流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍機システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物
【課題】船舶、洋上構造物、水中構造物等に搭載されて、船舶等の傾斜や揺動があった場合であっても、流下液膜式熱交換器において、冷媒や吸収液等の液体を略均等に分配して伝熱管の頂上に滴下して、上の列に位置する伝熱管から滴下した液体を確実に下の列に位置する伝熱管の表面に落下させることができて、熱交換性能の低下を回避できる、流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物を提供する。
【解決手段】流下液膜式熱交換器２０において、広いエリアに分布する伝熱管２１の外表面に液体Ｄを分配する液体分配装置１０を、分配タンク１１と、この分配タンク１１から液体Ｄを排出する複数の排出装置１２と、この排出装置１２からの液体Ｄを受ける第１分配流路１３を備えて構成し、液体Ｄを第１分配流路１３が受け持つ領域に導き、液体Ｄを伝熱管２１に滴下する。
【解決手段】流下液膜式熱交換器２０において、広いエリアに分布する伝熱管２１の外表面に液体Ｄを分配する液体分配装置１０を、分配タンク１１と、この分配タンク１１から液体Ｄを排出する複数の排出装置１２と、この排出装置１２からの液体Ｄを受ける第１分配流路１３を備えて構成し、液体Ｄを第１分配流路１３が受け持つ領域に導き、液体Ｄを伝熱管２１に滴下する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動する船舶や洋上構造物や水柱機器等で使用できる流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍機システム、及び、それを搭載した船舶、洋上構造物、水中構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷房用のチルド水冷却等に広く利用されている技術の中に、流下液膜式熱交換器、及び、この熱交換器を利用した吸収式冷凍システムがある。この流下液膜式熱交換器は、第１流体（液体又は気体）が流通する伝熱管を水平方向だけでなく、上下方向に多数配列して管群を形成し、最上列の伝熱管の外表面に、第２流体（液体）を滴下又はスプレー等で流下させて伝熱管の外表面を第２流体で覆い、第１流体と第２流体の間で熱交換させると共に、この列の伝熱管の外表面を覆った第２流体を、この伝熱管より下の列に配置された伝熱管に流下させて、この列の伝熱管で第１流体と第２流体の間で熱交換させ、順次下の列の伝熱管で第１流体と第２流体の間で熱交換させていく熱交換器である。
【０００３】
この流下液膜式熱交換器では、第２流体の気化熱を利用すると熱交換量を飛躍的に増大できるので、効率良く熱交換することができる。そのため、吸収式冷凍システムの蒸発器、吸収器、再生器等に多く利用されている。
【０００４】
また、吸収式冷凍システムは、蒸発器において第２流体を冷媒とし、この冷媒を密閉容器内の伝熱管の外表面に流下させ、流下する過程で伝熱管内の第１流体と熱交換させ、冷媒の気体を発生させて、この気体を密閉容器に連通する吸収器の吸収液で吸収し、冷媒の気化を促進する（例えば、特許文献１参照）。この冷媒の気化を促進させるためには、流下液膜を形成する冷媒を各伝熱管の全長にわたって均一に分配することと、冷媒を確実に伝熱管群上に分配することが重要である。
【０００５】
そのため、最上列の伝熱管に対して、冷媒や吸収液ができる限り均等に分配・滴下されるよう工夫をすると共に、伝熱管間隔をある程度あける必要がある一方で、特に、水平に配置した伝熱管を利用する場合には、上に位置する伝熱管から滴下した液体が確実に下に位置する伝熱管に滴下するようにする必要があり、液体分配装置の構成が重要になっている。この液体分配装置としては、例えば、一枚板からなり、吸収式冷凍機用の滴下装置として使用できる滴下装置が提案されている（例えば、特文献２参照）。
【０００６】
また、伝熱管表面を流下する冷媒液の乾き部分が拡大することを防止し、伝熱性能を向上させるために、上下方向に所定の間隔で、隣接する上下伝熱管の間にその伝熱管の長手方向に沿ってスペーサーを付設し、該スペーサーと下段伝熱管との接合部近傍に冷媒液の液溜まりができるように構成した吸収式冷凍機の蒸発器が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
しかしながら、この流下液膜式熱交換器、及び、この熱交換器を利用した吸収式冷凍システムでは、冷媒や吸収液が最上列の伝熱管に均等に分配されて滴下されなかったり、上に位置する伝熱管から滴下した液体が確実に下に位置する伝熱管の表面に落下して液膜で表面全体を覆わなかったりすると著しく性能が低下するため、水平面からの傾斜や揺動をほとんど許容することができないという欠点がある。この欠点は流下液膜式熱交換器が傾斜すると大きくなるため、船舶や洋上構造物や水中構造物などの揺れや傾斜を伴うものには、この流下液膜式熱交換器、及び、この熱交換器を利用した吸収式冷凍システムを設置することはできないという問題がある。
【０００８】
つまり、流下液膜式熱交換器の傾斜に関しては、通り抜け問題と非流下領域拡大問題と液膜減少問題とがある。この通り抜け問題とは、第２流体が次の下の列の伝熱管の間を通り抜けて、もう一段下の列の伝熱管に流下するという問題である。
【０００９】
図１３に示すように、流下液膜式熱交換器の伝熱管２１を千鳥配置にした構造を採用して、伝熱管２１の横断面内で流下液膜式熱交換器が傾斜していない状態では、第２流体Ｄが最上列の伝熱管２１の中心線（管軸）を目指して滴下されるが、滴下する第２流体Ｄは、上から偶数段数の列の伝熱管２１に触れることなく通過して通り抜けてしまう可能性が生じる。
【００１０】
水の場合２０滴で１ｃｃ程度と言われており、第２流体Ｄの自然滴の直径は２ｍｍ程度しかないため、伝熱管２１の横間隔Ｓをこの２ｍｍ以下にしないとこの問題を避けることができない。しかし、チューブシート（管壁）の加工や強度を考えると２ｍｍ以下にすることは難しい。
【００１１】
また、図１４に示すように、千鳥配置にしなかった場合、２０度程度の傾斜が起きない限り、この通り抜け問題は発生しないが、図１５に示すように傾斜角が２０度程度の傾斜を超えて一度発生すると、千鳥配置の場合と同様に、通り抜けの問題が発生し、この通り抜けによる分だけで伝熱面積が５０％も減少する場合が生じる。
【００１２】
また、非流下領域拡大問題とは、装置の横傾斜に伴い、第２流体Ｄが流下していかない伝熱管２１の領域、つまり、非流下領域が発生するという問題である。図１６に示すように、大きく傾斜した場合に、第２流体Ｄが流下してこない伝熱管２１（ハッチングのある伝熱管）が発生する。図１６に示すように、千鳥配置にしない場合は、装置の傾斜が２０度程度の傾斜になるまでこの現象は発生しないが、一度発生すると、図１６に示すように伝熱面積の減少が生じ、図１６の場合では全体の５０％程度が非流下領域になってしまう。一方、図１７に示すように、千鳥配置にした場合は、わずかな傾斜でも、図１７の場合で伝熱面積の２０％程度に影響が生じるが、さらに、傾斜角が増加していっても４０度程度に達しない限りこれ以上の影響がでることはない。なお、図１６及び図１７においては、伝熱管群の伝熱管の上下本数と横本数が同数の場合を示しているが、上下本数が横本数に比して多い場合は、この非流下域拡大問題は、より顕著に発生することになる。
【００１３】
また、液膜減少問題は、伝熱管２１の表面全体を液膜が覆わずに、表面の一部のみを覆うという問題である。図１８に示すように、各伝熱管２１において、その鉛直線上（真上）で滴下を受ければ、液膜Ｄｓは伝熱管２１の左右両側にできるが、図１９に示すように、少しはずれると片側だけになる。図１９に示すような場合には液膜Ｄｓが３５％程度に減少し、全体の６５％程度に液膜Ｄｓが無くなる。特に、伝熱管１２をぎりぎり掠めるような場合には、液膜Ｄｓは全体の２５％程度に減少し、全体の７５％程度に液膜Ｄｓが無くなる。特に、千鳥配置の場合には、大きく傾斜しなくてもこの問題が発生する。
【００１４】
従って、装置の傾斜が２０度程度以内であれば、伝熱管２１の間隔がある程度の距離を有しているならば、千鳥配置しない方が、通り抜け問題、非流下領域拡大問題を回避しやすいといえる。ただし、千鳥配置しない場合には、液膜減少問題により、ある程度大きな傾斜があれば、５０％以下、２０度程度の傾斜になると３５％程度の能力しか発揮できないと考えられる。
【００１５】
また、一方、千鳥配置の場合は、大きな傾斜がない場合でも偶数層の通り抜け問題が起こることが無いように伝熱管の水平間隔を２ｍｍ程度以下にすることが重要となるが、それを実現できたとしても、非流下領域拡大問題による伝熱面積の減少と液膜減少問題による伝熱面積の減少で、伝熱管群の伝熱間の上下本数と横本数が同数の場合でも、３０％程度の能力しか発揮できず、上下本数が横本数に比して多い場合、更に低い能力しか発揮できないことになると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特表９８−４１７９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７６２０号公報
【特許文献３】特開平１１−１０８５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、船舶、洋上構造物、水中構造物等に搭載されて、これらの船舶等の傾斜や揺動があった場合であっても、流下液膜式熱交換器において、冷媒や吸収液等の液体を略均等に分配して伝熱管の頂上に滴下して、上の列に位置する伝熱管から滴下した液体を確実に下の列に位置する伝熱管の表面に落下させることができて、熱交換性能の低下を回避できる、流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物を提供することにある。
【００１８】
つまり、船舶、洋上構造物、水中構造物等に設置可能な流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍システムと、これらを搭載した船舶、洋上構造物、水中構造物を提供することにある。
【００１９】
また、更なる目的は、通常の陸上設置用のものと比して、大型化したり、メンテナンスが要求される高機能部品などを増やすことのない流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の目的を達成するための本発明の流下液膜式熱交換器は、流下液膜式熱交換器において、上から見て広いエリアに分布する伝熱管の外表面に液体を分配する液体分配装置を、前記液体を受けて一時的に貯蔵する分配タンクと、該分配タンクから前記液体を排出するための複数の排出装置と、前記排出装置からは排出される前記液体を受ける第１分配流路を備えて構成し、前記液体を前記第１分配流路が受け持つ領域に導き、前記液体を伝熱管に滴下するように構成する。この構成によれば、流下液膜式熱交換器において、上記の構成の液体分配装置により、液体を均等に分配して伝熱管に液体を滴下することができる。
