JPH02180601A - 流下液膜式蒸発装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 大発明は蒸発管周面に沿って膜状に被処理液を瀉しなが
ら、該液の少なくとも一部を蒸発させ、該茄発潜熱を利
用した熱交換器や液濃縮器等として適用される流下液膜
式蒸発装置に関する。

「従来の技術」 従来より液膜式蒸発装置、特に流下液膜式蒸発装置は比
較的処理能力も大きく又構造も簡単で制御も容易な為に
広く使用されて邦り、特に該装置をヒートポンプシステ
ムを構成する熱交換器として用いた場合、薄膜化による
熱抵抗の減少や界面撹乱による熱および物質移動の促進
により、熱交換温度差を小さくできる為に、ヒートポン
プの成績係数を向上させることができ好ましい。

しかしながら前記装置は蒸発管周面における熱交換によ
り八発し切れずに装置下部に滞留した冷媒を蒸発管上端
側に再度導く為の液循環ポンプが必要となるため、末法
発分の冷媒が多くなればなる程その液循環ポンプ動力が
大になり、却って前記システム全体の効率が低下する場
合がある。

「発明が解決しようとする課題」 この為−船釣には前記蒸発管への液供給流量を少なくし
て蒸発管流下後の液滞留を極力低減させるように構成し
ているが、このような構成を取ると各蒸発管への液の均
一な分配と安定しだ液膜の形成が阻害され、この結果蒸
発管周面の一部に乾き面が発生したり又伝熱性能の低下
を招いたりする場合がある。

例えば垂直蒸発管の外表面に液膜を形成させる場合の液
分配の方法としては、茂発管の周囲にスリット空間を設
けたスリット式分配体、又ノズルにより蒸発管周面に液
噴射を行うノズル式分配体などがあるが、スリット式分
配体は、低流量供給を可能にするには蒸発管との間の隙
間をかなり小さくする必要があるので、スリットの加工
精度及び蒸発管との間の組立精度のバラツキにより安定
した往つ周方向に均一な液膜形成が困難であり。

又ノズル式分配体の場合においては、蒸発管群の巻管の
液分配は低流量域でも比較的均等に行えるが、ノズル噴
流の影響で管周方向の液分配に偏りが生じる。それを避
けるためにノズル数を多くすると、その分ノズル径を小
さくしなければならないので、スリット式と同様にノズ
ル加工精度が問題となる。

従って前記いずれの方式においても被処理液を低流量化
した場合安定した液膜を形成させることは困難であり、
特に前記蒸発装置の場合は、蒸発管を流下するに従って
液膜は薄くなるので、管の下部付近で液膜の破断が起こ
りやすく、この為通常の慕発装置では蒸発量に対する液
供給量の割合を大きくして液膜の破断が生じにくいよう
にしているが、このように構成すると前記過剰の冷媒が
蒸発装置下部に溜まり、これを循環する為の液循環ポン
プの動力が必然的に大きくなり、システム全体の効率を
低下させている。

この為前記蒸発管を一段構成とせずに蒸発管を複数個に
分割してその間に液供給ＪＩ４１を設けた多段構造の装
置も開発されている（特開昭６２−１３８２０１号）が
、蒸発管を分断する事は内部に熱源としての水等を流す
事が出来ない為に、いわゆる外周側に熱源としてのスチ
ーム等を接触させる内管式の流下液膜式蒸発装置として
の適用は可能であるが、本発明のように蒸発管外周面に
沿って膜状に被処理液を流す装置への適用は不可能であ
る。

本考案はかかる従来技術の欠点に鑑み、蒸発管に供給さ
れる被処理液の低流量化を図った場合においても、前記
蒸発管の全面に亙って安定しだ液膜を形成し得る流下液
膜式蒸発装置を提供する事を目的とする。

本発明の他の目的は、蒸発管外周面に沿って膜状に被処
理液を流す装置においても容易に多段構造にする事が出
来、これにより蒸発管を流下途中における液膜の破断を
防止し得る流下液膜式蒸発装置を提供する事を目的とす
る。

「課題を解決する為の手段」 本発明は前記ノズル式とスリット式の分配体を効果的に
組み合わせて前記技術的課題を円滑に達成せんとするも
ので、その特徴とする所は第１図及び第２図に示すよう
に、 ０複数の蒸発管１０を備え、該蒸発管１０が外周面に多
数の縦溝１０ａが形成された蒸発管ｌＯである点の前記
へ発装ご１内に導入された被処理液１１を前記各蒸発管
１０へ分配する第１の分配体１２と、該第ｌの分配体１
２により分配された被処理液１１を蒸発管１０周方向へ
分散させる第２の分配体１３からなり、前記第２の分配
体１３を第１の分配体１２の下側に近接して配置させた
液分配機構を設けた点にある。

