(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質及び／又は熱交換塔の塔内に当該塔の横断面に沿って配置された管又はトラフを介して当該塔の横断面部分にわたって被処理液体を分配供給する液体分配装置であって、水平方向に伸長する管状の主管又は上部が開放された主トラフと、該主管又は主トラフと交差する方向に伸長する管状の分配管とから構成されており、該分配管には、主管又は主トラフの底面よりも上方に位置する部分に１以上の開口が形成されており、また、主管又は主トラフの内側底部には１以上の開口が形成されて、この開口に上端が閉止された管状部材が略直立して取り付けられており、該管状部材の上端面又は側面には開口が形成されていて、該分配管の開口と該管状部材の開口とが、上下方向において同一のレベルに配置されるように形成されていることを特徴とする液体分配装置。
【請求項２】
該分配管に代えて上部が開放されたトラフ状の分配トラフが配置されており、該分配トラフの上端には１以上のノッチが形成されており、該管状部材の開口と該分配トラフのノッチとが、上下方向において同一のレベルに配置されるように形成さ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】
主管又は主トラフの内部に取り付けられている管状部材の上端が閉止されておらず開放されており、その側面に開口が形成されている請求項１に記載の液体分配装置。
【請求項４】
物質及び／又は熱交換塔の塔内に当該塔の横断面に沿って配置された管又はトラフを介して当該塔の横断面部分にわたって被処理液体を分配供給する液体分配装置であって、水平方向に伸長する管状の主管又は上部が開放された主トラフと、該主管又は主トラフと交差する方向に伸長する管状の分配管とから構成されており、該分配管には、主管又は主トラフの底面よりも上方に位置する部分に１以上の開口が形成されており、また、主管又は主トラフの内側底部には１以上の開口が形成されて、この開口に両端が開放されている管状部材が略直立して取り付けられており、該管状部材の上端にはノッチが形成されていて、該分配管の開口と該管状部材のノッチとが、上下方向において同一のレベルに配置されるように形成されていることを特徴とする液体分配装置。
【請求項５】
該分配管に代えて上部が開放されたトラフ状の分配トラフが配置されており、該分配トラフの上端には１以上のノッチが形成されており、該管状部材のノッチと該分配トラフのノッチとが、上下方向において同一のレベルに配置されるように形成されていることを特徴とする請求項４記載の体分配装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体と気体とを互いに向流させて接触させる物質及び／又は熱交換塔において、塔の内部に充填する構造物、所謂充填材の上に均一に液体を分配する為に用いる液体分配装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、物質及び／又は熱交換塔で使用される液体分配装置には多くの種類があり、その分配方法も多様であるが、その殆どが、液体を上方から流下させ、それを水平方向に分配した後、更に下方に流下させるタイプのものである。液体流を水平方向に分配させた後に下方に流下させる方法としては、塔断面に平行に複数の液分配管を配置し、分配管の下部に間隔をおいてノズル孔を形成して該ノズル孔から液体を流下させるという方法がある。また、分配管の上部に間隔をおいてノズル孔を設けて、該ノズル孔から液を溢流させるという方法もある。また、他の分配方法として、塔断面に平行に複数のＵ字形の分配トラフを配置し、該トラフによって液体を横方向に分配した後、トラフの上端に設けられたノッチから液体を溢流させる方法がある。最近では、複数の液分配管を配置し、分配管の上部に間隔をおいてノズル孔を設けて、該ノズル孔から液を溢流させるという方法が、各ノズル孔からの液流出量を均一にできるので、多く採用されている。
【０００３】
液分配管によって液体を横方向に分配するタイプの従来の液体分配装置の一例を図１１に示す。図１１ａに示されているように、液体分配装置は、垂直方向に伸長する縦管１、該縦管の下端部に接続され水平方向に伸長する主管２、及び該主管から分岐して主管と交差する方向に伸長する複数の分配管３とから構成されている。それぞれの分配管３の頂部には、ノズル孔５が形成されている。分配される液体は、まず縦管１の中を下方に向けて流れ、次に主管２の中を水平方向に流れ、各分配管３に分岐されて、各分配管の頂部に形成されたノズル孔５から溢流して、下方に配置されている充填材（図示せず）上に流下する。このような分配装置においては、主管の下方部にも液を流下させるために、主管の底部に複数の開口４が形成されているのが通常的である。