【００２１】
上記の流下液膜式熱交換器において、前記第１分配流路のうち少なくとも主要部分を前記伝熱管の分布するエリアの上から見て長手方向に、または正方形のエリアの場合は該正方形の一辺の方向に配置するとともに、前記分布エリアの長手方向または前記正方形の一辺の方向をいくつかに分けた区画を前記第１分配流路が受け持つ領域とするように構成する。この構成によれば、流下液膜式熱交換器において、上記の構成の液体分配装置により、液体をより広範な領域に亘って均等に分配して、伝熱管に液体を滴下することができる。
【００２２】
上記の流下液膜式熱交換器において、前記第１分配流路の端部から排出される前記液体を受けるトレイか、または上から見たときに前記第１分配流路の主要部分に対して交差する第２分配流路を備えて構成するとともに、前記トレイまたは前記第２分配流路に分配孔を設けて、該分配孔から前記液体を前記第１分配流路が受け持つ領域内で分配し、前記液体を前記伝熱管に滴下するように構成される。この構成により、より広い水平面に液体を分配できる。
【００２３】
また、上記の流下液膜式熱交換器において、前記第１分配流路に先端側が下方となる５度以上且つ４５度以下の下り勾配を持たせて形成する。この構成により、伝熱管の長手方向に４５度傾斜しても、液体を伝熱管に供給し続けることが出来るようになる。その結果、船舶、洋上構造物、水中構造物などにも搭載できるようになる。
【００２４】
また、上記の流下液膜式熱交換器において、前記分配タンクを前記伝熱管の長手方向の中央付近に配置する。この構成によれば、第１分配流路と第２分配流路に下り勾配を設けた場合に、下り勾配の長さを最も短くできるので、装置全体として高さを低くすることができる。
【００２５】
また、上記の流下液膜式熱交換器において、前記分布エリアの短手方向、または正方形のエリアの場合は他辺の方向も複数に分けた区画を前記第１分配流路が受け持つ領域とするように構成される。この構成により、広い水平面に液体を分配できる。
また、上記の流下液膜式熱交換器において、前記排出装置を同一形状のスタブパイプで形成する。この構成によれば、排出の際の流体抵抗が同じになるので、各スタブパイプの出口から排出される液体の量を均一にすることが容易にできる。
【００２６】
また、上記の流下液膜式熱交換器において、略水平に配置する伝熱管を備えた流下液膜式熱交換器において、上下方向に間隔を有する列をなして複数の前記伝熱管を配置し、水平方向に並んだ前記伝熱管の列と、その下の水平方向に並んだ前記伝熱管の列との間に、下側のそれぞれの前記伝熱管の頂上部分の近傍に凹部の最下位部分が配置されるように、前記凹部を有するガイドプレートを配置するとともに、該ガイドプレートの前記凹部の最下位部分に前記伝熱管の頂上に液滴を流下するための流下孔を設けて、前記伝熱管の管軸に垂直な面内で予め設定した所定の角度範囲内において傾斜した状態になっても、上側のそれぞれの前記伝熱管の外表面を流下した液体が、上側のそれぞれの伝熱管に１対１対応に対応する下側の前記伝熱管に伝わるように構成する。この構成によれば、確実に液体を下の次の列の伝熱管の頂上に滴下することができる。
【００２７】
そして、上記の目的を達成するための本発明の吸収式冷凍システムは、上記の流下液膜式熱交換器を用いて構成される。この構成によれば、上記の流下液膜式熱交換器と同様な効果を奏することができる。
【００２８】
また、上記の目的を達成するための本発明の船舶は、上記の流下液膜式熱交換器、又は、上記の吸収式冷凍システムを搭載して構成される。また、この構成によれば、上記の流下液膜式熱交換器及び吸収式冷凍システムと同様な効果を奏することができる。更に、上記の流下液膜式熱交換器、又は、上記の吸収式冷凍システムを、前記伝熱管分布エリアの長手方向、または正方形のエリアの場合該正方形の一辺の方向と、船長方向を一致させて搭載すると、横傾斜（ヒール）や横揺れ（ロール）による影響を少なくすることができる。
【００２９】
また、上記の目的を達成するための本発明の洋上構造物、水中構造物は、上記の流下液膜式熱交換器、又は、上記の吸収式冷凍システムを搭載して構成される。なお、これらの洋上構造物、水中構造物が略船舶形状をしている場合には、その伝熱管分布エリアの長手方向、または正方形のエリアの場合該正方形の一辺の方向と、船長方向を一致させて搭載することが好ましい。この構成によれば、上記の流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍システム、及び船舶と同様な効果を奏することができる。
【００３０】
なお、船舶は推進手段を持って洋上を航行する構造物のことをいい、洋上構造物は推進手段を持たない洋上の構造物のことをいう。また、水中構造物には、水中航走体、潜水艦、水中基地などの水中に潜航可能な構造物や水中で使用される構造物のことをいう。
【発明の効果】
【００３１】
以上に説明したように、本発明の流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍機システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物によれば、これらの船舶等の傾斜や揺動があった場合であっても、流下液膜式熱交換器において、液体分配装置により冷媒や吸収液等の液体を均等に分配して、伝熱管の頂上に滴下して、上の列に位置する伝熱管から滴下した液体を確実に下の列に位置する伝熱管の表面に落下させることができて、熱交換性能の低下を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器の液体分配装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器の液体分配装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器の伝熱管群の構成を模式的に示す側面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の吸収式冷凍システムの蒸発器（左半分）及び吸収器（右半分）の構成を模式的に示す側面図である。
【図５】千鳥配置でない場合の伝熱管とガイドプレートの構成を模式的に示す図である。
【図６】千鳥配置の場合の伝熱管とガイドプレートの構成を模式的に示す図である。
【図７】図６のガイドプレートの凹部の拡大図である。
【図８】ガイドプレートの製造途中の板材を示す平面図である。
【図９】図８のガイドプレートの板材を折り曲げた様子を示す斜視図である。
【図１０】図９のガイドプレートの突起と伝熱管との位置関係を示す図で、傾斜していない場合を示す図である。
【図１１】図１０のガイドプレートの突起と伝熱管との位置関係を示す図で、傾斜した場合を示す図である。
【図１２】グレーチングでガイドプレートを形成した場合の伝熱管とガイドプレートの関係を示す斜視図である。
【図１３】流下液膜式熱交換器における千鳥配置の伝熱管群に対する、通り抜け問題を説明するための図である。
【図１４】流下液膜式熱交換器における千鳥配置でない伝熱管群に対する、通り抜け問題を説明するための図で、傾斜無しの場合の図である。
【図１５】流下液膜式熱交換器における千鳥配置の伝熱管群に対する、通り抜け問題を説明するための図で、傾斜有りの場合の図である。
【図１６】流下液膜式熱交換器における千鳥配置でない伝熱管群に対する、非流下領域拡大問題を説明するための図で、傾斜有りの場合の図である。
【図１７】流下液膜式熱交換器における千鳥配置の伝熱管群に対する、非流下領域拡大問題を説明するための図で、傾斜有りの場合の図である。
【図１８】流下液膜式熱交換器における伝熱管に対する、液膜減少問題を説明するための図で、頂上に滴下した場合の図である。
【図１９】流下液膜式熱交換器における伝熱管に対する、液膜減少問題を説明するための図で、頂上から外れた部分に滴下した場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍機システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物について説明する。この実施の形態の説明では、船舶、洋上構造物、及び水中構造物（以下船舶等という）に搭載することができる流下液膜式熱交換器、及び吸収式冷凍機システムとして説明するが、必ずしも、船舶等に搭載する流下液膜式熱交換器、及び吸収式冷凍機システムに限定する必要はなく、その他の陸上設備に据え付ける流下液膜式熱交換器、及び吸収式冷凍機システムであってもよい。
【００３４】
なお、本発明に係る実施の形態の吸収式冷凍システムは、以下に説明する本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器２０を用いるものとして構成され、本発明に係る実施の形態の船舶、洋上構造物、水中構造物は、以下に説明する本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器２０、又は、本発明に係る実施の形態の吸収式冷凍機を用いるものとして構成される。なお、この実施の形態の吸収式冷凍システムでは、吸収液に臭化リチウムを、冷媒に水を用いる吸収式冷凍機を例にして説明する。
【００３５】
本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器は、船舶等に搭載することができるように、伝熱管の管軸方向の揺動にも、管軸に垂直な面内における揺動にも耐えることができる流下液膜式熱交換器であり、図１及び図２に示すように、上から見て広いエリアに分布する伝熱管２１の外表面に液体Ｄを分配する液体分配装置１０を備えて構成される。
【００３６】
この流下液膜式熱交換器を船舶等に搭載する場合は、一般に縦揺れ（船の前後が上下に動くピッチ）の方が横揺れ（船の左右舷が上下するロール）の方が揺れ角が小さいので、伝熱管２１の軸方向を船舶等の船長方向（前後方向）に配置するように構成する。つまり、伝熱管２１の管軸回りが船舶、洋上構造物、及び水中構造物のロールと一致するように配置する。
【００３７】