尚、好ましくは前記第１の分配体１２は、ノズル１２１
により第２の分配体１３上に液噴射を行うノズル式管板
１２として、又前記第２の分配体１３は蒸発管１０の周
囲にスリット空間１３１を設けたスリット式管板として
構成されるが、必ずしもこれのみに限定されるものでは
ない。

「作用」 Ａ、前記したように本発明においては、前記ノズル式と
スリット式の夫々の長所を専用的に利用して、先ず前記
ノズル式管板１２により被処理液１１を流量規制しなが
ら前記各蒸発管１０へ分配した後、該分配された被処理
液１１をスリット式管板１３により蒸発管１０周方向へ
分散させるよう構成した為に、前記被処理液１１を低流
量化した場合においても均一な液分配と液膜形成を可能
にしている。

言い換えれば本発明は二段階分配構造を採用した為に低
流量化した場合においても、前記効果が円滑に達成し得
るとともに、特に本発明においてはノズル式管板１２を
上流側に配置した為に、前記両分起体１２．１３の長所
を効果的に引き出す事が可能となる。

即ち、ノズル式管板１２よりのノズル噴流は従来技術の
ように被処理液１１を蒸発管１０に付着させるために用
いるのではなく、受は皿として機能する第２の分配体１
３に噴射し所定量供給する事を目的とするものである為
に、ノズル数を多くする必要がなく、蒸発管ｌ〇−本に
つき一層のノズル１２１で十分であるためにノズル径を
大きくでき、この結果加工がしやすくなり目詰まりの心
配もなくなる。

又前記ノズル１２１は受は皿として機能するスリット式
管板１３に噴射すればよい為に、傾斜角度を設定する必
要がなく該ノズル１２１を管板１３に垂直に形成する事
が可能となり、この結果ノズル加工精度が緩やかになる
。

又、受は皿の役目をしているスリット式管板１３には過
剰の被処理液１１が供給される事がない為に、蒸発管１
０とスリット！３１との間の隙間精度を厳しく設定しな
くとも、安定した且つ周方向に均一な液膜形成が容易で
あり、これにより前記効果が円滑に達成し得る。

この場合において本発明の好ましい実施例においては、
前記スリ７）　１３１周囲を囲繞する如く、管板１３の
上面側に環状１ｇ１３３を設けた為に、ノズル＋２１　
より噴出された被処理液Ｕを管周方向に円滑に拡げる事
が出来、前記効果が一層向上する。

又、管板１３の下面側にも環状溝！３４を設ける事によ
り、スリット１３１より蒸発管１０に付着した被処理液
１１の偏在を防ぎ管周方向に広げる役目を果すとともに
、その蒸発管１０の一部に液が付着しない状態を防止し
、安定した且つ周方向に均一な液膜形成を一層容易化す
る。

Ｂ、さて上記の方法により、前記スリット式管板１３直
下の蒸発管１０付近に液膜を形成させることば可能だが
、該液膜は蒸発を伴うため管を流下するに従い液膜が薄
くなり、特に低流量時において液膜の破断が起こりやす
くなる為に前記スリット式管板１３直下で形成された液
膜が管全長にわたって維持されるような構造の蒸発管１
０を用いる必要がある。

そこで本発明においては、外周面に多数の縦溝１０ａが
形成された蒸発管１Ｇ（以下フルート管という）を用い
た為に、前記構成要件■によりスリット式管板１３直下
でうまく液分配を行いつつ前記全ての縦溝１０ａに液を
流すことにより、管全長に亙ってかなり低流量域までそ
の状態を保つ事が出来る。

かかる場合の液膜は管周方向に均一とはならず、縦溝１
０ａの部分で厚く山の部分で薄くなるが、乾き面は生じ
にくい、構成る１つの縦溝１０ａで例え乾き面が生じて
もまわりの縦溝１０ａに影響しないので、乾き面が広が
ったり何本かの筋状流れになったりすることもない。

Ｃ９尚、前記蒸発管ｌＯをベア管で形成した場合には、
構造上管１０の途中に前記のような管板１２°。

１３’　、１４を設けると液膜が乱れ、好ましくはない
が、前記フルート管を用いて低流量域で使用する場合は
、前記のような管板１２’　、１３°、１４を取付けた
場合においても液膜の乱れが生じる事がない。

又前記管板１２’、１３′、１４は中間支持板としても
機能する為に、蒸発管ｌＯのゆれ、たわみを防ぐ事が出
来るとともに、前記一又は複数の管板１２’、１３°。

１４からなる中間分配体を多段状に配置し、該中間分配
体１２°、１３°、１４それぞれに被処理液１１が供給
可能に構成する事により前記蒸発を伴って薄くなった液
膜を逐次補給する事が出来、安定且つ均一に形成された
液膜が管全長にわたって維持し、管１０下端部付近の液
膜の破断をも防ぐ事が出来る。