【０００４】
しかしながら、このような従来の液体分配装置においては、以下に説明するように液の均一分配という点で問題がある。上述したように、液体分配装置においては、主管の下方にも液を分配させるために、主管の底部にも開口を形成することが通常的に行われている。一方、分配管は、一般に主管の側壁に取り付けられるため、分配管の頂部に形成したノズル孔は、主管底部から上下方向においてある程度の高さを有することになる。したがって、分配管に形成したノズル孔と主管底面に形成した開口とが、異なる高さを有する、即ち主管底面の開口の方がより低い位置に配置されることになる。かかるタイプの液体分配装置においては、各ノズル孔及び開口から流出する液体の液量は、縦管及び主管の中に溜まる液体の水頭並びに孔及び開口の数及び径によって決定される。しかしながら、交換塔の運転においては、上部から供給される液流の量は変化するのが通常であり、この液流量の変化によって液体分配装置内における液体の水頭も変化するが、ある液流量において分配管のノズル孔と主管底部の開口とからの液流出量を均一にするようにそれぞれの孔及び開口の数及び径を決定すると、液流量が変動して水頭が変動すると、それぞれの孔及び開口からの液流出量が不均一になるという事態が生じる。
【０００５】
この点について以下に説明する。液が流出する孔又は開口の面積をａ、水頭をｈとすると、孔又は開口から流出する液流量ｘは以下の式で表される。
【０００６】
【式１】
0003869533.tif 000002
ここで、ｇは重力加速度である。例えば、分配管のノズル孔５と主管底部の開口４との高低差が１００ｍｍである場合、分配管ノズル孔よりも１０ｍｍ高い水頭で液体分配装置を運転すると、分配管ノズル孔５（水頭１０ｍｍ）からの液流出量ｘと主管底部の開口４（水頭１１０ｍｍ）からの液流出量ｘ’とを均一にする（即ちｘ＝ｘ’とする）ためには、分配管ノズル孔５の合計面積ａと主管底部の開口４の合計面積ａ’との関係は次のようになる。
【０００７】
【式２】
0003869533.tif 000003
よって、上記の水頭条件下で分配管から流出する液量と主管底部から流出する液量とを均一にするためには、分配管ノズル孔５及び主管底部の開口４のそれぞれの合計面積の比が３．３１：１となるようにノズル孔５及び開口４の数及び径を定めればよい。
【０００８】
しかしながら、液量の変動により、運転条件が分配管ノズル孔５より２００ｍｍの水頭となったとすると、主管底部の開口における水頭は３００ｍｍとなるので、分配管ノズル孔からの液流出量ｘと主管底部の開口からの液流出量ｘ’との関係は、次のようになる。
【０００９】
【式３】
0003869533.tif 000004
よって、液流出量の比は、分配管ノズル孔５からが２０７に対して主管底部の開口４からは７６．７となり、このため主管底部の開口４からは十分な液体の流下が得られなくなり、したがって、交換塔の横断面全体にわたる均一な液の分配が不十分になるのである。即ち、ある水頭条件において主管からの液流出量と分配管からの液流出量とを均一にするようにそれぞれの開口の数及び径を定めても、運転中に液量が変化すると、その均一性が失われるという問題があった。このような問題は、分配管の代わりに分配トラフを用いて分配トラフのノッチから液を溢流させる形態の液体分配装置においても同様に起こる。
【００１０】
本発明者は、かかる従来の液体分配装置における問題点を解決して、液量が変動しても、主管及び分配管から均一に液を流下させることのできる液体分配装置を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、主管又は主トラフの内部底面に開口を形成し、該開口に管状部材を略直立させて接続し、該管状部材の、分配管のノズル孔又は分配トラフのノッチと同じレベルの位置に開口又はノッチを形成することにより、主管からの液流出口及び分配管からの液流出口のレベルを同一にして、主管からの液流出口における液の水頭と分配管からの液流出口における液の水頭とを同一にすることによって、液流量の変動によって水頭が変化することにより液流出量が不均一になるという問題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明の第１の態様は、物質及び／又は熱交換塔の塔内に当該塔の横断面に沿って配置された管又はトラフを介して当該塔の横断面部分にわたって被処理液体を分配供給する液体分配装置であって、水平方向に伸長する管状の主管又は上部が開放された主トラフと、該主管又は主トラフと交差する方向に伸長する管状の分配管とから構成されており、該分配管には、主管又は主トラフの底面よりも上方に位置する部分に１以上の開口が形成されており、また、主管又は主トラフの内側底部には１以上の開口が形成されて、この開口に上端が閉止された管状部材が略直立して取り付けられており、該管状部材の上端面又は側面には開口が形成されていて、該分配管の開口と該管状部材の開口とが、上下方向において同一のレベルに配置されるように形成されていることを特徴とする液体分配装置に関する。