この液体分配装置１０は、分配タンク１１、排出装置１２、第１分配流路１３、及び第２分配流路１４Ａ、１４Ｂを備えて構成する。この分配タンク１１は伝熱管２１の表面に供給する液体Ｄを受けて一時的に貯蔵する。また、排出装置１２は、分配タンク１１から液体Ｄを均等に排出するためものであり、同じ流体抵抗になるように形成され、複数設けられる。その中を流れる液体Ｄは排出装置１２の出口で熱交換器内の環境圧力下に晒される。第１分配流路１３は、排出装置１２から排出される液体Ｄを受け取り、その端部から第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに排出する。この第１分配流路１３のうち少なくとも主要部分を伝熱管２１の分布する上から見て長手方向に、または正方形のエリアの場合はこの正方形の一辺の方向に配置するとともに、この分布エリアの長手方向をいくつかに分けた区画を第１分配流路１３が受け持つ領域とする。また、この分布エリアの短手方向、または正方形のエリアの場合は他辺の方向も複数に分けた区画を第１分配流路１３が受け持つ領域としてもよい。なお、第１分配流路１３から第２分配流路１４Ａ、１４Ｂにあふれることなく流し込むために第１分配流路１３の先を例えばＬ字型に曲げておいてもよい。
【００３８】
第２分配流路１４Ａ、１４Ｂは第１分配流路１３から液体Ｄを受け取り、その底部に設けられた多数の分配孔１４ａから液体Ｄを第２分配流路１４Ａ、１４Ｂが受け持つエリアＡｉのトレイ１５に導くように構成される。この第１分配流路１３と第２分配流路１４Ａ、１４Ｂは上が開放された断面が凹部形状の長尺もので形成される。
【００３９】
この第２分配流路１４Ａ、１４Ｂは、第１分配流路１３の端部から排出される液体Ｄを受けるトレイ１５か、または上から見たときに第１分配流路１３の主要部分に対して交差するように（この実施の形態では直交するように）設ける。さらに、トレイ１５または第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに分配孔１４ｂを設けて、この分配孔１４ｂから液体Ｄを第１分配流路１３が受け持つ領域内で分配し、液体Ｄを伝熱管２１に滴下する。
【００４０】
例えば、第１分配流路１３を伝熱管１２の長手方向に向きを揃えて配置するとともに、第２分配流路１４Ａ、１４Ｂを伝熱管２１の長手方向と直交する方向に向きを揃えて配置する。つまり、第１分配流路１３を船舶等の前後方向に、第２分配流路１４Ａ、１４Ｂを船舶等の左右方向に配置する。さらに、第１分配流路１３に先端側が下方となる５度以上且つ４５度以下の下り勾配を持たせて形成する。また第２分配流路１４Ａ、１４Ｂにも先端側が下方となる下り勾配を持たせて形成してもよい。
【００４１】
流下液膜式熱交換器を船舶等に搭載する場合には、流下液膜式熱交換器は伝熱管長手方向を船体前後方向と揃えて設置する。この場合、第１分配流路１３を伝熱管２１の長手方向に揃えて設置すれば、その勾配については船体の前後運動にのみ対応すればよい。例えば、２度の船体トリム（前後方向の静的傾き）と３度のピッチング（前後方向の動的な回転運動）の合計５度の前後傾斜に対応するためには、それより大きな角度、例えば、８度程度の下り勾配を流路に設けておく。これにより必要な下り勾配を常に確保することができる。またその流路をチャンネル型の桶で構成する場合は、２０度程度の船体ロール（横方向の動的な回転運動）でも液体Ｄがこぼれないようにチャンネルの壁を十分な高さに設けておく必要がある。
【００４２】
第１分配流路１３に下り勾配を設けて、流下液膜式熱交換器の稼働時の船舶等の船体トリムと縦揺れ（ピッチ）の和の傾斜角よりも大きな下り勾配とすることで、船舶等が縦揺れ（ピッチ）する場合でも、第１分配流路１３を流れる液体Ｄが逆流することなく、第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに排出できるようになる。
【００４３】
また、分配タンク１１を伝熱管２１の長手方向の中央付近に配置する。この構成により、第１分配流路１３の下り勾配のために必要な高さを低くすることができる。
【００４４】
また、排出装置１２を同一形状のスタブパイプで形成する。分配タンク１１からの排出部分の構造は、単なる開口孔でもよいが、各排出装置１２にある程度の排出抵抗を持たせることにより常に、分配タンク１１においてはどの排出装置１２よりも高い液面位置を保ち、かつ各排出装置１２から等量の液体Ｄが排出されるように、各排出装置１２の排出抵抗をある程度持つように、しかも各排出抵抗が同じになるように精度よく揃えることが好ましい。そのため、排出装置１２を径と長さが等しいスタブパイプで形成することが好ましい。
【００４５】
また、液体分配装置１０及びこれを備えた流下液膜式熱交換器が傾斜した際に、傾斜時の各排出装置１２に加わる液圧にバラツキが生じて、各排出装置１２からの排出量にバラツキが生じないようにするために、各排出装置１２の配置高さを同じとすると共に、各排出装置１２の間の離間水平距離をできるだけ小さくする。
【００４６】
また、排出装置１２をスタブパイプで形成した場合には、その後の第１分配流路１３や第２分配流路１４Ａ、１４Ｂなどの流路の長さの違いによる流通抵抗の差等が、スタブパイプから排出される液体Ｄの量に影響することがないよう、スタブパイプと連通する閉鎖された流路とせずに、このスタブパイプから排出された後の液体Ｄを第１分配流路１３に入れる前に熱交換器内の環境圧力に解放しておくことが好ましい。
【００４７】
第１分配流路１３には、それぞれ、例えば、伝熱管の前端近辺の領域（エリア）Ａ１、少し後ろのエリアＡ２、というように、長手方向をいくつかの区画に分割した領域Ａｉを担当させるように構成する。
【００４８】
伝熱管２１が、船体横断方向にも広く分布している場合には、横断方向に関しても担当区画Ａｉｊを分割し、例えば、図１の左側に最も長く延びている第１分配流路１３の内の手前の第１分配通路１３は伝熱管２１の前端近辺の右半分を、その奥側の隣の第１分配流路１３は伝熱管２１の前端近辺の左半分を担当させる。この場合、第１分配流路１３から液体Ｄを受けてそれを横方向に分配する横樋である第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに、左半分と右半分を区分けする仕切り板１４ｂを設けておき、第１分配流路１３は第２分配通路１４Ａ、１４Ｂのそれぞれ右区画、左区画のみに液体Ｄを流入させる。
【００４９】
図３及び図４は、流下液膜式熱交換器２０における伝熱管２１の配置を示す図であり、液体分配装置１０のトレイ１５の下側に伝熱管２１が配列されており、液体分配装置第２分配流路１４Ａ、１４Ｂ１０の第１分配流路１３の長手方向と伝熱管２１の長手方向が平行になるように、また、の長手方向が伝熱管２１の左右方向になるように構成される。
【００５０】
図３に示すように、流下液膜式熱交換器２０において、伝熱管２１はチューブシート（管板）２３、２４に保持されて、水平方向及び上下方向に、互いに平行状態で配置される。また、伝熱管２１の列の上下方向に関して、上側の列の伝熱管２１と下側の列の伝熱管２１との間にガイドプレート２２Ａ（又は２２Ｂ）が配設される。
【００５１】
また、図３及び図４に示すように、流下液膜式熱交換器２０の底部では、液体Ｄを回収するが、スロッシングが起きることがないように、液面の暴れを防止するための図３に示す仕切り板２５を設ける。また揺動下でも液切れなく液体Ｄを回収できるよう、底部２６には想定される傾斜角度以上の傾斜を設けておき、その最下部に排出口（図示しない）を設けることが望ましい。この傾斜角度としては、図３では、前後傾斜（トリム）と前後揺れ（ピッチ）の和が考慮され、図４では、横傾斜（ヒール）と横揺れ（ロール）の和が考慮される。
【００５２】
また、例えば、吸収式冷凍機３０においては、図４に示すように、蒸発器として機能する流下液膜式熱交換器２０Ａと、吸収器として機能する流下液膜式熱交換器２０Ｂを一体に設けることが考えられるが、その場合に底部２６Ａ、２６Ｂの異なる２つ液体Ｄａと液体Ｄｂが混合してしまうことを回避するため、各々の液溜め２７Ａ、２７Ｂには波返し２８を設け、また蒸発器と吸収器の境界上部には、冷媒・吸収液分離ルーバー２９を設けておくことが望ましい。
【００５３】
次に、図３〜図１１を参照しながら、本発明の特徴の一つである上下の伝熱管２１の列の間に配設するガイドプレート２２Ａ、２２Ｂと、このガイドプレート２２Ａ、２２Ｂと上下の伝熱管２１の関係について説明する。
【００５４】
この伝熱管２１に関しては、どの伝熱管２１にも偏りなく均等な量の液体Ｄが流下するようにすることが、熱交換効率の向上の面から重要であり、上側の列の１本の伝熱管２１から下側の列の２本の伝熱管２１に滴下したり、逆に上側の列の２本の伝熱管２１からの液体Ｄが下側の列の１本の伝熱管２１に集まるようなことは回避する必要がある。
【００５５】
そのためには、流下液膜式熱交換器が搭載された船舶など左右に横傾斜（ヒール）及び横揺れ（ロール）しても常に同じ伝熱管２１に滴下されていくように、液体Ｄが流下していく上下の伝熱管２１が１対１対応となるように構成することが重要となる。これは、以下のような、液体Ｄに対する適度な透過性を持つガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを伝熱管２１の上下間の列の間に配置することで実現できる。
【００５６】
この伝熱管２１は、図３及び図４に示すように、略水平に配置され、同じ水平面内で一列を形成し、この水平面内の伝熱管２１の列を上下方向に重ねて構成される。そして、図５及び図６に示すように、上下方向に間隔を有する列をなして複数の伝熱管２１を配置し、水平方向に並んだ伝熱管２１の列と、その下の水平方向に並んだ伝熱管２１の列との間に、下側のそれぞれの伝熱管２１の頂上部分の近傍に凹部（谷部）２２ａの最下位部分が配置されるように、凹部２２ａを有するガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを配置する。なお、図５は伝熱管２１の配置が千鳥配置ではない場合を、図６は伝熱管２１の配置が千鳥配置である場合を示す。
【００５７】
更に、このガイドプレート２２Ａ、２２Ｂの凹部２２ａの最下位部分に伝熱管２１の頂上に液滴を流下するための流下孔２２ｂを設けて、伝熱管２１の管軸に垂直な面内で予め設定した所定の角度範囲βａ内の傾斜角度βの傾斜（横傾斜（ヒール）＋横揺れ（ロール））をした状態になっても、上側のそれぞれの伝熱管２１の表面を流下した液体Ｄが、上側の列のそれぞれの伝熱管に１対１対応に対応する下側の列の伝熱管２１に伝わるように構成する。
【００５８】
この上下の伝熱管２１を１対１対応させるにあたり、上下の伝熱管２１の列を上下方向に揃うように配置した場合には、図６に示すように、ガイドプレート２２Ａは対称型の波板若しくは折板でよい。また、千鳥型に配置した場合には、図７に示すように、非対称型の波板若しくは折板で形成すると上下の伝熱管を１対１対応させることができる。特に、千鳥型に配置した場合には、図４に示すチューブシート（管板）２３、２４において、伝熱管２１で囲まれた面を支持する板材の幅（伝熱管２１の相互間の距離）を千鳥配置しない場合に比べて大きくすることができるので、チューブシート（管板）２３、２４の強度、例えば、液体Ｄのスロッシングに対する強度を増加できる。
