特許
J-GLOBAL ID：200903006452210065
高効率の直接接触型凝縮方法および装置
発明者：
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出願人/特許権者：
代理人 (1件)：
朝日奈 宗太
公報種別：公表公報
出願番号（国際出願番号）：特願平10-545663
公開番号（公開出願番号）：特表2001-518175
出願日： 1997年09月12日
公開日（公表日）： 2001年10月09日
要約：
【要約】下方蒸気流チャンバー10および上方蒸気流チャンバー20を有する直接接触型チャンバーであって、前記蒸気チャンバーの各々が複数の冷却パイプ22、24および蒸気-液体接触媒体28、29を含み、複数の隣接したシートを備えてもよく、下方に取り付けられた実質的に直進の蒸気経路が形成された直進接触型チャンバー。前記上方流チャンバーは、第2の冷却剤供給バイプ26および圧力制御バルブ手段を含む。凝縮器は、さらに分離された凝縮物を回収する容器30、32を含む。計算モデルは凝縮器の性能を推論するための計算に用いてもよい。
請求項（抜粋）：
(国際事務局にて1998年3月27日に受理。元の請求の範囲第1項〜第34項は補正後の請求の範囲第1項〜第36項と置換えられた。)1.冷却液と、スチームタービンから排気される非-凝縮性ガスおよびスチームとからなるガス混合物とが第1の質量流量において直接接触するのを促進し、水を凝縮して前記ガス混合物から非-凝縮性ガスを除去する種類の直接接触型コンデンサであって、 第1の導入口と第1の導出口とを有する第1の凝縮チャンバーであって、前記第1の導入口は第1の導入温度と第1の導入圧力とにおける前記ガス混合物の流れに連結可能であり、前記第1の導出口は前記ガス混合物が前記第1の導入口から当該第1の凝縮チャンバーを介して第1の導出口へ流れるように前記第1の導入圧力よりも低い第1の導出圧力を有してなる第1の凝縮チャンバーと、 冷却液供給源に連結され、前記第1の凝縮チャンバーに伸延する第1の冷却液供給パイプであって、当該第1の冷却液供給パイプは前記第1の導入口と第1の導出口とのあいだにおいて第1の凝縮チャンバーにわたって分散されている複数の第1の冷却液分散器を有してなる第1の冷却液供給パイプと、 前記第1の凝縮チャンバー内にて前記第1の冷却液分散器の下方かつ前記第1の導入口と第1の導出口とのあいだに位置する複数の第1の凝縮表面を有する第1の接触媒体であって、前記第1の凝縮表面は水平に対して第1の凝縮表面が第1の凝縮チャンバーを通って流れる前記ガス混合物と、前記第1の冷却液分散器から分散される冷却液とに晒され、第1の接触媒体を通過する冷却液の落下率を妨害して第1の凝縮チャンバーにおける第1の滞在時間を設定するように方向付けられる複数の第1の面積を有し、前記第1の冷却液分散器から分散される前記冷却液は第1の冷却液pH、第1の冷却液温度および前記冷却液が第1の冷却液分散器から分散される際の第1の冷却液容積流量を有し、前記直接接触型コンデンサは、前記第1の質量流量、前記第1の導入温度、前記第1の導入圧力、前記第1の冷却液pH、前記第1の冷却液温度、前記第1の容積流量と前記第1の面積、前記第1の方向および第1の滞在時間との組み合わせであって、この組み合わせが、ガス混合物から熱を除去することによってガス混合物におけるスチームの第1の部分から水を凝縮させ、非-凝縮性ガスの前記第1の部分を第1の接触媒体における冷却液および水の第1の液体混合物に溶融させるのに充分な分だけ対応するスチームの蒸気圧を減少させるが、このスチームの蒸気圧における減少は前記第1の部分にとって前記ガス混合物における非-凝縮性ガスの半分をも有するには不充分であり、よって非-凝縮性ガスの第2の部分とガス混合物におけるスチームの第2の部分とを第1の導出口に残留させ、この場合非-凝縮性ガスの第2の部分は非-凝縮性ガスの第1の部分よりも大きく、第1の導出口におけるガス混合物は第1の導入温度よりも低い第1の導出温度を有するようなバランスであることを特徴とする第1の接触媒体と、前記第1の接触媒体の下方において、前記第1の液体混合物と、前記第1の接触媒体から第1の液体混合物が流れ出る際に第1の液体混合物に溶融した前記非-凝縮性ガスの第1の部分とを受ける位置の第1の容器と、 