【００１２】
以下、本発明に係る液体分配装置を図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一態様に係る液体分配装置を示す図である。図１ａは装置の斜視図であり、図１ｂは断面図である。本発明に係る液体分配装置の全体構成は、図１１に示すような従来の液体分配装置と同様に、縦管、主管及び分配管から構成されるようにすることができ、図１に示す本発明の態様においては、主管１２の底面の少なくとも一つの開口１８を形成し、その開口に、片端が閉止された管状部材１６が、閉止された端部が上になるように略直立させて取り付けられている。図１に示す態様においては、管状部材１６の上端面内に開口１７が形成されている。該態様においては、分配管１３の上端面にノズル孔１５を形成すると共に、管状部材の上端面と分配管の上端面とが上下方向において同一レベルになるように、管状部材の取り付け長さを決定する（図１ｂ参照）。
【００１４】
かかる液体分配装置を運転する際の液の流れについて説明すると、縦管１１かを流下する液体は、主管１２内を横方向に流れながら、主管内に溜まる。次に、それぞれの分配管１３に液流を分枝させながら、主管内に溜まっていき、分配管内を満たすと、分配管の上端に形成されたノズル孔１５から溢流して、下方に流下する。同時に、主管底面に取り付けられた直立管状部材１６の上端面に形成された開口１７からも液が流下する。このように、主管内の液流出口（管状部材の開口１７）と、分配管の液流出口（ノズル孔１５）とが、同一レベルに形成されているので、ある水頭条件において、主管底部に取り付けられた管状部材の開口１７から流出する液の量と分配管のノズル孔１５から流出する液の量とが同等になるように、開口１７及びノズル孔１５の数及び大きさを決定すれば、交換塔の運転中に液流量が変動して水頭が変化しても、両者の液流出口の水頭は互いに同等な状態を保持し、したがって、両者から流出する液量は均一な状態を保つのである。よって、主管下方に流下する液と分配管下方に流下する液とが液流量の変動によって不均一になるという事態を回避することができ、どのような液量条件においても、交換塔の横断面全体に亙って、均一な液体の分配が達成される。
【００１５】
なお、図２に示すように、主管１２の代わりに、上面が開放された主トラフ２２を用いた液体分配装置においても、本発明を適用することができる。また、本発明の液体分配装置においては、縦管は、必須の構成要件ではなく、例えば、上方から飛散するする液流を主トラフで直接受ける構成のものや、液を主管又は主トラフの横方向から流入させる構成のものを採用することができる。
【００１６】
主管又は主トラフの底部に直立させて配置する管状部材に形成する開口１７は、図３に示すように二つ以上形成してもよい。また、開口を形成する位置は、管状部材の上端面に限られず、図４に示すように、管状部材の側壁に形成してもよい。但し、いずれの場合においても、管状部材に形成する開口１７は、分配管に形成するノズル孔１５と、上下関係において同一のレベルに配置されるようにしなければならない。なお、図４に示すように管状部材１６の側壁に開口１７を形成する場合、開口から管状部材上端面までの高さ及び／又は開口の大きさが十分であって、液体処理流量の最大時においても、主管又は主トラフ内部に溜まる液のレベルが管状部材１６の上端面までは達しないようになっている場合には、管状部材１６の上端部を閉止する必要はなく、開放されていても何ら差し支えないことは当業者には容易に理解できる。よって、かかる態様も本発明の範囲内に含まれると理解すべきである。また、図５に示すように、管状部材１６の上端部に形成する開口を覆うように網状部材１９を配置して、開口を通って流下する液体の流れをスムーズにすることができる。
【００１７】
また、図６に示すように、主管又は主トラフ内に直立させる管状部材として、両端が開放された管状部材２６を用い、直立させた際の上端部にノッチ２７を形成して、該ノッチから液が下方に溢流するようにしてもよい。更に、同様に図６に示すように、分配管の代わりに、上部が開放された分配トラフ２３を配置し、トラフの上端に１個以上のノッチ２５を形成し、このノッチから液が溢流するようにしてもよい。この場合には、ノッチの切れ込みの最下部のレベルを合わせることにより、水頭を同等にする。図に示した態様以外の他の種々の組合せ、例えば、主管内部に図１に示すような片端を閉止して開口を形成した管状部材を配置すると共に、分配管の代わりに図６に示すような分配トラフを配置したり、或いは主管内部に図６に示すような両端を開放して上端にノッチを形成した管状部材をすると共に、分配管として図１に示すようなノズル孔を形成した管部材を用いる等の構成は、本発明の範囲内において適宜採用することができることは当業者には明らかである。
