JPS60232495A - 流下液膜式熱交換器 - Google Patents

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】 葉上の利　分野 本発明は、多管円筒形流下液膜式熱交換器に関する。特
に本発明は、放射状同心円に配置される複数の管と、そ
の管に供給液を均一に分配する手段とを有する改良型熱
交換器に関する。

１１悲１」 多管円筒形熱交換器は、多数の管を有し、その管は、胴
に囲まれ間隔を置いて配置される二枚の管板の間に延び
、かつそれらを貫通する。胴には、入口と出口を設け、
適当な熱交換液または熱交換ガスが胴を通って循環し、
多管を流れる液を冷却または加熱できるようにする。

複数の管の各端末は、開放または露出とし、何等かの加
工作業用に使用できる。別の用途として、管の一端また
は両端を液貯留ヘッダーで囲うこともでき、そこに取外
し可能カバーまたは点検口を取り付けてもよい。液ヘツ
ダーが一つのみの揚台、それを液入口または液出口にで
きる。両端に液ヘツダーを置く場合は、一方のヘッダー
で液入口を構成し、他方を液出口とすることができる。

以上が従来の一過熱交換器または単流熱交換器の西装置
である。液入口ヘッダーおＪ、び液出口へ・ソダーまた
はそれらの一部には、適当な導管手段を設（プ、液の供
給および除去の用に供する。

一般的に多管円筒形熱交換器は、供給液流の加熱用に使
用されるが、液流の冷却用にも使用できる。ここに記述
したタイプの多管円筒形熱交換器は、凍結交換器とし１
、塩水および海水からの清水の製造、果汁および野菜汁
の濃縮、および工業結晶化処理用に使用できる。液が多
管を通−〕で流れると、十分に冷却され、その液体から
固体を析出する。これにより、海水を冷却し、氷を得て
、それを分離、洗浄、融解し、飲料水が得られる。

果汁または野菜汁を同様に冷却すると、氷を形成し、該
氷を除去して濃縮汁が得られる。

本記述のタイプの熱交換器の胴側においては、管を通っ
て流れる液体の冷却用にあらゆる冷却液を使用できる。

液は、熱交換器の一端から供給され、他端から除去され
るが、その流れは、はぼ単一方向である。適当な冷却液
としては、アンモニアおよびフレオン（商品名）の冷媒
がある。

最適な熱交換を得るために、管を垂直に配置し、管表面
に供給される供給液を、流Ｆまたは降下する液膜とする
ことが、多くの場合望まし０゜これにより、供給液は、
より急速に熱交換液の温度に近づくばかりでなく、液の
再循環の必要性が減少し、エネルギー消費が減少する。

最高の熱交換効率を得るために、流下液膜の厚さを制御
することが望ましいことは認められていたが、市販の機
器は、全般的に受容できる結果をもたらしておらず、ま
た、機器の価格と複雑さが要求以上に大きいものであっ
た。故に、Ｕ、Ｓ。

ｐ　ａｔｅｎｔ第４．３３５，５８１号は、熱交換器管
の開放頂部または開口に短管をゆるくはめ、供給液が管
の間のみを流下するようにした熱交換器を公開示するも
のである。ただし、かかる機器４ａ、小型熱交換器用と
して好結果をもたらすが、大型熱交換器への配置として
は望ましくない。

通常、熱交換器は、管板の１仔に対して平行な列に、は
ぼ隣接して並べられる。管上端を上部管板の上部表面と
同一平面とすると、管板上面に供給される液は、概して
各管開口に均一に分配されず、一定の流下膜厚と流量が
得られない。これは、熱交換効率に悪影響を与える。

管への液分配を向上するために、管上端が、管板表面か
ら６１　ｃｍ　（２４インチ）延ばされた。これは管へ
の液分配を幾分向上したが、液が一ケ所ないし二ケ所か
ら供給される場合に、全部の管開口の流量制御ができず
、満足できる結果が得られなかった。