Ｄ、さて、流下液膜式蒸発装置１は被処理液１１が供給
される起動初期においては蒸発管１０の周面ば未だ乾い
ているので、−時的に液供給流量を増やして液膜が形成
されやすい状態にする必要がある。

そこで本発明の好ましい実施例においては、前記処理液
ポンプ６から蒸発装置１に通じる液管６０を分岐させて
、前記ノズル式管板１２上とともに前記スリット式管板
１３上にも被処理液１１を供給可能に構成し、これによ
り起動時においてはノズル式管板１２とともにスリット
式管板１３上にも被処理液１１を送入することによって
簡単に流量を増やすことが出来、前記欠点の解消を図る
事が出来る。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第４図は本発明の実施例に係る流下液膜式蒸発装Ｍ１が
組込まれたヒートポンプシステムを示し、公知のように
冷媒の循環経路中に、モータ２に連結されたスクリュー
圧縮機３、凝縮器４、液分離器兼冷媒タンク５．蒸発装
置１が配設され、圧縮機３で圧縮された冷媒１１は、凝
縮器４により凝縮液化された後、冷媒タンク５に一旦貯
溜させた後、冷媒液循環ポンプ６により蒸発装置１内に
導入され、該蒸発装置１内で垂直に立設させた蒸発管ｌ
Ｏ外周面に沿って膜状に冷媒液が流されながら、その内
部を貫流する水により加熱されて蒸発し、該気化した冷
媒は液分離器兼冷媒タンク５を介して再度前記圧縮ｙ１
３の吸入側に戻入され、方前記蒸発装置１内で未蒸発の
冷媒液及び液分離器５ａにより分離された冷媒液は再度
冷媒タンク５に貯溜され、かかるサイクルを繰り返し行
うように構成されている。

次に前記蒸発装置１の内部構成について詳細に説明する
。

蒸発装置１は上下両端側に水溝出口２１と導入口２２を
開口した縦形の大径円筒容器２０からなり、その内部空
間の上下鏡板部分を仕切板２３．２４にて仕切り水滞留
室２５．２８を形成するとともに、該仕切板２３．２４
に挟まれる中央空間１９に、ノズル式管板１２とスリッ
ト式管板１３からなる一対の管板１２−１３゜１２’−
＋３°群を所定間隔存して上下に多段状に配置して、複
数の区画に分割する。

そして更に該分割した区画内を貫通する如く、複数本の
蒸発管ｌＯを中央空間１９内に貫設させその両端を前記
水滞留室２５．２８に開口させる。

一方液循環ボンプ６よりの吐出管６０は、その先端側を
４木に分岐し、これらの分岐管６１〜６４を夫々開閉弁
６５を介してノズル式管板１２上とスリット式管板１３
上に開口させる。又スリット式管板１３下方空間と冷媒
タンク５の液分離器５ａ直下位置間には冷媒ガス戻り管
５１が、又下側仕切板近傍の中央空間１９下端側ど冷媒
タンク５底部間には冷媒液戻り管５２が夫々接続されて
いる。

次に第２図及び第３図に基づいて、前記蒸発管ｌＯ及び
管板１２’、１３′、１４の構造について詳細に説明す
る。

蒸発管１０は熱伝導性のよい金属管の軸方向に沿って、
内外周面に均等に多数の縦溝１０ａが形成されたフルー
ト管で形成されている。

ノズル式管板１２は前記蒸発管１０の外周囲にきっちり
嵌合可能に構成しつつ、該蒸発管１０近傍に垂直に貫通
孔を穿孔して形成したノズル１２１を利用してノズル式
管板１２上に滞留した冷媒をその下方に位置するスリッ
ト式管板１３の円形凹部１３２上に噴射可能に構成して
いる。スリット式管板１３は前記蒸発管１０外径より僅
かに大なる貫通穴を開口し、蒸発管１０周面との間に微
゛小空隙幅のリング状スリット空隙１３１を形成すると
ともに、該スリット空隙１３１の外周囲に円形凹部１３
２を凹設し、前記ノズル１２１よりの噴射冷媒を貯溜可
能に形成している。そして該円形凹部１３２の上下両面
側には断面半円状の環状ｔＲ１３３、１３４を形成し前
記した作用を営ませる。

そしてかかる一対の管板１２’　、　１３’　を、第１
図に示すように所定間隔存してその下方の中央位置に配
してもよく、又第２図に示すようにスリット空隙＋３１
のみを有する中間管板１４を前記一対の管板１２’、１
３°代りに配してもよい。