第2の導入口と第2の導出口とを有する第2の凝縮チャンバーであって、前記第2の導入口は、ガス流れにおいて前記第1の導出口に連結されてスチームの第2の部分と第1の導出温度と第1の導出圧力における第1の凝縮チャンバーからの非-凝縮性ガスの第2の部分とを含む前記ガス混合物を受けるようにされ、前記第2の導出口は、前記ガス混合物が第2の導入口から前記第2の凝縮チャンバーを通って前記第2の導出口に流れるように第1の導出口圧力よりも低い第2の導出口圧力を有してなる第2の凝縮チャンバーと、 冷却液供給源に連結され、前記第2の凝縮チャンバーに伸延する第2の冷却液供給パイプであって、当該第2の冷却液供給パイプは前記第2の導入口と第2の導出口とのあいだにおいて第2の凝縮チャンバーにわたって分散されている複数の第2の冷却液分散器を有してなる第2の冷却液供給パイプと、 前記第2の凝縮チャンバー内にて前記第2の冷却液分散器の下方かつ前記第2の導入口と第2の導出口とのあいだに位置する複数の第2の凝縮表面を有する第2の接触媒体であって、当該第2の凝縮表面は水平に対して第2の凝縮表面が第2の凝縮チャンバーを通って流れる前記ガス混合物と、前記第2の冷却液分散器から分散される冷却液とに晒され、第2の接触媒体を通過する冷却液の落下率を妨害して第2の凝縮チャンバーにおける第2の滞在時間を設定するように方向付けられる複数の第2の面積を有し、前記第2の冷却液分散器から分散される前記冷却液は第2の冷却液pH、第2の冷却液温度および前記冷却液が第2の冷却液分散器から分散される際の第2の冷却液容積流量を有し、前記直接接触型コンデンサは、前記第2の質量流量、前記第2の導入温度、前記第2の導入圧力、前記第2の冷却液pH、前記第2の冷却液温度、前記第2の容積流量と前記第2の面積、前記第2の方向および第2の滞在時間との組み合わせであって、この組み合わせが、ガス混合物内を流れるスチームに残留する実質的に全ての水の凝縮をもたらすようにガス混合物から熱を除去して第2の接触媒体へ促し、ガス混合物からスチームの蒸気圧を実質的に除去して非-凝縮性ガスの第2の部分の少なくとも一部を第2の接触媒体における冷却液と水とからなる第2の液体混合物に溶融するようにさせるようなバランスであることを特徴とする第2の接触媒体と、 前記第2の接触媒体の下方において前記第2の液体混合物とともに前記第2の接触媒体から第2の液体混合物が流れ出る際に第2の液体混合物に溶融した前記非-凝縮性ガスとを受ける位置の第2の容器 とを備える直接接触型コンデンサ。2.前記第1の質量流量、前記第1の導入温度、前記第1の導入圧力、前記第1の冷却液pH、前記第1の冷却液温度、前記第1の容積流量と前記第1の面積、前記第1の方向および第1の滞在時間との前記組み合わせが、第1の液体混合物に溶融した非-凝縮性ガスの第1の部分が第1の液体混合物における非-凝縮性ガスの濃度を所定の限界濃度以上に上昇させるだけの高さになるのを妨げられるように充分に高い蒸気圧を維持しながらも、第1の凝縮チャンバーにおける凝縮を最大限にまで増加させるようなバランスに設定される請求の範囲第1項記載の直接接触型コンデンサ。3.冷却液供給源に連結可能であり、前記第2の凝縮チャンバーに伸延する第3の冷却液供給パイプを備え、当該第3の冷却液供給パイプは前記第2の導入口と第2の導出口とのあいだにおいて第2の凝縮チャンバーにわたって分散されている複数の第3の冷却液分散器を備えてなる請求の範囲第1項記載の直接型コンデンサ。4.