(57)【要約】【課題】液体の均一な分配を維持するとともに、高さを抑制した液体分配装置を提供する。【解決手段】液体導入配管と、液体分配部材と、液体滴下部材とを含み、前記液体導入配管が前記液体分配部材に液体を供給し、前記液体分配部材が前記液体滴下部材に前記液体を分配し、前記液体滴下部材が前記液体滴下部材の下方に設置された伝熱管の外表面に前記液体を分配して供給する構成を有する液体分配装置であって、前記液体分配部材は、前記液体滴下部材に前記液体を供給するための液体分配孔を有し、前記液体滴下部材は、前記伝熱管に前記液体を供給するための液体滴下孔を有し、前記液体導入配管が前記液体分配部材の上面より下方に配置されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体導入配管と、液体分配部材と、液体滴下部材とを含み、前記液体導入配管が前記液体分配部材に液体を供給し、前記液体分配部材が前記液体滴下部材に前記液体を分配し、前記液体滴下部材が前記液体滴下部材の下方に設置された伝熱管の外表面に前記液体を分配して供給する構成を有する液体分配装置であって、前記液体分配部材は、前記液体滴下部材に前記液体を供給するための液体分配孔を有し、前記液体滴下部材は、前記伝熱管に前記液体を供給するための液体滴下孔を有し、前記液体導入配管が前記液体分配部材の上面より下方に配置されていることを特徴とする液体分配装置。
【請求項２】
前記液体導入配管と前記液体分配部材との接続部は、前記液体分配部材の側面部乃至下部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体分配装置。
【請求項３】
前記液体滴下部材が複数個に分割された液体滴下トレーを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体分配装置。
【請求項４】
前記液体分配部材が同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体分配装置。
【請求項５】
前記液体滴下部材が同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体分配装置。
【請求項６】
前記液体分配孔が複数列を成して形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体分配装置。
【請求項７】
前記伝熱管がシェルに内蔵されたシェル型熱交換器であって、その天井部に請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体分配装置の前記液体分配部材及び前記液体滴下部材が配置されていることを特徴とするシェル型熱交換器。
【請求項８】
前記液体分配部材が前記シェルの外側に配置されていることを特徴とする請求項７記載のシェル型熱交換器。
【請求項９】
前記液体滴下部材が前記伝熱管の軸方向に並べて設置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のシェル型熱交換器。
【請求項１０】
前記液体分配孔が前記シェルの天井部に形成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載のシェル型熱交換器。
【請求項１１】
吸収器、蒸発器、再生器及び凝縮器を含む吸収式冷凍機であって、吸収器及び蒸発器の少なくともいずれか一方が、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のシェル型熱交換器で構成されていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体分配装置及びこれを用いたシェル型熱交換器、並びにこれらを備える吸収式冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体分配装置並びにこれを用いたシェル型熱交換器及び吸収式冷凍機の従来技術の例としては、特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
