JP4423590B2 - 滴下装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸収式冷凍機やボイラ等で用いられる流下液膜式熱交換器に設置する滴下装置に係り、特に構成部品数の削減、組立作業の簡略化を図った滴下装置に関する。

従来から、吸収式冷凍機の蒸発器、吸収器内に設置された伝熱管に液を散布して滴下する滴下装置が用いられている。（例えば特許文献１、２参照）
その一つに、吸収冷凍機の蒸発器内で伝熱管に液を分散して滴下する滴下装置がある。この滴下装置は、液を貯留する四角断面の溝を有する長尺のトレイと、そのトレイの側板に取りつけられた導液板とから構成されている。導液板は、トレイの側板内面に接してトレイの液中から立ち上がる内板部分と該内板部分に続いて側板上端で反転して側板外面に接してトレイ下方まで立ち下がる外板部分とからなる一つの板であり、液につかる板の一端からトレイ下方まで立ち下がる板片の他端までトレイの側板の面に接する側に浅い溝状の液通路が、多数、ある間隔をもって並列に成形されている。この導液板においては、トレイ中の液は、毛細管現象により液通路を通じてトレイの側板上端まで上昇し、そこから降下し、他端で液滴となって、伝熱管に落下する。（例えば特許文献１参照）
特許第３３８７５８３号公報（第２頁、図５、６） 特許２９７９３７９号公報（第２頁左欄、図４、５）

上記のように、従来の滴下装置は、トレイとそれに取り付ける導液板との複数部品からなる上に、特殊な形状の導液板の製造や組立作業などを必要とするためにコストが高くなるという問題があった。

本発明の一課題は、上記問題を解決するために、部品数の低減、組立作業の簡略化を可能にして、製造コストの低減を図った滴下装置を提供することである。

上記一課題を解決するために、本発明の滴下装置は、液を貯留する四角形断面の溝を有するトレイと、トレイの溝の側板の長手方向に沿って間隔を空けて形成された複数の液流出孔と、側板の上部を溝の外側に折り曲げて各液流出孔に対向させ、かつ側板との間に隙間を空けて形成されたガイド板と、ガイド板の下縁に長手方向に沿って間隔を空けて溝の底部より下方に突出して形成された複数の滴下板片を備え、側板と前記ガイド板との隙間は、各液流出孔から流出される液がガイド板の長手方向に広がって隙間に満たされる隙間寸法に形成されていることを特徴とする。

トレイの側板とガイド板間の隙間は側板にもうけた液流出孔の直径の１／８以上1以下の幅で形成することが好ましい。また液流出孔は滴下板片と同じピッチで設ける、あるいは滴下板片のピッチの２倍のピッチで設けてもよい。このように構成された滴下装置において、切欠きの上端をトレイの下面より上方に位置させることが好ましい。

さらに、稀溶液を加熱する再生器と、再生器で生成した冷媒蒸気を液化する凝縮器と、この凝縮器で液化した冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を生成する際に二次冷媒を冷却する蒸発器と、この蒸発器で生成された冷媒蒸気を濃溶液に吸収させる吸収器とを有し、再生器、蒸発器及び吸収器のうち少なくとも１つが伝熱管に溶液を滴下する滴下装置として請求項１乃至５のいずれか１項に記載の滴下装置を備えた構成とする。

本発明によれば、トレイの底板、側板、端板とガイド板とを一枚板としてつながるように一体に構成したので、部品数を削減できかつ組立作業を簡略化できる吸収式冷凍機用の滴下装置を提供できる。

以下、本発明を適用してなる滴下装置の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態の滴下装置の構成図、図２は一実施形態の滴下装置における液流出孔と液が流通する隙間の寸法関係を説明する図である。