(i)第2の凝縮チャンバーにおいて第2の接触媒体と第2の導出口とのあいだに設けられる下流圧力の入力と、(ii)上流圧力の入力と下流圧力の入力とのあいだの圧力差を検知できるように上流圧力の入力と下流圧力の入力とに連結されるディファレンシャル圧力検知手段とを備えるディファレンシャル圧力測定手段と、 前記第2の冷却液供給パイプにおけるバルブと、 前記ディファレンシャル検知手段によって圧力差が増加したことが検知された場合にはバルブを開き、ディファレンシャル検知手段によって圧力差が減少したことが検知された場合にはバルブを閉じるように作用する前記ディファレンシャル検知手段と前記バルブとに連結されるバルブアクチュエータ とを備えてなる請求の範囲第3項記載の直接接触型コンデンサ。5.前記第1の接触媒体が、並列にかつ互いに間隔をおいて配置されることによって第1の接触媒体を通ってガス混合物と冷却液とが流れるようにする通路を形成する複数の波形板を含み、前記波形の板は互い違いの長手方向における隆起部と溝とを有する第1の領域を形成しており、前記隆起部と溝とは水平に対して角度をなして配置されているためガス混合物と冷却液とに交差し、これにより第1の接触媒体を通過する冷却液の落下率を妨げて、第1の凝縮チャンバー内における冷却液の第1の滞在時間を設定する請求の範囲第1項記載の直接接触型コンデンサ。6.前記第1の接触媒体の前記波形の板は水平に対して角度をなし、前記並列された板のあいだに形成された空間部、および前記複数の第1の領域は、前記第1の質量流量、前記第1の導入温度、前記第1の導入圧力、前記第1の冷却液pH、前記第1の冷却液温度、および前記第1の容積流量との関係において、第1の液体混合物に溶融した非-凝縮性ガスの第1の部分が第1の液体混合物における非-凝縮性ガスの濃度を所定の限界濃度以上に上昇させるだけの高さになるのを妨げられるように充分に高い蒸気圧を維持しながらも第1の凝縮チャンバーにおける凝縮を最大限にまで増加させるようなバランスに設定される請求の範囲第5項記載の直接接触型コンデンサ。7.第2の凝縮チャンバー内に設けられて第2の凝縮チャンバーを通るガス混合物の流れに関連して第2の接触媒体の上流および下流側の圧力差を検知するためのディファレンシャル圧力検知機構と、第2の凝縮チャンバー内において第2の凝縮チャンバーを流れるガス混合物の流れに関連して第2の接触媒体の上流に設けられ、操作上圧力検知機構に連結され、チャンバー内の圧力差に応じておよび所定の圧力差の限度を超える第2の接触媒体にわたって冷却液を噴霧するための冷却液噴霧機構をさらに備えてなる請求の範囲第1項記載の直接接触型コンデンサ。8.第1の容器に連結され、前記第1の液体混合物に溶融した非-凝縮性ガスの前記第1の部分を含む第1の液体混合物を前記第1の容器から、冷却液として再利用するために冷却装置に送るための第1の液体導出管路と、 第2の容器に連結され、溶融した非-凝縮性ガスを含む第2の液体混合物を前記第2の容器からさらなる処理または廃棄のために送るための第2の液体導出管路とを含む請求の範囲第1項記載の直接接触型コンデンサ。9.前記第1の凝縮チャンバーが、前記第1の接触媒体を通って前記ガス混合物と冷却液とが下方に流れる下方流れ蒸気チャンバーである請求の範囲第1項記載の直接接触型コンデンサ。10.前記第2の凝縮チャンバーが、前記第2の接触媒体を通って前記ガス混合物が上方に流れ、冷却液が前記第2の接触媒体を通って下方に流れる上方流れ蒸気チャンバーである請求の範囲第1項記載の直接接触型コンデンサ。11.前記冷却液はほとんどが水である請求の範囲第1項 記載の直接接触型コンデンサ。12.地熱蒸気を凝縮するための直接接触型コンデンサであって、 非-凝縮性ガスを含有する蒸気流れを受けるためのチャンバーと、 冷却液を前記チャンバーに供給するための管路と、 蒸気流れと冷却液とのあいだの接触および直接的な熱交換を促進し、これにより凝縮物・冷却液混合物を形成する、チャンバー内に配置される接触媒体であって、対応する蒸気圧力の減少が非-凝縮性ガスの凝縮物・冷却液混合物内への吸収を促進させ、前記接触媒体が実質的に直線状の蒸気流路を画定し、前記接触媒体は非-凝縮性ガスの凝縮物・冷却液混合物への吸収に影響を及ぼすような構造を有してなる接触媒体と、 圧力検知機構および冷却噴霧機構であって、前記冷却噴霧機構は蒸気流れに関連して接触媒体に対して上流に設けられ、操作上圧力検知機構に連結されてチャンバー内における圧力差に応じて冷却液の噴霧をする圧力検知機構および冷却噴霧機構 とからなる直接接触型コンデンサ。