JP2011027296A - Liquid distributor, shell-type heat exchanger using this, and absorption refrigerator using these - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体分配装置及びこれを用いたシェル型熱交換器、並びにこれらを備える吸収式冷凍機に関する。 The present invention relates to a liquid distributor, a shell-type heat exchanger using the same, and an absorption refrigerator including the same.
液体分配装置並びにこれを用いたシェル型熱交換器及び吸収式冷凍機の従来技術の例としては、特許文献1に記載されたものがある。
As an example of the prior art of the liquid distributor and the shell-type heat exchanger and absorption refrigerator using the same, there is one described in
特許文献1には、熱交換の過程で相変化を伴う液体を伝熱管群上に上部から分配して散布する液体分配装置において、液体分配装置を液体の出口となりかつ液体を分配するための複数の分配孔をダクトの長手方向に並べて形成したに一次分配用ダクトと、この一次分配用ダクトの長手方向に沿って一次分配用ダクトの下方に配置され、前記分配孔に対応して長手方向に複数の領域に分割されるとともに各領域に前記液体を滴下させるための液体滴下孔を形成した二次分配用トレーとから構成することを特徴とする液体分配装置が開示されている。
また、特許文献2には、低温廃熱を熱源として水を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発した水蒸気を圧縮する圧縮機とを備えてなる水蒸気発生装置が開示されている。
Further,
本発明の目的は、液体の均一な分配を維持するとともに、高さを抑制した液体分配装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a liquid distribution apparatus that maintains a uniform distribution of liquid and suppresses the height.
本発明の液体分配装置は、液体導入配管と、液体分配部材と、液体滴下部材とを含み、前記液体導入配管が前記液体分配部材に液体を供給し、前記液体分配部材が前記液体滴下部材に前記液体を分配し、前記液体滴下部材が前記液体滴下部材の下方に設置された伝熱管の外表面に前記液体を分配して供給する構成を有する液体分配装置であって、前記液体分配部材は、前記液体滴下部材に前記液体を供給するための液体分配孔を有し、前記液体滴下部材は、前記伝熱管に前記液体を供給するための液体滴下孔を有し、前記液体導入配管が前記液体分配部材の上面より下方に配置されていることを特徴とする。 The liquid distribution apparatus of the present invention includes a liquid introduction pipe, a liquid distribution member, and a liquid dropping member. The liquid introduction pipe supplies a liquid to the liquid distribution member, and the liquid distribution member serves as the liquid dropping member. A liquid distribution apparatus configured to distribute the liquid, and to distribute and supply the liquid to an outer surface of a heat transfer tube installed below the liquid dropping member. And a liquid distribution hole for supplying the liquid to the liquid dropping member, the liquid dropping member has a liquid dropping hole for supplying the liquid to the heat transfer tube, and the liquid introduction pipe is It is arranged below the upper surface of the liquid distribution member.
本発明によれば、液体の均一な分配を維持するとともに、高さを抑制した液体分配装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while maintaining uniform distribution of a liquid, the liquid distribution apparatus which suppressed height can be provided.
以下、本発明の一実施形態に係る液体分配装置、及びこれを用いた流下液膜式熱交換器(シェル型熱交換器)、並びにこれらを用いた吸収式冷凍機について説明する。 Hereinafter, a liquid distribution apparatus according to an embodiment of the present invention, a falling liquid film heat exchanger (shell type heat exchanger) using the liquid distribution apparatus, and an absorption refrigerator using them will be described.
前記流下液膜式熱交換器(シェル型熱交換器)は、吸収式冷凍機の蒸発器、吸収器及び再生器、蒸留装置の蒸発器、低温排熱を利用した水蒸気発生装置の蒸発器などに用いられる。 The falling liquid film type heat exchanger (shell type heat exchanger) is an evaporator of an absorption refrigeration machine, an absorber and a regenerator, an evaporator of a distillation apparatus, an evaporator of a steam generator using low-temperature exhaust heat, etc. Used for.
前記液体分配装置は、液体を広範囲に一様に流下(滴下)させるためのものである。 The liquid distributor is for flowing down (dropping) the liquid uniformly over a wide area.
