JPH0256594B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、多管円筒形流下液膜式熱交換器に関
する。特に本発明は、放射状同心円に配置される
複数の管と、その管に供給液を均一に分配する手
段とを有する改良型熱交換器に関する。

発明の背景 多管円筒形熱交換器は、多数の管を有し、その
管は、胴に囲まれ間隔を置いて配置される二枚の
管板の間に延び、かつそれらを貫通する。胴に
は、入口と出口を設け、適当な熱交換液または熱
交換ガスが胴を通つて循環し、各管を流れる液を
冷却または加熱できるようにする。

複数の管の各端末は、開放または露出とし、何
等かの加工作業用に使用できる。別の用途とし
て、管の一端または両端を液貯留ヘツダーで囲う
こともでき、そこに取外し可能カバーまたは点検
口を取り付けてもよい。液ヘツダーが一つのみの
場合、それを液入口または液出口にできる。両端
に液へツダーを置く場合は、一方のヘツダーで液
入口を構成し、他方を液出口とすることができ
る。以上が従来の一過熱交換器または単流熱交換
器の配置である。液入口ヘツダーおよび液出口ヘ
ツダーまたはそれらの一部には、適当な導管手段
を設け、液の供給および除去の用に供する。

一般的に多管円筒形熱交換器は、供給液流の加
熱用に使用されるが、液流の冷却用にも使用でき
る。ここに記述したタイプの多管円筒形熱交換器
は、凍結交換器として、塩水および海水からの清
水の製造、果汁および野菜汁の濃縮、および工業
結晶化処理用に使用できる。液が各管を通つて流
れると、十分に冷却され、その液体から固体を析
出する。これにより、海水を冷却し、氷を得て、
それを分離、洗浄、融解し、飲料水が得られる。
果汁または野菜汁を同様に冷却すると、氷を形成
し、該氷を除去して濃縮汁が得られる。

本記述のタイプの熱交換器の胴側においては、
管を通つて流れる液体の冷却用にあらゆる冷却液
を使用できる。液は、熱交換器の一端から供給さ
れ、他端から除去されるが、その流れは、ほぼ単
一方向である。適当な冷却液としては、アンモニ
アおよびフレオン（商品名）の冷媒がある。

最適な熱交換を得るために、管を垂直に配置
し、管表面に供給される供給液を、流下または降
下する液膜とすることが、多くの場合望ましい。
これにより、供給液は、より急速に熱交換液の温
度に近づくばかりでなく、液の再循環の必要性が
減少し、エネルギー消費が減少する。

最高の熱交換効率を得るために、流下液膜の厚
さを制御することが望ましいことは認められてい
たが、市販の機器は、全般的に受容できる結果を
もたらしておらず、また、機器の価格と複雑さが
要求以上に大きいものであつた。故に、Ｕ・Ｓ・
Patent第4335581号は、熱交換器管の開放頂部ま
たは開口に短管をゆるくはめ、供給液が管の間の
みを流下するようにした熱交換器を公開示するも
のである。ただし、かかる機器は、小型熱交換器
用として好結果をもたらすが、大型熱交換器への
配置としては望ましくない。

通常、熱交換器は、管板の直径に対して平行な
列に、ほぼ隣接して並べられる。管上端を上部管
板の上部表面と同一平面とすると、管板上面に供
給される液は、概して各管開口に均一に分配され
ず、一定の流下膜厚と流量が得られない。これ
は、熱交換効率に悪影響を与える。

管への液分配を向上するために、管上端が、管
板表面から61cm（24インチ）延ばされた。これは
管への液分配を幾分向上したが、液が一ケ所ない
し二ケ所から供給される場合に、全部の管開口の
流量制御ができず、満足できる結果が得られなか
つた。

従つて、液供給流量を制御して各管にほぼ均一
量の液を安定して供給する手段を有する、改良型
多管円筒形流下液膜式熱交換器が必要とされる。

発明の構成 本発明に基づき提供される流下液膜式熱交換器
は、垂直方向に間隔を置いて水平に配置される円
形の上部および下部管板に接続する胴；複数の同
心円に設置され、各管板の穴を通つて延びかつそ
れに接続し垂直に設置される複数の平行管；熱交
換機の胴側に熱交換液を供給する装置および熱交
換液をそこから取り出す装置；胴頂部を囲み該壁
に接合し、管上端以上の深さの液層を上部管板上
に貯留するための壁；上部管板上に位置し、底部
を有し、また上方に延びる周囲壁を有する液分配
箱；液分配箱から下方に延び、箱内部の液を通し
て管板上に流す短管であつて、複数の同心円に位
置され、その同心円はその内側に隣接する短管の
円から、上部管板の管の円間の半径方向の距離に
ほぼ等しい距離だけ、外側半径方向に間隔を置い
て配置されるようになつている短管；および、供
給液を液分配箱に供給する手段；により構成さ
れ、各短管の円が、管の円と交互となるように半
径方向に整列し、隣接する管の円の中間に短管の
円が整列している。

