JPS58184489A - 直接液一液接触式熱交換器 - Google Patents

直接液一液接触式熱交換器

Info

Publication number
JPS58184489A
JPS58184489A JP6728582A JP6728582A JPS58184489A JP S58184489 A JPS58184489 A JP S58184489A JP 6728582 A JP6728582 A JP 6728582A JP 6728582 A JP6728582 A JP 6728582A JP S58184489 A JPS58184489 A JP S58184489A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat medium
liquid
temperature heat
boiling point
high temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6728582A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Shiina
孝次 椎名
Takahiro Oguro
崇弘 大黒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP6728582A priority Critical patent/JPS58184489A/ja
Publication of JPS58184489A publication Critical patent/JPS58184489A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28CHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

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】 本発明は、直接液−液接触式熱交換器に関するものであ
る。
直接液−液接触式熱交換器は、容器内において高温熱媒
体と低沸点媒体とを直接接触させて熱交換を行い、低沸
点媒体を沸騰させるものである。
かかる直接液−液接触式熱交換器においては、低沸点媒
体を直ちに沸騰させるために安定した発泡核が必要であ
る。
そして、従来の直接液−液接触式交換器は、低沸点媒体
を自発泡核生成温度近くまで過熱して発泡させる必要が
ある。このために、高温熱媒体の温度レベルが中低温度
レベルには適さない。
そこで、熱交換器内に組み立て時の不純物を混入させた
り、あるいは仕切板や充填層設置などにより発泡核を混
入させたりしている。ところが、この不純物や発泡核の
回収が難しく、しかも熱交換機内が汚れて熱抵抗が大き
くなり性能が低下すると言った欠点がある。
本発明は、上述の諸欠点分改善した血液−液接触式熱交
換器を提供せんとするものである。
本発明に、ある過熱温度以上の温度の高温熱媒体に低沸
点媒体を接触させると、急激にボイドが発生し、このボ
イドが自由液面に達すると崩壊して小気泡が発生し、ま
たはボイドを緩衝体に衝突させると液柱の分裂、崩壊が
促進されて小気泡が発生することに鑑み、熱交換を行な
った後、自由液面における崩壊、または緩衝体への衝突
による崩壊などの小気泡発生手段により、高温熱媒体中
に小気泡を発生せしめ、この小気泡を含んだ高温熱媒体
を自然循環または強制循7などの循環手段によシ再循環
させることを特徴とする。
以下、本発明の直接液−液接触式熱交換機の具体例を添
付図面を参照して説明する。
第1図は本発明の直接紗−液接触式熱交換器の第1の実
施例を示した概略図である。
この実施例における本発明の直接液−液接触式熱交換器
は、連設された予熱器1aと蒸発器1bと、その上部に
取り付けられた気液分離器2から成る。予熱器1aの下
部の内側には先端に多孔式ノズル3b6取り付けた低沸
点媒体B注入口3aと、高温熱媒体A注入口4とが設置
されている。
また、気液分離器2内には蒸発器1b出口のすぐ上部に
緩衝板6が設置されており、更にその上部には低沸点媒
体の気相と液相とを分離させるためのデミスタ5が固定
されている。前記気液分離器2蒸発器1bの出口と対応
する箇所(オーバーフロ一部分)と予熱器1aの下部と
の間には循環ポンプ8およびバルブ9.1(l備えた再
循環パイプ7が設けられている。
次に、上述の本発明の直接液−液接触式熱交換器の作動
について説明する。
高温熱媒体Aは高温熱媒体注入口4から流入し、また低
沸点媒体Bは多孔式ノズル3bから噴射されて、予熱器
la内で直接二様体が接触して熱交換を行なう。予熱器
la内では、高温熱媒体Aは連続相として作用し、一方
低沸点媒体Bは分散相として球形の液滴の状態で熱伝導
による熱交換が行なわれる。すなわち、高温熱媒体A中
の小気泡を発泡核として、蒸発器lb内で低沸点媒体B
は沸騰して蒸気化し、スラグ流に近い状態で器内を上昇
する。この蒸気化した低沸点媒体Bk含んだ高温熱媒体
Aが蒸発器1b出口の上部に設置された緩衝板6に衝突
し、固液衝突微粒化と同時に、小気泡を巻き込んで気液
分離器2下部に流下する。
この際、大部分の高温熱媒体Aは再循環パイプ7を通っ
て気液分離器2より流出される。そのうちある量の小気