従って、液供給流量を制御して多管にほぼ均一量の液を
安定して供給する手段を有する、改良型多管円筒形流下
液膜式熱交換器が必要とされる。

発明の構成 本発明に基づき提供される流下液膜式熱交換器は、垂直
方向に間隔を置いて水平に配置される円形の上部および
下部管板に接続する胴；複数の同心円に設置され、各管
板の穴を通って延びかつそれに接続し垂直に設置される
複数の平行管；熱交換機の胴側に熱交換液を供給する装
置および熱交換液をそこから取り出す装置；銅損部を囲
み該壁に接合し、管上端以−Ｌの深さの液層を上部管板
上に貯留するための壁；上部管板上に位置し、底部を有
し、また上方に延びる周囲壁を有する液分配箱；液分配
箱から下方に延び、箱内部の液を通して管板上に流す短
管であって、複数の同心円に位置され、（の同心円はそ
の内側に隣接する短管の円から、上部管板の管の内聞の
半径方向の距離にほぼ等しい距離だけ、外側半径方向に
間隔を置いて配置されるようになっている短管；および
、供給液を液分配箱に供給する手段；により構成され、
各短管の円が、管の円と交互どなるように半径方向に整
列し、隣接する管の円の中間に短管の円が整列している
。

管の上端の上部管板上の高さを等しくし、短管の下端を
管の上端より下にすることが望ましい。

しかし、短管の下端を管の上端と等しく、またはそれよ
りも上にしてもよい。

この流下液膜式熱交換器の分配箱は、固定されているか
、管が固定で分配箱が垂直軸周囲を回転するように取り
付けることができる。

分配管は金属ないし高分子材料製とすることができる。

金属製の場合、分配管周囲を断熱することができる。

液分配箱は、高分子材料の底および周囲壁を含むことに
より、断熱できる。かかる箱において、管を高分子材料
製とし、高分子材料製底から下方に突出させることがで
きる。高分子材料製底を、高分子材料製管を通ず大きめ
の穴を有する金属板の上に、支持することができる。

腐食を最小にするために、分配箱の底を金属製とし、ぞ
こから金属陽極を下方に延ばし、上部管の板上方に延び
る管上端の輪の間に突出させることができる。

分配壁と同頂部の周囲の壁の間にシールを設け、蒸気が
液分配管の周囲に流れるのを阻止できる。

これは、装置が凍結交換器として使用される際、結氷を
防止する。

実施例の詳細な説明 各図面の同一ないし同様要素または部品には、合理的で
実際的な範囲内で、同一番号を使用する。

下部管板１６に接続する。胴１２下端に接続する円錐形
端部１８には、出口接続部２０を設け、液は、そこを通
って熱交換器１０の管側から除去される。熱交換液は、
接続口２２を通り熱交換器１０の胴側に供給され、上部
接続口２４から除去される。上部管板１４の端部から上
方に周囲壁２６（第１図および第２図）が延び、オーバ
フロ液用ドレンパイプ２８がそこに取りつけられる。

複数の平行で垂直な熱交換管Ａ−Ｔは、通常同一寸法で
あり、管板１４および１６を通って突出する。この管は
管板の穴に圧入され防水接続を形成する。管Ａ−Ｉのす
べては、同心円（第３図）に配置される。つまり複数の
管△は一つの円に配置され、複数の管Ｂは半径の大きい
第二番めの同心円に配置され、複数の管Ｃは管Ｂを含む
円より大きい半径の第三の同心円に配置され、このよう
にして複数の管■を含む最外周同心円まで配置する。隣
接づる一組の円の間隔は、いずれも同一であることが望
ましい。しかし、台管は、その属づる円とは無関係に、
隣接するそれぞれの管と、等しい間隔で配置することか
望ましいので、名田の管数量は、一般的に円周が増大す
るとともに増加する。

管Ａ−Ｉの上端または頂部３０は、上部管板１４の上面
から、例えば５．１ｃｍ（２インチ）程度わずかに上に
延びる。円形で側方平面のブロック３２は、管板１４上
の軸方向に設置される。ブロック３２は、管の頂部３０
よりわずかに突出し、液が管の頂部３０やドレンパイプ
２８に流れ出るのを規制するための波板を構成する。

二本から四本ないしそれ以上の直１子方向に相対する垂
直脚３４（第１図に一本のみ示される）は、胴１２の上
部に接続されるブラケット３６上に支持される。水平駆
動支持腕３８は、脚３４の頂部から半径方向に支持され
る。駆動Ｉａｍ４０は、腕３８上に設置され、例えば約
ＩＲＰＭで垂直軸４２を回転する。軸４２の下端に取り
イ１りられるハブ４４は、管板１４上方に間隔を置いて
配置される水平円形底板４６に軸方向に取り付けられる
。

垂直円筒形壁４８は、底板／１６の周囲に接続され、そ
こから上方に突き出る。底４６と壁４８は、液分配箱５
０を形成する。内側方向に向くリングフランジ５２は、
壁４８の上端に取り句けられ、液が飛び散るのを防止す
る。

