JPH0256593B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は垂直型多管流下液膜式熱交換器、特
に、管の上端に内挿管またはキヤツプを設け、液
体を伝熱管内面に導き、薄い流下膜を形成し、よ
つて熱交換効率を向上させる改良した熱交換器に
関する。

［発明の背景］ 多管流下液膜式熱交換器は胴体に囲繞され、間
隔を離して配設した２つの管板間に伝熱管を配し
たものである。該胴体には入口と出口を設け、胴
体内を適当な熱交換液体またはガスが循環し、各
伝熱管内を流れる液体の冷却または加熱を行なう
ことができるようになつている。

伝熱管の各端部はある種の工程運転に使用する
ことができるように、開放、即ち暴露したままに
してある。別の工程を行なう場合には、液体保持
用の管寄せにより１端または両端を取り囲むこと
ができる。該管寄せに取外式蓋または、点検穴を
設けるかどうかは任意である。

多管式熱交換器は一般に、液体を加熱するのに
使用されているが、該液体を冷却するためにも使
用することができる。上述した型式の多管式熱交
換器は塩水および海水から真水を精製し、野菜お
よび果実のジユースを濃縮し、また工業的結晶化
工程を行なう冷凍交換器として使用することがで
きる。液体が各伝熱管内に流入すると、十分に冷
却され、液体から固体が析出される。従つて、海
水を冷却すると、氷が形成され、これを分離し、
洗浄し且つ溶解することによつて、飲料水が得ら
れる。果実または野菜のジユースを同時に深冷す
ると、氷が形成され、これを取出して、濃縮ジユ
ースとする。

上述した型式の冷凍熱交換器は胴体側に任意の
冷却液体を使用して、伝熱管内を下方向に流れる
液体を冷却することができる。液体はほぼ一方向
に流れる状態にて冷凍熱交換器の一端から供給
し、他端から排出することができる。適当な冷却
流体としては、アンモニアおよびフレオン（登録
商標）のような冷媒ガスがある。

熱交換器を使用して、処理流体を加熱または冷
却する何れの場合でも、各伝熱管内の流下膜の厚
みおよび一様性を制御し得ることが望ましい。一
般的に、各伝熱管に対する液体の供給は、最適な
熱交換を行うのに要する流体量よりもある伝熱管
には多く、またある伝熱管には少ないというよう
に、一様でないことが多いため、単に、各伝熱管
に十分な量の液体を供給するだけでは良好な結果
は得られない。従つて、処理液体を伝熱管に供給
し、各伝熱管の内面上に形成される流下膜の厚み
を一様に且つ均一に形成し得るようにする装置が
必要となる。

［発明の要約］ 本発明による流下液膜熱式交換器を要約する
と、垂直方向に離間して、水平方向に配設した上
部および下部円形管板に連結した胴体と、縦方向
に位置決めし、各々が上記管板の穴を貫通し且つ
該穴に連結した複数の平行な伝熱管と、熱交換器
の胴体側に熱交換液体を供給する手段および熱交
換器の胴体側から熱交換液体を排出する手段と、
上部管板の上方に位置する液体分流箱および供給
液体を液体分流箱に供給する手段と、および各伝
熱管の上端内にある部材とを備え、該部材が分流
箱から流れる液体を伝熱管の内壁に導き且つ伝熱
管内に流入する液体は必ず前記部材を通るように
する手段を備える熱交換器であるということがで
きる。

液体を伝熱管の内壁に導く上記部材は間隔を離
して配設した複数の穴を備え、該穴の寸法は下方
向に流れる液体の拡散および分流を行ない、下方
に流動する連続的な液体層を形成し得るような値
とすることが望ましい。

詳説すれば、上記部材は伝熱管の軸線と水平な
面から測定した場合に、伝熱管の内面に対して、
約0゜乃至80゜の傾斜角で液体を導くことが望まし
い。さらに詳説されば、上記傾斜角度は約20゜乃
至80゜の範囲、特に現在のところ40゜乃至80゜の範囲
内とすることが最良と考えられている。

該部材は伝熱管の内壁に液体を導く穴のような
手段を除いて、下端を閉塞された包囲短管とする
ことができる。

該部材はまた、伝熱管の端部上にある包囲キヤ
ツプの形態とし、該キヤツプが放射状に配列され
た穴を備えた凹形中央部分を有し、液体がこの穴
を通つて流れて伝熱管の内壁と接触し得るように
することもできる。上記キヤツプは下方向に懸垂
する円筒状スカート部分を備え、該スカート部分
を伝熱管の上端周囲に嵌合するようにすることも
できる。別の態様として、該スカート部分を伝熱
管端部の内面に嵌合されることもできる。

［実施例の説明］ 本発明を添付図面を参照しながら、以下詳細に
説明するが、添付図面において、妥当と考えられ
る程度において、幾多の図面中、同一要素または
部品は同一番号で表示した。

第１図を参照すると、熱交換器１０は上記管板
１４および下部管板１６に連結した垂直円筒状の
金属製胴体１２を備えている。該胴体１２の下端
に連結した円錐形端部１８には出口２０を設け、
該出口を通つて液体は熱交換器１０の伝熱管側か
ら排出されている。