図１を用いて本発明の一実施形態の滴下装置１５Ａの構成を説明する。図１（ａ）に滴下装置１５Ａを正面から見た形状を、図１(ｂ)、（ｃ）には図１(ａ)のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面の形状を示す。滴下装置１５Ａは、液を貯留するトレイ１と該トレイ１で溝２の各側壁を構成する各側板４に形成した孔６から流出する液を流下液膜式熱交換器（図７で後述する）上に滴下するように導くガイド板７とから構成される。トレイ１は液を貯留するために四角形断面の溝２を形成する底板３と、その底板３の両側縁から続いて立ち上がる側板４と、底板３の始終端縁から続いて立ち上がる端板５とから構成され、各側板４には底板３からある高さで溝の長手方向に等間隔に多数の液流出孔６が形成されている。ガイド板７はトレイ１の各側板４の上端から続いて反転し側板４と所定幅の隙間１１を明けて底板３より下方まで垂下しており、このガイド板７には、トレイの側板４で隣り合う２つの液流出孔６の中間に対向する各位置に、上部が円弧状でかつ下方に開く切欠き８が形成されており、隣り合う２つの切欠き８間の板部分を滴下板片９としている。従って滴下板片９は液流出孔６の下方に位置し、液流出孔６と滴下板片９は同じピッチで設けている。ここで、切欠き８の上端はトレイの側板４に設けた孔６と底板３下面との間の高さに位置し、滴下板片９は底板３より下方に突出している。トレイの側板４とガイド板７間の隙間１１を滴下装置全長にわたって容易に保つために、ガイド板７には板表面側がへこんで裏面側に突出する突起１０が孔６のピッチの数倍のピッチで形成されている。

滴下量は液流出孔６の直径及び個数、孔６からの液面高さ、側板４とガイド板７間の隙間１１によって決まる。液を均一に分散して滴下させるには孔数が多い方がよいが、孔数が多いと孔径を小さくすることになり、液の表面張力の故に所要の滴下量が得られない、あるいは液面高さを大きくしなければならないという不都合が生じる。本発明では最終的に隙間１１の幅により滴下量を調整する。

隙間１１の幅Ｌは、図２に示すように、液流出孔の直径：Ｄとして、１/８（Ｄ）以上かつ１Ｄ以下とするのがよい。隙間Ｌが１／８（Ｄ）未満では、液流出孔６からの流量がその径Ｄに見合う流量範囲より少量に制限されることになり、また隙間Ｌが１Ｄを越えると、液流出孔６から出た液がトレイの側板とガイド板との間を渡して充満することが困難になる。

なお、上記滴下装置１５Ａにおいては、ガイド板に形成した切欠き８の上端はトレイの側板４に設けた液流出孔６と底板３下面との間の高さに位置としたが、切欠き８の上端を底板３より下方の位置に置くこともできる。ただし、切欠き８の上端を底板３より下方の位置にした後者の場合、トレイ１がほぼ水平に保持されている限り、隙間１１に満たされた液１２は各滴下板片９に分散されて滴下するが、トレイ１がその長手方向にある程度傾いたときに液は分散せずにトレイ１の側板４の下縁に沿って流れ下り、トレイの最も低い箇所から集中的に落下する。一方、切欠き８の上端を液流出孔６と底板３下面との間の高さにした前者の場合、トレイが傾斜しても、隙間１１に満たされた液１２は切欠きにより分割されて滴下板片９に流れる。したがって、後者の滴下装置は前者のそれより設置条件が制限されることになる。また切欠き８の上端の形状は円弧状に限らず、三角形、四角形でもよく、液を分割できればよい。

次に図３により上記滴下装置の製作方法を説明する。図３は滴下装置の平面展開図である。まず、トレイの底を構成する長い短冊形の底板３を中央にして、該底板３の先後端にそれぞれ続く端板５、該底板３の両横にそれぞれ順次続く側板４およびガイド板７を平面に展開した図形の素材を、各側板４で長手方向に並ぶ液流出孔６、各ガイド板７の横エッジ側に長手方向に並ぶ切欠き８及び切欠き８より中央寄りに長手方向に並ぶ突起１０の加工を含めて、１枚の鋼板から抜き出す。次に各側板４に対して各ガイド板７をそれら両者間に所定の隙間を形成するように外方向に１８０°のヘアピン曲げを行うと共に底板３に対して側板４、端板５を内方向に直角曲げを行う。次いで端板５と側板４との合わせ部を接合する。かくして１枚板から一体物の滴下装置が得られる。

