JP2002098484A - 棚板式直接接触熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス中の水分成分を高効率で凝縮して凝縮水
として回収し、冷却液を高温度化して熱回収し、気体成
分は高効率で熱交換して低温化する棚板式直接接触式熱
交換器を提供すること。 【解決手段】 不凝縮性ガスおよび凝縮性ガスの混合し
た熱ガスは、ガス流通用ダクト５の下方に設けられたガ
ス入口ダクト６から流入させ、交互に配置された４枚の
棚板１〜４を蛇行して上昇する熱ガス流路が形成されて
いる。この流路に上記各棚板１〜４に設けた側縁が下方
に突起した凸縁を有する冷却液落下孔１２から表面張力
を利用した冷却液滴列をカーテン状に４箇所形成し、こ
の冷却液滴列と上記熱ガス流を直接接触させて前記熱ガ
ス中の凝縮性ガス成分（蒸気成分）を凝縮水に変換して
高効率に温水化し、不凝縮性ガス（熱ガス）を低温化し
て回収する棚板式直接接触式熱交換器である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直接接触熱交換器
に係り、特に排ガスから熱と凝縮性ガス、例えば水を高
効率に回収する棚板式直接接触熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、地熱発電、蒸気タービン発電、
燃料電池発電などの発電設備には、それぞれ発電効率の
向上、発電コストの低下、排熱回収効率の向上などが常
に求められている。これらの発電設備において排熱を回
収する手段として、共通のダクト内に冷却液と排ガスを
供給し直接接触させて熱交換を行わせる直接接触熱交換
器が高い廃熱回収効率を有し、しかも安価で小形化可能
なものとして注目されている。

【０００３】この直接接触熱交換器には、排ガスをダク
トの中に直線的に流通させつつ排ガス流路に冷却液を供
給して熱交換を行うものと、ダクトの中に多数の孔を開
けた棚板を交互に配置し排ガスをこの棚板によって蛇行
させながら棚板の孔から排ガス流路に冷却液を流下させ
て熱交換を行うものがある。前者の直接接触熱交換器に
関する技術は、特開平６−６０８９９号公報および特開
平１０−３３４９３４号公報に開示されており、後者の
直接接触熱交換器は、特開平１０−１９９５５８号公報
に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】棚板式直接接触熱交換
器において、より一層熱と凝縮性ガスの回収効率を向上
させるためには、排ガスと冷却液との接触面積を大きく
する必要がある。このガスと冷却液との接触する面積を
増大させる方法には、棚板に設けられる冷却液落下孔の
数を増やして冷却液を広い面積に散水させ、この散水中
にガスを流す方法がある。この冷却液落下孔の数を増や
す方法には、ダクトの床面積を広くし、棚板の面積を大
きくして孔数を増加させることと、ダクトや棚板の面積
は変えず、冷却液落下孔を密に形成して棚板に設ける冷
却液落下孔の数を増やすことによって、冷却液を大量に
散水させ、空間密度を高めることが考えられる。

【０００５】しかしながら、前者の方法は、必然的にダ
クトの床面積も広くなり、熱交換器が大きくなって、棚
板式直接接触熱交換器の利点である、安価、小形化可能
という特長が失われてしまうという問題がある。また、
後者の方法では、単位面積当たり、多数の冷却液落下孔
を棚板に密集して明けるため、単位時間あたり大量の冷
却液を棚板上に供給する必要がある。冷却液の供給量が
不充分になると冷却液の落下が不均一になるという問題
がある。また、冷却液が多量に落下するため、冷却液が
高温度とならず、回収熱の再利用が難しいという問題が
あった。

【０００６】本発明は、上記点に対処してなされたもの
で、冷却液流量を増加することなく冷却液を効率よく高
温度化して熱回収するとともに、凝縮性ガスも高効率で
回収可能な棚板式直接接触熱交換器を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の棚板式直接接触熱交換器は、不凝縮性ガス
および凝縮性ガスの混合ガスを流通させるためのガス流
通用ダクトと、このガス流通用ダクト内に前記混合ガス
流路に沿って設けられた複数の下方に向いた凸縁を有す
る冷却液落下孔を設けた冷却液落下用棚板と、 前記ガ
ス流通用ダクト内に設けられ前記冷却液落下用棚板上に
冷却液を供給する冷却液供給パイプと、前記冷却液落下
用棚板の各冷却液落下孔から落下する冷却液を受ける前
記ガス流通用ダクト内に設けられた液溜槽とを有するこ
とを特徴とする。

【０００８】前記ガス流通用ダクトは、断面円形でも多
角形でもよい。また、前記冷却液落下用棚板は前記ガス
流通用ダクト内に着脱自在に設けられることが望まし
く、１枚に限らず複数枚設けることができる。冷却液落
下用棚板を複数枚設ける場合には、各冷却液落下用棚板
を混合ガスの流路に沿って交互に設け、混合ガスがダク
ト内を蛇行して通過させることが望ましい。

【０００９】冷却液落下用棚板に設けられた冷却液落下
孔は、通常円形であるが、長円形、や多角形であっても
よい。冷却液落下孔の口径（非円形の場合は最大口径）
は、この冷却液落下孔が通過する冷却液によって塞がれ
る程度が望ましい。具体的には、冷却液落下孔の口径
は、３〜１０ｍｍが望ましく、特に冷却液を連続的に滴
下させるためには３〜７ｍｍの範囲であることが望まし
い。口径が３ｍｍ未満では、冷却液の落下量が表面張力
などで極端に少なくなって、熱交換効率が悪くなり、逆
に口径が１０ｍｍを超えると、この冷却液落下孔を冷却
液と同時に混合ガスも通過するようになり、均一で高効
率の熱交換が困難となる。

【００１０】冷却液落下孔の下方に向いた凸縁は、逆錐
状又は筒状とすることができる。各冷却液落下孔の下方
に向いた凸縁の長さは、０．５ｍｍ以上あることが望ま
しい。この凸縁（突起部）は、表面張力の作用により、
先端に冷却液を液滴状に付着させながら液滴を大きく成
長させる。このように冷却液を液滴状にすることは、冷
却液落下孔の流動抵抗が増加することである。冷却液落
下孔の流動抵抗の増加は、冷却液供給量が少ない場合で
も、冷却液が棚板上に溜まり、常に総ての冷却液落下孔
から冷却液が落下（滴下）し、分散性を良くする。

【００１１】冷却液落下用棚板には、その周縁部に液溜
の側壁を設けることが望ましく、その高さは、３０ｍｍ
以上、好ましくは４０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲である。冷
却液落下用棚板には、冷却液が一時的に溜まるように側
壁を設けることが望ましいが、設けなくてもよい。冷却
液落下用棚板に側壁を設けて冷却液が一時的に溜まるよ
うにした場合には、総ての各冷却液落下孔から冷却液が
連続的で一様に落下し、冷却液落下用棚板の下方に厚い
水幕を形成する。混合ガスのガス流入口は、ガス流通用
ダクトの冷却液落下用棚板の下方側に設け、ガス流出口
は、ガス流通用ダクトの前記冷却液落下用棚板の上方側
に設けて、冷却液落下用棚板の下方側から上方側にガス
流を形成することが望ましい。

【００１２】本発明の直接接触熱交換では、冷却液落下
用棚板から滴下する冷却液と排ガスとが直接接触して排
ガスが冷却液の液滴を昇温させるとともに、排ガス自身
は、冷却液に熱を奪われ温度が下がって凝縮性ガス成分
は、液化され、液化に際して放出される凝縮熱によって
冷却液をさらに昇温させる。凝縮性ガスが水蒸気で、冷
却液が水の場合には、蒸気が水となって回収されるとと
もに、その際、放出される凝縮熱により冷却水と凝縮水
が一緒になった熱水又は温水が生成される。接触して熱
交換することにより凝縮水にされて水回収されると同時
に、より高温度に温水化される。上記不凝縮性ガス成分
は、気体（ガス）成分である。凝縮性ガス成分は、ガス
中に含まれる水分、水蒸気などである。