特許文献１には、熱交換の過程で相変化を伴う液体を伝熱管群上に上部から分配して散布する液体分配装置において、液体分配装置を液体の出口となりかつ液体を分配するための複数の分配孔をダクトの長手方向に並べて形成したに一次分配用ダクトと、この一次分配用ダクトの長手方向に沿って一次分配用ダクトの下方に配置され、前記分配孔に対応して長手方向に複数の領域に分割されるとともに各領域に前記液体を滴下させるための液体滴下孔を形成した二次分配用トレーとから構成することを特徴とする液体分配装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、低温廃熱を熱源として水を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発した水蒸気を圧縮する圧縮機とを備えてなる水蒸気発生装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】再公表ＷＯ９８／４１７９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２０５６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、液体の均一な分配を維持するとともに、高さを抑制した液体分配装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体分配装置は、液体導入配管と、液体分配部材と、液体滴下部材とを含み、前記液体導入配管が前記液体分配部材に液体を供給し、前記液体分配部材が前記液体滴下部材に前記液体を分配し、前記液体滴下部材が前記液体滴下部材の下方に設置された伝熱管の外表面に前記液体を分配して供給する構成を有する液体分配装置であって、前記液体分配部材は、前記液体滴下部材に前記液体を供給するための液体分配孔を有し、前記液体滴下部材は、前記伝熱管に前記液体を供給するための液体滴下孔を有し、前記液体導入配管が前記液体分配部材の上面より下方に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、液体の均一な分配を維持するとともに、高さを抑制した液体分配装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による第一の実施例の液体分配装置を示す斜視図である。
【図２】図１の液体分配装置の正面図である。
【図３】図１の液体分配装置の一部を構成する熱交換器の天井部を示す拡大斜視図である。
【図４Ａ】図１の液体分配装置の構成要素である液体滴下トレーを示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａの液体滴下トレーの変形例を示す斜視図である。
【図５】本発明による第二の実施例の液体分配装置を示す斜視図である。
【図６】図２の液体分配装置の構成要素を示す分解斜視図である。
【図７Ａ】図６の分配ダクトの変形例を示す下面図である。
【図７Ｂ】図６の分配ダクトの変形例を示す下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る液体分配装置、及びこれを用いた流下液膜式熱交換器（シェル型熱交換器）、並びにこれらを用いた吸収式冷凍機について説明する。
【００１１】
前記流下液膜式熱交換器（シェル型熱交換器）は、吸収式冷凍機の蒸発器、吸収器及び再生器、蒸留装置の蒸発器、低温排熱を利用した水蒸気発生装置の蒸発器などに用いられる。
【００１２】
前記液体分配装置は、液体を広範囲に一様に流下（滴下）させるためのものである。
【００１３】
前記液体分配装置及び流下液膜式熱交換器は、熱交換器本体容器の上壁に、伝熱管群の軸方向に複数の分配孔を列状に開口し、容器外部の上壁上面にはこの分配孔の列に対応した液体分配ダクトを配設し、容器内部の上壁内面には前記分配孔に対応した複数の液体滴下トレーを前記伝熱管群の軸方向に並べて設けたものである。さらに、前記液体分配ダクトに液体を供給する供給ダクトを設け、これらのダクト群は上下方向に重なることなく同一高さ内に平面的に設置したものである。
【００１４】
シェル型熱交換器は、伝熱管がシェルに内蔵された熱交換器である。
【００１５】
前記液体分配装置において、前記液体導入配管と前記液体分配部材との接続部は、前記液体分配部材の側面部乃至下部に設けられている。
【００１６】
前記液体分配装置は、前記液体滴下部材が複数個に分割された液体滴下トレーを有する。
【００１７】
前記液体分配装置は、前記液体分配部材が同一平面上に配置されている。
【００１８】
前記液体分配装置は、前記液体滴下部材が同一平面上に配置されている。
【００１９】
前記液体分配装置は、前記液体分配孔が複数列を成して形成されている。
【００２０】
前記シェル型熱交換器は、前記伝熱管がシェルに内蔵されたシェル型熱交換器であって、その天井部に上記の液体分配装置の前記液体分配部材及び前記液体滴下部材が配置されている。
【００２１】
前記シェル型熱交換器は、前記液体分配部材が前記シェルの外側に配置されている。
【００２２】
前記シェル型熱交換器は、前記液体滴下部材が前記伝熱管の軸方向に並べて設置されている。
【００２３】
前記シェル型熱交換器は、前記液体分配孔が前記シェルの天井部に形成されている。
【００２４】
前記吸収式冷凍機は、吸収器、蒸発器、再生器及び凝縮器を含む吸収式冷凍機であって、吸収器及び／又は蒸発器が、上記のシェル型熱交換器で構成されている。
