JPH01244260A

JPH01244260A - 気液二相流体分配器

Info

Publication number: JPH01244260A
Application number: JP63067350A
Authority: JP
Inventors: Naoya Ogawa; 直也小川; Kenichi Hashizume; 健一橋詰; Yoshio Koyama; 小山　由夫; Keiji Murata; 村田　圭治
Original assignee: TECHNOL RES ASSOC SUPER HEAT PUMP ENERG ACCUM SYST
Current assignee: TECHNOL RES ASSOC SUPER HEAT PUMP ENERG ACCUM SYST
Priority date: 1988-03-23
Filing date: 1988-03-23
Publication date: 1989-09-28
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPH0621745B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明はヘッダ室内に流入する気液二相流体を複数の
管に略均等に分配して流出させ、かつ圧力損失が小さい
気液二相流体分配器に関するものである。

（従来の技術）第２３図は例えば縦型のシェルチューブ熱交換器のＥ部
に形成された従来の気液二相流体分配器を示したもので
ある。

この気液二相流体分配器１０１では、入口配管１０３を
介して気液二相流体が導入されるヘッダ室１０５は、ヘ
ッダ１０６と管板１０７とで構成され、管板１０７には
複数本の伝熱管１１１が取付けられている。これら伝熱
管１１１の上端ばへラダ室１０５内に間口し、下端はシ
ェル１１２の下段部に設Ｕられた図示しない管板に支持
されている。

なお、第２３図において符号９は車力方向を示したもの
である。

そして、上記気液二相流体分配器１０１では媒体Ａをヘ
ッダ室１０５内に気液二相状態で流入させた場合、入口
配管１０３近傍の伝熱管１１１ａには、媒体Ａの液相り
と気相Ｇとの速度差Ｊ３よび密度差と重力どの影響によ
り、液相［−の液間が多くなり、入１」配管１０３から
より離れている伝熱管１１１ｂには、逆に気相Ｇの流出
が多くなる。

このように、この気液二相流体分配器１０１では、ヘッ
ダ室１０５内の気液分ｐＨｌＰｓ能が十分でないため、
これら複数個の伝熱管１１１の内部に流れる気液二相流
ｆｒ′Ｉが不均一になり伝熱性能が悪化するという問題
点があった。

一方、第２４図は、特開昭６２−２４５０５８号公報に
示される気液二相流体分配器１１３を示したものである
。

この分配器１１３では、ヘッダ室１１５〕の上部にバッ
フル４板１１７が配設されており、このバッフル板１１
７の周側に形成された凹部には孔１１９が形成されてい
る。また、ヘッダ室１１５と蒸発器１２１との間に配設
された管１２３，１２５．１２７には、高さの異なる孔
１２９，１３１゜１３３がそれぞれ形成されている。

このように形成された気液二相流体分配器１１３では、
ヘッダ室１１５内に導入される気液二相流体は、い）た
んバッフル板１１７十に収容さね、ついでバッフル板１
１７の例えば孔１１９を介して下方に流出する。イ１．
て液相しは管１２３，１２５．１２７の孔１２９，１３
１．１３３を介して蒸発器１２１に供給される。また、
気相０は、管１２３，１２５．１２７の上部開口を介し
て蒸工とｍ１２１に供給される。従・）て、番孔１２９
゜１３１．１３３の高さを同一にすれば容管１２３゜１
２５．１２７に媒体を均等に分配して流出させることが
可能となる。

このような気液二相流体分配器’！９１１３では、気相
Ｇおよび液相りの分ｖｉ機能は有するが、次のような問
題がある。すなわら、バッフル板１１７の孔１１９から
ヘッダ室１１５の下部への媒６体の流れは高流速な気液
二相状態で噴出するため、圧力損失が大きくなってしま
う。さらに液相りが動揺するので、孔１２３，１３１．
１３３を同高さにしても管１２３，１２５．１２７を介
して流出する液相１−の流量が不均等になる恐れもある
。

（発明が解決しようとする課題）以上のように、従来の気液二相流体分配器では、気相と
液相との速度差および密度差と重力との影響により、容
管からの分配流出を均等に行なうことができなかった。

また、特開昭６２−２４５０５８号公報に記載のものを
応用しても、圧力損失は大きくなり、かつある程度均等
に分配する効果はあるものの、液相が動揺するため十分
な均等分配は得られないものであった。