泡を含んだ高温熱媒体りは、循環ポンプ8によりバルブ
9で調整した量だけ再循環されて、多孔式ノズル3bの
下部に流入された高温熱媒体中と混合されて予熱器la
内に流入する。
また、その他はバルブ10によシ調整されシステムとし
て次の系へ移行する。そして、この小気泡を発泡核とし
て、低沸点媒体Bを小さ彦過熱度でも発泡しやすくさせ
る。
さらに詳細に説明すると、第2図に示すように、低沸点
媒体Bは予熱器1aにおいてノズル3bからジェット状
の液柱20aとして噴射された後、球形の液滴20bに
微粒化され、高温熱媒体Aから予熱されている間に高温
熱媒体A中に含まれている小気泡30と合体する。これ
を発泡核として、液滴20bから蒸気層を形成して液膜
が下部にたれた状態の二相泡20cと々す、これらが蒸
発器lb内で合体してスラグ流を生じ、二の媒体間のミ
キシングが激しくなる。ここで、予熱器1a内で小気泡
と合体せずに発泡核がないまま蒸発器1bに流入した低
沸点媒体B@小液滴がこれらの攪拌上昇流中で発泡核を
取り入れ、すべての低沸点媒体が沸騰、気化するように
なる。
その後、第3図に示すように、ボイド率の高い激しい気
液二相流が垂直管である蒸発器1be上昇し、高温熱媒
体Aの流速が小さい場合は自由液面で崩壊し、流速が大
きい場合はその上部に設置された緩衝板6に直接衝突し
て、固液衝突微粒化が起り、多くの微小液滴を形成する
と同時に、粒径数lOOμm程度の微小液滴を生成し、
これを気液分離器2内のオーバーフロー容器の1部にた
めて再循環させる。従って、高温熱媒体Aの温度レベル
が中低の温度レベルであっても低沸点媒体fl十分に沸
騰させることができる。しかも、汚れによる熱抵抗の増
大、性能の低下と言った虞れはない。
本発明の特徴は、小気泡発生手段と、その気泡を含んだ
高温熱媒体の再循環手段との二点である、他の実施例を
以下により説明する。
小気泡発生機構としては、第1図のように平滑板のもの
以外に、第4図で示すように衝突液の分散が激しくなる
ように、液柱が衝突する下面は焼結層のものが考えられ
ろ。また形状としては、第5図に示すように衝突液の分
散及び微粒化が大きく、更に小気泡巻き込み効果の大き
な上に凸形で比較的曲率半径Rの大きい球面体も考えら
れる。
材質に関しては、高温熱媒体として熱水、低沸点媒体と
してフレオンR−113’i用いた場合、二媒体の直接
接触により数100 ppmの溶解性により腐食効果が
増大するため、比較的腐食性の少ないS LJ S材等
が選ばれる。
また再循」W手段を以下の図を用いて説明する。
第6図で示すように、高圧容器1内にテーパ付き内筒I
Cケ設置して、熱交換後オーバーフローして下部へ流下
した小気泡を含んだ高温熱媒体Di自然落下を利用して
速流させる。また、第7図に示すように、流入溝付き平
行内管tcli多段化した再循環手段もある。そして、
第8図のようなサンプリング管12ケ高圧容器1内の上
部に設置してこれをポンプ8で強制的に再循環させる手
段もある。
一般的な再循環手段として、二液分離のために分離器ケ
用い′fc場合、それらの液面が静止自由液面を保つと
、発生した小気泡が浮力の影響で浮上し、途中で他の気
泡と合体して液面上で消滅する恐れがある。したがって
、自然循環及び強制循環の相異にかかわらず、各々の分
離器円には液体忙流動を与えるための攪拌機が必要であ
る。
第9図は小気泡の再循環の有無による体積熱貫流率の変
化を示すグラフであって、本発明の直接液−液接触式熱
交換器の効果を実験によって確認したものである。
すなわち、試料として、高温熱媒体は水、低沸点媒体は
フロンR−113を用いた。本実験は水の入口側設定温
度T、、に70r、フロンR,−113の入口側設定温
度TIを30Cとし、水側の循環1tQ−k 20 L
/miy+で一定として、フロンR−113の噴射流量
Q、を変化させた場合の体積熱貫流率の変化を見てみる
実験である。また、二流体の熱交換に寄与した体積Vは
、蒸発筒の管内径’!r50m、及びノズル噴射孔出口
から自由液面までの距離である蒸発長e1370mmと
し、この両者から計算した値として2.70X10””
m”i用いた。
ここで、発生した小気泡の定量的測定は行なえなかった
ため、高温熱媒体A内に生じた小気泡を再循環させた場
合と再循環させない場合の2つの条件で体積熱貫流率を
測定した結果を第9図に示(9) す。
本実験において、体積熱貫流率に、は次のようにして測
定した。
但し、対数平均温度差ΔT、、il″I、二流体の入口
出口の温度を用いて次式から定まる。
この際;二流体の温度差ΔTが1CI’以内と小さい場
合は、未蒸発のフロンが高温熱媒体A中に残留するため
凝縮性の小気泡が含まれるが、本実験のように温度差が
30Cの場合には、蒸発筒内での攪拌、温度が激しく低
沸点媒体BであるフロンR−113はほとんど完全沸騰
に近い状態で熱交換を終えるため、高温熱媒体Aである
水内に発生する小気泡は非凝縮性の微小気泡が主である
第9図に示されるように、本実験結果から小気泡を再循
環させない場合に比べて再循環させfC,場合は、高温
熱媒体A中に含まれる微小気泡を発泡(10) 核として沸騰するため、同じ方法で測定した体積熱貫流
率に、の値は前者に比べて約1.6倍から2倍の性能向
上が見られる。
直接液−液接触式熱交換器は、従来予熱器と蒸発器に分
けて考えていたが、1つの熱交換器内で低沸点媒体Il