13.タービンから排気され、地熱源から得られた蒸気と非-凝縮性ガスからなるガス混合物であるスチームを凝縮するための方法であって、 蒸気と非-凝縮性ガスからなるガス混合物を第1の質量流量、導入スチーム圧力および導入スチーム温度において第1の直接接触型凝縮チャンバーに供給するステップと、蒸気と非-凝縮性ガスからなるガス混合物を水平に対して角度をなすようにかつ間隔をあけて並列に配置された複数の第1の面積を有する第1の接触媒体を通過させると同時に、第1の冷却液pHと第1の冷却液温度を有する冷却液を、第1の冷却液容積流量において第1の面積を有する第1の接触媒体を通過させ、前記第1の直接接触型凝縮チャンバーにおいて前記複数の第1の面積、角度の方向および並列関係が、第1の接触媒体から流れる凝縮水および冷却液からなる第1の液体混合物中の非-凝縮性ガスの濃度が所定の限界濃度を超えないように非-凝縮性ガスが液体に吸収され得るように充分に高い蒸気圧を維持しながらも、第1の凝縮チャンバーにおける凝縮を最大限にまで増加させるよう、第1の接触媒体を通過する冷却液の落下率を妨げて第1の凝縮チャンバー内における冷却液の第1の滞在時間を増加させるステップと、 凝縮した水、冷却液および吸収された非-凝縮性ガスの混合物を第1の容器において回収するステップと、凝縮されず、かつ第1の容器内の第1の液体混合物に吸収されなかったガス混合物におけるスチームと非-凝縮性ガスとを第2の直接接触凝縮チャンバーに送るステップと、 第2の直接接触凝縮チャンバーにおけるスチームと非-凝縮性ガスとを第2の接触媒体を通過させると同時に、冷却液を、ガス混合物におけるほぼ全ての残留するスチームを水に凝縮するだけのサイズと構造とを有する第2の接触媒体に通過させて、残留する非-凝縮性ガスのうち少なくとも一部が第2の直接接触凝縮チャンバーにおける冷却液と凝縮された水とによって吸収されるだけの充分に低いスチームの蒸気圧を得るステップと、 第2の接触媒体から第2の容器に流れる、凝縮水、冷却液および吸収された非-凝縮性ガスからなる第2の液体混合物を回収するステップ とを有するスチームを凝縮するための方法。14.第1の液体混合物に吸収される非-凝縮性ガスの濃度が第2の第1の液体混合物に吸収される非-凝縮性ガスの濃度よりも低い請求の範囲第13項記載の方法。15.第1の容器に回収された凝縮水、冷却液および吸収された非-凝縮性ガスからなる第1の液体混合物を冷却し、ついで冷却された第1の液体混合物を第1の直接接触凝縮チャンバーにおいてタービンから排気されるスチームを凝縮するための冷却液として再利用するステップを含む請求の範囲第13項記載の方法。16.第1の容器に回収された凝縮水、冷却液および吸収された非-凝縮性ガスからなる第1の液体混合物を冷却し、冷却された第1の第1の液体混合物を得、この冷却された第1の液体混合物を第2の直接接触凝縮チャンバーにおける冷却液として再利用するステップを含む請求の範囲第13項記載の方法。17.第2の接触媒体に対して下流にある第2の凝縮チャンバーにおける圧力を真空ポンプを用いて低下させるステップを含む請求の範囲第13項記載の方法。18.第2の接触媒体にわたってディファレンシャル圧力を測定し、第2の接触媒体にわたって測定されたディファレンシャル圧力が所定の限界圧力差に達した場合、第2の直接接触凝縮チャンバーを流れるガス混合物に関連して第2の接触媒体に対して下流にある第2の凝縮チャンバーにおけるガス混合物に冷却水を噴霧して第2の接触媒体にわたってディファレンシャル圧力を下げるステップを含む請求の範囲第13項記載の方法。19.