前記液体分配装置及び流下液膜式熱交換器は、熱交換器本体容器の上壁に、伝熱管群の軸方向に複数の分配孔を列状に開口し、容器外部の上壁上面にはこの分配孔の列に対応した液体分配ダクトを配設し、容器内部の上壁内面には前記分配孔に対応した複数の液体滴下トレーを前記伝熱管群の軸方向に並べて設けたものである。さらに、前記液体分配ダクトに液体を供給する供給ダクトを設け、これらのダクト群は上下方向に重なることなく同一高さ内に平面的に設置したものである。 The liquid distributor and the falling liquid film type heat exchanger have a plurality of distribution holes arranged in a row in the axial direction of the heat transfer tube group on the upper wall of the heat exchanger main body container, A liquid distribution duct corresponding to the row of distribution holes is disposed, and a plurality of liquid dropping trays corresponding to the distribution holes are arranged in the axial direction of the heat transfer tube group on the inner surface of the upper wall inside the container. . Furthermore, a supply duct for supplying liquid to the liquid distribution duct is provided, and these duct groups are installed in a plane within the same height without overlapping in the vertical direction.
シェル型熱交換器は、伝熱管がシェルに内蔵された熱交換器である。 The shell type heat exchanger is a heat exchanger in which a heat transfer tube is built in a shell.
前記液体分配装置において、前記液体導入配管と前記液体分配部材との接続部は、前記液体分配部材の側面部乃至下部に設けられている。 In the liquid distribution apparatus, a connection portion between the liquid introduction pipe and the liquid distribution member is provided on a side surface portion or a lower portion of the liquid distribution member.
前記液体分配装置は、前記液体滴下部材が複数個に分割された液体滴下トレーを有する。 The liquid distributor includes a liquid dropping tray in which the liquid dropping member is divided into a plurality of parts.
前記液体分配装置は、前記液体分配部材が同一平面上に配置されている。 In the liquid distribution apparatus, the liquid distribution members are arranged on the same plane.
前記液体分配装置は、前記液体滴下部材が同一平面上に配置されている。 In the liquid distributor, the liquid dropping member is arranged on the same plane.
前記液体分配装置は、前記液体分配孔が複数列を成して形成されている。 In the liquid distribution apparatus, the liquid distribution holes are formed in a plurality of rows.
前記シェル型熱交換器は、前記伝熱管がシェルに内蔵されたシェル型熱交換器であって、その天井部に上記の液体分配装置の前記液体分配部材及び前記液体滴下部材が配置されている。 The shell-type heat exchanger is a shell-type heat exchanger in which the heat transfer tube is built in a shell, and the liquid distribution member and the liquid dripping member of the liquid distribution device are disposed on a ceiling portion thereof. .
前記シェル型熱交換器は、前記液体分配部材が前記シェルの外側に配置されている。 In the shell heat exchanger, the liquid distribution member is disposed outside the shell.
前記シェル型熱交換器は、前記液体滴下部材が前記伝熱管の軸方向に並べて設置されている。 In the shell heat exchanger, the liquid dripping members are arranged side by side in the axial direction of the heat transfer tube.
前記シェル型熱交換器は、前記液体分配孔が前記シェルの天井部に形成されている。 In the shell heat exchanger, the liquid distribution hole is formed in a ceiling portion of the shell.
前記吸収式冷凍機は、吸収器、蒸発器、再生器及び凝縮器を含む吸収式冷凍機であって、吸収器及び/又は蒸発器が、上記のシェル型熱交換器で構成されている。 The absorption chiller is an absorption chiller including an absorber, an evaporator, a regenerator, and a condenser, and the absorber and / or the evaporator is configured by the shell heat exchanger.
本実施形態によれば、特許文献1において流下液膜式熱交換器本体の内部上端部を占有していた分配ダクトを、熱交換器本体外部に設置することにより、液体分配装置の占有容積を低減して小型化された流下液膜式熱交換器を提供することができる。
According to the present embodiment, the distribution duct that occupied the upper end of the falling film membrane heat exchanger body in
さらに、本実施形態によれば、熱交換器本体の外部上面には、分配ダクト及び供給ダクトを上下方向に重なることなく平面的に配設しているため、分配ダクトを外部上面に設置することによる高さ寸法の増加を回避することができる。 Furthermore, according to the present embodiment, the distribution duct and the supply duct are arranged in a plane without overlapping in the vertical direction on the outer upper surface of the heat exchanger body, so that the distribution duct is installed on the outer upper surface. It is possible to avoid an increase in the height dimension due to.
