(57)【要約】伝達面の全幅にわたって非常に薄いが連続した液体膜を生成する超低流量液体分散器について説明する。超低流量液体分散器は、共通の主供給路に始まり、それぞれの分岐点によって多数の液体副供給路に分割され、最終的には各液体副供給路（３８）が多数の液体出口開口部の１つに通じる液体供給機構から成る。この液体出口開口部は、液体供給機構より上に配置されているので、自吸式にすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝達面に液体薄膜（２６）を生成するための最小量の液体用の超低流量液体分散器であって、
被湿潤面（１８）上に配置された望ましくは偶数の液体出口開口部（３０、３２）と、
共通の主供給路（３６）から始まり、分岐点（４０）で繰返し二分割されることにより多数の液体副供給路（３８）に分岐され、最終的には各液体副供給路（３８）が前記液体出口開口部（３０、３２）のいずれかに通じる液体供給機構（３４）とを備え、
前記液体副供給路（３８）が前記液体出口開口部（３０、３２）より下方に配置されている流量液体分散器。
【請求項２】
前記出口開口部（３０、３２）が等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超低流量液体分散器。
【請求項３】
前記液体副供給路（３８）は、前記液体の流れが下部から上部に重力と逆らうように、あるいは垂直に重力と交差するようにのみ流れるように、配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超低流量液体分散器。
【請求項４】
前記液体副供給路（３８）の断面積が各分岐点で二分割されているとともに、個々の液体副供給路は、前記液体主供給路から対応する液体出口開口部（３０、３２）までの長さが等しくなっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の超低流量液体分散器。
【請求項５】
前記液体副供給路（３８）が前記分岐点（４０）において湾曲した形状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超低流量液体分散器。
【請求項６】
前記被湿潤面（１８）に前記超低流量液体分散器を装着するための装着用デバイス（４４）を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の超低流量液体分散器。
【請求項７】
前記液体出口開口部（３０、３２）が上方に配置されており、前面部と背面部とを備えるパネル形状の本体部（２７）を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の超低流量液体分散器。
【請求項８】
隣接する液体出口開口部（３０、３２）が、前記前面部（２８）と前記背面部（２９）に交互に通じていることを特徴とする請求項７に記載の超低流量液体分散器。
【請求項９】
前記液体出口開口部（３０、３２）が直線上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の超低流量液体分散器。
【請求項１０】
前記液体出口開口部（３０、３２）が外向きに開口した円錐形状であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の超低流量液体分散器。
【請求項１１】
物質流れに関して相互に分離され、熱伝達に関して結合されており、一方のダクト機構（熱伝達ダクト機構１４）には液体または気体の加熱・冷却媒体（ＨＫＭ）が流れ、他方のダクト機構（物質伝達ダクト機構１６）には気体媒体（ＧＭ）と液体媒体（ＦＭ）とが流れる２つのダクト機構（１４、１６）と、
上端部（４）および下端部（６）と、第１および第２主要面（８、１０）と、第１および第２主要面（８、１０）の間に設けられた中空部（１２）とを有し、略垂直方向に配置された少なくとも１つの反応用二重プレート（２）とを備える質量・熱伝達反応器であって、
前記熱伝達管機構（１４）が前記中空部（１２）に収容されており、
前記主要面（８、１０）の少なくとも一方が、質量・熱伝達面（１８）として作用するように構成され、
前記少なくとも１つの質量・熱伝達面（１８）が、表面張力を低下させるため材料（２１）で被覆され、および／または表面張力を低下させる表面構造を有しており、
前記質量・熱伝達面（１８）において、前記気体媒体（ＧＭ）と前記液体媒体（ＦＭ）とが逆流を発生させるように流され、