【００５９】
また、確実に、上側の伝熱管２１から下側の伝熱管２１に液体Ｄを流下させることができ、しかも、その横断面内では下側の伝熱管２１の表面全体を液膜で覆うことができ、また、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂと伝熱管２１の間で熱伝導を生じさせ、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを伝熱管２１に設けた放熱または吸熱フィンとして機能させられるように、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂの凹部２２ａが、下側の伝熱管２１の頂部に接するようにガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを配置する。なお、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂと伝熱管２１に異種金属を使用する場合で電位差による腐食を防止する必要がある場合は、例えば、セラミックスフィラー充填のシリコン材料等の絶縁放熱シートを間に挟んでもよい
【００６０】
このガイドプレート２２Ａ、２２Ｂは、凹部２２ａの近辺のみに流下孔２２ｂが開いていてもよいし、全面に開いていてもよいが、流下孔２２ｂが全面に開いている場合は、傾斜時に上の伝熱管２１から滴下した液体Ｄがガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを通過しないよう、滴径Ｄより小さい開口となっているか、または上の伝熱管２１から見て見通しが十分悪いルーバーシートになっている必要がある。
【００６１】
伝熱管２１の表面で気体が発生したり吸収したりされる用途で使用されている場合には、気体の往来が妨げられないように、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂに十分な気体透過性が確保されていることが好ましい。また、このように、気体の発生、吸収過程が伝熱管２１の表面だけでなくガイドプレート２２Ａ、２２Ｂの表面でも行われるため、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂとその下の伝熱管２１との間は、熱が伝導するように接しさせる。
【００６２】
そして、上から滴下する液体Ｄの滞留時間を長く確保したい場合には、伝熱管２１の表面からその下のガイドプレート２２Ａ、２２Ｂへは表面張力、毛細管現象により流下することなく、滴下させた方がよいので、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂとその上の伝熱管２１を接することがないように、滴径程度以上の間隔をあける。
【００６３】
更に、図８に示すように、その横断面内では下側の伝熱管の頂部の左右に対して均等に液体Ｄを流下して、下側の伝熱管の表面全体を液膜で覆うことができるように、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂの凹部２２ａの最下位部分を左右対称形状に形成する。
【００６４】
このガイドプレート２２Ａ、２２Ｂは、滴下する液体Ｄの自然滴径より小さい穴が開口しているメッシュシート、グレーチング、網、ルーバーシートのいずれかの板材を用いて、この板材に折り目または波目を付けて製作することができる。
【００６５】
また、図８に示すように、流下孔２２ｂを、凹部２２ａの最下位部分の左右に、最下位部の略中心線上に両端点を持つ半円、Ｕ字型、Ｖ字型、コの字型、爪型、先割れ爪型のいずれかの形状の切り込みを設けて谷折りすることにより形成する。つまり、板材を交互に山折と谷折にして波板若しくは折板とし、谷折部分に半円、Ｕ字型、Ｖ字型、コの字型、爪型、先割れ爪型等の切れ目２２ｄを入れて、谷折りした際に谷折部分の外側に突起（爪部、舌部）２２ｃが出るように、図９に示すようなガイドプレート２２Ｃを形成する。これにより、谷折部分より左の斜面を谷折り部より右側に延長するスロープが突起２２ｃにより形成され、また谷折部分より右側の斜面を谷折り部分より左側に延長するスロープが突起２２ｃにより形成される。また突起２２ｃを形成する切れ目２２ｄはプレスによる剪断加工によって形成され、その際生じる「かえり（バリ）」がガイドプレート２２Ｃの上面（谷部の内側）に出るように構成される。
【００６６】
なお、この「かえり」とは、例えばハサミで薄い金属板を切った時に、切断面に生じる微細な尖り目のことで、バリとも呼ばれるものである。また、図８の平面図には、細かいパンチ穴（図示しない）を開けておくことが好ましいが、その際もパンチ加工の「かえり」はガイドプレート２２Ｃの上面に出るように構成する。
【００６７】
上側の列の伝熱管２１から流下してくる液滴Ｄを、このガイドプレート２２Ｃの山折部分で受けて、斜面の傾斜または濡れ若しくは毛細管現象により、谷折部分の凹部２２ａに導く。このとき、例えば伝熱管２１の管軸回りに左回りの傾斜があるために左斜面に滴下した液体Ｄは、流下孔２２ｂの周囲でガイドプレート２２Ｃの上面に出た「かえり」に阻害され、図９に示すように流下孔２２ｂをよけて突起２２ｃに導かれながら流下し、突起２２ｃのスロープを下って谷折の折れ目よりも若干右側に導かれ、ここで滴下して下側の列の伝熱管２１に移動する。同様に右斜面に滴下した液体Ｄは「かえり」をよけて谷折の折れ目より若干左側に導かれて滴下、下側の列の伝熱管２１に移動する。これにより、図１１に示すように、伝熱管２１の管軸回りの傾斜がある場合でも直下の伝熱管２１の鉛直線上近辺に流下させる効果がある。なお、滴下した液体Ｄが谷折近辺の突起２２ｃに到達するまではガイドプレート２２Ｃの裏面（下側の面）に回らないようにするのが好ましく、そのためには、平面部のパンチ穴（図示しない）の「かえり」も上面に出しておく方がよい。
【００６８】
この方法によれば、図１１に示すように、多少、傾斜が生じている場合でもより確実に下側の列の伝熱管２１の左右両側の外表面が利用されることが期待できる。また、図１０に示すように、ガイドプレート２２Ｃの突起２２ｃが、下の列の伝熱管２１に接触することにより、ガイドプレート２２Ｃが、下の列の伝熱管２１に安定して座るようになり、更に、接触面積が増加するので熱伝導による熱伝達も行われ、確実にガイドプレート２２Ｃから伝熱管２１に伝熱されることになる。
【００６９】
また、図８及び図９の右側に、谷線と直交する稜線２２ｅを持つように凸加工を施し、より積極的に液体Ｄを突起２２ｃに導くとともに、傾斜時に、谷線と平行な方向に移動するのを、言い換えれば、液体Ｄが谷線に沿って移動するのを防止するように、板材２２ＣにＶ字型の切れ目２２ｄと山折の稜線２２ｅを設けた例を示す。
【００７０】
また、図１２に示すように、鋼材を格子状に組んだグレーチング２２ｇを使用してガイドプレート２２Ｄを形成する場合、平行なフラットバー２２ｇａと、このフラットバー２２ｇａの底辺近辺の間を棒材２２ｇｂでつなぐものを使用するとよい。この場合、グレーチング２２ｇを折り込んだ後のつなぐフラットバー２２ｇａの間隔Ｌ１が伝熱管２１の間隔Ｌ２と同一になるように、プレス加工で波型に変形させることでガイドプレート２２Ｄを形成できる。なお、グレーチング２２ｇを折り込んだ後のフラットバー２２ｇａの間隔Ｌ１を伝熱管２１の横間隔Ｌ２の半分にして、下側となるフラットバー２２ｇａが伝熱管２１の頂部の上方に配置されるようにしてもよい。
【００７１】
上記の流下液膜式熱交換器２０、吸収式冷凍機システム３０、及び船舶、洋上構造物、水中構造物によれば、これらの船舶等の傾斜や揺動があった場合であっても、流下液膜式熱交換器２０において、液体分配装置１０により冷媒や吸収液等の液体Ｄを均等に分配して、伝熱管２１の頂上に滴下して、上の列に位置する伝熱管２１から滴下した液体Ｄを確実に下の列に位置する伝熱管２１の表面に落下させることができて、熱交換性能の低下を回避できる。
【００７２】
特に、液体分配装置１０の構成により液体Ｄを均等に、トレイ１５に分配して、伝熱管２１に液体Ｄを滴下することができる。また、広い水平面に液体Ｄを分配できる。また、伝熱管２１の長手方向に４５度傾斜しても、液体Ｄを伝熱管２１に供給し続けることができる。その結果、船舶、洋上構造物、水中構造物などにも搭載できるようになる。
【００７３】
また、上凹部を有するガイドプレート２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの配置により、伝熱管２１の管軸に垂直な面内で予め設定した所定の角度範囲内において傾斜した状態になっても、上側のそれぞれの伝熱管２１の外表面を流下した液体Ｄが、上側のそれぞれの伝熱管２１に１対１対応に対応する下側の伝熱管２１に伝わるので、確実に液体Ｄを下の次の列の伝熱管２１の頂上に滴下することができる。
【００７４】
また、伝熱管群の配置において、伝熱管の横本数と比べて多くの上下本数を配置しても管軸に垂直な面内での傾斜による性能低下を回避できるため、設置に必要な敷面積を減らせる効果があり、またそのような伝熱管群の配置により液体分配装置１０において横方向の分配を簡略化できる効果がある。
【００７５】
また、分配タンク１１の伝熱管２１の長手方向の中央付近に配置することにより、第１分配流路１３と第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに下り勾配を設けた場合に、下り勾配の長さを最も短くできるので、装置全体として高さを低くすることができる。更に、排出装置１２を同一形状のスタブパイプで形成する構成により、排出の際の流体抵抗が同じになるので、各スタブパイプの出口から排出される液体Ｄの量を均一にすることが容易にできる。
【００７６】
そして、本発明に係る実施の形態の吸収式冷凍システム３０は、上記の流下液膜式熱交換器２０を用いて構成されるので、上記の流下液膜式熱交換器２０と同様な効果を奏することができる。
【００７７】
また、本発明に係る実施の形態の船舶は、上記の流下液膜式熱交換器２０、又は、上記の吸収式冷凍システム１０を、その伝熱管分布エリアの長手方向、または正方形のエリアの場合はこの正方形の一辺の方向と、船長方向（船体の前後方向、ロール軸方向）を一致させて搭載して構成される。この構成によれば、上記の流下液膜式熱交換器と同様な効果を奏することができる。
【００７８】