図４により一実施形態の滴下装置１５Ａにおける液の流れを説明する。図４（a）にガイド板７の板面方向から見た液の流れを、図４（ｂ）に溝断面から見た液の流れを示す。トレイ１中に溜まった液１２は各液流出孔６から流出してトレイの側板４とガイド板7間の隙間１１を満たし、滴下板片９に沿って降下すると共に隙間１１内の横方向にも広がって一体の液領域を形成する。そして液領域を形成した液は滴下板片９に沿って降下し、滴下板片９の先端で液滴１２ａとなって滴下する。

このように滴下装置１５Ａを、トレイ１から液流出孔６を通じて流出した液はトレイ１の側板４とガイド板７間の隙間１１に広がって液領域を形成し、そこから滴下板片９を通じて滴下するように構成したので、局部的にある液流出孔が詰まってそこの液流出が止まっても、それを補うように他の液流出孔からの液が液領域を形成するので、所定の滴下性能を維持できる。なお、滴下板片９は液流出孔６の直下に位置するが、全体的に横方向にずれた位置にしてもよく、ただ均等に配置されていればよい。それは液流出孔６を有する側板４と滴下板片９を有するガイド板間の隙間１１に液領域が形成されるからである。

次に図５を参照して本発明の別の実施形態の滴下装置１５Ｂについて説明する。図５(ａ)に滴下装置１５Ｂを正面から見た形状を、図５（ｂ）、（ｃ）には図５(a)のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面の形状を示す。滴下装置１５Ｂは、機能的には前述の滴下装置１５Ａと同様に、トレイとガイド板とから構成されている。滴下装置１５Ｂのトレイは滴下装置１５Ａのトレイ1と構成は同じであるので、その構成要素には同一の符合を付す。一方、滴下装置１５Ｂのガイド板１７は、滴下装置１５Ａのガイド板７とは、構造上、トレイ１に設けた孔６に対する切欠き及び滴下板片の位置を異にしている。従って、ここでは滴下装置１５Ｂのガイド板１７について説明し、トレイ１の説明を省略する。

滴下装置１５Ｂのガイド板１７はトレイ１の各側板４の上端から続いて反転し側板４と所定の隙間１１をもってトレイ１の底板３より下方まで垂下する。ガイド板１７には、トレイの側板４に設けた液流出孔６に対向する位置と、隣り合う２つの孔６の中間に対向する位置に、上部が円弧状でかつ下方に開く切欠き１８が形成されており、隣り合う２つの切欠き１８間の板部分を滴下板片１９としている。ここで、切欠き１８の頂点はトレイの孔６と底板３下面との間の高さに位置し、滴下板片１９は底板３より下方に突出している。そしてトレイの側板４とガイド板１７間の隙間１１を容易に保つためにガイド板１７には板表面側がへこんで裏面側に突出する突起１０が適宜間隔で形成されている。

別の実施形態の滴下装置１５Ｂ側板４とガイド板１７との間の隙間１１は、前述の図２に示すように、液流出孔の直径：Ｄとして、１/８（Ｄ）以上かつ１Ｄ以下とする。またこの滴下装置１５Ｂの製作方法は、前述の一実施形態の滴下装置１５Ａのそれと同じである(図３参照)。

上記の滴下装置１５Ｂにおける液の流れを図６により説明する。図６（ａ）にガイド板１７の板面方向から見た液の流れを、図６（ｂ）に溝断面から見た液の流れを示す。トレイ１内に溜まった液１２は各液流出孔６から流出して側板４とガイド板１７間の隙間１１内に広がり一つの液領域を形成し、そしてこの液領域中の液は各液流出孔６両側で下方に位置する２つの滴下板片１９に分流して降下しそれぞれ滴下板片１９の先端で液滴となって落下する。

このように滴下装置１５Ｂは、各液流出孔６より流出した液はトレイ１の側板４とガイド板１７間の隙間１１に広がって液領域を形成し、そこから滴下板片１９を通じて滴下するように構成したので、一部液流出孔が詰まってそこからの液流出が止まったとしても、それを補うように他の液流出孔からの液が液領域を形成するので、所定の滴下性能を維持することができる。