前記液体媒体（ＦＭ）による液体薄膜（２６）を前記少なくとも１つの質量・熱伝達面（８、１０）上に生成するように、液体分散機構（２０）が前記少なくとも１つの反応用二重プレートの前記上端部（４）に接続され、
前記液体分散機構（２０）が、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の前記超低流量液体分散器であることを特徴とする質量・熱伝達反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被湿潤面に液体薄膜を生成するための超低流量液体分散器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばプレート伝達反応器のような気液接触反応器の伝達面に液体を分散させる際は、通常液体は適当な装置（スプリンクラー、ノズル、ジェット、液滴分散器等）を用いて散布または噴霧される。
【０００３】
排水口及び／または液体出口開口部に接続された開閉式のトレイやダクトを備える装置も同様に用いられている。
【０００４】
例えば特許文献１より、多孔質チューブから不織布上に液体を滴下する液体分散装置が知られている。また、この文献より噴霧式分散装置を用いることも知られている。
【０００５】
特許文献２より、トレイの枠内に平行なダクトを備える主分散装置から構成される物質・熱伝達カラムのための液体分散器であって、トレイの側壁に液体放出用の貫通孔が形成されているものが知られている。液体流路の外壁に沿った長手方向において、一方が下方から貫通孔を凹部で囲んで、液体にセンタリング作用を施す金属案内フィンが装着されている。これは、トレイの側壁を流れ落ちる液体に対してセンタリング作用を有しているのに対し、他方は、凹部に対して下方にオフセットするとともにその間に位置する滴下舌部に液体を案内する切欠きを有している。
【特許文献１】
独国特許出願公開第４３２１７４３号明細書
【特許文献２】
独国特許発明第３６４０８８６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これら従来の液体分散器では、液滴が形成されるおそれがあり、これにより小さな液滴が気体流れにより運ばれ、反応器から排出されるおそれがある。このため、これら従来の液体分散器では、気体流れの下流側にデミスタが必要となり、コストが上昇する。
【０００７】
ごく少量の液体を分散するために、機械式ワイパで液体薄膜を伝達面上に分散させる、いわゆる薄膜蒸発器や薄膜吸収器が知られている。この構成は、構造を考慮するとかなりの作動力を要し、数多くの可動部品を必要とするため、高価であり、誤作動を引き起こしやすく、そして高度なメンテナンスを必要とする。
【０００８】
排出口および／または出口開口部と接続された開閉式のトレイまたはダクトを備える構成は、それぞれ塞がったり詰まったりするおそれがある。空調システムの除湿機（吸着装置）としての特定の用途では、空気から水蒸気を吸着するのに必要な、液体（吸着剤、通常は濃縮された塩水溶液）の物理的に最低限必要とされる流量を分散させて、適当な反応器の物質伝達面で、非常に薄いが連続した液体の膜が液体（吸着剤）の顕著な濃度変化を引き起こすことは、現在までのところ経済的に実行可能ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そのため、ここに述べる本発明の課題として、伝達面の全幅にわたって可能な限り最も薄い液体膜を生成する液体の最少量のための超低流量液体分散器について概説する。さらに、本発明の課題として、このような超低流量液体分散器を備える質量・熱伝達反応器について概説する。
【００１０】
これらの課題の解決は、請求項１および１１の特徴によってそれぞれ達成される。
【００１１】
分岐点における二分割により形成される特殊形状のダクト機構と、規則的に配置された出口開口部とにより、位置と量に関する補助的な機械装置なしで最小量の液体を均一に分散させることができる。出口開口部を液体副供給路より上方に配置することにより、気泡が特に超低流量液体分散器の始動時に容易に放出される。本発明による超低流量液体分散器では、ごく少量の液体（吸着剤）が、大きな湿潤した物質伝達面に使用されるため、気体流量と液体流量との間の比が＞５０となる。本発明による超低流量液体分散器は、被湿潤面に直接設置されるため、遊離した液滴が形成されない。このため、デミスタを追加して設ける必要がない。
【００１２】
請求項２による本発明の有利な構成では、被湿潤面上に沿って出口開口部が等間隔に配置される。その結果、液体が均一に分散され、均質で連続した液体薄膜が形成される。
【００１３】