更に、本発明に係る実施の形態の洋上構造物、水中構造物は、上記の流下液膜式熱交換器２０、又は、上記の吸収式冷凍システム１０を搭載して構成されるので、上記の流下液膜式熱交換器と同様な効果を奏することができる。なお、これらの洋上構造物、水中構造物が略船舶形状をしている場合には、その伝熱管分布エリアの長手方向、または正方形のエリアの場合はこの正方形の一辺の方向と、船長方向を一致させて搭載することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍機システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物によれば、これらの船舶等の傾斜や揺動があった場合であっても、流下液膜式熱交換器において、液体分配装置により冷媒や吸収液等の液体を均等に分配して、伝熱管の頂上に滴下して、上の列に位置する伝熱管から滴下した液体を確実に下の列に位置する伝熱管の表面に落下させることができて、熱交換性能の低下を回避できるので、流下液膜式熱交換器の全てに利用でき、また、流下液膜式熱交換器を用いた吸収器、蒸発器、蒸留器、濃縮装置、吸収式冷凍システムなどに広く利用でき、また、幅広く、船舶、洋上構造物、水中構造物に利用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 液体分配装置
１１ 分配タンク
１２ 排出装置
１３ 第１分配流路
１４Ａ、１４Ｂ 第２分配流路
１４ａ 仕切り板
１４ｂ 分配孔
１５ トレイ
２０ 流下液膜式熱交換器
２０Ａ 蒸発器
２０Ｂ 吸収器
２１ 伝熱管
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ ガイドプレート
２２ａ 凹部（谷部）
２２ｂ 流下孔
２２ｃ 突起（爪部、舌部）
２２ｄ 切れ目
２２ｅ 稜線
２２ｇ グレーチング
２２ｇａ フラットバー
２２ｇｂ 棒材
２３、２４ チューブプレート
２５ 仕切り板
２６、２６Ａ、２６Ｂ 底部
２７Ａ、２７Ｂ 液溜め
２８ 波返し
２９ 冷媒・吸収液分離ルーバー
３０ 吸収式冷凍システム
Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ 液体（液滴）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動する船舶や洋上構造物や水柱機器等で使用できる流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍機システム、及び、それを搭載した船舶、洋上構造物、水中構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷房用のチルド水冷却等に広く利用されている技術の中に、流下液膜式熱交換器、及び、この熱交換器を利用した吸収式冷凍システムがある。この流下液膜式熱交換器は、第１流体（液体又は気体）が流通する伝熱管を水平方向だけでなく、上下方向に多数配列して管群を形成し、最上列の伝熱管の外表面に、第２流体（液体）を滴下又はスプレー等で流下させて伝熱管の外表面を第２流体で覆い、第１流体と第２流体の間で熱交換させると共に、この列の伝熱管の外表面を覆った第２流体を、この伝熱管より下の列に配置された伝熱管に流下させて、この列の伝熱管で第１流体と第２流体の間で熱交換させ、順次下の列の伝熱管で第１流体と第２流体の間で熱交換させていく熱交換器である。
【０００３】
この流下液膜式熱交換器では、第２流体の気化熱を利用すると熱交換量を飛躍的に増大できるので、効率良く熱交換することができる。そのため、吸収式冷凍システムの蒸発器、吸収器、再生器等に多く利用されている。
【０００４】
また、吸収式冷凍システムは、蒸発器において第２流体を冷媒とし、この冷媒を密閉容器内の伝熱管の外表面に流下させ、流下する過程で伝熱管内の第１流体と熱交換させ、冷媒の気体を発生させて、この気体を密閉容器に連通する吸収器の吸収液で吸収し、冷媒の気化を促進する（例えば、特許文献１参照）。この冷媒の気化を促進させるためには、流下液膜を形成する冷媒を各伝熱管の全長にわたって均一に分配することと、冷媒を確実に伝熱管群上に分配することが重要である。
【０００５】
そのため、最上列の伝熱管に対して、冷媒や吸収液ができる限り均等に分配・滴下されるよう工夫をすると共に、伝熱管間隔をある程度あける必要がある一方で、特に、水平に配置した伝熱管を利用する場合には、上に位置する伝熱管から滴下した液体が確実に下に位置する伝熱管に滴下するようにする必要があり、液体分配装置の構成が重要になっている。この液体分配装置としては、例えば、一枚板からなり、吸収式冷凍機用の滴下装置として使用できる滴下装置が提案されている（例えば、特文献２参照）。
【０００６】
また、伝熱管表面を流下する冷媒液の乾き部分が拡大することを防止し、伝熱性能を向上させるために、上下方向に所定の間隔で、隣接する上下伝熱管の間にその伝熱管の長手方向に沿ってスペーサーを付設し、該スペーサーと下段伝熱管との接合部近傍に冷媒液の液溜まりができるように構成した吸収式冷凍機の蒸発器が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
しかしながら、この流下液膜式熱交換器、及び、この熱交換器を利用した吸収式冷凍システムでは、冷媒や吸収液が最上列の伝熱管に均等に分配されて滴下されなかったり、上に位置する伝熱管から滴下した液体が確実に下に位置する伝熱管の表面に落下して液膜で表面全体を覆わなかったりすると著しく性能が低下するため、水平面からの傾斜や揺動をほとんど許容することができないという欠点がある。この欠点は流下液膜式熱交換器が傾斜すると大きくなるため、船舶や洋上構造物や水中構造物などの揺れや傾斜を伴うものには、この流下液膜式熱交換器、及び、この熱交換器を利用した吸収式冷凍システムを設置することはできないという問題がある。
【０００８】
つまり、流下液膜式熱交換器の傾斜に関しては、通り抜け問題と非流下領域拡大問題と液膜減少問題とがある。この通り抜け問題とは、第２流体が次の下の列の伝熱管の間を通り抜けて、もう一段下の列の伝熱管に流下するという問題である。
【０００９】
図１３に示すように、流下液膜式熱交換器の伝熱管２１を千鳥配置にした構造を採用して、伝熱管２１の横断面内で流下液膜式熱交換器が傾斜していない状態では、第２流体Ｄが最上列の伝熱管２１の中心線（管軸）を目指して滴下されるが、滴下する第２流体Ｄは、上から偶数段数の列の伝熱管２１に触れることなく通過して通り抜けてしまう可能性が生じる。
【００１０】
水の場合２０滴で１ｃｃ程度と言われており、第２流体Ｄの自然滴の直径は２ｍｍ程度しかないため、伝熱管２１の横間隔Ｓをこの２ｍｍ以下にしないとこの問題を避けることができない。しかし、チューブシート（管壁）の加工や強度を考えると２ｍｍ以下にすることは難しい。
【００１１】
また、図１４に示すように、千鳥配置にしなかった場合、２０度程度の傾斜が起きない限り、この通り抜け問題は発生しないが、図１５に示すように傾斜角が２０度程度の傾斜を超えて一度発生すると、千鳥配置の場合と同様に、通り抜けの問題が発生し、この通り抜けによる分だけで伝熱面積が５０％も減少する場合が生じる。
【００１２】
また、非流下領域拡大問題とは、装置の横傾斜に伴い、第２流体Ｄが流下していかない伝熱管２１の領域、つまり、非流下領域が発生するという問題である。図１６に示すように、大きく傾斜した場合に、第２流体Ｄが流下してこない伝熱管２１（ハッチングのある伝熱管）が発生する。図１６に示すように、千鳥配置にしない場合は、装置の傾斜が２０度程度の傾斜になるまでこの現象は発生しないが、一度発生すると、図１６に示すように伝熱面積の減少が生じ、図１６の場合では全体の５０％程度が非流下領域になってしまう。一方、図１７に示すように、千鳥配置にした場合は、わずかな傾斜でも、図１７の場合で伝熱面積の２０％程度に影響が生じるが、さらに、傾斜角が増加していっても４０度程度に達しない限りこれ以上の影響がでることはない。なお、図１６及び図１７においては、伝熱管群の伝熱管の上下本数と横本数が同数の場合を示しているが、上下本数が横本数に比して多い場合は、この非流下域拡大問題は、より顕著に発生することになる。
【００１３】
また、液膜減少問題は、伝熱管２１の表面全体を液膜が覆わずに、表面の一部のみを覆うという問題である。図１８に示すように、各伝熱管２１において、その鉛直線上（真上）で滴下を受ければ、液膜Ｄｓは伝熱管２１の左右両側にできるが、図１９に示すように、少しはずれると片側だけになる。図１９に示すような場合には液膜Ｄｓが３５％程度に減少し、全体の６５％程度に液膜Ｄｓが無くなる。特に、伝熱管１２をぎりぎり掠めるような場合には、液膜Ｄｓは全体の２５％程度に減少し、全体の７５％程度に液膜Ｄｓが無くなる。特に、千鳥配置の場合には、大きく傾斜しなくてもこの問題が発生する。
【００１４】
従って、装置の傾斜が２０度程度以内であれば、伝熱管２１の間隔がある程度の距離を有しているならば、千鳥配置しない方が、通り抜け問題、非流下領域拡大問題を回避しやすいといえる。ただし、千鳥配置しない場合には、液膜減少問題により、ある程度大きな傾斜があれば、５０％以下、２０度程度の傾斜になると３５％程度の能力しか発揮できないと考えられる。
【００１５】
また、一方、千鳥配置の場合は、大きな傾斜がない場合でも偶数層の通り抜け問題が起こることが無いように伝熱管の水平間隔を２ｍｍ程度以下にすることが重要となるが、それを実現できたとしても、非流下領域拡大問題による伝熱面積の減少と液膜減少問題による伝熱面積の減少で、伝熱管群の伝熱間の上下本数と横本数が同数の場合でも、３０％程度の能力しか発揮できず、上下本数が横本数に比して多い場合、更に低い能力しか発揮できないことになると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特表９８−４１７９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７６２０号公報
【特許文献３】特開平１１−１０８５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、船舶、洋上構造物、水中構造物等に搭載されて、これらの船舶等の傾斜や揺動があった場合であっても、流下液膜式熱交換器において、冷媒や吸収液等の液体を略均等に分配して伝熱管の頂上に滴下して、上の列に位置する伝熱管から滴下した液体を確実に下の列に位置する伝熱管の表面に落下させることができて、熱交換性能の低下を回避できる、流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物を提供することにある。
【００１８】