そこでこの発明は、圧力損失を大きくしないで気液二相
流体をより確実に均等分配流出させることができる気液
二相流体分配器を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記問題点を解決するために、この発明では、略水平な
管板とヘッダとから構成され気液二相流体が流入するヘ
ッダ室と、前記管板に取付けられヘッダ室内に通ずる複
数の管とからなり、ヘッダ室内に流入した気液二相流体
を前記各管に分配して流出させる気液二相流体分配器で
あって、前記ヘッダ室内に上下方向に開口し流入した気
液二相流体を周面に当てて気相と液相とに上下に分離す
る筒体を設け、分離された液相を前記各管の周囲へ徐々
に供給して略静的な自由液面を形成する減衰手段を設け
る構成とした。

（作用）上記構成によれば、ヘッダ室内に導入された気液二相流
体は、筒体の周面に当ることによって気相および液相に
上下に分離され、気相は前記筒体の上部開口を介して前
記各管内に均等流入し、かつ液相は減衰手段を介して複
数の管の周囲に略静的な自由液面を形成するように徐々
に供給され、冬着に流入する。従って、冬着は略均等な
気液二相流体を流出する。

（実施例）以下、この発明の実施例を詳述する。

第１図は、この発明の気液二相流体分配器の第一実施例
を示したものである。この気液二相流体分配器１は、従
来同様、例えば、縦型のシェルチューブ熱交換器ト１に
一体的に設けたものである。

しかし、伯の装首に適用することもできる。

゛この気液二相流体分配器１は、ヘッダ室３がヘッダ４
と略水平な管板５とで構成され、管板５の下面は熱交ｙ
Ｊ！器のシェルフに取付けられている。

また、この管５には複数本の管９が取付けられており、
これらの管９の一端はヘッダ室３内に突出してその上端
が開口し、管９の他端はシェルフ内に延設されて熱交換
器Ｈの伝熱管となっている。

伝熱管としての管９の下端は、シェルフ内下部の管仮に
取付けられている。

また、この気液二相流体分配器１では、ヘッダ室３内に
上下方向に開口した筒体１１が配設されており、この筒
体１１は気液二相流体を周面に当てて気相Ｇと液相しと
に上下に分離する構成となっている。筒体１１の下部１
２は複数の管９を包囲するように形成され、下部１２が
管板５上の液相り内に位置するようになっている。従っ
て、筒体１１の下部１２はこの実施例で、分離された液
相りを冬着９の周囲へ徐々に供給して略静的な自由液面
Ｓを形成する減衰手段を構成する。

このように形成された気液二相流体分配器１では、媒体
へが入口配管１５から気液二相状態でヘッダ室３内に導
入されると筒体１１の周面に当り、液相しおよび液滴は
運動エネルギが低減されるので、遠方に飛散することな
く下方へ流れ落ちる。

流れ落ちた液相しは筒体１１の下部１２と管板５との間
から徐々に複数の管９の周囲へ供給される。

従って、液相りの運動エネルギはさらに減衰されて管９
の周囲おいて、略静的な自由液面Ｓを形成し、冬着９の
上部から液相りが均等に流れ込む。

一方、媒体Ａが筒体１１に衝突したとき、気相Ｇは液相
から分離し破線で示す如く筒体１１の上方へ導かれ、ヘ
ッダ室３内に充満する。充満した気相Ｇは冬着９の上部
から均等に流れ込む。

゛したがって、この気液二相流体分配器１では、複数の
管９内に圧力損失が大きくならずに気液二相流が均等に
分配され、熱交換器Ｈでの伝熱性能を向上させることが
できる。媒体Ａの流量が増加しても筒体１１により、上
記効果を維持することができる。

第２図はこの発明の第２実施例を示したものである。こ
の気液二相流体分配器１７は、第１図にお【ノる筒体１
１に代えて円錐台形状の筒体１９に形成したものである
。

このように筒体１９を形成することにより、入口間＠１
５と筒体１９との間の気相Ｇの通路２０を拡大すること
ができる。従って気相Ｇによる圧力損失が減少し、ヘッ
ダ室３を大きくすることなく気相Ｇの流量を増加させる
ことができる。

筒体１９に代えて第３図に示した如く、円錐台形状の上
部２１ａに円筒形状の下部２１ｂを合致させた筒体２１
とした場合でも、第２図の気液二相流体分配器１７と同
様の作用効果を有する。