l液相から気相へ相変化させることができれば、容積的
に小さくてすむことになる。
しかも、省エネルギの立場から見ると、利用できる温度
レベルは中低温度の廃熱や地熱等が考えられるため、高
温熱媒体Aの温度はそれ程高くなくても低沸点媒体Bの
蒸気化が可能である。そのためには、過熱度が小さくて
も発泡しやすい状態にあることが必要である。そこで、
第1図に示すように緩衝体6に衝突させて発生した小気
泡分含んだ高温熱媒体へを再循環して使用すれば、この
小気泡を発泡核として低沸点媒体Bが沸騰・気化する0
1 本発明は、短時間の液−液接触によシ低沸点媒体B5c
予熱し、自発核生成温度に比べて、かなシ小さな過熱度
で低沸点媒体Be沸騰させることが(11) できる機能をもつ装置である。
この小気泡発生の原因としては、熱交換後の二媒体の出
口構造は自由液面を保つオーバーフロータイプで、しか
も並向上昇流である必要がある。
これは、流体自身の運動エネルギが衝突による分散、攪
拌作用と、緩衝板6に強制的に衝突して分裂し発生する
微小液滴群の増加による気泡の巻き込みが考えられる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、小さ
な過熱度で低沸点媒体が沸騰、蒸発するので、高温熱媒
体の温度レベルが低いものに適用できる。また低沸点媒
体がノズルから噴射後、予熱されて沸騰を開始するまで
の時間、すなわち予熱される領域が小さくてすむことよ
り、全体の熱交換容積も小さくてすむ。そして同じ発泡
促進機構ヲ渚えてみても、固体粒子あるいは液体添加剤
等に比べると、本発明のように微小気泡を発泡核として
利用した場合は、熱伝導に寄与する液液界面に汚れが付
着することがなく熱抵抗も小さい上。
他の機構よりも圧力損失が小さくてすむという効(12
) 果がある。
従って、この直接液−液接触式熱交換器を廃熱利用発電
プラントや地熱バイナリ−サイクルに適用した場合、従
来からの問題点であった熱交換器の大型化、すなわちコ
ストの増大、中低温度レベルの利用、発泡促進剤混入に
よる汚れ、あるいは熱抵抗の増加等の欠点を補うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の直接液−液接触式熱交換器の第1の実
施例を示した縦断面図、第2図は第1図の気泡発生機構
を説明するための縦断面図、第3図は緩衝体へ衝突する
液柱の分裂を示す縦断面図、第4図は他の実施例として
焼結層を付した緩衝体の縦断面図、第5図は他の実施例
として球曲面の緩衝体の縦断面図、第6図はテーパ付き
内管を設置した再循環手段を示す系統図、第7図は溝付
き内管を設置した再循環手段を示す系統図、第8図はサ
ンプリング管を設置した再循環方式を示す系統図、第9
図は小気泡の再循環の有無による体積熱貫流率の変化を
示すグラフである。 (13) 1・・・高圧容器、1a・・・予熱器、1b・・・蒸発
器、IC・・・テーパ付き内筒、1d・・・溝付き平行
内筒、2・・・気液分離器、3a・・・低沸点媒体注入
口、3b・・・ノズル、4・・・高温熱媒体注入口、5
・・・デミスタ、6・・・緩衝体、6a・・・焼結層、
7・・・再循甲パイプ、8・・・131ポンプ、9・・
・バルブ、10・・・バルブ、11・・・低沸点媒体蒸
気流出口、12・・・サンプリング管、20a・・・液
性、20b・・・液滴、20C・・・二相泡、20d・
・・蒸気1.25・・・高温熱媒体、30・・・小空気
泡、  ・A・・・高温熱媒体、B・・・低沸点媒体、
C・・・低沸点媒(14) ¥J2 図 第 3 口 VJ4図         第5図 第6目        第q 図 第8(2)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、容器に高温熱媒体流入部と低沸点媒体流入部とを設
    け、この容器内で高温熱媒体と低沸点媒体とを直接接触
    させて熱交換を行い、低沸点媒体を沸騰させる直接液−
    液接触式熱交換器において、熱交換後高温熱媒体中に小
    気泡を発生せしめる小気泡発生手段と、その小気泡を含
    んだ高温熱媒体を再循環せしめる高温熱媒体再循環手段
    とを備えたことを特徴とする直接液−液接触熱交換器。 2、特許請求の範囲第1項において、高温熱媒体再循環
    手段は、自然循環であることを特徴とする直接液−液接
    触式熱交換器。 3、  %許請求の範囲第1項において、高温熱媒体再
    循環手段は、強制循環であることを特徴とする直接液−
    液接触式熱交換器。 4、特許請求の範囲第1項において、小気泡発生手段は
    、高温熱媒体と低沸点媒体との二流体混合上昇液流を強
    制的に衝突させる緩衝体であることを特徴とする直接液
    −液接触式熱交換器。 5、特許請求の範囲第1項において、小気泡発生手段に
    、オーバーフロの自由液面にて低沸点媒体蒸気を崩壊さ
    せることを特徴とする直接液−液接触式熱交換器。