管の上端の上部管板上の高さと等しくし、短管
の下端を管の上端より下にすることが望ましい。
しかし、短管の下端を管の上端と等しく、または
それよりも上にしてもよい。

この流下液膜式熱交換器の分配箱は、固定され
ているが、管が固定で分配箱が垂直軸周囲を回転
するように取り付けることができる。

分配管は金属ないし高分子材料製とすることが
できる。金属製の場合、分配管周囲を断熱するこ
とができる。

液分配箱は、高分子材料の底および周囲壁を含
むことにより、断熱できる。かかる箱において、
管を高分子材料製とし、高分子材料製底から下方
に突出させることができる。高分子材料製底を、
高分子材料製管を通す大きめの穴を有する金属板
の上に、支持することができる。

腐食を最小にするために、分配箱の底を金属製
とし、そこから金属陽極を下方に延ばし、上部管
の板上方に延びる管上端の輪の間に突出させるこ
とができる。

分配壁と同頂部の周囲の壁の間にシールを設
け、蒸気が液分配管の周囲に流れるのを阻止でき
る。これは、装置が凍結交換器として使用される
際、結氷を防止する。

実施例の詳細な説明 各図面の同一ないし同様要素または部品には、
合理的で実際的な範囲内で、同一番号を使用す
る。

図１において、熱交換器１０は、垂直円筒形金
属胴１２を有し、当該胴は、上部管板１４および
下部管板１６に接続する。胴１２下端に接続する
円錐形端部１８には、出口接続部２０を設け、液
は、そこを通つて熱交換器１０の管側から除去さ
れる。熱交換液は、接続口２２を通り熱交換器１
０の胴側に供給され、上部接続口２４から除去さ
れる。上部管板１４の端部から上方に周囲壁２６
（第１図および第２図）が延び、オーバフロ液用
ドレンパイプ２８がそこに取りつけられる。

複数の平行で垂直な熱交換管Ａ−は、通常同
一寸法であり、管板１４および１６を通つて突出
する。この管は管板の穴に圧入され防水接続を形
成する。管Ａ−のすべては、同心円（第３図）
に配置される。つまり複数の管Ａは一つの円に配
置され、複数の管Ｂは半径の大きい第二番めの同
心円に配置され、複数の管Ｃは管Ｂを含む円より
大きい半径の第三の同心円に配置され、このよう
にして複数の管を含む最外周同心円まで配置す
る。隣接する一組の円の間隔は、いずれも同一で
あることが望ましい。しかし、各管は、その属す
る円とは無関係に、隣接するそれぞれの管と、等
しい間隔で配置することが望ましいので、各円の
管数量は、一般的に円周が増大するとともに増加
する。

管Ａ−の上端または頂部３０は、上部管板１
４の上面から、例えば5.1cm（２インチ）程度わ
ずかに上に延びる。円形で側方平面のブロツク３
２は、管板１４上の軸方向に設置される。ブロツ
ク３２は、管の頂部３０よりわずかに突出し、液
が管の頂部３０やドレンパイプ２８に流れ出るの
を規制するための液堤を構成する。

二本から四本ないしそれ以上の直径方向に相対
する垂直脚３４（第１図に一本のみ示される）
は、胴１２の上部に接続されるブラケツト３６上
に支持される。水平駆動支持腕３８は、脚３４の
頂部から半径方向に支持される。駆動機構４０
は、腕３８上に設置され、例えば約1RPMで垂直
軸４２を回転する。軸４２の下端に取り付けられ
るハブ４４は、管板１４上方に間隔を置いて配置
される水平円形底板４６に軸方向に取り付けられ
る。垂直円筒形壁４８は、底板４６の周囲に接続
され、そこから上方に突き出る。底４６と壁４８
は、液分配箱５０を形成する。内側方向に向くリ
ングフランジ５２は、壁４８の上端に取り付けら
れ、液が飛び散るのを防止する。