第４図はこの発明の第３実施例を示したもので、この気
液二相流体分配器２３は第１図に示した筒体１１の上部
に、湾曲した斜面を有する蒸気整流筒２５を設けたもの
である。

このような蒸気整流筒２５を設けた気液二相流体分配器
２３では、媒体Ａから分離した気相Ｇが蒸気整流筒２５
に沿って流れると共に拡大された通路２０を通りスムー
ズに上昇し、筒体１１の開口内へ導かれるので、気相Ｇ
による圧力損失をより減少させることができる。

第５図はこの発明の第４実施例を示したものである。

この気液二相流体分配器２７では、円筒形状の筒体２９
の下端に受液板３１を設けたものであり、この受液板３
１は、ヘッダ４に取付けられている。

この受液板３１には複数の孔３２が形成され、この孔３
２には複数の液導入管３１ａ　、３１ｂ　、・・・が取
付けられて受液板上下を貫通する貫通路３４が形成され
ている。これら液導入管３１ａ　、３１ｂ、・・・の丁
ζ端は、管板５に近接して対向している。

このように形成された気液二相流体分配器２７では、入
口配管１５から気液二相状態でヘッダ室３内に導入され
た媒体Δは筒体２９の周囲に当ることによって気相Ｇお
よび液相りに分離される。

液相しは、−１１受液仮３１上に溜まり、その後受液板
３１から貫通路３４を介して管板５−トに導かれる。従
って、液相りの運動］−ネルギば受液板３１十で一目減
衰され、液導入管３１ａ　、３１ｂの下９η：から管９
の周囲へ減衰状態で徐々に供給され、より静的な自由液
面Ｓを構成することができる。

また、複数の貫通路３４から均等ψずつ管９のまわりに
落下するので、液相りの流量が増加しても、容管９の内
部に流れ込む液相りの讃をより均等にする効果をも右す
る。

このように、筒体２９の小端を管９に対して上方に位置
させる場合には、筒体２９の径を小さくすることができ
、そのため、ヘッダ４と筒体２つとの空間３０が大きく
なる。その結果、媒体△は気液弁頭しやＪ−＜なり、筒
体２９の高さを低くすることができ、ヘッダ４をコンバ
ク１〜化する効果と、通路３０が人きくなることから気
相Ｇによる汁力１０人が小さくなる効果とを有する。

第６図はこの発明の第５実施例を示したものである。

この気液二相流体分配器３３では、第５図に示した液導
入管３１ａ　、３１ｂ　、・・・及び孔３２を省さ、受
液板３１の端縁に液導入筒３５を取付けたものである。

この液導入筒３５の下端は管板５」二に近接している。

ぞ（）で、受液板３１とヘッダ４との間に貫通路３４が
設けられている。

このような気液二相流体分配器３３であっても萌記気液
二相流体分配器２７と略ｆｉ」１様の作用効果を右ザる
。

第７図はこの発明の第６実施例を示したものである。

この気液二相流体分配器４１は、第６図に示した液導入
筒３５と管９との間に筒状の液整流壁４３を配置したも
のである。

気相Ｇの流量が増加していくと、貫通路３４内には媒体
へが気液二相流として流れる虞れがある。

その場合、管板５上に溜っている液相りの自由液面Ｓが
乱れてしまうが、この液整流壁４３を設けることにより
、液相しは液整流壁４３の上端を通過した後、液整流壁
４３内に流れ込むので、略静的な自由液面Ｓを形成する
ことができる。気相Ｇの流量が増加しても均等に分配す
ることができる。

第８図はこの発明の第７実施例を示したものである。

この気液二相流体分配器４５では、第６図の第５実施例
の液導入筒３５を省いたものである。

このように形成された気液二相流体分配器４５では、筒
体２つに衝突することによって分離された液はいつたん
受液板３１上に溜まった侵、貫通路３４を介し、ヘッダ
４内面に沿って管板５上に流れ出る。従って、略静的な
自由液面Ｓが形成され、同様な効果を奏する。

第９図はこの発明の第８実施例に係る筒体５１を示した
もので、この筒体５１の下端には第８図に示した受液板
３７の代わりに、外縁が低くなる傾斜した受液板５３が
設けられている。

このような受液板５３が設けられた筒体５１では、受液
板５３の下面につく液滴を受液板５３の外縁へ導くこと
ができ、液滴が管９内に直搗入ることを防止する効果が
ある。