つまり、船舶、洋上構造物、水中構造物等に設置可能な流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍システムと、これらを搭載した船舶、洋上構造物、水中構造物を提供することにある。
【００１９】
また、更なる目的は、通常の陸上設置用のものと比して、大型化したり、メンテナンスが要求される高機能部品などを増やすことのない流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の目的を達成するための本発明の流下液膜式熱交換器は、流下液膜式熱交換器において、上から見て広いエリアに分布する伝熱管の外表面に液体を分配する液体分配装置を、前記液体を受けて一時的に貯蔵する分配タンクと、該分配タンクから前記液体を排出するための複数の排出装置と、前記排出装置からは排出される前記液体を受ける第１分配流路を備えて構成し、前記液体を前記第１分配流路が受け持つ領域に導き、前記液体を伝熱管に滴下するように構成する。この構成によれば、流下液膜式熱交換器において、上記の構成の液体分配装置により、液体を均等に分配して伝熱管に液体を滴下することができる。
【００２１】
上記の流下液膜式熱交換器において、前記第１分配流路のうち少なくとも主要部分を前記伝熱管の分布するエリアの上から見て長手方向に、または正方形のエリアの場合は該正方形の一辺の方向に配置するとともに、前記分布エリアの長手方向または前記正方形の一辺の方向をいくつかに分けた区画を前記第１分配流路が受け持つ領域とするように構成する。この構成によれば、流下液膜式熱交換器において、上記の構成の液体分配装置により、液体をより広範な領域に亘って均等に分配して、伝熱管に液体を滴下することができる。
【００２２】
上記の流下液膜式熱交換器において、前記第１分配流路の端部から排出される前記液体を受けるトレイか、または上から見たときに前記第１分配流路の主要部分に対して交差する第２分配流路を備えて構成するとともに、前記トレイまたは前記第２分配流路に分配孔を設けて、該分配孔から前記液体を前記第１分配流路が受け持つ領域内で分配し、前記液体を前記伝熱管に滴下するように構成される。この構成により、より広い水平面に液体を分配できる。
【００２３】
また、上記の流下液膜式熱交換器において、前記第１分配流路に先端側が下方となる５度以上且つ４５度以下の下り勾配を持たせて形成する。この構成により、伝熱管の長手方向に４５度傾斜しても、液体を伝熱管に供給し続けることが出来るようになる。その結果、船舶、洋上構造物、水中構造物などにも搭載できるようになる。
【００２４】
また、上記の流下液膜式熱交換器において、前記分配タンクを前記伝熱管の長手方向の中央付近に配置する。この構成によれば、第１分配流路と第２分配流路に下り勾配を設けた場合に、下り勾配の長さを最も短くできるので、装置全体として高さを低くすることができる。
【００２５】
また、上記の流下液膜式熱交換器において、前記分布エリアの短手方向、または正方形のエリアの場合は他辺の方向も複数に分けた区画を前記第１分配流路が受け持つ領域とするように構成される。この構成により、広い水平面に液体を分配できる。
また、上記の流下液膜式熱交換器において、前記排出装置を同一形状のスタブパイプで形成する。この構成によれば、排出の際の流体抵抗が同じになるので、各スタブパイプの出口から排出される液体の量を均一にすることが容易にできる。
【００２６】
また、上記の流下液膜式熱交換器において、略水平に配置する伝熱管を備えた流下液膜式熱交換器において、上下方向に間隔を有する列をなして複数の前記伝熱管を配置し、水平方向に並んだ前記伝熱管の列と、その下の水平方向に並んだ前記伝熱管の列との間に、下側のそれぞれの前記伝熱管の頂上部分の近傍に凹部の最下位部分が配置されるように、前記凹部を有するガイドプレートを配置するとともに、該ガイドプレートの前記凹部の最下位部分に前記伝熱管の頂上に液滴を流下するための流下孔を設けて、前記伝熱管の管軸に垂直な面内で予め設定した所定の角度範囲内において傾斜した状態になっても、上側のそれぞれの前記伝熱管の外表面を流下した液体が、上側のそれぞれの伝熱管に１対１対応に対応する下側の前記伝熱管に伝わるように構成する。この構成によれば、確実に液体を下の次の列の伝熱管の頂上に滴下することができる。
【００２７】
そして、上記の目的を達成するための本発明の吸収式冷凍システムは、上記の流下液膜式熱交換器を用いて構成される。この構成によれば、上記の流下液膜式熱交換器と同様な効果を奏することができる。
【００２８】
また、上記の目的を達成するための本発明の船舶は、上記の流下液膜式熱交換器、又は、上記の吸収式冷凍システムを搭載して構成される。また、この構成によれば、上記の流下液膜式熱交換器及び吸収式冷凍システムと同様な効果を奏することができる。更に、上記の流下液膜式熱交換器、又は、上記の吸収式冷凍システムを、前記伝熱管分布エリアの長手方向、または正方形のエリアの場合該正方形の一辺の方向と、船長方向を一致させて搭載すると、横傾斜（ヒール）や横揺れ（ロール）による影響を少なくすることができる。
【００２９】
また、上記の目的を達成するための本発明の洋上構造物、水中構造物は、上記の流下液膜式熱交換器、又は、上記の吸収式冷凍システムを搭載して構成される。なお、これらの洋上構造物、水中構造物が略船舶形状をしている場合には、その伝熱管分布エリアの長手方向、または正方形のエリアの場合該正方形の一辺の方向と、船長方向を一致させて搭載することが好ましい。この構成によれば、上記の流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍システム、及び船舶と同様な効果を奏することができる。
【００３０】
なお、船舶は推進手段を持って洋上を航行する構造物のことをいい、洋上構造物は推進手段を持たない洋上の構造物のことをいう。また、水中構造物には、水中航走体、潜水艦、水中基地などの水中に潜航可能な構造物や水中で使用される構造物のことをいう。
【発明の効果】
【００３１】
以上に説明したように、本発明の流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍機システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物によれば、これらの船舶等の傾斜や揺動があった場合であっても、流下液膜式熱交換器において、液体分配装置により冷媒や吸収液等の液体を均等に分配して、伝熱管の頂上に滴下して、上の列に位置する伝熱管から滴下した液体を確実に下の列に位置する伝熱管の表面に落下させることができて、熱交換性能の低下を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器の液体分配装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器の液体分配装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器の伝熱管群の構成を模式的に示す側面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の吸収式冷凍システムの蒸発器（左半分）及び吸収器（右半分）の構成を模式的に示す側面図である。
【図５】千鳥配置でない場合の伝熱管とガイドプレートの構成を模式的に示す図である。
【図６】千鳥配置の場合の伝熱管とガイドプレートの構成を模式的に示す図である。
【図７】図６のガイドプレートの凹部の拡大図である。
【図８】ガイドプレートの製造途中の板材を示す平面図である。
【図９】図８のガイドプレートの板材を折り曲げた様子を示す斜視図である。
【図１０】図９のガイドプレートの突起と伝熱管との位置関係を示す図で、傾斜していない場合を示す図である。
【図１１】図１０のガイドプレートの突起と伝熱管との位置関係を示す図で、傾斜した場合を示す図である。
【図１２】グレーチングでガイドプレートを形成した場合の伝熱管とガイドプレートの関係を示す斜視図である。
【図１３】流下液膜式熱交換器における千鳥配置の伝熱管群に対する、通り抜け問題を説明するための図である。
【図１４】流下液膜式熱交換器における千鳥配置でない伝熱管群に対する、通り抜け問題を説明するための図で、傾斜無しの場合の図である。
【図１５】流下液膜式熱交換器における千鳥配置の伝熱管群に対する、通り抜け問題を説明するための図で、傾斜有りの場合の図である。
【図１６】流下液膜式熱交換器における千鳥配置でない伝熱管群に対する、非流下領域拡大問題を説明するための図で、傾斜有りの場合の図である。
【図１７】流下液膜式熱交換器における千鳥配置の伝熱管群に対する、非流下領域拡大問題を説明するための図で、傾斜有りの場合の図である。
【図１８】流下液膜式熱交換器における伝熱管に対する、液膜減少問題を説明するための図で、頂上に滴下した場合の図である。
【図１９】流下液膜式熱交換器における伝熱管に対する、液膜減少問題を説明するための図で、頂上から外れた部分に滴下した場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍機システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物について説明する。この実施の形態の説明では、船舶、洋上構造物、及び水中構造物（以下船舶等という）に搭載することができる流下液膜式熱交換器、及び吸収式冷凍機システムとして説明するが、必ずしも、船舶等に搭載する流下液膜式熱交換器、及び吸収式冷凍機システムに限定する必要はなく、その他の陸上設備に据え付ける流下液膜式熱交換器、及び吸収式冷凍機システムであってもよい。
【００３４】
なお、本発明に係る実施の形態の吸収式冷凍システムは、以下に説明する本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器２０を用いるものとして構成され、本発明に係る実施の形態の船舶、洋上構造物、水中構造物は、以下に説明する本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器２０、又は、本発明に係る実施の形態の吸収式冷凍機を用いるものとして構成される。なお、この実施の形態の吸収式冷凍システムでは、吸収液に臭化リチウムを、冷媒に水を用いる吸収式冷凍機を例にして説明する。
【００３５】
本発明に係る実施の形態の流下液膜式熱交換器は、船舶等に搭載することができるように、伝熱管の管軸方向の揺動にも、管軸に垂直な面内における揺動にも耐えることができる流下液膜式熱交換器であり、図１及び図２に示すように、上から見て広いエリアに分布する伝熱管２１の外表面に液体Ｄを分配する液体分配装置１０を備えて構成される。
【００３６】