【００２５】
本実施形態によれば、特許文献１において流下液膜式熱交換器本体の内部上端部を占有していた分配ダクトを、熱交換器本体外部に設置することにより、液体分配装置の占有容積を低減して小型化された流下液膜式熱交換器を提供することができる。
【００２６】
さらに、本実施形態によれば、熱交換器本体の外部上面には、分配ダクト及び供給ダクトを上下方向に重なることなく平面的に配設しているため、分配ダクトを外部上面に設置することによる高さ寸法の増加を回避することができる。
【００２７】
以下、本実施形態における具体的な実施例について図を用いて説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１、２、３及び４Ａは、第一の実施例を示したものである。
【００２９】
図１は、第一の実施例の液体分配装置を示す斜視図である。図２は、図１の液体分配装置の正面図（シェル型熱交換器の天井部を示す断面図）である。図３は、図１の液体分配装置の一部を構成するシェル型熱交換器の上壁端部（天井部）を示す拡大斜視図である。図４Ａは、図１の液体分配装置の構成要素である液体滴下トレーを示す斜視図である。
【００３０】
本実施例は、シェル型熱交換器の天井部に設置された液体分配装置の例である。
【００３１】
図１及び２において、液体導入配管１は一次供給ダクト２の下部に接続され、一次供給ダクト２は二次供給ダクト３の側面部に接続されている。そして、二次供給ダクト３は三次供給ダクト４ａ、４ｂの側面部に接続され、三次供給ダクト４ａ、４ｂは分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの側面部に接続されている。一次供給ダクト２、二次供給ダクト３、三次供給ダクト４ａ、４ｂ及び分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、ほぼ等しい高さを有し、水平面上（同一平面上）に配置されている。
【００３２】
このシェル型熱交換器を吸収式冷凍機の吸収器又は蒸発器に適用した場合、吸収器又は蒸発器の底部に貯留されている液体（臭化リチウム水溶液等）をポンプ（図示せず）を介して液体導入配管１に送るようになっている。
【００３３】
一次供給ダクト２、二次供給ダクト３、三次供給ダクト４ａ、４ｂ及び分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、液体の流路として上流側から順に配置してあり、下流側に至るに従って、流路が細くなっている。これにより、下流側まで液体が到達しやすくなっている。
【００３４】
ここで、一次供給ダクト２、二次供給ダクト３、三次供給ダクト４ａ、４ｂ及び分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄをまとめて液体分配部材と呼ぶことにする。
【００３５】
本実施例は、比較的大型の流下液膜式熱交換器（シェル型熱交換器）に好適な液体分配装置に関するものである。
【００３６】
本実施例において、液体分配部材は、シェル型熱交換器本体の外壁６の天井部（平面部）の上面に設置されている。すなわち、液体分配部材は、シェルの外側に配置されている。
【００３７】
また、外壁６の天井部（平面部）の下面には、滴下トレー群７ａ、７ｂ（液体滴下トレー群）が設置されている。分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが設置されている外壁６の天井部（平面部）には、図３に示す分配孔６１ａ〜６１ｃ及び６２ａ〜６２ｄ（液体分配孔）が形成してある。この分配孔６１ａ〜６１ｃ及び６２ａ〜６２ｄを介して分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄから滴下トレー群７ａ、７ｂに液体を流下させることができるようになっている。
【００３８】
本実施例においては、分配孔６１ａ〜６１ｃ及び６２ａ〜６２ｄの直径は約５ｍｍである。
【００３９】
なお、本実施例において、シェル型熱交換器の外壁６の天井部に設けられている液体分配孔は、液体分配部材に含めることとする。
【００４０】
本実施例においては、液体導入配管１と一次供給ダクト２との接続部、一次供給ダクト２と二次供給ダクト３との接続部、二次供給ダクト３と三次供給ダクト４ａ、４ｂとの接続部、及び三次供給ダクト４ａ、４ｂと分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとの接続部は、すべて溶接によって封じられている。これは、吸収式冷凍機の吸収器、蒸発器などの内部が大気圧よりも低い圧力となっていて、空気の漏れ込みを防止する構造が必要とされるためである。
【００４１】
上述のように、液体分配孔をシェル型熱交換器の外壁６の天井部に設けることにより、液体分配部材の底板を省略することができる。