以下、本実施形態における具体的な実施例について図を用いて説明する。 Hereinafter, specific examples in the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図1、2、3及び4Aは、第一の実施例を示したものである。 1, 2, 3 and 4A show the first embodiment.
図1は、第一の実施例の液体分配装置を示す斜視図である。図2は、図1の液体分配装置の正面図(シェル型熱交換器の天井部を示す断面図)である。図3は、図1の液体分配装置の一部を構成するシェル型熱交換器の上壁端部(天井部)を示す拡大斜視図である。図4Aは、図1の液体分配装置の構成要素である液体滴下トレーを示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a liquid dispensing apparatus of the first embodiment. 2 is a front view of the liquid distributor of FIG. 1 (a cross-sectional view showing a ceiling portion of a shell-type heat exchanger). FIG. 3 is an enlarged perspective view showing an upper wall end portion (ceiling portion) of the shell-type heat exchanger constituting a part of the liquid distribution apparatus of FIG. FIG. 4A is a perspective view showing a liquid dropping tray which is a component of the liquid distributor of FIG.
本実施例は、シェル型熱交換器の天井部に設置された液体分配装置の例である。 The present embodiment is an example of a liquid distributor installed on the ceiling of a shell type heat exchanger.
図1及び2において、液体導入配管1は一次供給ダクト2の下部に接続され、一次供給ダクト2は二次供給ダクト3の側面部に接続されている。そして、二次供給ダクト3は三次供給ダクト4a、4bの側面部に接続され、三次供給ダクト4a、4bは分配ダクト5a、5b、5c、5dの側面部に接続されている。一次供給ダクト2、二次供給ダクト3、三次供給ダクト4a、4b及び分配ダクト5a、5b、5c、5dは、ほぼ等しい高さを有し、水平面上(同一平面上)に配置されている。
1 and 2, the
このシェル型熱交換器を吸収式冷凍機の吸収器又は蒸発器に適用した場合、吸収器又は蒸発器の底部に貯留されている液体(臭化リチウム水溶液等)をポンプ(図示せず)を介して液体導入配管1に送るようになっている。
When this shell type heat exchanger is applied to an absorber or an evaporator of an absorption refrigerator, a pump (not shown) for pumping liquid (such as an aqueous lithium bromide solution) stored at the bottom of the absorber or evaporator. To the
一次供給ダクト2、二次供給ダクト3、三次供給ダクト4a、4b及び分配ダクト5a、5b、5c、5dは、液体の流路として上流側から順に配置してあり、下流側に至るに従って、流路が細くなっている。これにより、下流側まで液体が到達しやすくなっている。
The
ここで、一次供給ダクト2、二次供給ダクト3、三次供給ダクト4a、4b及び分配ダクト5a、5b、5c、5dをまとめて液体分配部材と呼ぶことにする。
Here, the
本実施例は、比較的大型の流下液膜式熱交換器(シェル型熱交換器)に好適な液体分配装置に関するものである。 The present embodiment relates to a liquid distribution apparatus suitable for a relatively large falling liquid film heat exchanger (shell type heat exchanger).