【００１３】冷却液としては、通常水が用いられるが、
処理薬品が混合されていてもよく、必要に応じて水以外
の液体を用いることもできる。冷却液は、冷却液落下用
棚板の冷却液落下孔から液滴として滴下されるが、細い
糸状の連続した流れとして流下させてもよい。冷却液落
下用棚板及び冷却液落下孔は、所期の熱交換効率が得ら
れる水幕が、ガス流通用ダクト内に形成されるように適
宜設計される。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施形態１ 次に、本発明の棚板式直接接触式熱交換器の実施形態を
図１を参照して説明する。この実施形態は、ガス流通用
ダクト内において熱ガスは下方から上方へ流れ、冷却液
は上方から下方へ流すことにより、高効率で熱回収する
ケースである。次に、図１を参照して棚板式直接接触式
熱交換器の実施形態を説明する。ガス流通用ダクト５内
には、上下方向に４段の冷却液落下用棚板１、２、３、
４が夫々離間して設けられている。この棚板１〜４は、
蛇行状にガス流路が形成されるように設けられている。
即ち、上記被熱交換ガスの流路が蛇行するように冷却液
落下用棚板１〜４は、上下方向に離間し、隣合う上下の
棚板の遊端が互いに相反する方向に位置するように設置
されている。上記ダクト５は、被熱交換ガスの流路を形
成するためのものであり断面角形状（角筒状）の気密容
器である。この角筒状ダクト５内下方側壁面には、ガス
流入口６が設けられ、上方側壁面には、ガス流出口７が
設けられている。この実施形態では、ガス流入口６、ガ
ス流出口７が夫々ダクト５の対向する側壁面に設けられ
ている。

【００１５】これら各棚板１〜４は、角筒状ダクト５の
３つの内壁面を容器の側壁とするように取着され、遊端
面に側壁８、９、１０、１１が設けられている。すなわ
ち、容器は、ダクト５の３つの内壁面と側壁８〜１１と
棚板１〜４とで構成されている。したがって、各棚板１
〜４は、ダクト５の内壁構造に合致した方形状である。
側壁８〜１１は冷却液の堰として作用させている。

【００１６】各棚板１〜４の側壁８〜１１側には、冷却
液を落下たとえば液滴状に落下させるための孔１２が多
数個穿設されている。この孔１２の口径は、例えば１ｍ
ｍ〜２ｍｍである。この各孔１２の側縁（周縁、周囲）
には、凸縁例えば下方に突起した突起部（突出部、先端
部）が設けられている。この突起部の長さは、０．５ｍ
ｍ以上、たとえば１．５ｍｍである（棚板底面から突起
部先端までの距離）。

【００１７】この凸縁（突起部）の存在は、冷却液の表
面張力の作用により、冷却液を液滴状に突起部先端面に
付着させながら大きく成長させた後、落下させる。した
がって、凸縁（突起部）の存在は、孔１２の冷却液に対
する流動抵抗を増加させる。この流動抵抗が増加するこ
とは、供給する冷却液量が少なくても、棚板１〜４上に
冷却液を溜めることが可能となる。棚板１〜４上に冷却
液が溜まることは、総ての冷却液落下用孔１２から冷却
液が落下されることであり、冷却液が均一に分散され
る。

【００１８】また、このように冷却液の均一分散は、冷
却液と流通するガスとの接触面積が大きくなる。この接
触面積の増大によって、高温度のガスは、冷却液を高温
度にする（熱回収）。さらに、上記流動抵抗が増加する
ことは、次のような効果がある。冷却液落下用孔１２の
数を増加させることができる。さらに、冷却液落下用孔
１２と冷却液落下用孔１２の間隔は、狭く形成できる。
さらにまた、各棚板に多数の孔１２を高い密度で形成し
ても、供給する冷却液量は、少量で棚板上に溜めること
ができる。

【００１９】冷却液を液滴状に落下させることは、熱ガ
スと直接接触した時、熱ガスの熱が冷却水を効率よく高
温度にする効果と、上記流動抵抗を増加させることの効
果とを目的とするものである。このような冷却液落下用
孔１２配列の形成範囲は、棚板２〜４について側壁８〜
１１から下方の棚板と対向する範囲内である。すなわ
ち、冷却液落下用孔１２配列の形成範囲は、上方の棚板
から落下する冷却液を下方の棚板が受水できる範囲内で
ある。従って、棚板４から落下する冷却液は棚板３が受
水し、棚板３から落下する冷却水は、棚板２が受水す
る。同様に棚板２からの落下水は、棚板１が受水する構
成である。さらに、棚板１については、下方底部に後述
する液溜槽１５が存在するため、必要に応じて棚板１の
全面に冷却液落下用孔１２を形成することが可能であ
る。

【００２０】棚板４の上方には、上記冷却液を供給する
ための冷却液供給パイプ１３が上記ダクト５内に側壁面
を貫通して設けられている。この冷却液供給パイプ１３
の先端には、液路を下方にするためのノズル１４が取着
されている。上記ダクト５の底部には、４回の熱交換が
終了し温水化した熱回収温水を貯水する液溜槽１５が設
けられている。この液溜槽１５の底部には、熱回収温水
を再利用するための給水口１６が設けられている。この
ダクト５の上面には、ガス流がガス流出口７に流れるよ
うにテーパ板１７が設けられて棚板式直接接触式熱交換
器１８が構成されている。

【００２１】上記再利用には、再び冷却液として循環使
用することも含んでいる。この熱交換器１８の具体例は
次の通りである。上記ガス流通用ダクト５の大きさは、
幅０．１ｍ、長さ０．６８４ｍの断面長方形状で、高さ
は０．６８４ｍ、容積は、４６．８ｌ（リットル）であ
る（液溜槽１５の部分を除く）。棚板１〜４は、直方体
状ダクト５内壁面に取着され、冷却液が一時溜まるよう
に組み立てられる。したがって、棚板１の大きさは、ダ
クト５の内壁面間の長さに相当する大きさで、この実施
形態では、約０．０９８ｍ×０．６８ｍである。ガス入
口ダクト６、およびガス出口ダクト７の口径は、８０ｍ
ｍである。

【００２２】各棚板１〜４間の間隔すなわち熱交換領域
でのガス流路幅は、ガスの流量と冷却液の流量により選
択されるもので、たとえば２００ｍｍである。側壁８〜
１１とダクト５の側壁面との間隔は、１００ｍｍであ
る。したがって、この狭い部分でガス流は、流速が遅く
なり曲線状に移動する。ダクト５、棚板１〜４、側壁８
〜１１、テーパ板１７、などの材質は、耐薬品性、耐高
温性のものが選択でき、たとえばステンレスが最適であ
る。

【００２３】上記棚板１の材料は、耐腐食性材料のステ
ンレスである。棚板１の厚さは、０．５ｍｍ〜５ｍｍで
ある。熱交換器として小形、軽量化の面から厚さは、１
ｍｍ〜２ｍｍが最適である。側壁８は、各棚板１〜４に
形成された総ての孔１２から均一に冷却液が落下する高
さ（深さ）に形成される。この高さ（冷却液が一時溜ま
る深さ）は、３０ｍｍ以上であり、４０ｍｍ以上７０ｍ
ｍの高さが高効率で熱交換でき最適である。側壁８の高
さが７０ｍｍ以上では、熱交換開始期の冷却液の低温液
を温水化された液に置換するのに時間がかかり、冷却液
の高温度化の面からも望ましくない。

【００２４】次に、この棚板式直接接触式熱交換器１８
による熱交換方法を説明する。先ず、準備工程として、
冷却液は、冷却液供給パイプ１３から最上段の棚板４上
に供給する。供給された冷却液は、僅か遅れて棚板４の
孔１２から冷却液滴列となって落下される。この落下す
る液滴は、下方に設けられている棚板３上に落下する。
僅か遅れて冷却液は、棚板４から溢れて堰として作用し
ている側壁１１を超え（オーバーフロー）、下方の棚板
３上に流れ込む。