液分配箱５０の底８ｉ４６には、同心円上に半径方向に
一連の穴が設けられるが、その同心円は隣接する同心円
と半径方向に等間隔で配置されることが望ましい。通常
、その穴のほとんどまたはすべてに、液分配管ＤＩ−Ｄ
１０が下方に延びて取り刊けられ、第１図および第２図
に示すように、液分配管下端５４は、管板１４の上面の
わずか上方に位置する。

複数の分配管Ｄ１を含む円は、管Ａを含む円に対し半径
方向に内側の同心円であり、複数の分配管Ｄ２を含む同
心円は、管Ａの円および管Ｂの円と同心円であり、それ
らの中間に位置する。このようにして複数の分配管Ｄ１
０を含む同心円は、管Ｉを含む円に近接して、その外側
に位置する。

上記配置の分配管を持つ分配箱はその分配管とともに、
管の」一端に妨げられることなく、回転自由である（第
１図−節３図）。

一本ないし複数の入口液供給導管５６は、分配箱５０に
液を供給り−るために設けられる。また、供給液の温度
が外気温度より極端に高いか低い場合は、分配箱底４６
の下面に対して断熱層５８、（第２図）を設置すること
が多くの場合望ましい。

第１図および第２図に示、す熱交換器は、特に凍結交換
器または冷凍交換機として有用であり、ことに水溶液お
よび分散物の濃縮に有用である。例えば、海水を分配箱
５０に供給することにより、海水の凍結濃縮用に使用で
きる。海水は、分配管Ｄ　Ｉ−Ｄ　１０の円を通って、
管板１４の上面に流れる。管根上の液面が管の先端３０
に達すると、液は流下薄液膜として、管内にあふれ出る
。この塩水の薄膜は、胴側のアンモニア液による熱交換
により、間接的に冷却される。これにより塩水は十分に
冷却され、水分中に氷の結晶を形成するにいたる。形成
された氷と水のスラリーは、管から円錐形端部１８に流
れ、出口接続部２０を通って流れ出る。このスラリーは
、分配箱５０に古循瑠され、氷の〔ｎを増加した後に、
分因１器に送られ、その）■縮塩水から氷を取り出す。

氷を洗浄、融解して飲料水を得ることができる。

上記装置の使用により、液を導管５６から管板１４上に
直接供給するのに比べ、液をより均一に台管へ供給でき
る。これは、分配箱５０を固定してもその結果が得られ
るが、分配箱５０を回転するとざらに良い結果が通常行
られる。

装置を凍結交換器として使用する場合、分配管Ｄ１−Ｄ
１０の外部表面を、第４図の管Ｄ９に見られるように高
分子断熱層６０で覆い、管上の結氷を防止することが望
ましい。ポリエチレン、ナイロン、およびエポキシ高分
子月利が木目的に適当である。

第５図は、本発明の装置に使用し得る液分配箱の第二実
施例を示す。分配箱７０は、すでに述べた金属底４６お
よび壁４８を有づる。ただし、高分子断熱材料製円形板
７２が、底４６上部に取り付（プられる。高分子断熱材
料製垂直壁７４は、板７２の周囲から上方に突き出る。

高分子月利製分配管７６は、金属底４６の大きめの穴７
８を通り、板７２から下方に延びる。分配管７６は、＠
Ｄ１−ＤＩＯ同様に、同心円に配置され、供給液が管の
同心円の上端の間を流れるようにづる。分配箱７０は、
装置を凍結交換器として使用する際、特に有用である。

いずれの場合も、分配管［）　１−　Ｄ　１０の下端５
４が、管Ａ−Ｉの上端より下に突ぎ出ることは、必須条
件ではない。いくつかの熱交換器では、第６図に示すよ
うに、分配管の下端５４を管の上端３０ど同じ高さかそ
れよりもわずかに上方にして、液を管に分配することも
できる。

本発明の装置を、海水のような腐蝕誘発性液の処理に使
用する場合は、陽極を適切に位置し、この技術分野でよ
く知られている適切な方法で電流を通して、陽極防食を
ｗｉｔ−０第７図および第８図に示すように、任意の適
当な数の同心円管のうち、数本の分配管ＤＩ−ＤＩＯを
金属陽極棒８０と交換することによって、十分な数の陽
極を取り１号（プることができる。各陽極棒８０の底部
８２は、陽極防食効果を向上させるために広げることが
できる。