次にかかる実施例に基づく動作は既に前記発明の作用の
項で詳説した為に簡単に説明すると、先ず水を蒸発管１
０内に流しながら液循環ポンプ６を駆動させて前記ノズ
ル式管板１２上とスリット式管板１３上夫々に冷媒１１
を供給して一時的に液供給流量を増やし、未だ乾いてい
る蒸発管１０周面に均一に液膜を形成する。

そして前記液膜形成後、スリット式管板１３上よりの冷
媒１１の供給を停止してノズル式管板１２上からのみ冷
媒１１を供給する事により、前記ノズル１２１　より冷
媒液１１を流量規制しながら前記各蒸発管１０周囲に囲
繞したスリット式管板１３の円形凹部１３２に分配する
事が出来、その後該分配された冷媒液を蒸発管１０周方
向へ分配させた後、スリット空隙１３１より蒸発管１０
周面側に液膜を形成する事が出来る。尚前記冷媒液１１
の流量規制はノズル１２１　口径とスリット式管板１３
上の冷媒液高さＨを変化又は選択する事により容易に制
御する事が出来る。

そして本実施例においては前記と同様な管板１２’、＋
３’、群又はスリット空隙１３１を有する中間管板１４
により多段構造を取っており且つ該中間管板１２°、１
３°、１４それぞれに冷媒液を供給可能に構成した為に
、各段毎に未蒸発の冷媒の際滞留とともに、前記蒸発を
伴って薄くなった液膜を逐次補給する事が出来、安定且
つ均一に形成された液膜が管ｌＯ全全長わたって維持す
る事が出来る。

「効果」 以上記載した如く本発明によれば、二段階分配構造と縦
溝付きフルート管を組み合せることによって、低流量化
した場合においても均一な液分配と液膜形成を可能し、
これにより余分な冷媒液を供給することがないので液循
環ポンプの動力を低減させ、かつ伝熱性能を向上させる
ことが可能となる。

又縦溝付の蒸発管を用いる事は蒸発表面積が拡がりその
分蒸発管の設置本数が減るので省スペースとなる。

特に本発明は、縦溝付の蒸発管を用いて低流量域で使用
する事により蒸発管外周面に沿って膜状に冷媒液を流す
装置においても容易に多段構造にする事が出来、これに
より蒸発管を流下途中における液膜の破断を防止し得る
のみならず、蒸発管の揺動や撓み等をも防止出来る。

又部１の分配体と第２の分配体からなる液分配機構を用
いて多段構造にする事は、各分配機構段階で液をホール
ドし再分配する形なので、上部で偏った液分配が行われ
ても、次の段で均一化できる等の効果も派生する。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はいずれも本発明の実施例に係る蒸発
装置を示し、第１図は全体図、第２図は内部の要部詳細
図、第３図は、第２図の横断面図、第４図は前記蒸発器
を用いたヒートポンプシステムの全体概略図である。 特許出願人：株式会社前川製作所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）蒸発容器内に垂直に立設させた蒸発管外周面に沿っ
   て膜状に被処理液を流しながら、該被処理液の少なくと
   も一部を蒸発可能に構成した流下液膜式蒸発装置におい
   て、外周面に多数の縦溝が形成された複数の蒸発管と、
   前記蒸発装置内に導入された被処理液を前記各蒸発管へ
   分配する第１の分配体と、該第１の分配体により分配さ
   れた被処理液を蒸発管周方向へ分散させる第２の分配体
   とを有し、前記第２の分配体を第１の分配体の下側に近
   接して配置させた事を特徴とする流下液膜式蒸発装置 ２）請求項１）記載の流下液膜式蒸発装置において、被
   処理液ポンプから蒸発装置に通じる液管を分岐させて、
   前記第１の分配体上とともに前記第２の分配体上にも被
   処理液が供給可能に構成した事を特徴とする流下液膜式
   蒸発装置 ３）請求項１）又は２）記載の流下液膜式蒸発装置にお
   いて、前記蒸発装置内に立設する蒸発管に少なくとも前
   記第２の分配体の下方に一又は複数の中間分配体を所定
   間隔存して配置し、該中間分配体上の夫々に被処理液が
   供給可能に構成した事を特徴とする流下液膜式蒸発装置 ４）前記第１の分配体がノズルにより第２の分配体上に
   液噴射を行うノズル式管板であり、前記第２の分配体が
   蒸発管の周囲にスリット空間を設けたスリット式管板で
   ある請求項１）、２）若しくは３）記載の流下液膜式蒸
   発装置 ５）請求項４）記載の流下液膜式蒸発装置において、前
   記スリット式管板のスリット周囲を囲繞する如く、管板
   の上下両面側に環状溝を設けた事を特徴とする流下液膜
   式蒸発装置