液分配箱５０の底板４６には、同心円上に半径
方向に一連の穴が設けられるが、その同心円は隣
接する同心円と半径方向に等間隔で配置されるこ
とが望ましい。通常、その穴のほとんどまたはす
べてに、液分配管Ｄ１−Ｄ１０が下方に延びて取
り付けられ、第１図および第２図に示すように、
液分配下端５４は、管板１４の上面のわずか上方
に位置する。

複数の分配管Ｄ１を含む円は、管Ａを含む円に
対し半径方向に内側の同心円であり、複数の分配
管Ｄ２を含む同心円は、管Ａの円および管Ｂの円
と同心円であり、それらの中間に位置する。この
ようにして複数の分配管Ｄ１０を含む同心円は、
管を含む円に近接して、その外側に位置する。
上記配置の分配管を持つ分配箱はその分配管とと
もに、管の上端に妨げられることなく、回転自由
である。（第１図−第３図）。

一本ないし複数の入口液供給導管５６は、分配
箱５０に液を供給するために設けられる。また、
供給液の温度が外気温度より極端に高いか低い場
合は、分配箱底４６の下面に対して断熱層５８
（第２図）を設置することが多くの場合望ましい。

第１図および第２図に示す熱交換器は、特に凍
結交換器または凍結交換機として有用であり、こ
とに水溶液および分散物の濃縮に有用である。例
えば、海水を分配箱５０に供給することにより、
海水の凍結濃縮用に使用できる。海水は、分配管
Ｄ１−Ｄ１０の円を通つて、管板１４の上面に流
れる。管板上の液面が管の先端３０に達すると、
液は流下薄液膜として、管内にあふれ出る。この
塩水の薄膜は、胴側のアンモニア液による熱交換
により、間接的に冷却される。これにより塩水は
十分に冷却され、水分中に氷の結晶を形成するに
いたる。形成された氷と水のスラリーは、管から
円錐形端部１８に流れ、出口接続部２０を通つて
流れ出る。このスラリーは、分配箱５０に再循環
され、氷の量を増加した後に、分離器に送られ、
その濃縮塩水から氷を取り出す。氷を洗浄、融解
して飲料水を得ることができる。

上記装置の使用により、液を導管５６から管板
１４上に直接供給するのに比べ、液をより均一に
各管へ供給できる。これは、分配箱５０を固定し
てもその結果が得られるが、分配箱５０を回転す
るとさらに良い結果が通常得られる。

装置を凍結交換器として使用する場合、分配管
Ｄ１−Ｄ１０の外部表面を、第４図の管Ｄ９に見
られるように高分子断熱層６０で覆い、管上の結
氷を防止することが望ましい。ポリエチレン、ナ
イロン、およびエポキシ高分子材料が本目的に適
当である。

第５図は、本発明の装置に使用し得る液分配箱
の第二実施例を示す。分配箱７０は、すでに述べ
た金属底４６および壁４８を有する。ただし、高
分子断熱材料製円形板７２が、底４６上部に取り
付けられる。高分子断熱材料製垂直壁７４は、板
７２の周囲から上方に突き出る。高分子材料製分
配管７６は、金属底４６の大きめの穴７８を通
り、板７２から下方に延びる。分配管７６は、管
Ｄ１−Ｄ１０同様に、同心円に配置され、供給液
が管の同心円の上端の間を流れるようにする。分
配箱７０は、装置を凍結交換器として使用する
際、特に有用である。

いずれの場合も、分配管Ｄ１−Ｄ１０の下端５
４が、管Ａ−の上端より下に突き出ることは、
必須条件ではない。いくつかの熱交換器では、第
６図に示すように、分配管の下端５４を管の上端
３０と同じ高さかそれよりもわずかに上方にし
て、液を管に分配することもできる。

本発明の装置を、海水のような腐蝕誘発性液の
処理に使用する場合は、陽極を適切に位置し、こ
の技術分野でよく知られている適切な方法で電流
を通して、陽極防食を施す。第７図および第８図
に示すように、任意の適当な数の同円管のうち、
数本の分配管Ｄ１−Ｄ１０を金属陽極棒８０と交
換することによつて、十分な数の陽極を取り付け
ることができる。各陽極棒８０の底部８２は、陽
極防食効果を向上させるために広げることができ
る。