【００２５】やがて、冷却液は、棚板３でも溢れ、その
下方に設けられている棚板２上に流れ込む。同様にし
て、冷却液は、棚板２上から最終段の棚板１上にも冷却
液が流れ込む。冷却液の棚板４上への供給は、棚板１上
に充分満たされた状態で準備工程を終了する。この時、
冷却液は、総ての孔１２から冷却液滴となって落下され
ており、冷却液の水幕（カーテン雰囲気）が形成され
る。この状態では、総ての棚板１〜４から落下している
冷却液は低温状態である。この準備工程を高速化するた
めに、この期間に冷却液供給パイプ１３から供給する冷
却液量は、増量させてもよい。この準備期間は、たとえ
ば５秒〜１０秒間程度に選択するのが、望ましい。

【００２６】準備工程終了後、冷却液供給パイプ１３か
らの冷却液の供給量は、減少される。この冷却液の供給
量は、棚板２〜４から溢れない予め定められた供給量例
えば入口流量１９７１．５ｋｇ／ｈである。この冷却液
の温度は、４２．１℃である。その後、被熱交換用熱ガ
スは、ダクト５の下方に設けられているガス流入口６か
ら入口流量２２７ｋｇ／ｈ、入口圧力１．０４ａｔａで
供給する。熱ガスは、不凝縮性ガスおよび凝縮性ガスの
混合ガスである。このガス中の凝縮性ガス成分は、水蒸
気モル分率０．２６５ｍｏｌ／ｍｏｌ、露点６７．４℃
である。流入された熱ガスは、棚板１の多数の冷却液落
下孔１２から落下して形成されているカーテン状雰囲気
の多数の冷却液滴列郡と直接接触する。この直接接触
は、第１の熱交換工程である。

【００２７】すなわち、熱ガスは、２３０ｋｇ／ｈの流
量で多数の冷却液滴列内を流通して、各冷却液滴と直接
接触する。この時、熱ガスは、ガス中の凝縮成分（水蒸
気成分）を凝縮して凝縮水にすると、同時に高温度に温
水化する。同時に、熱ガスは、冷却液滴との熱交換によ
り低温化される。上記温水は、冷却液溜槽１５内に落下
する。第１の熱交換工程の終了した熱ガス流は、棚板１
の側壁８に沿って曲線を描き、棚板２に設けられた冷却
液落下孔１２列から落下している冷却液滴列郡に流入す
る。この冷却液滴列部に流入した第１の熱交換により低
温化された熱ガスは、棚板２からの冷却液滴と直接接触
する。この時、上記第１の熱交換工程と同様に第２の熱
交換工程を実行して、熱ガスは、冷却液を高温度に温水
化すると、同時にさらに低温化される。

【００２８】この時、熱回収された総ての温水は、棚板
１上に落下する。同様にして第２の熱交換工程を終了し
た熱ガス流は、棚板２の側壁９に沿って曲線を描き、棚
板３に設けられた冷却液落下孔１２列から落下している
冷却液滴列郡に流入する。この冷却液滴列部に流入した
第１、２の熱交換により低温化された熱ガスは、冷却液
滴と直接接触する。この時、上記第１の熱交換工程と同
様に第３の熱交換工程を実行して、熱ガスは、冷却液を
温水化すると、同時に低温化される。

【００２９】この時、熱回収された温水は、総て棚板２
上に落下される。同様にして第３の熱交換工程の終了し
た熱ガス流は、棚板３の側壁１０に沿って曲線を描き、
棚板４に設けられた冷却液落下孔１２列から落下してい
る冷却液滴列郡に流入する。この冷却液滴列部に流入し
た第１〜３の熱交換により低温化された熱ガスは、冷却
液滴と直接接触する。この時、上記第１の熱交換工程と
同様に第４の熱交換工程を実行して、熱ガスは、冷却液
を温水化すると、同時にさらに低温化される。この熱ガ
スは、ガス出口ダクト７から流出される。

【００３０】この時、熱回収された温水は、総て棚板３
上に落下する。この状態では、第１〜４の熱交換用冷却
液の温度は、冷却液供給パイプ１３から供給された温度
である。次の周期から順次、棚板１〜３の貯水量の深さ
に応じて、棚板１〜３上の冷却液は、滴下した温水と置
換される。このようにして、各棚板上の冷却液が温水化
された冷却液と置換された時、棚板１上の冷却液は、最
高温度である。したがって、棚板１の冷却液落下孔１２
から落下する最高温度の冷却液と、次に流入する最高温
度の熱ガスは、直接接触する。この時、冷却液は、より
高温度の冷却液となって液溜槽１５内に落下する。この
液溜槽１５内の冷却液は、熱回収温度５２．４℃であ
る。

【００３１】また、熱ガスは、４段の棚板１〜４からの
冷却液滴と熱交換する。棚板４上には、常に最底温度の
冷却液が供給される。したがって、最後の棚板４からの
冷却液滴列は、最も低温の冷却液である。この冷却液と
直接接触した後に熱ガスは、ガス流出口７から送出され
る。この出口ガスは、流量２１０、８５ｋｇ／ｈ、温度
４８．９℃、圧力１．０４ａｔａ、水蒸気モル分率０．
１０２ｍｏｌ／ｍｏｌ、露点４７．３℃、水平方向平均
流速５．７７ｍ／ｓ、垂直方向平均流速５．３６ｍ／ｓ
であった。即ち、ガスの冷却効率は、約５０％、冷却液
の熱回収効率は約１２０％であった。

【００３２】熱交換結果は、伝熱量２３，８２９ｗ、顕
熱量５，３８０ｗ、潜熱量１８，４４８ｗ、凝縮量２
８．４９ｋｇ／ｈ、圧力損失１０．１０ｍｍａｇであっ
た。同様な条件で従来の冷却液供給用孔を有する棚板を
用いた、棚板式直接接触熱交換器の特性と、上記実施形
態の特性とを比較して表１、２、３に示す。

【００３３】表１は、ガス系の熱交換特性を従来と本実
施形態と比較して示す。

【表１】 表２は、冷却液系の熱交換特性を従来と本実施形態と比
較して示す。

【表２】 表３は、棚板式直接接触熱交換器の熱特性を従来と本実
施形態と比較して示す。

【表３】 これらの特性は、多段に凸縁を設けた棚板１〜４を設置
した効果（特徴）と、熱ガスの流動方向と冷却水の流動
方向を互いに逆方向にした効果（特徴）である。このよ
うに、冷却液の温水化工程と、熱ガスの低温化工程とを
繰り返し、低温化された熱ガスは、ダクト５の天井部に
設けられているガス出口ダクト７から送出される。他
方、温水化された冷却液は、液溜槽１５内に落下する。

【００３４】ダクト５の底部液溜槽１５に溜まった冷却
液の一部は、冷却液供給パイプ１３に戻すことにより、
さらに熱交換効率を改善することができる。特に、熱交
換を開始し、液溜槽１５内冷却液の温度が予め設定され
た高温度になるまで、液溜槽１５内の冷却液は、冷却液
供給パイプ１３に戻すことにより、熱回収効率を改善で
きる。このような熱回収プロセスでは、ダクト５内に流
入した熱ガスが最初に接触する冷却液滴は、３回熱交換
して高温度に温水化された冷却液である。したがって、
この冷却液滴は、最高温度の熱ガスと熱交換したさらに
高温度の温水となって、液溜槽１５に落下する。これ
は、下方から熱ガスを供給する特徴である。

【００３５】次に、冷却液を液滴状に落下させるため
の、上記棚板１〜４の構造を図２〜図４を参照して説明
する。図２は、棚板１〜４の棚板に円形状冷却液落下孔
１２を多数配列させた実施形態を説明するための斜視図
である。同様に、図３は、棚板に長（楕）円形状冷却液
落下孔１２を多数配列した実施形態を説明するための斜
視図である。図４は、棚板に四角形状孔１２を多数配列
した実施形態を説明するための斜視図である。図１と同
一部分は同一符号を付与し、その詳細な説明を省略す
る。