【００４２】
滴下トレー群７ａ、７ｂは、図４Ａに示す多数の滴下トレー７（液体滴下トレー）を並べて構成してある。滴下トレー７の側面は板で仕切られ、滴下トレー７の底面には多数の滴下孔７１（液体滴下孔）が形成されている。すなわち、液体滴下部材は、複数個の液体滴下トレーに分割されている。これにより、それぞれの液体滴下トレーから伝熱管に液体を滴下（供給）することができる。１個の滴下トレー７に中仕切り板を設けて液体の水平方向の流れを制限しても、同様に伝熱管への液体の供給を一様に万遍なく行うことができる。
【００４３】
ここで、滴下トレー群７ａ、７ｂを液体滴下部材と呼ぶことにする。
【００４４】
液体滴下部材は、伝熱管の軸方向に並べて設置されている。これにより、液体を下方の伝熱管に満遍なく供給することができる。
【００４５】
以上の構成により、滴下トレー７の下方に設置されている伝熱管（図示せず）に、滴下孔７１を介して液体を流下させ、伝熱管の表面に液膜を形成して液体と伝熱管との熱交換を行うようになっている。
【００４６】
上記の構成により、これらのダクトを設置するための鉛直方向の寸法（空間）、すなわち液体分配装置の高さ（流下液膜式熱交換器（シェル型熱交換器）の高さ）を小さくすることができる。
【００４７】
本実施例において分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び分配孔６１ａ〜６１ｃ、６２ａ〜６２ｄを２列設けた理由は、それぞれの滴下トレー７の内部において液体が十分に滞留されずに、複数個の滴下孔７１の一部から液体が流下することにより、液体の分配が万遍なく行われない場合に備えるためである。したがって、液体の分配が万遍なく行われる場合には、分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び分配孔６１ａ〜６１ｃ、６２ａ〜６２ｄを１列としてもよい。
【００４８】
また、本実施例においては、滴下トレー７を平面的に複数個並べた構成とすることにより、液体の分配を確実なものとしているが、液体分配装置が稼動している状態において、滴下トレー７への液体の供給が十分であって、滴下トレー７の底部全体に液体が滞留していて、大部分の滴下孔７１から液体が流下している場合、複数個の滴下トレー７を並べた滴下トレー群７ａ、７ｂを用いることなく、１個の滴下トレー７を用いて液体分配装置を構成してもよい。
【００４９】
なお、本実施例においては、液体導入配管１は一次供給ダクト２の下部に接続されているが、これに限定されるものではなく、液体分配装置又は流下液膜式熱交換器の高さを大きくしなければ、一次供給ダクト２の側面部に接続してもよい。すなわち、液体分配部材の上面より下方に配置されていればよい。言い換えると、液体導入配管１と液体分配部材との接続部は、液体分配部材の側面部乃至下部に設けられていることが望ましい。ここで、側面部乃至下部は、液体分配部材の斜め下の方向から液体導入配管１を接続することも含む意味である。
【００５０】
本実施例において、供給される液体は、液体導入配管１、一次供給ダクト２、二次供給ダクト３、三次供給ダクト４ａ、４ｂ、及び分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを介して分配され、熱交換器本体の外壁６の天井部に開口した、図３に示す分配孔６１ａ〜６１ｃ、６２ａ〜６２ｄを通って滴下トレー群７ａ、７ｂに分配される。そして、液体は、それぞれの滴下トレー７の下面に設けられた多数の滴下孔７１から滴下する。
【００５１】
本実施例の場合、液体分配装置の下方に設置した伝熱管の長さは約１０ｍであり、滴下トレー群７ａ、７ｂの長さも約１０ｍである。また、本実施例の場合、液体分配装置の幅は約０．５ｍである。
【００５２】
以上のように、本実施例では、滴下トレー群に液体を供給する分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを熱交換器本体の外部上面に設置したことにより、液体分配装置の内部占有物が滴下トレー群７ａ、７ｂのみとなり、熱交換器のシェルの内部空間を有効利用することができ、液体分配装置の小型化を図ることができる。
【００５３】
また、本実施例では、一次供給ダクト２、二次供給ダクト３、三次供給ダクト４ａ、４ｂ、及び分配ダクト５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄをいずれも熱交換器本体上面の同一平面内に配設してあるため、高さ寸法を低減したコンパクトな流下液膜式熱交換器を得ることができる。
【００５４】
図４Ｂは、図４Ａの液体滴下トレーの変形例を示す斜視図である。
【００５５】