熱交換器外側の空気が、管板１４と分配箱の底
４６との間の空間に流れ込み、その空間にある管
と管先端に、水蒸気が密集し凍結するのを防止す
るために、分配箱の壁４８と壁２６の延長部９２
との間に、シール９０を設けることが実際的であ
る。使用されるシールは、分配箱５０が回転でき
同時に壁延長部９２が固定するものが望しい。か
かるシールの構造は、その技術分野の当業者に周
知である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく熱交換器の部分立面
図であり、部分的に破断してありまた部分的に断
面を示す。第２図は、本発明の熱交換器の拡大立
面図で部分的に断面図となつており、数本の液分
配管および管頂部を示す。第３図は、第１図およ
び第２図に示す熱交換器の上部管板の頂部および
管上端の部分平面図である。第４図は、絶縁され
た液分配管を示す部分立面図であり、部分的に断
面を示す。第５図は、液分配箱の第二実施例の垂
直断面図であり、この分配箱は第１図の熱交換器
に使用できる。第６図は、液分配管を示す立面図
であり、部分的に断面を示す。この液分配管の下
端は、熱交換器上端のわずかに上で終つている。
第７図は、分配箱底から下方に突き出す金属陽極
を示す立面図であり、部分的に断面を示す。第８
図は、第７図の線８−８に沿つた側面図である。
第９図は、分配箱壁と、管上端の上方に延びる熱
交換器壁との間のすきまを覆う蒸気シールを示す
立面図であり、部分的に断面を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 次の各要素により構成される流下液膜式交換
   器。 ａ 垂直方向に隔つて、水平に配置される円形の
   上部管板および下部管板および該上部管板と下
   部管板に接続する胴； ｂ 複数の同心円に配置され垂直に位置する複数
   の平行な管であつて、各管が各管板の穴を通つ
   て延びかつ該管板に接続する平行管； ｃ 熱交換器の胴側に熱交換液を供給する手段お
   よび熱交換液を該胴側から取り出す装置； ｄ 胴頂部周囲を囲み且つ該胴頂部に接続する壁
   であつて、上部管板上に、管上端よりも深い深
   さの液層を貯留するための壁； ｅ 上部管板の上方において、底部と上方に延び
   る周囲壁を有する液分配箱； ｆ 箱内部から液を上部管板上に流れるように通
   すために液分配箱から下方に伸びる複数の短管
   であつて、該短管は、複数の同心円に配置さ
   れ、その同心円は、その内側に隣接する短管の
   輪から外側に、上部管板の管の輪の間の半径方
   向の距離と等しい距離だけ、間隔を置いて配置
   され、短管の各輪が管の輪に対して交互となる
   ように半径方向に整列され、隣接する管の輪の
   中間に短管の輪が配置されていることとなる複
   数の短管； ｇ 供給液を液分配箱に送る装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の流下液膜式熱
   交換器であつて、上部管板より上に出る管の上端
   の高さが同一であり、短管の下端が管の上端より
   下にある流下液膜式熱交換器。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の流下液膜式熱
   交換器であつて、管を固定して、液分配箱を垂直
   軸の周囲に回転するように取り付ける手段を有す
   る流下液膜式熱交換器。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の流下液膜式熱
   交換器であつて、短管が金属製であり、短管の外
   部が断熱されている流下液膜式熱交換器。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の流下液膜式熱
   交換器であつて、液分配箱が高分子材料製の底お
   よび周囲壁を有し、高分子材料製の底から、高分
   子材料製の短管が、下方に突き出る流下液膜式熱
   交換器。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の流下液膜式熱
   交換器であつて、高分子材料製の底が、高分子材
   料製の管を通すための大きめの穴を有する金属板
   の上に支持される流下液膜式熱交換器。 ７ 特許請求の範囲第１項に記載の流下液膜式熱
   交換器であつて、分配箱が金属製の底を有し、金
   属陽極が、該金属製の底から下方に延びて、上部
   管板上方に延びる管上端の輪の間に入る流下液膜
   式熱交換器。 ８ 特許請求の範囲第３項に記載の流下液膜式熱
   交換器であつて、分配壁と胴頂部周囲の壁との間
   に、蒸気が液分配管の周囲に流れるのを防止する
   ためのシールを有する流下液膜式熱交換器。