【００３６】上記図２〜４の棚板１に、冷却液を溜める
容器を構成するための３辺について側壁面が記載されて
いないのは、棚板１〜４をダクト５内に装着した時、ダ
クト５の側壁面を兼用するためである。したがって、こ
の実施形態では棚板１の遊端に設けた側壁８のみを有す
る断面Ｌ字状棚板１である。棚板１に設ける冷却液落下
孔１２の形状は、図２〜４に示すように円形状、長
（楕）円形状、四角形状、多角形状、星形状などその他
の形状でもよいし、これらの冷却液落下孔１２の形状
は、混在させてもよい。

【００３７】要するに、この冷却液落下孔１２は、通水
機能を有すればよい。さらに、図１の棚板式直接接触熱
交換器１８において、４枚の棚板の冷却液落下孔の形状
は、変えてもよい。図２に示すように、円形状に冷却液
落下孔１２を形成する場合には、打ちぬき法により形成
すると、次のような効果がある。即ち、各冷却液落下孔
１２の大きさは、一定に製造することができる。さら
に、各冷却液落下孔１２の占有面積は、同じにできる。
さらにまた、冷却液落下孔１２と冷却液落下孔１２との
間隔は、一定に保つ加工が可能である。さらにまた、各
冷却液落下孔１２の流動抵抗は、均一化できる。さらに
また、冷却液量の消費は、少なくても分散性がよい。

【００３８】図３に示すように、棚板１〜４の冷却液落
下孔１２の形状を長円形状にした場合には、次のような
効果がある。冷却液落下孔１２の径と幅は、一定に製造
することができる。さらに、各冷却液落下孔１２の占有
面積は、同一にできる。さらにまた、冷却液落下孔１２
と冷却液落下孔１２の間隔は、一定に保つような加工が
可能となる。さらにまた、各冷却液落下孔１２の流動抵
抗は、均一化できる。さらにまた、冷却液量の消費は、
少なくても分散性がよい。

【００３９】図４に示すように、棚板１〜４の冷却液落
下孔１２の形状を四角形状にした場合には、次のような
効果がある。各冷却液落下用孔１２の形状は、同一に形
成できる。さらに、各冷却液落下孔１２の占有面積は、
同一にできる。さらにまた、冷却液落下孔１２と冷却液
落下孔１２の間隔は、一定に保つような加工が可能とな
る。さらにまた、各冷却液落下孔の流動抵抗は、均一化
できる。さらにまた、冷却液量の消費は、少なくても分
散性がよい。

【００４０】上記棚板１〜４の冷却液落下孔１２は、冷
却液の流出側（下方）に向いて突出（突起）した凸縁を
有する構造である。この凸縁の構造は、図５〜１０に断
面図で示すようなものである。この凸縁は、冷却液の表
面張力の作用により、冷却液を冷却液落下孔１２の凸縁
（先端部、突起部、突出部）２１先端面２１ａに液滴状
に付着させながら成長させる。したがって、凸縁は、冷
却液に対する流動抵抗を増加させる。

【００４１】この流動抵抗の増加は、次のような作用効
果がある。即ち、冷却液の供給量が少なくても、棚板１
〜４上に冷却液は、一時溜まる。さらに、冷却液量は、
少なくても、高い熱変換効率が得られる。さらにまた、
冷却液は、総ての冷却液落下孔１２から均一に落下（分
散）される。さらにまた、冷却液の均一分散は、ガスと
冷却液滴との接触面積が増加し、熱回収効率（伝熱性
能）がよい。

【００４２】このような作用を呈する冷却液落下孔の口
径は、３ｍｍ〜８ｍｍが望ましく、３ｍｍ〜７ｍｍが最
適である。このような口径を有する冷却液落下孔１２
は、棚板１〜４に設けられた冷却液落下孔１２と孔１２
との間隔が狭くても、冷却液流量の増大を招くことなく
冷却液は、熱ガス流路の幅全般に渡って、広く均一に分
散（散水）される。

【００４３】この突起（突出）した凸縁を有する冷却液
落下孔１２の断面形状の実施形態を図５〜９に示す。図
５は、図２の円形状冷却液落下孔１２の断面図で冷却液
の流出方向に先細りした先端部２１を有する逆円錐状孔
部２２を示す一部切り欠き断面図である。図６は、図２
の円形状冷却液落下孔１２部分を拡大して示す断面図で
冷却液の流出方向に同一径の先端部２１を有する円筒状
孔部２３を示す断面図である。図７は、図３の長円形状
冷却液落下孔１２の断面図で冷却液の流出方向に同一径
の先端部２１を有する筒状孔部２４を示す断面図であ
る。

【００４４】図８は、図３の長円形状冷却液落下孔１２
の断面図で冷却液の流出方向に先細りした先端部２１を
有する逆円錐状孔部２５を示す断面図である。図９は、
図４の正方形状冷却液落下孔１２の断面図で冷却液の流
出方向に先細りした先端部２１を有する逆角錐状孔部２
６を示す断面図である。図１０は、図４の正方形状冷却
液落下孔１２の断面図で冷却液の流出方向に同一径の先
端部２１を有する角筒状孔部２７を示す断面図である。

【００４５】各冷却液落下孔１２の凸縁（突起部、先端
部）の形状は、逆円錐状孔部２２、円筒状孔部２３、筒
状孔部２４、逆円錐状孔部２５、逆円錐状孔部２６、角
筒状孔部２７などその他の変形が可能である。たとえ
ば、上記孔部２２〜２７の冷却液と接触する内表面は、
粗面（凹凸面）にすると、さらに流動抵抗を増加させる
ことができる。

【００４６】逆円錐状孔部２２は、次のように形成す
る。棚板１〜４は、金属の薄板で厚さ例えば１ｍｍのス
テンレス製である。円形の小孔１２は、棚板１〜４を打
ち抜くことにより多数形成される。この打ち抜き用型枠
は、棚板１の一部が棚板１の下方に突起して残るように
構成する。形成された先端部２１の孔の大きさは、冷却
液を液滴状に落下させるための大きさである。

【００４７】この実施の形態によれば、表面張力の作用
により冷却液は、凸縁（突起部、先端部）２１の先端面
に液滴状に大きく成長した後、落下される。この液滴
は、連続的に、列状に多数の各孔部２２から落下され
る。このように冷却液が液滴状に落下することは、孔部
２２の流動抵抗が大きいことである。さらに、流動抵抗
が大きいことは、供給する冷却液量が少なくても、棚板
１〜４上に冷却液が溜まる。棚板１〜４上に冷却液が溜
まることは、総ての孔部２２から冷却液が落下され、分
散性を改善する。冷却液の分散性がよいことは、ガスと
冷却液との接触面積が増加し、伝熱性能が向上する。棚
板１〜４の孔１２の下方に突起した凸縁の形状は、逆円
錐状の場合次のような効果がある。 各冷却液落下孔１
２に設けた逆円錐状孔部２２は、冷却液落下孔１２の間
隔を狭く形成しても互いに接触することなく形成でき
る。

【００４８】円筒状孔部２３は、次のように形成する。
棚板１〜４は、金属の薄板で厚さ例えば１．５ｍｍのス
テンレス製である。冷却液を液滴状に落下させるための
長円形状の冷却液落下孔１２は、棚板１〜４に、垂直に
多数個明けられる。この孔明け手段は、ホトマスクを介
して選択エッチングにより形成できる。この長円形状の
冷却液落下孔１２の下面は、同軸的に長円形状断面の筒
体が取着される。この筒体はステンレス製である。

【００４９】即ち、円筒状孔部２３は、冷却液落下孔１
２周囲の寸法と同じと大きさの内径寸法をもつ長円形状
断面の筒体を、冷却液落下孔１２下面に同軸的に先端部
２１の凸縁部品として溶着した構成である。形成された
先端部２１の孔の大きさは、冷却液を液滴状に落下させ
る大きさである。各冷却液落下孔１２について下方に突
起した凸縁の形状が円筒状２１ａの場合、隣合う円筒状
孔部２３は、互いに接触せず、各冷却液落下孔１２の突
起形状を均一に加工することができる。