本実施例において、液体分配部材は、シェル型熱交換器本体の外壁6の天井部(平面部)の上面に設置されている。すなわち、液体分配部材は、シェルの外側に配置されている。
In this embodiment, the liquid distribution member is installed on the upper surface of the ceiling portion (planar portion) of the
また、外壁6の天井部(平面部)の下面には、滴下トレー群7a、7b(液体滴下トレー群)が設置されている。分配ダクト5a、5b、5c、5dが設置されている外壁6の天井部(平面部)には、図3に示す分配孔61a〜61c及び62a〜62d(液体分配孔)が形成してある。この分配孔61a〜61c及び62a〜62dを介して分配ダクト5a、5b、5c、5dから滴下トレー群7a、7bに液体を流下させることができるようになっている。
In addition,
本実施例においては、分配孔61a〜61c及び62a〜62dの直径は約5mmである。
In the present embodiment, the
なお、本実施例において、シェル型熱交換器の外壁6の天井部に設けられている液体分配孔は、液体分配部材に含めることとする。
In this embodiment, the liquid distribution hole provided in the ceiling portion of the
本実施例においては、液体導入配管1と一次供給ダクト2との接続部、一次供給ダクト2と二次供給ダクト3との接続部、二次供給ダクト3と三次供給ダクト4a、4bとの接続部、及び三次供給ダクト4a、4bと分配ダクト5a、5b、5c、5dとの接続部は、すべて溶接によって封じられている。これは、吸収式冷凍機の吸収器、蒸発器などの内部が大気圧よりも低い圧力となっていて、空気の漏れ込みを防止する構造が必要とされるためである。
In this embodiment, the connection part between the
上述のように、液体分配孔をシェル型熱交換器の外壁6の天井部に設けることにより、液体分配部材の底板を省略することができる。
As described above, by providing the liquid distribution hole in the ceiling portion of the
滴下トレー群7a、7bは、図4Aに示す多数の滴下トレー7(液体滴下トレー)を並べて構成してある。滴下トレー7の側面は板で仕切られ、滴下トレー7の底面には多数の滴下孔71(液体滴下孔)が形成されている。すなわち、液体滴下部材は、複数個の液体滴下トレーに分割されている。これにより、それぞれの液体滴下トレーから伝熱管に液体を滴下(供給)することができる。1個の滴下トレー7に中仕切り板を設けて液体の水平方向の流れを制限しても、同様に伝熱管への液体の供給を一様に万遍なく行うことができる。
The dropping
ここで、滴下トレー群7a、7bを液体滴下部材と呼ぶことにする。
Here, the dropping
液体滴下部材は、伝熱管の軸方向に並べて設置されている。これにより、液体を下方の伝熱管に満遍なく供給することができる。 The liquid dripping member is installed side by side in the axial direction of the heat transfer tube. Thereby, a liquid can be uniformly supplied to a lower heat exchanger tube.
以上の構成により、滴下トレー7の下方に設置されている伝熱管(図示せず)に、滴下孔71を介して液体を流下させ、伝熱管の表面に液膜を形成して液体と伝熱管との熱交換を行うようになっている。
With the above configuration, a liquid is caused to flow down through a
上記の構成により、これらのダクトを設置するための鉛直方向の寸法(空間)、すなわち液体分配装置の高さ(流下液膜式熱交換器(シェル型熱交換器)の高さ)を小さくすることができる。 With the above configuration, the vertical dimension (space) for installing these ducts, that is, the height of the liquid distributor (the height of the falling liquid film heat exchanger (shell type heat exchanger)) is reduced. be able to.
本実施例において分配ダクト5a、5b、5c、5d及び分配孔61a〜61c、62a〜62dを2列設けた理由は、それぞれの滴下トレー7の内部において液体が十分に滞留されずに、複数個の滴下孔71の一部から液体が流下することにより、液体の分配が万遍なく行われない場合に備えるためである。したがって、液体の分配が万遍なく行われる場合には、分配ダクト5a、5b、5c、5d及び分配孔61a〜61c、62a〜62dを1列としてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施例においては、滴下トレー7を平面的に複数個並べた構成とすることにより、液体の分配を確実なものとしているが、液体分配装置が稼動している状態において、滴下トレー7への液体の供給が十分であって、滴下トレー7の底部全体に液体が滞留していて、大部分の滴下孔71から液体が流下している場合、複数個の滴下トレー7を並べた滴下トレー群7a、7bを用いることなく、1個の滴下トレー7を用いて液体分配装置を構成してもよい。
In the present embodiment, a plurality of