コンデンサの動作を決定するための方法であって、一連の入力値を与えるステップであって、前記一連の入力値にはコンデンサと凝縮物とに関係する複数のパラメータのそれぞれに対する入力値があり、前記パラメータには前記コンデンサの液体荷重、前記コンデンサの蒸気荷重、前記コンデンサに対する導入液体における非-凝縮性ガスの濃度、前記コンデンサに対する導入蒸気における非-凝縮性ガスの濃度および前記コンデンサにおける接触媒体の構造上の特性が含まれ、前記構造上の特性には前記接触媒体における通路の寸法と前記接触媒体における水平に対する通路の方向が含まれてなるステップと、 前記一連の入力値を用いて関連する出力値を決定してコンデンサの動作をシミュレートするステップであって、前記出力値には前記コンデンサからの導出液体温度、前記コンデンサからの導出液体流量および前記コンデンサからの導出液体におけるガスの濃度とが含まれてなるステップと、 複数の一連の入力値から一連の入力値のそれぞれを得てシミュレートするステップを繰り返し行なうステップであって、一連の入力値のそれぞれを得てシミュレートするために行なう前記ステップの各繰り返しの動作によって前記複数のコンデンサのパラメータにそれぞれ異なった一連の出力値を与えるステップと、 各一連の出力値が、さらなる分析のための所定の出力値の規準に適合するか否かを決定するステップ とを有するコンデンサの動作を決定するための方法。20.液体は実質的に水であり、蒸気は実質的にスチームである請求の範囲第19項記載の方法。21.前記複数のコンデンサのパラメータには、さらに導入蒸気温度、導入冷却液温度および導入蒸気圧力が含まれる請求の範囲第19項記載の方法。22.前記通路の前記寸法にはフルート高さ、フルート底辺およびフルート側面が含まれる請求の範囲第19項記載の方法。23.前記接触媒体における通路の前記方向には、前記接触媒体において板を形成する通路の傾斜角度が含まれる請求の範囲第19項記載の方法。24.前記構造的特性には、前記接触媒体における板の厚さが含まれる請求の範囲第19項記載の方法。25.前記シミュレートするステップには、前記接触媒体の高さに沿って積分を行なって前記液体と前記蒸気からなる混合物の少なくとも1つの特性を決定するステップが含まれ、前記特性は濃度、粘度、分散性および熱伝導率を含む特性のグループから選択される請求の範囲第19項記載の方法。26.前記積分するステップは、前記接触媒体を通る横断面のスライスを処理して前記特性を決定することが含まれる請求の範囲第19項記載の方法。27.前記液体荷重と前記蒸気荷重とは、実質的に反対方向にある請求の範囲第19項記載の方法。28.前記積分するステップには、前記接触媒体の高さに沿って前記一連の出力値のうちの出力値が、前記一連の入力値のうちの入力値の所定の範囲内になるまで繰り返し積分を行なうことが含まれる請求の範囲第19項記載の方法。29.コンピュータプロセッサを用いて直接接触型コンデンサからの液体廃棄物の化学的組成を分析するための方法であって、 コンデンサと前記コンデンサへの導入液体流れとを表す一連の入力値を与えるステップであって、前記入力値には前記コンデンサへの導入冷却液の化学的特性、前記コンデンサへの導入蒸気流れの化学的特性および前記コンデンサにおける接触媒体の物理的特性が含まれてなるステップと、 コンデンサからの液体廃棄物の化学的要素の濃度を決定するための演算を行なうステップと、 コンピュータプロセッサを用いてこの濃度を所定の濃度と比較するステップ とを有する方法。30.前記コンデンサへの導入冷却液の化学的特性が、冷却液における可溶性を有する化学的種の濃度、前記化学的種の関連するイオンチャージおよび導入冷却液のpHとからなる群から選択される請求の範囲第29項記載の方法。31.前記導入蒸気流れの化学的特性が、蒸気流れにおける化学的種の濃度または前記科学的種に関連するイオンチャージである請求の範囲第29項記載の方法。32.接触媒体の前記物理的特性には、前記接触媒体における通路の寸法と前記接触・・・
IPC (3件)：
F28B 3/00
, B01J 19/00 301
, F28C 1/00
F28B 3/00
, B01J 19/00 301 B
, F28C 1/00