【００５０】この実施の形態によれば、表面張力の作用
により冷却液は、凸縁部品（先端部２１）の先端面に液
滴状に大きく成長した後、落下される。この液滴は、連
続的に、列状に多数の各孔部２３から落下される。従っ
て、次のような作用効果がある。冷却液が液滴状に落下
することは、孔部２４の流動抵抗を大きくする。さら
に、流動抵抗が大きいことは、供給する冷却液量が少な
くても、棚板１〜４上に冷却液が溜まる。棚板１〜４上
に冷却液が溜まることは、総ての孔部２２から冷却液が
落下され、分散性を改善する。冷却液の均一分散は、ガ
スと冷却液の接触面積を増やすことができ、伝熱性能を
良くする。

【００５１】筒状孔部２４は、次のように形成する。棚
板１〜４は、金属の薄板で厚さ例えば１ｍｍのステンレ
ス製である。冷却液を液滴状に落下させるための円形の
冷却液落下孔１２は、棚板１〜４に上記垂直に多数明け
られる。この孔明け手段は、ホトマスクを介した選択エ
ッチングである。その後、円管は、各冷却液落下孔１２
に同軸的に取着される。即ち、この円管は、上記各冷却
液落下孔１２の径と同じ大きさを有するステンレス製で
ある。この円管は、先端部２１として、冷却液落下孔１
２と同軸的に下面に溶着することにより形成される。形
成された先端部２１の孔の大きさは、冷却液を液滴状に
落下させるための大きさである。

【００５２】本実施の形態によれば、表面張力の作用に
より冷却液は、突起した先端部２１の先端面に液滴状に
大きく成長した後、落下される。この液滴は、連続的
に、列状に多数の各孔部２４から落下される。従って、
次のような作用効果がある。冷却液が液滴状に落下する
ことは、孔部２４の流動抵抗を大きくする。さらに、流
動抵抗が大きいことは、供給する冷却液量が少なくて
も、棚板１〜４上に冷却液が溜まる。棚板１〜４上に冷
却液が溜まることは、総ての孔部２２から冷却液が落下
され、分散性を改善する。冷却液の均一分散は、ガスと
冷却液の接触面積を増やすことができ、伝熱性能を良く
する。各冷却液落下孔１２について下方に突起した凸縁
の形状は、円筒状２１ａの場合、筒状孔部２４が互いに
接触せず、各冷却液落下孔１２の突起形状を均一に加工
することが可能となるため、分散性が良くなる。

【００５３】逆角錐状孔部２５は、次のように形成す
る。棚板１〜４は、金属の薄板で厚さ例えば１ｍｍのス
テンレス製である。正方形状の孔１２は、棚板１〜４に
明ける際、棚板１の一部が棚板１の下方に突出（突起）
して残るように打ち抜いて（パンチング）形成される。
形成された先端部２１の孔の大きさは、冷却液を液滴状
に落下させるための大きさである。凸縁の形状が逆角錐
状の場合、逆角錐状孔部２５は、互いに接触せず、各冷
却液落下孔１２の突起の形状を均一に加工することが可
能となるため、分散性がよい。

【００５４】本実施の形態によれば、表面張力の作用に
より冷却液は，突起した先端部２１の先端面に液滴状に
付着しながら大きく成長した後、落下される。この液滴
は、連続的に、列状に多数の各孔部２５から落下され
る。従って、次のような作用効果がある。冷却液が液滴
状に落下することは、孔部２４の流動抵抗を大きくす
る。さらに、流動抵抗が大きいことは、供給する冷却液
量が少なくても、棚板１〜４上に冷却液が溜まる。棚板
１〜４上に冷却液が溜まることは、総ての冷却液落下孔
部２２から冷却液が落下され、分散性を改善する。この
分散性の改善は、ガスと冷却液の接触面積を増やすこと
ができる。この接触面積の増加は、伝熱性能を良くす
る。また、この図では、孔形状を正方形状としたが、他
の多角形でも同様の効果が得られる。

【００５５】逆円錐状孔部２６は、次のように形成す
る。棚板１〜４は、金属の薄板で厚さ例えば１．５ｍｍ
のステンレス製である。長円形の冷却液落下孔は、棚板
１〜４に明ける際、棚板１〜４の一部が棚板１〜４の下
方に突出（突起）して残るように打ち抜き先端部２１が
形成される。形成された先端部２１の孔の大きさは冷却
液を液滴状に落下させるための大きさである。棚板１〜
４の各冷却液落下孔１２の下方に突起した逆円錐状孔部
２６は、互いに接触せず、各孔の突起形状を均一に加工
することが可能となる。

【００５６】本実施の形態によれば、表面張力の作用に
より冷却液は、先端部２１の先端面に液滴状に付着しな
がら大きく成長した後、落下される。従って、この液滴
は、連続的に、列状に多数の各孔部２６から落下され
る。従って、次のような作用効果がある。冷却液の液滴
状の落下は、孔部２６の流動抵抗を増加させる。流動抵
抗の増加は、冷却液量が少なくても、棚板１上に冷却液
が溜まる。棚板上に冷却液が溜まることは、冷却液の分
散性を改善できるので、ガスと冷却液の接触面積を増や
すことができ伝熱性能を良くする。

【００５７】角筒状孔部２７は、次のように形成する。
棚板１〜４は、金属の薄板で厚さ例えば２ｍｍのステン
レス製である。冷却液を液滴状に落下させるための大き
さで、正方形状の冷却液落下孔１２は、棚板１〜４に、
垂直に明けられる。この冷却液落下孔１２の穿設手段
は、ホトマスクを介した選択エッチングである。筒体
は、各冷却液落下孔１２に同軸的に取着される。即ち、
この筒体は、上記各冷却液落下孔１２の径と同じ大きさ
の内径寸法を有するステンレス製である。この筒体は、
先端部２１として、冷却液落下孔１２と同軸的に下面に
溶着される。形成された先端部２１の孔の大きさは、冷
却液を液滴状に落下させるための大きさである。角筒状
孔部２７は、互いに接触せず、各孔の突起形状を均一に
加工することができる。

【００５８】本実施の形態によれば、表面張力の作用に
より冷却液は、突起部の先端に液滴状に大きく成長した
後、落下される。この液滴は、連続的に、列状に多数の
各孔部２６から同時に落下される。従って、次のような
作用効果がある。冷却液の液滴状の落下は、孔部２６と
しての流動抵抗が増加する。流動抵抗の増加は、冷却液
量が少なくても、棚板１上に冷却液が溜まる。棚板上に
冷却液が溜まることは、冷却液の分散性を改善できるの
で、ガスと冷却液の接触面積を増やすことができ伝熱性
能を良くする。また、この図では、孔形状を正方形状と
したが、他の多角形たとえば５角形以上でも同様の効果
が得られる。

【００５９】上記した棚板１〜４の構造は、断面Ｌ字状
の例について説明した。さらに、図１２に示すように各
棚板１〜４は、４辺に側壁面３１を設けた容器３２にし
て、冷却液が棚板１〜４側方から流出するのを防止する
ようにしてもよい。これらの棚板１〜４は、ダクト５内
に着脱可能に取着することにより、長期間使用して、冷
却液落下孔１２の目詰まりが部分的に発生した際、棚板
１〜４のクリーニングが容易となる。部分的目詰まりの
発生は、均一な冷却液の落下が出来なくなるため、定期
的にクリーニングすることが望ましい。上記目詰まりの
発生は、冷却液溜槽１５への流量（液溜槽１５内冷却液
の重量）の変化を監視することにより、自動的に検出す
ることができる。また、各棚板１〜４を着脱可能に取着
する手段は、螺着、嵌合などの構造により構成できる。

【００６０】さらに、上記実施形態では、各棚板１〜４
に設ける孔１２について、総て同一口径にしたが、次の
ようにしてもよい。図１３に示すように冷却液の供給用
パイプ３３を板（面）状に配列して一体にし、冷却液落
下孔３４は、各冷却液供給パイプ３３の下側壁面に口径
の異なる（流量が異なる）孔を多数穿設してもよい。こ
の例では、各冷却液供給パイプ３３の冷却液流入口側に
形成される孔３４の口径は、順次小さくすることによ
り、全面均一な冷却液の液滴流となる。