なお、本実施例においては、液体導入配管1は一次供給ダクト2の下部に接続されているが、これに限定されるものではなく、液体分配装置又は流下液膜式熱交換器の高さを大きくしなければ、一次供給ダクト2の側面部に接続してもよい。すなわち、液体分配部材の上面より下方に配置されていればよい。言い換えると、液体導入配管1と液体分配部材との接続部は、液体分配部材の側面部乃至下部に設けられていることが望ましい。ここで、側面部乃至下部は、液体分配部材の斜め下の方向から液体導入配管1を接続することも含む意味である。
In the present embodiment, the
本実施例において、供給される液体は、液体導入配管1、一次供給ダクト2、二次供給ダクト3、三次供給ダクト4a、4b、及び分配ダクト5a、5b、5c、5dを介して分配され、熱交換器本体の外壁6の天井部に開口した、図3に示す分配孔61a〜61c、62a〜62dを通って滴下トレー群7a、7bに分配される。そして、液体は、それぞれの滴下トレー7の下面に設けられた多数の滴下孔71から滴下する。
In the present embodiment, the supplied liquid is distributed through the
本実施例の場合、液体分配装置の下方に設置した伝熱管の長さは約10mであり、滴下トレー群7a、7bの長さも約10mである。また、本実施例の場合、液体分配装置の幅は約0.5mである。
In the case of the present embodiment, the length of the heat transfer tube installed below the liquid distributor is about 10 m, and the length of the dropping
以上のように、本実施例では、滴下トレー群に液体を供給する分配ダクト5a、5b、5c、5dを熱交換器本体の外部上面に設置したことにより、液体分配装置の内部占有物が滴下トレー群7a、7bのみとなり、熱交換器のシェルの内部空間を有効利用することができ、液体分配装置の小型化を図ることができる。
As described above, in this embodiment, the
また、本実施例では、一次供給ダクト2、二次供給ダクト3、三次供給ダクト4a、4b、及び分配ダクト5a、5b、5c、5dをいずれも熱交換器本体上面の同一平面内に配設してあるため、高さ寸法を低減したコンパクトな流下液膜式熱交換器を得ることができる。
In this embodiment, the
図4Bは、図4Aの液体滴下トレーの変形例を示す斜視図である。 4B is a perspective view showing a modification of the liquid dropping tray of FIG. 4A.
本図においては、滴下トレー7の側面部上部に通気孔101が設けてあり、滴下トレー7の内部空間と熱交換器の内部空間とが連通している。これにより、滴下トレー7の内部空間で液体が蒸発して液体の供給が阻害されることを防止することができる。
In this figure, the
また、本図においては、滴下トレー7の底部に異物トラップ102を設けてある。この異物トラップ102は、液体分配孔の直下よりも滴下トレー7の中央部より設けてあり、その高さは滴下トレー7の深さより低くしてある。これにより、液体分配孔から供給された液体に異物が含まれていた場合に、滴下孔71の上流側で異物を沈殿させ、異物が滴下孔71を塞いでしまうことを防止することができる。
In the figure, a
つぎに、第二の実施例について、図5及び6を用いて説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
図5は、第二の実施例の液体分配装置を示す斜視図であり、図6は、図2の液体分配装置の構成要素を示す分解斜視図である。 FIG. 5 is a perspective view showing a liquid dispensing apparatus of the second embodiment, and FIG. 6 is an exploded perspective view showing components of the liquid dispensing apparatus of FIG.
これらの図においては、一次供給ダクト2と分配ダクト5(5a、5b)とが接続してあり、滴下トレー群7a〜7fが熱交換器の外壁6(天井部)の下面に設置してある。熱交換器の外壁6には、分配孔61a〜61m、62a〜62mが設けてある。
In these drawings, the
本実施例の構成部品は実施例1と同様であるが、二次供給ダクト及び三次供給ダクトを省略している。すなわち、液体分配部材の構造を簡略化し、その製作を容易にしている。 The components of the present embodiment are the same as those of the first embodiment, but the secondary supply duct and the tertiary supply duct are omitted. That is, the structure of the liquid distribution member is simplified and the manufacture thereof is facilitated.
本実施例においても、実施例1と同様の効果が得られ、比較的小型の流下液膜式熱交換器に好適である。
Also in this embodiment, the same effect as in
図7Aは、図6の分配ダクトの変形例を示す下面図であり、図7Bは、図6の分配ダクトの変形例を示す下面図である。 7A is a bottom view showing a modification of the distribution duct of FIG. 6, and FIG. 7B is a bottom view showing a modification of the distribution duct of FIG.