JP6728582A 1982-04-23 1982-04-23 直接液一液接触式熱交換器 Pending JPS58184489A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6728582A JPS58184489A (ja) 1982-04-23 1982-04-23 直接液一液接触式熱交換器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6728582A JPS58184489A (ja) 1982-04-23 1982-04-23 直接液一液接触式熱交換器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS58184489A true JPS58184489A (ja) 1983-10-27

Family

ID=13340544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6728582A Pending JPS58184489A (ja) 1982-04-23 1982-04-23 直接液一液接触式熱交換器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS58184489A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6786063B2 (en) * 2000-07-26 2004-09-07 Venturie As Gas condenser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6786063B2 (en) * 2000-07-26 2004-09-07 Venturie As Gas condenser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sideman et al. Direct contact heat transfer with change of phase: Condensation of single vapor bubbles in an immiscible liquid medium. Preliminary studies
Sideman Direct contact heat transfer between immiscible liquids
US3846254A (en) Interface enhancement applied to evaporation of liquids
Jacobs Direct-contact heat transfer for process technologies
JPS58184489A (ja) 直接液一液接触式熱交換器
US3647638A (en) Ascending multi-stage distillation apparatus and method utilizing a feed-liquid-lift system
Wanchoo et al. Drag coefficient and velocity of rise of a single collasping two‐phase bubble
CN103717281B (zh) 表面活性剂水溶液的浓缩回收方法
JPS5918384A (ja) 直接液−液接触式熱交換器
CN207437192U (zh) 膨胀水壶组件以及发动机冷却系统
Elperin et al. Effect of absorbate concentration level on dissolving translating bubble collapse governed by simultaneous heat and mass transfer
Wanchoo Terminal velocity equation for a two-phase bubble in an immiscible liquid medium
JPS5918383A (ja) 直接液−液接触式熱交換器
Tanasawa et al. Direct Contact Condensation
Kataoka Transport Process Chemical Engineering Phase II Edition
Girba et al. Determination of Injection Ratio of Liquid-Gas Injection Apparatuses
JPS6057189A (ja) 直接気液接触式凝縮器
JPH0478916B2 (ja)
JPH01155099A (ja) 低沸点媒体による液体押上装置
Xuesong et al. The Application analysis of Bubble Pump on Solar Water Heater System
Coley et al. Analysis of Heat Transfer Between Two Immiscible Liquids in a Liquid Spray Column
JPS58164968A (ja) 二重効用吸収冷凍機の冷媒揚液装置
Baqir et al. Hameed B. Mahood, AN Campbell, Ali
Vicatos Heat and mass transfer characteristics: Design and optimisation of absorption refrigeration machines
JPS6011799B2 (ja) 直接接触式熱交換器