第１０図はこの発明の第９実施例を示したものである。

この気液二相流体分配器５５は、第５図に示した受液板
３１の液導入管３１ａ　、３１ｂ　、・・・を省いたも
のである。従って、略同様な効果を奏する。

第１１図（ａ）、（ｂ）はこの発明の第１０実施例を示
したもので、管板５に配設された管９の１一部断面とそ
の上面を示したものである。この実施例では、管９の管
板５から突き出た部分に、スリット５つを設けである。

管９の内部に流入りる液相［−の流星は液面高さｈｌに
依存するので、スリット５９を設けると流入する液流閤
が大きく変動しても、管９の内部に流入する液相りの流
量の変動は小さくてすむとい−）効果がある。

第１２図（ａ＞、（ｂ）はこの発明の第１１実施例を示
したもので、この実施例では第１１図に示した管９の上
部に、スリット５９に代えて孔６１を形成している。こ
のように孔６１を形成しても第１１図と同等の作用効果
を有する。

第１３図はこの発明の第１２実施例を示したもので、こ
の実施例では、管９を管板５から突き出ないように設け
、さらに、管板５上にスリット５９を備えたスリット管
６１を取付けている。このようにスリッｊ〜管６１を取
付けることにより、管板５からスリット５９までの高さ
ｈ２を確実に設定することができ、より均等に各管９内
に液相りを分配することができる。

第１４図はこの発明の第１３実施例を示したもので、こ
の実施例では、管９を管板５から突き出ないように取付
け、さらに管板５上にスリット管６１を備えた位置決め
根６３を設置している。このような位置決め板６３を設
置しても第１３図と同様の作用効果を有し、さらに位置
決め板６３の裏側からスリット管０１を取付られるので
スリット管６１が良くても、容易に溶接することができ
る。

第１５図はこの発明の第１４実施例を示したもので、こ
の実施例では、管板５がら突き出すように取付た管９に
、管９より細いスリット管６５が接続されている。気液
二相流体分配器のコンパクト化を図りたい場合には、複
数の管９のピッチをできるだ【」小さくすることが望ま
しいがピッチを小さくすると複数のバイブ９の間の液相
りの流れが悪くなる。そこで、スリット管６５を管９よ
り細くすると、液流路が広くなり、液相りの流れが良く
なるので、管９のピッチを小さくできる効果を有する。

第１６図はこの発明の第１５実ｍ例を示すもので、ヘッ
ダ室内部の平面を示している。この実施例では複数の管
９に設けたスリット５９が内側に向くように形成されて
いる。入口配管１５がら流入した媒体Ａは筒体６７に衝
突し、液りは管板５上を流れ、スリット５９から管９の
内部に入るが、液相りの流量が大きくなり、かつ、スリ
ット５９が外側を向いていた場合、管９の内部に入る液
相りの流量は、液面高さだけでなく、液相りの流速にも
依存する。したがって、このようにスリット５９を内側
に向けることにより、液相りの流速の影響を受けずに均
等に分配できる効果を有する。

第１７図はこの発明の第１６実施例を示すものであり、
管板５から突き出ている管９に管外面に複数の溝加工を
施した中空の管７１を取付けたものである。

このようにすると、媒体Ａの気相Ｇは管外に複数の溝加
工を施した中空の管７１の中を通り、液相しは管９の内
側と溝との隙間を流れるので、管９の内側と溝との隙間
や溝深さを替えたり、溝加工を施した中空の管７１の差
し込み深さや溝の数を変化させることにより、管板５上
に溜る液面高さを容易に調整することができ、幅広い流
量に対処できる効果を有する。また、管９を伝熱管とし
て用いる場合は、液相りが管９の内面に沿って流れるの
で、管９の内面全てに液膜を作ることができ、伝熱性能
を向上させる効果を有する。

第１８図はこの発明の第１７実施例を示すものであり、
第１６実施例の管９を内面溝付き管７３に代えたもので
ある。

このよ・うにすると第１６実施例の効果の他に、管外に
複数の溝加■を施した中空の管７１の溝深さが浅くても
よく、管７１の肉厚をうすくすることができるので、管
７１の内径を大きくして気相Ｇによる圧力損失を減少す
ることができる効果も右する。