この流下液膜式熱交換器を船舶等に搭載する場合は、一般に縦揺れ（船の前後が上下に動くピッチ）の方が横揺れ（船の左右舷が上下するロール）の方が揺れ角が小さいので、伝熱管２１の軸方向を船舶等の船長方向（前後方向）に配置するように構成する。つまり、伝熱管２１の管軸回りが船舶、洋上構造物、及び水中構造物のロールと一致するように配置する。
【００３７】
この液体分配装置１０は、分配タンク１１、排出装置１２、第１分配流路１３、及び第２分配流路１４Ａ、１４Ｂを備えて構成する。この分配タンク１１は伝熱管２１の表面に供給する液体Ｄを受けて一時的に貯蔵する。また、排出装置１２は、分配タンク１１から液体Ｄを均等に排出するためものであり、同じ流体抵抗になるように形成され、複数設けられる。その中を流れる液体Ｄは排出装置１２の出口で熱交換器内の環境圧力下に晒される。第１分配流路１３は、排出装置１２から排出される液体Ｄを受け取り、その端部から第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに排出する。この第１分配流路１３のうち少なくとも主要部分を伝熱管２１の分布する上から見て長手方向に、または正方形のエリアの場合はこの正方形の一辺の方向に配置するとともに、この分布エリアの長手方向をいくつかに分けた区画を第１分配流路１３が受け持つ領域とする。また、この分布エリアの短手方向、または正方形のエリアの場合は他辺の方向も複数に分けた区画を第１分配流路１３が受け持つ領域としてもよい。なお、第１分配流路１３から第２分配流路１４Ａ、１４Ｂにあふれることなく流し込むために第１分配流路１３の先を例えばＬ字型に曲げておいてもよい。
【００３８】
第２分配流路１４Ａ、１４Ｂは第１分配流路１３から液体Ｄを受け取り、その底部に設けられた多数の分配孔１４ａから液体Ｄを第２分配流路１４Ａ、１４Ｂが受け持つエリアＡｉのトレイ１５に導くように構成される。この第１分配流路１３と第２分配流路１４Ａ、１４Ｂは上が開放された断面が凹部形状の長尺もので形成される。
【００３９】
この第２分配流路１４Ａ、１４Ｂは、第１分配流路１３の端部から排出される液体Ｄを受けるトレイ１５か、または上から見たときに第１分配流路１３の主要部分に対して交差するように（この実施の形態では直交するように）設ける。さらに、トレイ１５または第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに分配孔１４ｂを設けて、この分配孔１４ｂから液体Ｄを第１分配流路１３が受け持つ領域内で分配し、液体Ｄを伝熱管２１に滴下する。
【００４０】
例えば、第１分配流路１３を伝熱管１２の長手方向に向きを揃えて配置するとともに、第２分配流路１４Ａ、１４Ｂを伝熱管２１の長手方向と直交する方向に向きを揃えて配置する。つまり、第１分配流路１３を船舶等の前後方向に、第２分配流路１４Ａ、１４Ｂを船舶等の左右方向に配置する。さらに、第１分配流路１３に先端側が下方となる５度以上且つ４５度以下の下り勾配を持たせて形成する。また第２分配流路１４Ａ、１４Ｂにも先端側が下方となる下り勾配を持たせて形成してもよい。
【００４１】
流下液膜式熱交換器を船舶等に搭載する場合には、流下液膜式熱交換器は伝熱管長手方向を船体前後方向と揃えて設置する。この場合、第１分配流路１３を伝熱管２１の長手方向に揃えて設置すれば、その勾配については船体の前後運動にのみ対応すればよい。例えば、２度の船体トリム（前後方向の静的傾き）と３度のピッチング（前後方向の動的な回転運動）の合計５度の前後傾斜に対応するためには、それより大きな角度、例えば、８度程度の下り勾配を流路に設けておく。これにより必要な下り勾配を常に確保することができる。またその流路をチャンネル型の桶で構成する場合は、２０度程度の船体ロール（横方向の動的な回転運動）でも液体Ｄがこぼれないようにチャンネルの壁を十分な高さに設けておく必要がある。
【００４２】
第１分配流路１３に下り勾配を設けて、流下液膜式熱交換器の稼働時の船舶等の船体トリムと縦揺れ（ピッチ）の和の傾斜角よりも大きな下り勾配とすることで、船舶等が縦揺れ（ピッチ）する場合でも、第１分配流路１３を流れる液体Ｄが逆流することなく、第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに排出できるようになる。
【００４３】
また、分配タンク１１を伝熱管２１の長手方向の中央付近に配置する。この構成により、第１分配流路１３の下り勾配のために必要な高さを低くすることができる。
【００４４】
また、排出装置１２を同一形状のスタブパイプで形成する。分配タンク１１からの排出部分の構造は、単なる開口孔でもよいが、各排出装置１２にある程度の排出抵抗を持たせることにより常に、分配タンク１１においてはどの排出装置１２よりも高い液面位置を保ち、かつ各排出装置１２から等量の液体Ｄが排出されるように、各排出装置１２の排出抵抗をある程度持つように、しかも各排出抵抗が同じになるように精度よく揃えることが好ましい。そのため、排出装置１２を径と長さが等しいスタブパイプで形成することが好ましい。
【００４５】
また、液体分配装置１０及びこれを備えた流下液膜式熱交換器が傾斜した際に、傾斜時の各排出装置１２に加わる液圧にバラツキが生じて、各排出装置１２からの排出量にバラツキが生じないようにするために、各排出装置１２の配置高さを同じとすると共に、各排出装置１２の間の離間水平距離をできるだけ小さくする。
【００４６】
また、排出装置１２をスタブパイプで形成した場合には、その後の第１分配流路１３や第２分配流路１４Ａ、１４Ｂなどの流路の長さの違いによる流通抵抗の差等が、スタブパイプから排出される液体Ｄの量に影響することがないよう、スタブパイプと連通する閉鎖された流路とせずに、このスタブパイプから排出された後の液体Ｄを第１分配流路１３に入れる前に熱交換器内の環境圧力に解放しておくことが好ましい。
【００４７】
第１分配流路１３には、それぞれ、例えば、伝熱管の前端近辺の領域（エリア）Ａ１、少し後ろのエリアＡ２、というように、長手方向をいくつかの区画に分割した領域Ａｉを担当させるように構成する。
【００４８】
伝熱管２１が、船体横断方向にも広く分布している場合には、横断方向に関しても担当区画Ａｉｊを分割し、例えば、図１の左側に最も長く延びている第１分配流路１３の内の手前の第１分配通路１３は伝熱管２１の前端近辺の右半分を、その奥側の隣の第１分配流路１３は伝熱管２１の前端近辺の左半分を担当させる。この場合、第１分配流路１３から液体Ｄを受けてそれを横方向に分配する横樋である第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに、左半分と右半分を区分けする仕切り板１４ｂを設けておき、第１分配流路１３は第２分配通路１４Ａ、１４Ｂのそれぞれ右区画、左区画のみに液体Ｄを流入させる。
【００４９】
図３及び図４は、流下液膜式熱交換器２０における伝熱管２１の配置を示す図であり、液体分配装置１０のトレイ１５の下側に伝熱管２１が配列されており、液体分配装置第２分配流路１４Ａ、１４Ｂ１０の第１分配流路１３の長手方向と伝熱管２１の長手方向が平行になるように、また、の長手方向が伝熱管２１の左右方向になるように構成される。
【００５０】
図３に示すように、流下液膜式熱交換器２０において、伝熱管２１はチューブシート（管板）２３、２４に保持されて、水平方向及び上下方向に、互いに平行状態で配置される。また、伝熱管２１の列の上下方向に関して、上側の列の伝熱管２１と下側の列の伝熱管２１との間にガイドプレート２２Ａ（又は２２Ｂ）が配設される。
【００５１】
また、図３及び図４に示すように、流下液膜式熱交換器２０の底部では、液体Ｄを回収するが、スロッシングが起きることがないように、液面の暴れを防止するための図３に示す仕切り板２５を設ける。また揺動下でも液切れなく液体Ｄを回収できるよう、底部２６には想定される傾斜角度以上の傾斜を設けておき、その最下部に排出口（図示しない）を設けることが望ましい。この傾斜角度としては、図３では、前後傾斜（トリム）と前後揺れ（ピッチ）の和が考慮され、図４では、横傾斜（ヒール）と横揺れ（ロール）の和が考慮される。
【００５２】
また、例えば、吸収式冷凍機３０においては、図４に示すように、蒸発器として機能する流下液膜式熱交換器２０Ａと、吸収器として機能する流下液膜式熱交換器２０Ｂを一体に設けることが考えられるが、その場合に底部２６Ａ、２６Ｂの異なる２つ液体Ｄａと液体Ｄｂが混合してしまうことを回避するため、各々の液溜め２７Ａ、２７Ｂには波返し２８を設け、また蒸発器と吸収器の境界上部には、冷媒・吸収液分離ルーバー２９を設けておくことが望ましい。
【００５３】
次に、図３〜図１１を参照しながら、本発明の特徴の一つである上下の伝熱管２１の列の間に配設するガイドプレート２２Ａ、２２Ｂと、このガイドプレート２２Ａ、２２Ｂと上下の伝熱管２１の関係について説明する。
【００５４】
この伝熱管２１に関しては、どの伝熱管２１にも偏りなく均等な量の液体Ｄが流下するようにすることが、熱交換効率の向上の面から重要であり、上側の列の１本の伝熱管２１から下側の列の２本の伝熱管２１に滴下したり、逆に上側の列の２本の伝熱管２１からの液体Ｄが下側の列の１本の伝熱管２１に集まるようなことは回避する必要がある。
【００５５】
そのためには、流下液膜式熱交換器が搭載された船舶など左右に横傾斜（ヒール）及び横揺れ（ロール）しても常に同じ伝熱管２１に滴下されていくように、液体Ｄが流下していく上下の伝熱管２１が１対１対応となるように構成することが重要となる。これは、以下のような、液体Ｄに対する適度な透過性を持つガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを伝熱管２１の上下間の列の間に配置することで実現できる。
【００５６】
この伝熱管２１は、図３及び図４に示すように、略水平に配置され、同じ水平面内で一列を形成し、この水平面内の伝熱管２１の列を上下方向に重ねて構成される。そして、図５及び図６に示すように、上下方向に間隔を有する列をなして複数の伝熱管２１を配置し、水平方向に並んだ伝熱管２１の列と、その下の水平方向に並んだ伝熱管２１の列との間に、下側のそれぞれの伝熱管２１の頂上部分の近傍に凹部（谷部）２２ａの最下位部分が配置されるように、凹部２２ａを有するガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを配置する。なお、図５は伝熱管２１の配置が千鳥配置ではない場合を、図６は伝熱管２１の配置が千鳥配置である場合を示す。
【００５７】
更に、このガイドプレート２２Ａ、２２Ｂの凹部２２ａの最下位部分に伝熱管２１の頂上に液滴を流下するための流下孔２２ｂを設けて、伝熱管２１の管軸に垂直な面内で予め設定した所定の角度範囲βａ内の傾斜角度βの傾斜（横傾斜（ヒール）＋横揺れ（ロール））をした状態になっても、上側のそれぞれの伝熱管２１の表面を流下した液体Ｄが、上側の列のそれぞれの伝熱管に１対１対応に対応する下側の列の伝熱管２１に伝わるように構成する。