有利な構成によれば、液体副供給路での流体流れが重力に反して下部から上部の方向となるようにダクトが構成される。これにより、作動中および分散器が空になった後の再始動中に、液体供給機構の自吸が行なわれる。これは、液体副供給路内において気泡により液体の流れが妨げられることと、その結果ダクトにおける均一な分散が妨げられることを阻止する（請求項３）。
【００１４】
請求項４による本発明の有利な構成では、液体の流れが各分岐点で等しく二分割され、液体主供給路から各液体出口開口部までの各液体副供給路の長さが等しくなっている。これは、各流体粒子にとっての流動長さを最大限にし、その結果、液体供給主入口部と液体出口開口部との間の圧力差を最大限にする。
【００１５】
作動中の圧力変動による液体分散器の誤作動、あるいは低流量またはごく低流量の範囲でのダスト粒子による詰まりは、流れ方向に見て分岐点でダクトが湾曲した構成となっていることで防止される（請求項５）。
【００１６】
本発明による超低流量液体分散器は、前面部および背面部を備える本体部で構成される。本体部は、湿潤すべき物質伝達プレートに対応する一定の厚さと長さとを有する。これにより、伝達面を通過する気体の流れの乱れを防止する。この本体部には、共通の液体供給路で始まり、液体出口開口部に向かって次第に分岐されるように、液体供給機構が統合されている。本発明による超低流量液体分散器に流入する液体は、この液体分散器を流れる際に、連続的もしくは断続的に、各分起点で同じ大きさの物質流れに二等分される（請求項７）。
【００１７】
請求項８による本発明の有利な構成では、この超低流量液体分散器によって二つの伝達面が同時に湿潤される。
【００１８】
本発明の好適な構成によれば、液体出口開口部が直線上に配置される。これは、均一な液体膜の生成をサポートする（請求項９）。
【００１９】
出口開口部で液体が排出される際における液滴の形成は、請求項１０のような広い方の開口部が外向きとなっているテーパ形状の出口開口部という本発明の有利な構成によって防止できる。
【００２０】
このような超低流量液体分散器（請求項１１）を備える物質・熱伝達反応器は、ほとんどメンテナンスの必要がなく、物質・熱伝達面上における非常に薄くて均質な吸着剤膜の生成を可能にする。
【００２１】
残りの下位の請求項は、本発明のさらなる利点に言及している。
【００２２】
物質・熱伝達面上のコーティングの構成に関しては、同日に出願した参照番号Ｐ／１１ＺＡ０７２２／ＤＥの特許出願「物質・熱伝達面」の全体を参照することができる。
【００２３】
物質・熱伝達反応器の構成に関しては、同日に出願した参照番号Ｐ／１１ＺＡ０７２０／ＤＥの特許出願「物質・熱伝達反応器」の全体を参照することができる。
【００２４】
本発明のさらなる詳細、特徴、利点は、以下の図面に基づいた好適な構成の詳細な説明から得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１に示す本発明の代表的な構成では、所定間隔で並置された多数の垂直な反応用二重プレート２を有している。各反応用二重プレート２は、１つの上端部４と、１つの下端部６と、それぞれ１つの第１、第２主要面８、１０と、第１、第２主要面８、１０の間の中空部１２とを有する。中空部１２は、例えば水が加熱・冷却媒体ＨＫＭとして循環する熱伝達ダクト機構１４を形成するようになっている。個々の反応用二重プレート２の間には、物質伝達ダクト機構１６が形成されている。反応用二重プレート２の第１、第２主要面８、１０は、物質・熱伝達面１８として構成されている。物質・熱伝達面１８は、液体媒体ＦＭまたは吸着剤によって上部から連続的に湿潤される。下部からは反応用二重プレートの間を気体媒体が逆方向に流れ、吸着の場合には気体成分を吸着剤ＦＭに放出し、脱離の場合には吸着剤ＦＭから同じ気体成分を吸収する。
【００２６】
反応用二重プレート２の上端部４には、液体薄膜を形成するために、物質・熱伝達面１８の全体における反応用二重プレート２の全幅に渡って吸着剤ＦＭを供給する液体分散器つまり超低流量液体分散器２０が装着されている。液体分散器２０の詳細は、図３、４、５に示されている。
【００２７】
図２で概略的に示すように、物質・熱伝達面１８は、例えば砂粒のように小さな固体粒子２２からなるコーティング２１を有している。このように、物質・熱伝達面１８はサンドペーパのような表面を有している。個々の固体粒子つまり砂粒２２の間には、割れ目や中空部２４がそれぞれ形成されている。これら小さな割れ目や中空部２４は、その毛管効果により、吸着剤ＦＭを液体薄膜２６の形で物質・熱伝達面１８上に均一に分布させる。図２に示すように、砂粒２２は物質・熱伝達面１８に１つ１つ並べて塗布されている。この単層の塗布によって、非常に薄い液体膜の形成が可能になる。