【００６１】実施形態２ この実施形態は、ダクト内において熱ガス流も、冷却液
流も上方から下方へ流れる過程において、高効率で熱交
換するケースである。図１４は、図１の他の実施形態を
説明するための断面図で、図１と同一部分は、同一符号
を付与し、その詳細な説明を省略する。図１と異なる部
分は、熱ガスの流入をダクトの棚板４より上方から行
い、棚板１より下方へ流すようにした点にある。即ち、
熱ガス流入パイプ３６は、ダクト５の最上方に設けられ
ている。熱ガス流出パイプ３７は、ダクト５の下方で液
溜槽１５の水面より上方に設置されている。上記熱ガス
流入パイプ３６および熱ガス流出パイプ３７の取り付け
位置は、角筒状ダクト５の側壁面で、互いに対向する側
壁面である。

【００６２】次に、このように構成された棚板式直接接
触熱交換器の熱交換方法を図１４を参照して説明する。
準備工程として棚板１〜４上を冷却液で満たす工程は、
上記実施形態と同一である。即ち、冷却液は、冷却液供
給パイプ１３から最上段の棚板４上に供給する。この棚
板４に供給される冷却液が棚板４の側壁１１の高さ以上
供給されると、側壁１１から冷却液は、側壁１１を超え
溢れて、下方の棚板３上に流入する。同様にして、棚板
３上から棚板２上へ、棚板２上から棚板１上へと順次冷
却液は、流入される。各棚板１〜４が、冷却液で満たさ
れた状態で準備工程を終了する。この時、総ての冷却液
落下孔１２から冷却液は、液滴状に落下され、冷却液の
水幕（カーテン雰囲気）が形成される。この状態では、
総ての棚板１〜４から落下している冷却液滴は最低温度
状態である。この準備工程を高速化するために、この期
間は、冷却液供給パイプ１３から供給する冷却液量を増
量させてもよい。準備期間は、たとえば５秒〜１０秒間
程度に選択するのが、望ましい。

【００６３】準備工程終了後、冷却液は、供給量を減少
させ、棚板２〜４から溢れない予め定められた供給量に
する。その後、被熱交換用製熱ガスは、ダクト５の上方
に設けられているガス流入口６からの供給を開始する。
この時、冷却液の供給量は、たとえば２５リットル／分
である。熱ガスは、不凝縮性ガスおよび凝縮性ガスの混
合ガスである。流入された熱ガス流は、棚板４の側壁１
１に沿って曲線を描いて流れ、多数の冷却液落下孔１２
から落下して形成されている水幕（カーテン雰囲気）の
多数の冷却液滴列郡と直接接触する。この直接接触は、
第１の熱交換工程の開始である。

【００６４】すなわち、熱ガスは、多数の冷却液滴列内
を流通して、各冷却液滴と直接接触して次のような熱交
換を行う。熱ガスは、ガス中の凝縮成分（水蒸気成分）
を凝縮水にして水回収すると、同時に冷却液を温水化し
て熱回収し、熱ガス自身は低温化される。温水化された
冷却液は、下方の棚板３上に落下する。第１の熱交換工
程を終了して低温度化された熱ガス流は、棚板３の側壁
１０に沿って曲線を描き、棚板３に設けられた孔１２列
から落下している冷却液滴列郡に流入される。この冷却
液滴列部に流入した熱ガスは、第１の熱交換工程で温水
化された冷却液滴と直接接触する。上記第１の熱交換工
程と同様に第２の熱交換工程を実行して、熱ガスは、冷
却液をさらに高温度に温水化すると、同時にさらに低温
化される。

【００６５】さらに、温水化された冷却液は、棚板２上
に落下される。同様にして第２の熱交換工程の終了した
熱ガス流は、棚板２の側壁９に沿って曲線を描き、棚板
２に設けられた冷却液落下孔１２列から落下している冷
却液滴列郡に流入する。この冷却液滴列部に流入した第
１、２の熱交換により低温化された熱ガスは、第１、の
熱交換により温水化された冷却液滴と直接接触する。こ
の時、上記第１の熱交換工程と同様に第３の熱交換工程
を実行して、熱ガスは、冷却液を温水化すると、同時に
熱ガスはさらに低温化される。

【００６６】さらに、温水化された冷却液は、棚板１上
に落下する。同様にして第３の熱交換工程を終了した熱
ガス流は、棚板１の側壁８に沿って曲線を描き、棚板１
に設けられた冷却液落下孔１２列から落下している冷却
液滴列郡に流入する。この冷却液滴列部に流入した第１
〜３の熱交換で低温化された熱ガスは、第１、２、３の
熱交換で温水化された冷却液滴と直接接触する。

【００６７】この時、上記第１の熱交換工程と同様に第
４の熱交換工程を実行して、熱ガスは、冷却液を温水化
すると、同時に熱ガスは第１〜４の熱交換で低温化され
る。低温化された熱ガスは、ガス流出口３７から流出さ
れる。さらに、熱回収された温水は、液溜槽１５に落下
する。この液溜槽１５に落下した冷却液は、ガス流出口
３７から送出するガスの温度に限りなく近い温度の冷却
液となる。このようにこの実施形態は、低温化された熱
ガスも、温水化された冷却液もダクト５内の下方から流
出することが特徴である。

【００６８】実施形態３ 上記実施形態（図１）では、ガス流路を蛇行させた実施
形態について説明したが、図１５に示すようにガス流路
を直線状に形成してもよい。図１５は、図１の他の実施
形態を説明するための断面図である。上記図と同一部分
は、同一符号を付与して詳細な説明を省略する。ダクト
４１は、被熱交換用ガスを流通させるための水平方向に
長い断面４角形状気密容器である。このダクト４１の例
えば長軸方向一端面には、上記ガスの送入口４２が設け
られている。この送入口４２に対向する面には、送出口
４３が設けられている。

【００６９】これらダクト４への送入口４２、送出口４
３間で上記ダクト４１内の上壁面４４近傍には、この上
壁面４４と略同一大きさの棚板４５が設けられている。
この棚板４５は、容器を構成するように４辺に側壁面４
６が設けられている。上記棚板４５全面には、冷却液を
液滴状に落下させるための大きさの孔４７が多数穿設さ
れている。これら多数の冷却液落下孔４７は、総て同一
口径で、その構造は、５〜１０に示したようなものであ
る。

【００７０】上記ダクト４１の上壁面４４の中央部に
は、棚板４５に冷却液を流入させるための冷却液供給パ
イプ４８が設けられている。この冷却液供給パイプ４８
は、上壁面４４の周辺部にも設けることにより、冷却液
の供給を高速化できる。他方、ダクト４１の底部には、
熱回収された温水を溜めるための冷却液溜め４９が設け
られている。送出用パイプ５０は、冷却液溜４９に溜ま
った温水を再利用するために冷却液溜槽４９に設けられ
ている。このように棚板式直接接触式熱交換器５１は、
構成されている。

【００７１】この熱交換器５１の具体例は次のとおりで
ある。上記ダクト４１の大きさは、１００ｍｍ×７０ｍ
ｍの断面長方形状で、高さは４００ｍｍである。この直
方体状ダクト４１内壁面に棚板４５を取着する。したが
って、棚板１の大きさは、ダクト４１の内壁面間の長さ
に相当する大きさで、この実施形態では、約９８ｍｍ×
６０ｍｍである。送入口４２、および送出口４３の口径
は、８０ｍｍの太さである。

【００７２】棚板４５とダクト４１の底部との間隔すな
わち熱交換領域でのガス流路幅は、却液の流量により選
択するもので、たとえば３００ｍｍである。ダクト４
１、棚板４５、側壁４６などの材質は、耐薬品性、耐高
温性のものが選択でき、たとえばステンレスが最適であ
る。このような棚板４５は、着脱自在にダクト４１に取
着することがメンテナンス、クリーニングに際し、効率
的に作業を実行できる。