なお、上記滴下装置１５Ｂにおいても、滴下装置１５Ａと同様に、切欠き１８の上端を底板３より下方の位置に置くこともできる。ただし、その場合、設置条件が制限されることは前述のとおりである。また切欠き１８の上端の形状は円弧状に限らず、三角形、四角形でもよく、液を分割できればよい。また液流出孔６に対する滴下板片１９の位置は、液領域の故に、全体的に横方向にずれてもよく、ただ滴下板片１９が均等に配置されていればよい。

滴下装置１５Ｂでは液流出孔６と滴下板片１９は１対２で対応するが流出孔から流出した液は隙間１１内に広がるので、液流出孔と滴下板片との個数比は１対ｎ（ｎ：３以上）とすることも可能である。なお、滴下装置１５Ａではこの比は１対1である。さらに滴下板片の配置ピッチと液流出孔の配置ピッチの比は１以上、例えば１．５のように整数値でなくてもかまわない。

図７により本発明の実施形態の滴下装置を伝熱管上に設置した流下液膜式熱交換器の一例を説明する。ここでは上記二つの実施形態を代表して実施形態１の滴下装置１５Ａを用いる。この熱交換器では、縦方向に多段に配列された伝熱管１６の１群が横方向に偶数列で設置されており、そして滴下装置１５Ａは伝熱管の２群に１つの割合で設置されている。滴下装置１５Ａのトレイ１中の液は、トレイ1側面に設けた一方のガイド板７から２群のうちの一群の伝熱管１６に滴下され、他方のガイド板７からは他群の伝熱管１６に滴下される。最上段の伝熱管にその長手方向に分散して滴下された液は、管表面で広がりながら順次下段の伝熱管に落下して、各伝熱管表面に液膜を形成する。そして液膜と伝熱管中を通流する熱媒体との間で熱交換が行われる。

図８により、本発明の滴下装置を適用する吸収式冷凍機の一例について説明する。この吸収式冷凍機は、稀溶液を加熱して冷媒を蒸発させて該稀溶液を濃溶液とする再生器２１と、再生器２１からの冷媒蒸気を冷却して冷媒液とする凝縮器２２と、凝縮器２２からの冷媒液を二次冷媒と熱交換して蒸発させる蒸発器２３と、再生器２１からの濃溶液を冷却し、その冷却した濃溶液に蒸発器２３からの冷媒蒸気を吸収して稀溶液を生成する吸収器２４等を備えている。吸収器２４で生成された稀溶液は再生器２１に戻され、また二次冷媒は冷房、飲料水などに利用される。本発明の滴下装置は蒸発器２３及び吸収器２４のいずれか、あるいはその両方に設置される。

再生器２１内には稀溶液を分散、滴下する滴下装置２７と滴下された稀溶液を加熱する熱媒を通流する伝熱管２５が設置されている。加熱された稀溶液から発生する冷媒蒸気は再生器２１と連通する凝縮器２２に流出し、再生器２１の底部に溜まった濃溶液は濃溶液管路３９を通じて吸収器２４に導かれる。伝熱管２５に熱媒を供給する熱媒管２８の入り側には熱媒温度の変動を補正するための補助ボイラ２６が設けられている。この再生器２１は、熱媒として地熱、工業排熱を利用するために滴下装置、伝熱管を設置する特殊な方式であるが、一般的には容器中に稀溶液を溜め、その稀溶液中に伝熱管を浸すプール沸騰式の再生器などが用いられている。

凝縮器２２は、再生器２１からの冷媒蒸気を冷却する伝熱管３３を内部に備えている。伝熱管３３通流する冷却水は冷却塔（図示しない）との間を循環する。凝縮器２２の底部に溜まった冷媒液は液管路３６を通じて蒸発器２３に供給される。また、凝縮器２２の底部には液管路３６と並列に、蒸発器２３の液の滴下量を調整すると共に凝縮器２２に溜まる液量を調整して濃溶液濃度を調整するために、液流量調整用管路３７が連結しており、液流量調整用管路３７には液流量調整弁３８を設けている。