【００２８】
コーティング２１と砂粒２２はそれぞれ、接着剤を用いて物質・熱伝達面１８に永久的に固定されている。あるいは、図示されていない中間担体にコーティングを固定することもでき、この担体自体を物質・熱伝達面１８に固定できる。
【００２９】
図３から５は、反応用二重プレート２の上端部４から物質・熱伝達面１８に液体吸着剤ＦＭを塗布するのに用いられる液体分散器２０の代表的な構成を示している。液体分散器２０は、前面部２８と背面部２９とを備える矩形パネル形状の本体部２７から構成される。液体分散器の幅「ｂ」と厚さ「ｄ」は、反応用二重プレート２の幅と厚さに対応している。液体分散器２０の上縁部に沿って、前面側および背面側の液体出口開口部３０、３２が一定間隔で並んで配置されることにより、前面側および背面側の開口部３０、３２は交互に位置する。このため、前面側の液体流出口３０は、液体分散器２０の前面部２８と反応用二重プレート２の第１主要面８とを湿潤させるのに対して、背面側の液体流出口３２は、背面部２９と第２主要面１０とを湿潤させる。
【００３０】
液体出口開口部３０、３２はそれぞれ、液体供給機構３４を介して液体つまり吸着剤ＦＭを受け取る。前面部２８に図示された液体供給機構３４は、共通の主供給路３６と多数の副供給路３８とを含んでいる。液体主供給路３６は、いくつもの分岐点４０によって液体副供給路３８に分岐し、最終的に１本の液体副供給路３８が各液体出口開口部３０、３２に通じている。図３に示す構成では、第１主要面８に通じる６４個の液体出口開口部３０と、第２主要面１０に通じる６４個の液体出口開口部３２とを有している。液体主供給路３６は第１分岐点４０で２本の副供給路３８に分岐され、それらはさらに５回、２本の副供給路に分割され、最終的に１２８個の液体出口開口部３０、３２のそれぞれに１本ずつの副供給路３８が通じている。
【００３１】
液体主供給路３６は、液体分散器２０の上縁部より上方に位置するとともに、液体吸着剤を上記機構に送る役割を果たす接続管４２を備えている。液体主供給路３６は液体供給機構３４の最下点を終端としており、液体副供給路３８は、水平または垂直のどちらにおいても常に重力に反して上向きとなっている。この液体副供給路３８の配置は、液体供給機構３４内での不連続な膜の形成につながる可能性がある気泡の形成を防止する。
【００３２】
図５ａと図５ｃで詳細に示すように、液体供給開口部３０、３２は広い方の開口部が外向きとなっているテーパ状に形成されている。この形状は、液体吸着剤ＦＭが液体出口開口部３０、３２を離れる際における液滴の形成を防止し、物質・熱伝達面１８の連続的な湿潤を確保する。液体出口開口部３０、３２より下方の領域では、液体分散器２０の前面部２８と背面部２９の双方が物質・熱伝達面１８と同じコーティング２１を備えている。これにより、液体出口開口部３０、３２から物質・熱伝達面１８の下端部６に達する液体膜が、確実に連続的に形成される。
【００３３】
液体分散器２０は、プラグ・ソケット接続部４４によって、各反応用二重プレート２に挿入される。図５ａ、図５ｂ、図５ｃに示すように、プラグ・ソケット接続部４４の断面は文字「Ｍ」のようになっている。これは、前面側および背面側において、底部左右の前面側被覆片４８および背面側被覆片５０から突出する中央挿入片４６を備える。前面側被覆片４８は第１主要面８を覆い、背面側被覆片５０は第２主要面１０を覆う。
【００３４】
図６と７は、液体分散器２０の変形例の断面を示している。図６と７による構成は、液体出口開口部３０、３２の形状に関して図５の構成と異なっている。前面側および背面側の液体出口開口部３０、３２は同じ高さであり、図５の構成のように横向きに互い違いとなっていない。図６の構成では、液体副供給路は液体供給開口部３０、３２に直接的に接続され、斜め外向きかつ上向きに上部に通じている。図７の構成では、これら最終的な液体副供給路３８は水平方向に外側に通じている。図７の構成では、乱流と不規則な流速とを防ぐため、分岐点４０は湾曲している。
【００３５】
図８は、湾曲した分岐点４０を備えた図３の細部を示している。分岐点４０において液体副供給路は、分岐点の湾曲形状を補うくさび形の膨らみを備えている。
【００３６】
最も細い液体副供給路での詰まりを防止するため、液体副供給路３８の最小断面積は、予想される最大のダスト粒子の大きさ（一般的には１ｍｍ2）の２倍となるように構成されている。
【００３７】