熱交換器外側の空気が、管板１４と分配箱の底４６との
間の空間に流れ込み、その空間にある管と管先端に、水
蒸気が密集し凍結Ｊるのを防止するために、分配箱の壁
４８と壁２６の延長部９２との間に、シール９０を設け
ることが実際的である。使用されるシールは、分配箱５
０が回転でき同時に壁延長部９２が固定するものが望ま
しい。かかるシールの構造は、イの技術分野の当業港 １に周知である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく熱交換器の部分立面図であり
、部分的に破断してありまた部分的に断面を示す。 第２図は、本発明の熱交換器の拡大立面図で部分的に断
面図となっており、数本の液分配管および琶頂部を示す
。 第３図は、第１図および第２図に示す熱交換器の上部管
板の項部および管上端の部分平面図である。 第４図は、絶縁された液分配管を示り部分立面図であり
、部分的に断面を示り。 第５図は、液分配箱の第二実施例の垂直断面図であり、
この分配箱は第１図の熱交換器に使用できる。 第６図は、液分配管を示づ立面図であり、部分的に断面
を示す。この液分配管の下端は、熱交換器上端のわずか
に上で終っている。 第７図は、分配箱底から下方に突き出す金属陽極を示づ
立面図であり、部分的に断面を示す。 第８図は、第７図の線８−８に沿った側面図である。 第９図は、分配箱壁と、管上端の上方に延びる熱交換器
壁との間のすきまを覆う蒸気シールを示す立面図であり
、部分的に断面を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　次の各要素により構成される流下液膜式熱交換
   器。 ｄ、　垂直方向に隔って、水平に配置される円形の上部
   管板および下部管板および該上部管板と下部管板に接続
   する胴： ｂ、　複数の同心円に配置され垂直に位置する複数の平
   行な管であって、８管が各管板の穴を通って延びかつ該
   管板に接続する平行管；Ｃ６熱交換器の胴側に熱交換液
   を供給する手段および熱交換液を該胴側から取り出す装
   置；ｄ、　銅損部周囲を囲み且つ該銅損部に接続する壁
   であって、上部管板上に、管上端よりも深い深さの液層
   を貯留するための壁； ｅ、　上部管板の上方において、底部と上方に延びる周
   囲壁を有する液分配箱； ｆ、　箱内部からの液を上部管板上に流れるように通す
   ために液分配箱から下方に伸びる複数の短管であって該
   短管は、複数の同心円に配置され、その同心円は、その
   内側に隣接する管の輪から外側に、上部管板の管の輪の
   間の半径方向の距離と等しい距離だけ、間隔を置いて配
   置され、短管の各輪が管の輪に対して交互となるように
   半径方向に整列され、隣接する管の輪の中間に短管の輪
   が配置されており： ｑ、　供給液を液分配箱に送る装置。 （２）特許請求範囲第１項に記載の流下液膜式熱交換器
   であって、上部管板より上に出る管の上端の高さが同一
   であり、短管の下端が管の上端より下にある流下液膜式
   熱交換器。 （３）特許請求範囲第１項に記載の流下液膜式熱交換器
   であって、管を固定して、液分配箱を垂直軸の周囲に回
   転するように取り付けた流下液膜式（４）　特許請求範
   囲第１項に記載の流下液膜式熱交換器であって、短管が
   金属製であり、短管の外部が断熱されている流下液膜式
   熱交換器。 （５）　特許請求範囲第１項に記載の流下液膜式熱交換
   器であって、液分配箱が高分子材料製の底および周囲壁
   を有し、高分子材料製の底から、高分子材料製の短管が
   、下方に突き出る流下液膜式熱交換器。 （６）特許請求の範囲第５項に記載の流下液膜式熱交換
   器であって、高分子材料製の底が、高分子材料製の管を
   通すための大きめの穴を有づる金属板の上に支持される
   流下液膜式熱交換器。 （７）　特許請求の範囲第１項に記載の流”下液膜式熱
   交換器であって、分配箱が金属製の底を有し、金属陽極
   が、該金属製の底から下方に延びて、上部管板上方に延
   びる管上端の輪の間に入る流下液膜式熱交換器。 （８）　特許請求範囲第３項に記載の流下液模式熱交換
   器であっ、て、分配壁と銅損部周囲の壁との間に、蒸気
   が液分配管の周囲に流れるのを防止するためのシールを
   有する流下液膜式熱交換器。