第１９図はこの発明の第１８実施例を示すものであり、
第２０図は第１９図の分解斜視図である。

この構成は、管板５または管９にスリット管６１を取イ
・１け、このスリット管６１の内側に中空の７ランジ付
バイブ７５を設置したものである。液相しはスリット管
６１から流れ込み、スリット管６１と中空の管７５の間
を流れ管９に入る。スリット５９もスリット長さ吏を変
化させることにより、第１６実施例と同様の効果を持ら
、さらにスリット幅Ｗを変化させることにより、ごみ等
の異物が詰まるのを防止でき、保守点検の回数を減少さ
せる効果も有する。

第２１図はこの発明の第１９実廠例を示、すものである
。

この構成は第１６実施例の管９と管外に複数の）ｊ４加
工を施した中空の管７１とを固定具としてのυ１ビン７
７で固定したものである。管９と管外に複数の溝加工を
施した中空の管７１を溶接などで固定する場合は、製作
上多管９のピッチを大きくしなければならないが、この
ようにすることにより管９のピッチを大きくする必用が
無いので、コンパクトな気液二相流体分配器にする効果
を有する。

第２２図はこの発明の第２０実施例に係る気液二相流体
分配器７９を示す゛ものであり、第７実施例の筒体２９
を受液板３１から下方へ突き出ないようにし、複数の管
９のまわりに液相りに浮かぶ浮板８１を設け、さらに管
９に孔８３を設けたものである。こうすることにより、
液面Ｓには波が立らにくくなり、かつ液面も一様になる
ので、更によく液相りを６管９に均等に分配させること
がでさる効果を有する。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明によれば、気液二相流体は
ヘッダ室内に設けた筒体に当ることによって気相および
液相の分離を十分に行なうことができる。

分離した気相は上方へ案内され、液相は減衰手段によっ
て６管の周囲へ徐々に供給され、略静的な自由液面が形
成される。したがって、圧力損失を大きくぜずに分離さ
れた各相を６管から均等に分配流出覆ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の気液二相流体分配器の第１実施例を
示す縦断面図、第２図【よこの発明の第２実施例を説明
する縦断面図、第３図は第１図および第２図に示した筒
体の他の例を示す縦断面図、第４図、第５図、第６図、
第７図、第８図、第９図、第１０図、第１１図、第１２
図、第１３図。第１４図、第１５図、第１６図、第１７図、第１８図、
第１９図はそれぞれこの発明の第３実施例。第４実施例、第５実施例、第６実施例、第７実施例、第
８実施例、第９実施例、第１０実施例、第１１実施例、
第１２実施例、第１３実施例、第１４実施例、第１５実
施例、第１６実施例、第１７実施例、第１８実施例を説
明する縦断面図、第２０図は第１９図の分解斜視図、第
２１図、第２２図はこの発明の第１９実施例、第２０実
施例を説明する断面図、第２３図および第２４図は従来
の気液二相流体分配器の縦断面図である。１．１７，２３．２７．３３．４１，４５゜５５．７９
・・・気液二相流体分配器３・・・ヘッダｖ　　　　　　４・・・ヘッダ５・・・
管板　　　　　　　　９・・・管１１．２９．５１．６
７・・・筒体１２・・・筒体の下部（減衰手段）３１．５３・・・受液板（減衰手段）３４・・・貫通路（減衰手段）４３・・・液整流板（減衰手段）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）略水平な管板とヘッダとから構成され気液二相流
体が流入するヘッダ室と、前記管板に取付けられヘッダ
室内に通ずる複数の管とからなり、ヘッダ室内に流入し
た気液二相流体を前記各管に分配して流出させる気液二
相流体分配器であつて、前記ヘッダ室内に上下方向に開
口し流入した気液二相流体を周面に当てて気相と液相と
に上下に分離する筒体を設け、分離された液相を前記各
管の周囲へ徐々に供給して略静的な自由液面を形成する
減衰手段を設けたことを特徴とする気液二相流体分配器
。
（２）前記筒体を前記複数の管を包囲するように形成し
、下部が管板上の液相内に位置するようにして前記減衰
手段を構成したことを特徴とする請求項１記載の気液二
相流体分配器。
（３）前記筒体の周囲に受液板を設け、この受液板と前
記ヘッダとの間又は受液板に受液板上下を連通する貫通
路を設けて前記減衰手段を構成したことを特徴とする請
求項１記載の気液二相流体分配器。