上部管板１４の端縁から上方向に伸長するのは
胴体１２の壁延長部分２８で、該壁延長部分２８
が分流箱の仕切室３０を形成する。入口３２は壁
延長部分２８の開口部と連通し、該仕切室３０内
に液体を供給する手段となつている。

縦方向に位置決めし、平行に配設した複数の伝
熱管３６の各々は上部管板１４および下部管板１
６間で伸長し且つ該管板１４および１６の縦方向
に心合せした穴に連結されている。

開口２２から、冷凍熱交換器１０の胴体側に液
化冷媒ガスを供給することができる。冷媒の蒸気
は冷媒の液面２６より一部または完全に上方に位
置する上部開口２４からは排出される。板４０が
冷媒用の開口２２の下部で胴体１２に取付けてあ
る。該板４０は伝熱管の外径より直接の大きい穴
４２を備え、該４２を通つて伝熱管３６が伸長し
ている。上記穴４２の寸法が大きいため、各伝熱
管３６の周囲には環状の開口が形成され、液体冷
媒はここを通つて下方向に流れ、各伝熱管の外面
を湿潤する。該穴４２の寸法は伝熱管の外面に沿
つて下方向に流下する液体冷媒が膜を形成し得る
ような値にしてある。冷媒の一部は気化し、ノズ
ル９６から排出される。冷媒の残部は熱交換器の
底部に溜り、ノズル９８から排出される。上部開
口２４は板４０の上方から余剰なベーパおよび冷
媒を排出するのに用いられる。

上述した説明は伝熱管の外面に沿つて垂直に流
下する冷媒の膜と、伝熱管の内面に沿つて垂直に
流下するスラリー液の膜の組合せに関するもので
ある。伝熱管の内面に沿つて流下する膜用と、胴
体側の沸騰器その他の装置を組み合せることがで
きる。

板５０は分流箱の底部を構成する。該板５０は
複数の穴を備え、該穴を通つて、分流管５２が伝
熱管３６と軸合せした状態で下方向に懸垂してい
る。分流管５６の外径は伝熱管３６の外径より小
さい。このため、分流管５２の下端は伝熱管３６
の上端内に伸長することができる。各分流管５２
の下端は板５４で閉塞してある。各分流管５２の
下端には放射状に位置する複数の水平穴５６（第
１図および第２図）が形成してある。該穴５６を
通つて仕切室３０内の供給液体は横方向に吐出さ
れ、伝熱管３６の内面に接触する。液体が下方向
に流れる際、急速に拡散し、伝熱管の内面に沿つ
て、連続的な円周層または膜を形成し、伝熱管３
６が胴体側の冷媒と熱交換するための最大表面積
を提供することができる。

各分流管５２の穴５６の数および寸法は伝熱管
３６に所望の連続膜を形成し得るような値とす
る。供給液体が水で、伝熱管３６の直径が約5.08
cm（２インチ）の場合、各分流管５２の穴の数は
約10乃至16とし、その直径を約1.27mm（0.05イン
チ）乃至3.81mm（0.15インチ）とすることができ
る。また、穴を通る液体の流量は仕切室３０内の
供給液体の量およびその圧力によつて調節し得る
ことを理解すべきである。

第３図および第４図は本発明のもう１つの実施
態様を示したものである。胴体１２内には複数の
伝熱管３６が配設してある。伝熱管３６の上端は
上部管板１４を貫通し且つこれに連結されてい
る。管板１４の上方には分流箱６２が位置してい
る。分流箱６２は垂直円筒壁６４、取外式蓋３４
および管板１４で形成され且つ仕切室６６を包囲
している。入口３２から供給液体が供給され、余
剰の供給液体は出口６８から排出される。この配
設により、仕切室内の液体ヘツドは常に一定に保
たれ、伝熱管３６への供給液体の流量を調節する
ことができる。

各伝熱管３６の頂部に取付けてあるのは供給液
体分流キヤツプ７０（第３図および第４図）であ
る。各キヤツプ７０は伝熱管３６の頂部を包囲す
る円形スカート７２および伝熱管３６の上端に嵌
入する下向き円錐台部分７４を備えている。該円
錐台部分７４には放射状に等間隔で配設した穴７
６が形成してあり、供給液体を伝熱管３６の内面
に導くことができるようにしてある。上記穴７６
は伝熱管３６の軸線に対して水平な線から下方向
に測定して約35゜の傾斜角を有している。

本発明による分配キヤツプのもう１つの実施態
様が第５図に示してある。第３図および第４図に
示した実施態様と同様、この実施態様において
も、分流キヤツプ８０は上部周縁端を下方向伸長
するスカート８４に連結し周囲に空間を空けた円
錐台胴体部分８２を備え、該スカート８４は伝熱
管３６の頂部端縁に定着棚状突起８６を備えてい
る。スカート８４が伝熱管３６の上端内に嵌入す
る場合であつても、該棚状突起８６により、分流
キヤツプ８０は動いて伝熱管３６内に完全に入る
ことができない。円錐台胴体部分８２には複数の
穴８８が放射状に形成され、該穴８８は供給液体
を伝熱管３６の内面に導き、該供給液体は穴から
吐出されて拡散すると、伝熱管３６の円周面を完
全に湿潤し、表面に付着した状態で下方向に流下
する。

