式熱交換器。
- １つおきのプレート隙間が、前記凝縮セクションを冷却するための冷却セクションおよび／または前記蒸発セクションを加熱するための加熱セクションを規定していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記中心軸に向かって延在する前記第２の長手方向端にさらなるフローガイド要素が存在することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記分離セクションおよび前記フローガイド要素が、前記第１のプレート隙間および前記第２のプレート隙間の両方に設けられていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記熱交換プレートは、前記プレート隙間間の連通のために前記第１および第２の通路に開口部を備えていることを特徴とする、請求項８に記載のプレート式熱交換器。
- 前記熱交換プレートは、凝縮液用のポートを備え、前記第２の通路のポートに対する前記中心軸に対して対称に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載のプレート式熱交換器。
- それぞれの熱交換プレートは、隆起および谷を形成する分離セクションにおいて波形に形成され、それにより、隆起が前記プレートの反対側の谷に対応し、それにより、それぞれのプレートにおいて、隙間間の隆起が谷に落ち、逆もまた同様であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記凝縮セクションおよび蒸発セクションがそれぞれ、対向するプレートの対向する隆起が接触点で接触する交差する波形パターンを有する熱交換領域を規定していることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記蒸発セクションおよび前記凝縮セクションは、対向するプレートと一緒に交差する波形パターンを形成する斜めの角度を有する谷および隆起を規定する波形に形成されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプレート式熱交換器。
- 前記液体供給物が海水であることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の熱交換器の使用。
- 液体供給物の処理のためのプレート式熱交換器用の熱交換プレートであって、前記熱交換器が、間にガスケットを備えた複数の連続して配置された熱交換プレートを有するプレートパッケージを含み、
当該熱交換プレートが、
第１の長手方向端、前記第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端、および前記第１の長手方向端と前記第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸であって、前記プレートを、前記第１の長手方向端と前記中心軸との間に平行に延在する第１の部分と、前記第２の長手方向端と前記中心軸との間に延在する第２の部分とに分割する、中心軸と、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、前記供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における前記蒸発セクションと前記凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
前記プレートにおける前記第１および第２の部分の蒸発セクションと分離セクションとの間に配置され、前記蒸発した供給物が前記蒸発セクションから前記分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
前記プレートにおける前記第１の部分の前記分離セクションと前記凝縮セクションとの間に配置され、前記蒸発した供給物が前記分離セクションから前記凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
前記プレートにおける前記第２の部分の前記分離セクションと前記凝縮セクションとの間のアクセスを防ぐための要素と、
前記分離セクションと前記第２の通路との間に配置され、前記第１の長手方向端から前記中心軸に向かって延在し、前記分離セクションと前記第２の通路との間の流れ面積を低減させるためのフローガイド要素と、
を規定していることを特徴とし、
前記第２の長手方向端に隣接して配置される冷却媒体用のポートを備える、熱交換プレート。 - 液体供給物の処理のためのプレート式熱交換器用のガスケットであって、前記熱交換器が、間にガスケットを備えた複数の連続して配置された熱交換プレートを有するプレートパッケージを含み、
当該ガスケットが、
第１の長手方向端と、前記第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端と、前記第１の長手方向端と前記第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸であって、前記ガスケットを、前記第１の長手方向端と前記中心軸との間に延在する第１の部分と、前記第２の長手方向端と前記中心軸との間に延在する第２の部分とに分割する、中心軸と、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における前記蒸発セクションと前記凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
前記ガスケットにおける前記第１および第２の部分の前記蒸発セクションと前記分離セクションとの間に配置され、前記蒸発した供給物が前記蒸発セクションから前記分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
前記ガスケットにおける前記第１の部分の前記分離セクションと前記凝縮セクションとの間に配置され、前記蒸発した供給物が前記分離セクションから前記凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
前記ガスケットにおける前記第２の部分の前記分離セクションと前記凝縮セクションの間のアクセスを防ぐガスケット要素と、
前記分離セクションと前記第２の通路との間に配置され、前記第１の長手方向端から前記中心軸に向かって延在し、前記分離セクションと前記第２の通路との間の流れ面積を減少させるためのフローガイド要素と、
を規定しており、
前記第２の長手方向端に隣接して配置される前記熱交換プレートの冷却水入口ポートおよび冷却水出口ポートをそれぞれ密閉し、前記分離セクションおよび前記凝縮セクションから分離することを特徴とする、ガスケット。 - 複数の熱交換プレートを設けることにより、海水などの液体供給物を処理するためのプレート式熱交換器の製造方法であって、
それぞれの熱交換プレートが、
第１の長手方向端と、前記第１の長手方向端に平行に延在する反対側の第２の長手方向端と、前記第１の長手方向端と前記第２の長手方向端との間で実質的に中央に延在する中心軸であって、前記プレートを、前記第１の長手方向端と前記中心軸との間に延在する第１の部分と、前記第２の長手方向端と前記中心軸との間に延在する第２の部分とに分割する、中心軸と、
供給物を蒸発させるための蒸発セクション、供給物を凝縮するための凝縮セクション、および蒸発した供給物と蒸発していない供給物とを分離するための分離セクションであって、長手方向における前記蒸発セクションと前記凝縮セクションとの間に配置される、分離セクションと、
前記プレートにおける前記第１および第２の部分の前記蒸発セクションと前記分離セクションとの間に配置され、前記蒸発した供給物が前記蒸発セクションから前記分離セクションに流れることを可能にする第１の通路と、
前記プレートにおける前記第１の部分の前記分離セクションと前記凝縮セクションとの間に配置され、前記蒸発した供給物が前記分離セクションから前記凝縮セクションに流れることを可能にするための第２の通路と、
前記分離セクションと前記第２の通路との間に配置され、前記第１の長手方向端から前記中心軸に向かって延在し、前記分離セクションと前記第２の通路との間の流れ面積を減少させるためのフローガイド要素と、
を規定し、
前記熱交換プレートが、前記第２の長手方向端に隣接して配置される冷却媒体用のポートを備え、
当該製造方法が、
前記熱交換プレートを、それぞれのプレートの間にガスケットを有するプレートパッケージに連続して配置するステップであって、前記プレートパッケージが第１のプレート隙間および第２のプレート隙間を交互の順序で配置し、それにより、ガスケット要素が、前記プレートの第２の部分の前記分離セクションと前記凝縮セクションとの間のアクセスを防止し、それぞれのプレート隙間が、それぞれのプレートの第１および第２の長手方向端に沿って延在する前記ガスケットによって囲まれるようにする、ステップ、
を含んでなることを特徴とする、製造方法。
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|---|---|---|---|
| EP19197266.0A EP3792578B1 (en) | 2019-09-13 | 2019-09-13 | Heat exchanger plate and plate heat exchanger for treatment of a liquid feed |
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| PCT/EP2020/074709 WO2021048005A1 (en) | 2019-09-13 | 2020-09-04 | Plate heat exchanger for treatment of a liquid feed |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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