上述した超低流量液体分散器は、空気の除湿と冷却のための物質・熱伝達反応器での使用に特に適している。吸着手段によって空気が除湿され、同時に、通常は一種類または複数種類の塩を含む塩水溶液である吸着液体がかなり希釈される（吸着）。あるいは、空気が加湿され吸着剤が再濃縮される（脱離）。液体吸着剤ＦＭと空気ＧＭから分離された熱伝達ダクト機構１４を循環する加熱・冷却液体は、収着プロセス（脱離および吸着）で熱を奪われ、あるいは熱を受け取る。吸着のための最大限の冷却水温度差を達成するため、冷却水ＨＫＭは気流に対して逆方向または横方向にダクト内を流される。脱離のためには、冷却水ＨＫＭは吸着剤（ＦＭ）に対して逆流または横方向にダクト内を流される。吸着のためには、最大限濃縮した吸着剤を最大限冷却して、吸着剤の蒸気圧平衡状態をできるだけ低く維持する。脱離のためには、最大限濃縮された吸着剤を最大限高温の熱媒体ＨＫＭと接触させて、吸着剤の蒸気圧平衡状態を可能な限り最も高くまで上昇させる。両方の手段によって、それぞれのプロセス（吸着または脱離）に対して可能な限り最大の物質伝達ポテンシャルが得られる。
【００３８】
反応用二重プレート２の間の中空部１２において、冷却・加熱剤ＨＫＭから吸着剤ＦＭと空気ＧＭとを分離する物質・熱伝達面１８は、加熱・冷却媒体ＨＫＭと完全に接触し、物質・熱伝達面１８は液体吸着剤ＦＭで湿潤される。液体吸着剤ＦＭは、物質・熱伝達面１８に極めて薄く連続した膜２６を形成し、重力にしたがって物質・熱伝達面１８を流れ落ちる。反応用二重プレート２の外面と同様に内面における液体との純粋な接触により、加熱・冷却液体ＨＫＭから隔壁を通って、吸着剤ＦＭと吸着剤２６の薄膜に沿って流れる空気ＧＭへの熱伝達で、高い熱伝達係数とこれによる高い熱伝達速度が達成される。これは最良の物質伝達も確保する。極めて少量の吸着剤で物質・熱伝達面１８に連続的な湿潤面を形成させるとともに、下部まで連続する小さな固体粒子２２で構成される特殊コーティング２１の使用により、連続的な吸着剤の膜２６が得られる。液体分散器２０によって、反応用二重プレート２の全幅にわたる物質・熱伝達面１８の上縁部に沿って、気流によって運び去られるような液滴を形成することなく、きわめて少量の吸着剤が分散される。液体分散器２０は、反応用二重プレート２の間における気流の自由断面に突出しないか、ごくわずかにしか突出しないため、圧力損失の増大につながる気流の大きな乱れが発生しない。
【００３９】
物質・熱伝達反応器の全体は、プラスチック（ポリマー）で製造でき、非常に薄く構成とすることができる。個々の反応用二重プレート２の厚さは、例えば３ｍｍとしている。反応用二重プレート２の間の中空部１２には、フィン（図示せず）が等間隔で挿入されているため、冷却液体ＨＫＭは曲がりくねって中を流れる。反応用二重プレート２の間に形成された物質伝達ダクト機構１６では、液体吸着剤ＦＭは重力に従って流れるのに対し、空気ＧＭが重量に反して流れて、直接的で連続する逆流を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の代表的な構成を示す概略図である。
【図２】物質・熱伝達面の１つにおける概略断面図である。
【図３】液体分散器の正面図である。
【図４】図４ａは液体分散器の詳細な背面図であり、図４ｂは図４ａのＤ−Ｄ線断面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ線における断面図である。
【図６】液体分散器の変形例を示す。
【図７】液体分散器の代替構成を示す。
【図８】図３の細部を示す。
【符号の説明】
【００４１】
２…反応用二重プレート、４…上端部、６…下端部、８…第１主要面、１０…第２主要面、１２…中空部、１４…熱伝達ダクト機構、１６…物質伝達ダクト機構、１８…物質・熱伝達面、２０…液体分散器、２２…固体粒子、２４…中空部、２６…膜、２７…本体部、２８…前面部、２９…背面部、３０…液体出口開口部、３２…液体出口開口部、３４…液体供給機構、３６…主供給路、３８…副供給路、４０…分岐点、４２…接続管、４４…プラグ・ソケット接続部、４６…中央挿入片、４８…前面側被覆片、５０…背面側被覆片。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2005500905.tif 000029
2005500905.tif 000030
【国際調査報告】
2005500905.tif 000031
2005500905.tif 000032
2005500905.tif 000033
2005500905.tif 000034