図7Aに示す分配ダクト5は、底面のない直方体の内部にコの字型の仕切り板111、112を設け、液体の流路115a、115bを形成したものである。仕切り板111、112は、直方体の天井部に溶接して固定してあり、内部空間113、114には、液体が流入しにくくなっている。この場合の溶接の方式は、点溶接でもよく、必ずしも液体の漏れが生じないようにする必要はない。
In the
内部空間113、114に液体が流入した場合に備えて、内部空間113、114の直下に当たる熱交換器の天井部には、ドレイン孔(図示せず)を設けてもよい。このドレイン孔は、複数個の滴下トレーに液体が流下するように、複数個設けてもよい。これにより、熱交換器のシェルと液体分配装置とを循環する液体の総量を必要以上に増加させずに、流下液膜式熱交換器を稼動することができる。
A drain hole (not shown) may be provided in the ceiling portion of the heat exchanger that is directly below the
吸収式冷凍機の吸収器と蒸発器とは側面部で連通しているが、液体分配装置を稼動していない状態において流下液膜式熱交換器の底部に液体が貯留される場合、蒸発液(上記の液体)の量が多すぎると吸収器に流入し、濃度の高い吸収器の液を希釈してしまうおそれがあるためである。 The absorber and the evaporator of the absorption chiller communicate with each other at the side surface, but when the liquid is stored at the bottom of the falling film heat exchanger when the liquid distributor is not operated, This is because if the amount of (the above liquid) is too large, it may flow into the absorber and dilute the liquid in the absorber having a high concentration.
図7Bに示す分配ダクト5は、底面のない直方体の内部に台形状の(テーパを有する)仕切り板111、112を設け、液体の流路115a、115bを形成したものである。その他の構成は、図7Aに示す変形例と同様である。
The
図7A及び7Bの変形例においては、分配ダクト5における溶接が必要な部位を減らすことができ、その製作を容易にすることができる。
In the modification of FIGS. 7A and 7B, it is possible to reduce the portions of the
なお、液体の流路115a、115b及びシェル型熱交換器の外壁6の天井部に設けられている液体分配孔は、下流側に至るほど流路抵抗が大きくなっていることが望ましい。これは、上流側において液体が液体分配孔から流下して、下流側の液体分配孔に液体が届かない状態となることを防止するためである。
The liquid distribution holes provided in the
以上の実施例は、分配ダクト及び分配孔が2列設けられている場合を示したものであるが、これに限定されるものではなく、分配ダクト及び分配孔が3列以上であってもよい。 The above embodiment shows a case where the distribution ducts and the distribution holes are provided in two rows, but is not limited to this, and the distribution ducts and the distribution holes may be three or more rows. .
本発明における吸収式冷凍機は、日本工業規格JIS B8622−2002に記載された定義に準拠するものであり、ヒートポンプ及び冷温水機を含む。 The absorption refrigerator in the present invention conforms to the definition described in Japanese Industrial Standard JIS B8622-2002, and includes a heat pump and a cold / hot water machine.
上記の液体分配装置を用いて分配する液体は、特に限定されるものではないが、吸収式冷凍機の場合、冷媒として、一般に、臭化リチウム水溶液又はアンモニア水溶液が用いられる。また、吸収式冷凍機の蒸発器においては、臭化リチウムをほとんど含まない水も用いられる。 The liquid to be distributed using the above liquid distribution apparatus is not particularly limited, but in the case of an absorption refrigerator, an aqueous lithium bromide solution or an aqueous ammonia solution is generally used as a refrigerant. In the evaporator of the absorption refrigerator, water containing almost no lithium bromide is also used.
1:液体導入配管、2:一次供給ダクト、3:二次供給ダクト、4a、4b:三次供給ダクト、5a〜5d:分配ダクト、6:外壁、61a〜61d、62a〜62d:分配孔、7:滴下トレー、7a〜7f:滴下トレー群、71:滴下孔。 1: liquid introduction pipe, 2: primary supply duct, 3: secondary supply duct, 4a, 4b: tertiary supply duct, 5a-5d: distribution duct, 6: outer wall, 61a-61d, 62a-62d: distribution hole, 7 : Drop tray, 7a-7f: Drop tray group, 71: Drop hole.
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