分流キヤツプ９０のもう１つの実施態様が第６
図に示してある。該キヤツプ９０は両面が平坦で
平行なほとんど円板状をしている。該キヤツプ９
０の上周縁上に設けた棚状突起９２により、該キ
ヤツプを伝熱管内に完全に嵌入させなくても、伝
熱管３６の上端に取付けることができる。該キヤ
ツプ９０は放射下方向を指向する等間隔で配設し
た複数の穴９４を備え、該穴９４は供給液体を伝
熱管３６の内面に導く。

本発明は供給液体の加熱および冷却の何れにも
適用することができるが、塩水から飲料水を精製
する場合のように、熱交換器を冷凍熱交換として
使用する場合、特に有用である。氷は浮遊するた
め、再循環供給液体中の氷は全て分流箱で液体の
上層部分に集まる。氷は第３図に示したような構
造を利用して、余剰供給液体と共に排出すること
ができる。このようにして、分配キヤツプの穴を
通つて、供給液体と共に流れる氷の量は最小とな
り、よつて、穴が詰まるという虞れが少なくな
る。

添付図面に示した分流キヤツプの穴は断面は円
形であるが、四角、三角、長方形または楕円形の
断面とすることができる。さらに、該穴は伝熱管
３６の軸線と同一平面内に形成する必要はない。
該穴は同一または反対方向に勾配をつけ、液体が
突出されて伝熱管３６の内面に衝突する際に、旋
回し、よつて拡散を促進しより迅速に円周膜が形
成されるようにすることができる。

分流キヤツプおよび伝熱管は適当な任意の材料
で製造することができる。冷凍熱交換器で使用す
る場合には、金属または重合体材料で製造するこ
とができる。また、機械または成形して、所望の
寸法および形状にすることもできる。

供給液体を伝熱管３６内に完全に流さずに、流
下膜とすることにより、熱交換効率が向上するた
め、ポンプの液体突出量は少なくて済み、従つ
て、ポンプの所要馬力を小さくすることができ
る。上述した液体分流手段を用いることにより、
該分流手段の型式そのものは変えずに、穴の寸法
および数を変えれば、処理液体の種類に応じて、
流下膜の流下量を容易に調節することができる。
勿論、分流箱内の供給液体ヘツドおよび圧力を変
えて、伝熱管に沿つて流下する液体量を増加また
は減少させることもできる。

上述した装置は容易に製造でき、比較的安価で
且つ優秀な材料および構成方法を採用し得る構成
要素を備えることを特徴としている。

上記、詳細な説明は、本発明の主旨を明確に理
解し得るためにだけ行つたものであり、上記説明
はいずれかの限定を意図するものと考えてはなら
ない。従つて、当業者なら別の実施態様を容易に
案出し得ることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱交換器の一部切裁立面
部分断面図、第２図は第１図に示した熱交換器の
上端内に突出嵌入する液体供給分流管を示す一部
断面拡大立面図、第３図はスカートが伝熱管の上
端外側にある液体分流キヤツプを示した熱交換器
の上部の一部切裁立面部分断面図、第４図は第５
図に示した液体分流キヤツプの拡大図、第５図は
スカートが伝熱管の内側に嵌入した状態を示す別
の実施態様における液体供給分流キヤツプの断面
図、および第６図は伝熱管の上端の上に位置する
円盤形状液体供給分流キヤツプの縦断面図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上下に離間して水平に配設した上部および下
   部円形管板に連結した熱交換器胴体と、 各々、上記管板の穴に貫通し且つ前記穴に連結
   した複数の縦方向に位置決めした平行な伝熱管
   と、 熱交換器胴体側に熱交換流体を供給する手段
   と、 この熱交換器胴体側から熱交換流体を排出する
   手段と、 上部管板の上方に位置する液体分流箱と、 供給液体を前記分流箱に供給する手段と、 および 各伝熱管の上端に位置する部材とを備え、前記
   部材は前記分流箱から流れる液体を伝熱管の内壁
   に導き、且つ伝熱管に流れる液体は必ず前記部材
   を通過するようにする手段を備えたことを特徴と
   する流下液膜式熱交換器。 ２ 流体を伝熱管の内壁に導く手段は前記部材に
   間隔を離して配設した複数の穴を備え、前記穴の
   寸法を下方向に流れる液体が拡散し且つ分流し
   て、伝熱管の内壁に沿つて流下する連続した液体
   層を形成し得るような値にすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載した流下液膜式熱交
   換器。 ３ 前記穴が伝熱管の軸線に対し水平な面から測
   定して約0゜乃至80゜の傾斜角度を備えることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載した流下液
   膜式熱交換器。