本図においては、滴下トレー７の側面部上部に通気孔１０１が設けてあり、滴下トレー７の内部空間と熱交換器の内部空間とが連通している。これにより、滴下トレー７の内部空間で液体が蒸発して液体の供給が阻害されることを防止することができる。
【００５６】
また、本図においては、滴下トレー７の底部に異物トラップ１０２を設けてある。この異物トラップ１０２は、液体分配孔の直下よりも滴下トレー７の中央部より設けてあり、その高さは滴下トレー７の深さより低くしてある。これにより、液体分配孔から供給された液体に異物が含まれていた場合に、滴下孔７１の上流側で異物を沈殿させ、異物が滴下孔７１を塞いでしまうことを防止することができる。
【実施例２】
【００５７】
つぎに、第二の実施例について、図５及び６を用いて説明する。
【００５８】
図５は、第二の実施例の液体分配装置を示す斜視図であり、図６は、図２の液体分配装置の構成要素を示す分解斜視図である。
【００５９】
これらの図においては、一次供給ダクト２と分配ダクト５（５ａ、５ｂ）とが接続してあり、滴下トレー群７ａ〜７ｆが熱交換器の外壁６（天井部）の下面に設置してある。熱交換器の外壁６には、分配孔６１ａ〜６１ｍ、６２ａ〜６２ｍが設けてある。
【００６０】
本実施例の構成部品は実施例１と同様であるが、二次供給ダクト及び三次供給ダクトを省略している。すなわち、液体分配部材の構造を簡略化し、その製作を容易にしている。
【００６１】
本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られ、比較的小型の流下液膜式熱交換器に好適である。
【００６２】
図７Ａは、図６の分配ダクトの変形例を示す下面図であり、図７Ｂは、図６の分配ダクトの変形例を示す下面図である。
【００６３】
図７Ａに示す分配ダクト５は、底面のない直方体の内部にコの字型の仕切り板１１１、１１２を設け、液体の流路１１５ａ、１１５ｂを形成したものである。仕切り板１１１、１１２は、直方体の天井部に溶接して固定してあり、内部空間１１３、１１４には、液体が流入しにくくなっている。この場合の溶接の方式は、点溶接でもよく、必ずしも液体の漏れが生じないようにする必要はない。
【００６４】
内部空間１１３、１１４に液体が流入した場合に備えて、内部空間１１３、１１４の直下に当たる熱交換器の天井部には、ドレイン孔（図示せず）を設けてもよい。このドレイン孔は、複数個の滴下トレーに液体が流下するように、複数個設けてもよい。これにより、熱交換器のシェルと液体分配装置とを循環する液体の総量を必要以上に増加させずに、流下液膜式熱交換器を稼動することができる。
【００６５】
吸収式冷凍機の吸収器と蒸発器とは側面部で連通しているが、液体分配装置を稼動していない状態において流下液膜式熱交換器の底部に液体が貯留される場合、蒸発液（上記の液体）の量が多すぎると吸収器に流入し、濃度の高い吸収器の液を希釈してしまうおそれがあるためである。
【００６６】
図７Ｂに示す分配ダクト５は、底面のない直方体の内部に台形状の（テーパを有する）仕切り板１１１、１１２を設け、液体の流路１１５ａ、１１５ｂを形成したものである。その他の構成は、図７Ａに示す変形例と同様である。
【００６７】
図７Ａ及び７Ｂの変形例においては、分配ダクト５における溶接が必要な部位を減らすことができ、その製作を容易にすることができる。
【００６８】
なお、液体の流路１１５ａ、１１５ｂ及びシェル型熱交換器の外壁６の天井部に設けられている液体分配孔は、下流側に至るほど流路抵抗が大きくなっていることが望ましい。これは、上流側において液体が液体分配孔から流下して、下流側の液体分配孔に液体が届かない状態となることを防止するためである。
【００６９】
以上の実施例は、分配ダクト及び分配孔が２列設けられている場合を示したものであるが、これに限定されるものではなく、分配ダクト及び分配孔が３列以上であってもよい。
【００７０】
本発明における吸収式冷凍機は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｂ８６２２−２００２に記載された定義に準拠するものであり、ヒートポンプ及び冷温水機を含む。
【００７１】
上記の液体分配装置を用いて分配する液体は、特に限定されるものではないが、吸収式冷凍機の場合、冷媒として、一般に、臭化リチウム水溶液又はアンモニア水溶液が用いられる。また、吸収式冷凍機の蒸発器においては、臭化リチウムをほとんど含まない水も用いられる。
【符号の説明】
【００７２】
１：液体導入配管、２：一次供給ダクト、３：二次供給ダクト、４ａ、４ｂ：三次供給ダクト、５ａ〜５ｄ：分配ダクト、６：外壁、６１ａ〜６１ｄ、６２ａ〜６２ｄ：分配孔、７：滴下トレー、７ａ〜７ｆ：滴下トレー群、７１：滴下孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2011027296.tif 000011