【００１８】
なお、図１〜図６に示す態様は、いずれも、主管又は主トラフ底部に直立して取り付ける管状部材と、主管又は主トラフの側壁に取り付ける分配管又は分配トラフとが、主管又は主トラフの軸方向に沿って互い違いに配置されるように構成されているが、管状部材と分配管又はトラフとが、主管又は主トラフの軸方向に沿って同じ位置に配置されるように構成してもよい。この場合には、主管又は主トラフの両側壁にそれぞれ分配管又は分配トラフを取り付けてもよいが、図７或いは図８に示すように、主管１２又は主トラフ２２を貫通するように１本の分配管３３又は分配トラフ３４を取り付けて、分配管又は分配トラフの、管状部材１６又は２６が配置される箇所を切除して空間３５又は３６を形成し、この空間に管状部材１６又は２６を挿入するように取り付けることもできる。このような構成を採用すると、主管又は主トラフの両サイドに伸長する分配管又は分配トラフ同士の水平度やレベルを合わせることが容易になるため、液体分配装置の組み立て作業が簡単になる。
【００１９】
また、他の態様として、主管又は主トラフの底部の管状部材を取り付けた開口１８の位置に液体受け板部材４１を配置することができる。このように液体受け板部材４１を配置すると、管状部材を通って主管又は主トラフ底部の開口１８から流下する液が受け板部材４１にあたって、受け板部材の表面上で拡散して流下するので、液体の更なる拡散を図ることができる。
【００２０】
なお、図１０に示すように、主管又は主トラフ内に、管状部材１６を、横に並列させて、即ち主管又は主トラフの軸方向に交差した方向に複数本並列させて配置することもできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液体分配装置は、主管又は主トラフからの液体流出口と、分配管又は分配トラフからの液体流出口とが、上下方向において同じレベルに配置されているので、交換塔の運転中に液流量が変動することによって水頭が変動して、主管又は主トラフからの液流出量と、分配管又は分配トラフからの液流出量とが不均一になるという従来の液体分配装置の問題点を解決するものである。本発明の液体分配装置によれば、ある水頭条件において、主管又は主トラフからの液流量と、分配管又は分配トラフからの液流量とが均一になるようにそれぞれの液流出口の数及び大きさを決定すれば、交換塔の運転中に液流量の変動があっても、均一な液流出量を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様に係る液体分配装置を示す図である。図１ａは係る装置の斜視図であり、図１ｂは断面図である。
【図２】本発明の他の態様に係る液体分配装置を示す図である。
【図３】本発明の他の態様に係る液体分配装置を示す図である。
【図４】本発明の他の態様に係る液体分配装置を示す図である。
【図５】本発明の他の態様に係る液体分配装置を示す図である。
【図６】本発明の他の態様に係る液体分配装置を示す図である。
【図７】本発明の他の態様に係る液体分配装置を示す図である。
【図８】本発明の他の態様に係る液体分配装置を示す図である。
【図９】本発明の他の態様に係る液体分配装置を示す図である。
【図１０】本発明の他の態様に係る液体分配装置を示す図である。
【図１１】従来の液体分配装置を示す図である。
【符号の説明】
１０  液体分配装置
１１  縦管
１２  主管
２２  主トラフ
１３，３３  分配管
２３，３４  分配トラフ
１５  分配管ノズル孔
２５  分配トラフノッチ
１６，２６  管状部材
１７  管状部材開口
２７  管状部材ノッチ
１８  主管底部開口
【図１】
0003869533.tif 000005
【図２】
0003869533.tif 000006
【図３】
0003869533.tif 000007
【図４】
0003869533.tif 000008
【図５】
0003869533.tif 000009
【図６】
0003869533.tif 000010
【図７】
0003869533.tif 000011
【図８】
0003869533.tif 000012
【図９】
0003869533.tif 000013
【図１０】
0003869533.tif 000014
【図１１】
0003869533.tif 000015