蒸発器２３内には凝縮器２２から供給された冷媒液を分散して滴下する滴下装置３０と滴下された液と熱交換する二次冷媒を通流させる伝熱管２９が設置されている。伝熱管２９につながる二次冷媒管４２の出側には温度センサ４３を設けている。また、蒸発器２３は、その内部で発生した冷媒蒸気が通流できるように吸収器２４と連通している。

吸収器２４内には再生器２１から送給された濃溶液を分散、滴下する滴下装置３１と、滴下された濃溶液を冷却する伝熱管３２が設置されている。この伝熱管３２を通流する冷却水は上述の冷却塔（図示しない）との間を循環するように冷却水管路３４で連結されている。濃溶液は蒸発器２３から流入した冷媒蒸気を吸収して稀溶液となって吸収器２４の底部に溜り、稀溶液はそこから稀溶液管路４１を通じて、該管路４１に設けたポンプ４４により再生器２１の滴下装置２７に戻される。稀溶液が再生器２１に戻る途中、稀溶液管路４１内の稀溶液と濃溶液管路３９内の濃溶液との間で熱交換を行う熱交換器４５を設けている。

上記の吸収式冷凍機の蒸発器、吸収器は、それぞれ滴下装置と伝熱管とを備える流下液膜式熱交換器である。ここで伝熱管として、図７に示す直管で構成されるものの他に、小径から大径まで巻き径の異なるコイルを同軸的に配置した多重コイルも用いられる。実際にはレーストラック形の多重コイルも用いられる。したがって、滴下装置も伝熱管の形状に合わせたものが用いられることになるが、このような伝熱管への滴下装置にも本発明を適用できる。そしてこれら滴下装置は、吸収式冷凍機の蒸発器、吸収器に適用するばかりでなく、ボイラ等の様々な流下液膜式熱交換器等に適用することができる。

以上述べたように、本発明の各実施形態の滴下装置は、トレイの底板、側板および端板とガイド板の全部品がつながるように一体物として構成したので、一枚板から製作でき、これにより部品数の削減、及び組立作業の簡略化に効果がある。

本発明の一実施形態の滴下装置の構成図である。 実施形態１の滴下装置における液流出孔と液の流通する隙間の寸法関係を説明する図である。 本発明の一実施形態の滴下装置の製作方法をその平面展開図形を用いて説明する図である。 一実施形態の滴下装置における液の流れを説明する図である。 本発明の別の実施形態の滴下装置の構成図である。 本発明の別の実施形態２の滴下装置における液の流れを説明する図である。 本発明の実施形態１の滴下装置を備える流下液膜式熱交換器の模式図である。 本発明の実施形態１の滴下装置を備える吸収冷凍機の構成図である。

符号の説明

１ トレイ
２ 溝
３ 底板
４ 側板
５ 端板
６ 液流出孔
７ ガイド板
８ 切欠き
９ 滴下板片
１１ 隙間
１５Ａ、１５Ｂ 滴下装置
１７ ガイド板
１８ 切欠き
１９ 滴下板片

Claims (3)

1. 液を貯留する四角形断面の溝を有するトレイと、該トレイの溝の側板の長手方向に沿って間隔を空けて形成された複数の液流出孔と、前記側板の上部を前記溝の外側に折り曲げて前記各液流出孔に対向させ、かつ前記側板との間に隙間を空けて形成されたガイド板と、該ガイド板の下縁に前記長手方向に沿って間隔を空けて前記溝の底部より下方に突出して形成された複数の滴下板片を備え、
   前記側板と前記ガイド板との隙間は、前記各液流出孔から流出される液が前記ガイド板の長手方向に広がって前記隙間に満たされる隙間寸法に形成されている滴下装置。
2. 請求項１に記載の滴下装置において、
   前記ガイド板には、前記側板に向かって突出させた突起が設けられていることを特徴とする滴下装置。
3. 稀溶液を加熱する再生器と、前記再生器で生成した冷媒蒸気を液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を生成する際に二次冷媒を冷却する蒸発器と、該蒸発器で生成された冷媒蒸気を濃溶液に吸収させる吸収器とを有し、前記再生器、前記蒸発器及び前記吸収器のうち少なくとも１つが伝熱管に液を滴下する滴下装置として請求項１又は２に記載の滴下装置を備えたことを特徴とする吸収式冷凍機。

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