【００７３】上記棚板４５は、厚さ０．５ｍｍ〜５ｍｍ
のステンレス製で、小形、軽量化の面から１ｍｍ〜２ｍ
ｍが最適である。側壁４６は、各棚板４５に形成された
総ての孔４７から均一に冷却液が落下する高さ（冷却液
の深さ）である。この高さ（冷却液が一時溜まる深さ）
は、３０ｍｍ以上であり、４０ｍｍ以上の高さが高効率
で熱交換でき最適である。

【００７４】次に、この棚板式直接接触熱交換器５１に
よる熱交換方法を説明する。冷却液は、冷却液供給パイ
プ４８から最上段の棚板４５上に供給する。供給された
冷却液は、僅か遅れて、棚板４５に形成されている一部
の孔４７から冷却液滴列５２が落下される。その後、総
ての冷却液落下孔４７から冷却液滴列は、落下され水幕
（カーテン雰囲気）が形成される。被熱交換用ガスの流
入は、棚板４５上に充分冷却液が溜まった後、送入口４
２からの開始する。この熱ガスは、多数の冷却液滴列５
２内を流通して、各冷却液滴５２と直接接触する。この
時、熱ガスは、ガス中の凝縮成分（水蒸気成分）を凝縮
水にして水回収すると、同時に冷却液を温水化し、熱ガ
ス自身は、低温化される。この熱交換効率は、冷却液の
液滴列の形成領域が長い程、繰り返し行われより高くな
る。

【００７５】この実施形態では、ダクト４１の大きさ
は、主として図１の冷却液の液滴列形成領域の長さ分形
成すればよい。したがって、熱ガスがダクト５内に流入
後、流出するまでの時間は、図１のダクト５に比較し
て、ガス流の曲線部分を通過する時間だけ、この実施形
態は高速に熱交換できる。さらに、図１では、ガス流を
４枚の棚板１〜４を間隔を設けて構成するが、この実施
形態（図１５）のダクト４１は１枚の棚板４５のみであ
るため、高さを短く構成でき小形化できるなどの特徴が
ある。

【００７６】実施例１ 次に、上記棚板式直接接触熱交換器を地熱発電システム
に利用した実施形態を図１６を参照して説明する。図１
６は、地熱発電システム６０を示す構成図である。図１
と同一部分は同一符号を付与し、その詳細な説明を省略
する。

【００７７】地熱発電として有効な場所の地下高温部６
１から熱ガスは、ポンプ６２で汲み上げ地下に設置され
た図１に示す第１の棚板式直接接触熱交換器１８ａのガ
ス流入口６に送流される。他方、冷却液は、地上から冷
却液供給パイプ６４により給水し、上記第１の棚板式直
接接触熱交換器１８ａの給水口１３から流入される。こ
の結果、上記第１の棚板式直接接触熱交換器１８ａは、
冷却液と地熱部の熱ガスとを直接接触させて、熱交換さ
せ、熱水化された冷却液を回収する。熱水化された冷却
液は、給水口１６から冷却液供給パイプ６５を介して地
上に設けたセパレータ６６に送流される。このセパレー
タ６６は、気水分離することにより得られた高圧蒸気を
高圧蒸気ヘッダ６７に供給する。この高圧蒸気ヘッダ６
７から高圧蒸気は、タービン６８の高圧段に導入し発電
用タービン６８を回転させる。このタービン６８の回転
は、回転軸６９に連結された発電機７０の回転軸を回転
させて、地熱発電させる。さらに、上記発電用タービン
６８を回転させた後の高温度の排ガスは、冷却液供給パ
イプ７１により第２の棚板式直接接触熱交換器１８ｂの
ガス入口ダクト６に送流される。この交換機１８ａは、
冷却液入口ダクト１３から流入された冷却液と直接接触
させることにより熱交換させて熱水化された冷却液を回
収する。

【００７８】この熱水化された冷却液は、上記セパレー
タ６６に供給して気水分離する。気水分離された高圧蒸
気は、高圧蒸気ヘッダ６７に供給し、発電用タービン６
８を回転させる。このタービン６８の回転は、回転軸が
結合された発電機７０を回転させ発電する。このように
２系統の上記棚板式直接接触熱交換器１８は、高効率で
地熱発電および排ガスの再利用を可能にする。

【００７９】実施例２ 次に、上記棚板式直接接触熱交換器を燃料電池発電シス
テムに利用した実施形態を図１７を参照して説明する。
図１７は、燃料電池発電システムを示す構成図である。
図１と同一部分は同一符号を付与し、その詳細な説明を
省略する。燃料電池発電装置８０の構成は、改質器と、
燃料極と、空気極と、排ガス再利用系とからなる。燃料
は、都市ガス等の炭化水素系燃料と水蒸気である。この
燃料が供給された改質器８１は、水素を主成分とするガ
スに改質する。改質されたガスは、燃料電池本体８２の
燃料極８３へ供給する。一方、空気は、燃料電池本体８
２の空気極８４へ供給する。燃料極８３の水素と空気極
８４の酸素は、燃料電池本体８２で電解質８５を介して
化学反応を起こすことにより出力に直流電流を得る。

【００８０】この燃料電池発電装置８０は、上記発電に
伴って生じる熱や改質器８１で生じた熱、化学反応の結
果生じる水を回収し有効に利用している。このような燃
料電池発電装置８０は、資源利用効率を高めた発電プラ
ントである。すなわち、改質器８１、燃料極８３、空気
極８４の排気系は、供給配管８６〜８８を介して混合し
て、図１で説明した棚板式直接接触熱交換器１８のガス
流入口６に配管接続する。

【００８１】上記棚板式直接接触熱交換器１８のガス流
出口７および冷却液出口ダクト１６などからのガスおよ
び冷却液は、再利用される。前者のガス流出口７から送
出されるガスは、低温化されたガスが出力されるため冷
却用として再利用される。後者の冷却液出口ダクト１６
から送出された冷却液は、高温度化された冷却液である
ため、加熱用として再利用される。

【００８２】すなわち、上記燃料電池発電装置８０の反
応に要求される設定温度は、燃料極８３の反応温度が例
えば１９０℃であり、空気極の反応温度は、例えば１８
０℃であり、改質器８１の反応温度は、例えば５００℃
である。これらの温調用として利用する実施形態を図１
７は、示している。冷却液出口ダクト１６および燃料極
８３の第１の温調器８９のコイル状配管９０の一端側と
は、配管９１により接続されている。

【００８３】上記第１の温調器８９の気密容器９２と、
燃料極８３を反応温度の１９０℃に温調するためのコイ
ル状配管９３とは、配管９４、９５により循環するよう
に接続されている。このようにして棚板式直接接触熱交
換器１８で高温度化された冷却液により温調する燃料極
８３の温調系は、構成されている。コイル状配管９０の
他端側および第２の温調器９６の液密容器９７の入口端
とは、配管９８により接続されている。液密容器９７の
出口端は、配管９９により空気極８４を温調するための
コイル状配管１００に接続されている。

【００８４】この配管１００の他端は、第３の温調器１
０１の液密容器１０２の入口に配管１０３により接続さ
れている。液密容器１０２の出口は、棚板式直接接触熱
交換器１８の冷却液として再利用するために、冷却液入
口ダクト１３に配管１０４により接続されている。第３
の温調器１０１で空気極８４の反応温度の液体は、棚板
式直接接触熱交換器１８で低温化されたガスにより冷却
するために、次のように配管されている。この熱交換器
１８のガス流出口７と、液密容器１０２内に設けられて
いるコイル状配管１０５の一端とは、配管１０６により
接続されている。コイル状配管１０５の他端は、大気に
開放されている。

【００８５】さらに、棚板式直接接触熱交換器１８のガ
ス流出口７と第２の温調器９６のコイル状配管１０７の
一端とは、配管１０８により接続されている。コイル状
配管１０７の他端は、大気に開放されている。空気極８
４の温調系は、棚板式直接接触熱交換器１８からの低温
化されたガスにより空気極８４の反応温度１８０℃に温
調するように構成されている。

【００８６】次に、改質器８１の温調系を説明する。改
質反応温度は、棚板式直接接触熱交換器１８の温水化さ
れた冷却液を使用する。冷却液出口ダクト１６と、第４
の温調器１０９の液密容器１１０とは、配管１１１によ
り接続されている。上記容器１１０と改質器８１の温調
用コイル状配管１１２とは、配管１１３により接続され
ている。第４の温調器１０９の液密容器１１０内には、
コイル状配管１１４が設けられている。このコイル状配
管１１４内には、改質器８１の改質反応用温度５００℃
に加熱温調するための熱水が循環するように加熱源（ヒ
ータ）１１５を介して配管されて、改質器８１用温調系
が構成されている。

【００８７】このように、燃料電池発電装置８０に棚板
式直接接触熱交換器１８を採用することにより熱回収さ
れた温水および低温化されたガスは、加熱・冷却のため
の温調に利用される。次に、発電動作について説明す
る。都市ガス等の炭化水素系燃料と水蒸気は、改質器８
１に供給する。この改質器８１は、反応温度５００℃で
燃料である水素を主成分とするガスに改質する。この水
素を主成分とするガスは、負極の燃料極８３に供給す
る。この燃料極８３は、反応温度１９０℃に温調されて
いる。他方、温度２５℃の空気は、正極の空気極８４に
供給する。空気極８４は、反応温度１８０℃に温調され
ている。このように、正極へ空気の供給、負極へ水素の
供給は、電解質８５を介して水素と酸素ガスとを電気化
学的に反応させて直流電流を発生させる。

【００８８】次に、上記発電時に発生する排ガスの再利
用系を説明する。

【００８９】上記改質反応により改質器８１からの排ガ
スは、配管８６へ排出される。空気極８４からの排ガス
は、配管８７へ排出される。同様に、燃料極８３からの
温調排ガスは、配管８８に排出される。これらの排ガス
は、混合して棚板式直接接触熱交換器１８のガス入口ダ
クト６に流入される。棚板式直接接触熱交換器１８は、
ダクト５内をガス流が流通する過程で、冷却液滴列と直
接接触して熱交換を繰り返すことにより、排ガスを低温
化する。

【００９０】さらに、上記熱交換器１８により温水化さ
れた冷却液は、ダクト５の底部に収集され、空気極８
４、燃料極８３、改質器８１での反応温度に温調するの
に利用される。まず、第１の温調器８９で棚板式直接接
触熱交換器１８からの温水化された冷却液は、燃料極８
３の温調用コイル状配管９３を、反応温度１９０℃に温
調する。

【００９１】他方、第２の温調器９６で棚板式直接接触
熱交換器１８のガス流出口７からの低温化された排ガス
は、空気極８４の温調用コイル状配管１００を、反応温
度１８０℃に温調する。また、棚板式直接接触熱交換器
１８の温水化された冷却液は、第４の温調器１０６にて
ヒータ１１５により改質器８１の反応温度に加熱され
る。加熱された冷却液は、改質器８１の温調用コイル状
配管１１２を、加熱して、反応温度５００℃に温調す
る。このように、燃料電池からの排ガスを有効に利用す
ることが可能となる。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば流
動抵抗の高い冷却液落下孔から冷却液を流下させるの
で、ガス中の水分成分を高効率で凝縮して凝縮水として
回収でき、冷却液を高温化して熱回収でき、気体成分は
高効率で熱交換して低温化できる棚板式直接接触熱交換
器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の棚板式直接接触熱交換器の実施形態を
説明するための断面図である。

【図２】図１の棚板の実施形態説明するための斜視図で
ある。

【図３】図２の他の実施形態を説明するための斜視図で
ある。

【図４】図２の他の実施形態を説明するための斜視図で
ある。

【図５】図２の孔の部分を拡大して説明するための断面
図である。

【図６】図２の孔の部分を拡大して説明するための断面
図である。

【図７】図２の孔の部分を拡大して説明するための断面
図である。

【図８】図２の孔の部分を拡大して説明するための断面
図である。

【図９】図２の孔の部分を拡大して説明するための断面
図である。

【図１０】図２の孔の部分を拡大して説明するための断
面図である。

【図１１】図５の孔から冷却液の液滴が列状に落下して
いる状態を説明するための断面図である。

【図１２】図２の他の実施形態を説明するための斜視図
である。

【図１３】図２の他の実施形態を説明するための斜視図
である。

【図１４】図１の他の実施形態を説明するための棚板式
直接接触熱交換器の断面図である。

【図１５】図１の他の実施形態を説明するための斜視図
である。

【図１６】図１の実施例を説明するための構成図であ
る。

【図１７】図１の実施例を説明するための構成図であ
る。

【符号の説明】

１、２、３、４、４５…冷却液落下用棚板 ５、４１…ガス流通用ダクト ６、３６…ガス流入口 ７、３７…ガス流出口 ８、９、１０、１１…側壁 １２、３４、４７…冷却液落下孔 １３、３３、４８、５０、６４、６５、７１…冷却液供
給パイプ １４…ノズル １５…液溜槽 １６…冷却液出口ダクト（給水口） １７…テーパ板 １８、５１…棚板式直接接触熱交換器 ２１…先端部 ２２…逆円錐状孔部 ２３…円筒状孔部 ２４…筒状孔部 ２５…逆角錐状孔部 ２６…逆角錐状孔部 ２７…角筒状孔部 ３１…側壁面 ３２…容器 ４２…ガスの送入口 ４３…送出口 ４４…上壁面 ４６…側壁面 ４９…冷却液溜槽 ５２…液滴列 ６１…地下高温部 ６２…ポンプ ６６…セパレータ ６７…高圧蒸気ヘッダ ６８…発電用タービン ６９…回転軸 ７０…発電機 ８０…燃料電池発電装置 ８１…改質器 ８２…燃料電池本体 ８３…燃料極 ８４…空気極 ８５…電解質 ８６、８７、８８、９１、９４、９５、９８、９９、１
０４、１０６、１０８、１１１、１１３…配管 ８９…第１の温調器 ９０、９３、１００、１０５、１０７、１１２、１１４
…コイル状配管 ９２、９３…気密容器 ９６…第２の温調器 ９７、１０２、１１０…液密容器 １０１…第３の温調器 １０９…第４の温調器 １１２…加熱源（ヒータ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不凝縮性ガスおよび凝縮性ガスの混合ガ
   スを流通させるためのガス流通用ダクトと、 このガス流通用ダクト内に前記混合ガス流路に沿って設
   けられた複数の下方に向いた凸縁を有する冷却液落下孔
   を設けた冷却液落下用棚板と、 前記ガス流通用ダクト内に設けられ前記冷却液落下用棚
   板上に冷却液を供給する冷却液供給パイプと、 前記冷却液落下用棚板の各冷却液落下孔から落下する冷
   却液を受ける前記ガス流通用ダクト内に設けられた液溜
   槽とを有することを特徴とする棚板式直接接触熱交換
   器。
2. 【請求項２】 前記冷却液落下用棚板に設けられた冷却
   液落下孔は円形、長円形、又は多角形をなしていること
   を特徴とする請求項１記載の棚板式直接接触熱交換器。
3. 【請求項３】 前記冷却液落下用棚板に設けられた冷却
   液落下孔の口径（非円形の場合は最大口径）が、３〜１
   ０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の棚
   板式直接接触熱交換器。
4. 【請求項４】 前記冷却液落下用棚板に設けられた冷却
   液落下孔の下方に向いた凸縁は逆錐状又は筒状をなして
   いることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載
   の棚板式直接接触熱交換器。
5. 【請求項５】 前記冷却液落下用棚板の周縁部には液溜
   の側壁が設けられたことを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれか１項記載の棚板式直接接触熱交換器。
6. 【請求項６】 前記ガス流通用ダクトの前記冷却液落下
   用棚板の下方側には混合ガスのガス流入口が設けられ、
   前記ガス流通用ダクトの前記冷却液落下用棚板の上方側
   にはガス流出口が設けられていることを特徴とする請求
   項１記載の棚板式直接接触熱交換器。