【００５８】
この上下の伝熱管２１を１対１対応させるにあたり、上下の伝熱管２１の列を上下方向に揃うように配置した場合には、図６に示すように、ガイドプレート２２Ａは対称型の波板若しくは折板でよい。また、千鳥型に配置した場合には、図７に示すように、非対称型の波板若しくは折板で形成すると上下の伝熱管を１対１対応させることができる。特に、千鳥型に配置した場合には、図４に示すチューブシート（管板）２３、２４において、伝熱管２１で囲まれた面を支持する板材の幅（伝熱管２１の相互間の距離）を千鳥配置しない場合に比べて大きくすることができるので、チューブシート（管板）２３、２４の強度、例えば、液体Ｄのスロッシングに対する強度を増加できる。
【００５９】
また、確実に、上側の伝熱管２１から下側の伝熱管２１に液体Ｄを流下させることができ、しかも、その横断面内では下側の伝熱管２１の表面全体を液膜で覆うことができ、また、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂと伝熱管２１の間で熱伝導を生じさせ、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを伝熱管２１に設けた放熱または吸熱フィンとして機能させられるように、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂの凹部２２ａが、下側の伝熱管２１の頂部に接するようにガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを配置する。なお、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂと伝熱管２１に異種金属を使用する場合で電位差による腐食を防止する必要がある場合は、例えば、セラミックスフィラー充填のシリコン材料等の絶縁放熱シートを間に挟んでもよい
【００６０】
このガイドプレート２２Ａ、２２Ｂは、凹部２２ａの近辺のみに流下孔２２ｂが開いていてもよいし、全面に開いていてもよいが、流下孔２２ｂが全面に開いている場合は、傾斜時に上の伝熱管２１から滴下した液体Ｄがガイドプレート２２Ａ、２２Ｂを通過しないよう、滴径Ｄより小さい開口となっているか、または上の伝熱管２１から見て見通しが十分悪いルーバーシートになっている必要がある。
【００６１】
伝熱管２１の表面で気体が発生したり吸収したりされる用途で使用されている場合には、気体の往来が妨げられないように、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂに十分な気体透過性が確保されていることが好ましい。また、このように、気体の発生、吸収過程が伝熱管２１の表面だけでなくガイドプレート２２Ａ、２２Ｂの表面でも行われるため、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂとその下の伝熱管２１との間は、熱が伝導するように接しさせる。
【００６２】
そして、上から滴下する液体Ｄの滞留時間を長く確保したい場合には、伝熱管２１の表面からその下のガイドプレート２２Ａ、２２Ｂへは表面張力、毛細管現象により流下することなく、滴下させた方がよいので、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂとその上の伝熱管２１を接することがないように、滴径程度以上の間隔をあける。
【００６３】
更に、図８に示すように、その横断面内では下側の伝熱管の頂部の左右に対して均等に液体Ｄを流下して、下側の伝熱管の表面全体を液膜で覆うことができるように、ガイドプレート２２Ａ、２２Ｂの凹部２２ａの最下位部分を左右対称形状に形成する。
【００６４】
このガイドプレート２２Ａ、２２Ｂは、滴下する液体Ｄの自然滴径より小さい穴が開口しているメッシュシート、グレーチング、網、ルーバーシートのいずれかの板材を用いて、この板材に折り目または波目を付けて製作することができる。
【００６５】
また、図８に示すように、流下孔２２ｂを、凹部２２ａの最下位部分の左右に、最下位部の略中心線上に両端点を持つ半円、Ｕ字型、Ｖ字型、コの字型、爪型、先割れ爪型のいずれかの形状の切り込みを設けて谷折りすることにより形成する。つまり、板材を交互に山折と谷折にして波板若しくは折板とし、谷折部分に半円、Ｕ字型、Ｖ字型、コの字型、爪型、先割れ爪型等の切れ目２２ｄを入れて、谷折りした際に谷折部分の外側に突起（爪部、舌部）２２ｃが出るように、図９に示すようなガイドプレート２２Ｃを形成する。これにより、谷折部分より左の斜面を谷折り部より右側に延長するスロープが突起２２ｃにより形成され、また谷折部分より右側の斜面を谷折り部分より左側に延長するスロープが突起２２ｃにより形成される。また突起２２ｃを形成する切れ目２２ｄはプレスによる剪断加工によって形成され、その際生じる「かえり（バリ）」がガイドプレート２２Ｃの上面（谷部の内側）に出るように構成される。
【００６６】
なお、この「かえり」とは、例えばハサミで薄い金属板を切った時に、切断面に生じる微細な尖り目のことで、バリとも呼ばれるものである。また、図８の平面図には、細かいパンチ穴（図示しない）を開けておくことが好ましいが、その際もパンチ加工の「かえり」はガイドプレート２２Ｃの上面に出るように構成する。
【００６７】
上側の列の伝熱管２１から流下してくる液滴Ｄを、このガイドプレート２２Ｃの山折部分で受けて、斜面の傾斜または濡れ若しくは毛細管現象により、谷折部分の凹部２２ａに導く。このとき、例えば伝熱管２１の管軸回りに左回りの傾斜があるために左斜面に滴下した液体Ｄは、流下孔２２ｂの周囲でガイドプレート２２Ｃの上面に出た「かえり」に阻害され、図９に示すように流下孔２２ｂをよけて突起２２ｃに導かれながら流下し、突起２２ｃのスロープを下って谷折の折れ目よりも若干右側に導かれ、ここで滴下して下側の列の伝熱管２１に移動する。同様に右斜面に滴下した液体Ｄは「かえり」をよけて谷折の折れ目より若干左側に導かれて滴下、下側の列の伝熱管２１に移動する。これにより、図１１に示すように、伝熱管２１の管軸回りの傾斜がある場合でも直下の伝熱管２１の鉛直線上近辺に流下させる効果がある。なお、滴下した液体Ｄが谷折近辺の突起２２ｃに到達するまではガイドプレート２２Ｃの裏面（下側の面）に回らないようにするのが好ましく、そのためには、平面部のパンチ穴（図示しない）の「かえり」も上面に出しておく方がよい。
【００６８】
この方法によれば、図１１に示すように、多少、傾斜が生じている場合でもより確実に下側の列の伝熱管２１の左右両側の外表面が利用されることが期待できる。また、図１０に示すように、ガイドプレート２２Ｃの突起２２ｃが、下の列の伝熱管２１に接触することにより、ガイドプレート２２Ｃが、下の列の伝熱管２１に安定して座るようになり、更に、接触面積が増加するので熱伝導による熱伝達も行われ、確実にガイドプレート２２Ｃから伝熱管２１に伝熱されることになる。
【００６９】
また、図８及び図９の右側に、谷線と直交する稜線２２ｅを持つように凸加工を施し、より積極的に液体Ｄを突起２２ｃに導くとともに、傾斜時に、谷線と平行な方向に移動するのを、言い換えれば、液体Ｄが谷線に沿って移動するのを防止するように、板材２２ＣにＶ字型の切れ目２２ｄと山折の稜線２２ｅを設けた例を示す。
【００７０】
また、図１２に示すように、鋼材を格子状に組んだグレーチング２２ｇを使用してガイドプレート２２Ｄを形成する場合、平行なフラットバー２２ｇａと、このフラットバー２２ｇａの底辺近辺の間を棒材２２ｇｂでつなぐものを使用するとよい。この場合、グレーチング２２ｇを折り込んだ後のつなぐフラットバー２２ｇａの間隔Ｌ１が伝熱管２１の間隔Ｌ２と同一になるように、プレス加工で波型に変形させることでガイドプレート２２Ｄを形成できる。なお、グレーチング２２ｇを折り込んだ後のフラットバー２２ｇａの間隔Ｌ１を伝熱管２１の横間隔Ｌ２の半分にして、下側となるフラットバー２２ｇａが伝熱管２１の頂部の上方に配置されるようにしてもよい。
【００７１】
上記の流下液膜式熱交換器２０、吸収式冷凍機システム３０、及び船舶、洋上構造物、水中構造物によれば、これらの船舶等の傾斜や揺動があった場合であっても、流下液膜式熱交換器２０において、液体分配装置１０により冷媒や吸収液等の液体Ｄを均等に分配して、伝熱管２１の頂上に滴下して、上の列に位置する伝熱管２１から滴下した液体Ｄを確実に下の列に位置する伝熱管２１の表面に落下させることができて、熱交換性能の低下を回避できる。
【００７２】
特に、液体分配装置１０の構成により液体Ｄを均等に、トレイ１５に分配して、伝熱管２１に液体Ｄを滴下することができる。また、広い水平面に液体Ｄを分配できる。また、伝熱管２１の長手方向に４５度傾斜しても、液体Ｄを伝熱管２１に供給し続けることができる。その結果、船舶、洋上構造物、水中構造物などにも搭載できるようになる。
【００７３】
また、上凹部を有するガイドプレート２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの配置により、伝熱管２１の管軸に垂直な面内で予め設定した所定の角度範囲内において傾斜した状態になっても、上側のそれぞれの伝熱管２１の外表面を流下した液体Ｄが、上側のそれぞれの伝熱管２１に１対１対応に対応する下側の伝熱管２１に伝わるので、確実に液体Ｄを下の次の列の伝熱管２１の頂上に滴下することができる。
【００７４】
また、伝熱管群の配置において、伝熱管の横本数と比べて多くの上下本数を配置しても管軸に垂直な面内での傾斜による性能低下を回避できるため、設置に必要な敷面積を減らせる効果があり、またそのような伝熱管群の配置により液体分配装置１０において横方向の分配を簡略化できる効果がある。
【００７５】
また、分配タンク１１の伝熱管２１の長手方向の中央付近に配置することにより、第１分配流路１３と第２分配流路１４Ａ、１４Ｂに下り勾配を設けた場合に、下り勾配の長さを最も短くできるので、装置全体として高さを低くすることができる。更に、排出装置１２を同一形状のスタブパイプで形成する構成により、排出の際の流体抵抗が同じになるので、各スタブパイプの出口から排出される液体Ｄの量を均一にすることが容易にできる。
【００７６】
そして、本発明に係る実施の形態の吸収式冷凍システム３０は、上記の流下液膜式熱交換器２０を用いて構成されるので、上記の流下液膜式熱交換器２０と同様な効果を奏することができる。
【００７７】
また、本発明に係る実施の形態の船舶は、上記の流下液膜式熱交換器２０、又は、上記の吸収式冷凍システム１０を、その伝熱管分布エリアの長手方向、または正方形のエリアの場合はこの正方形の一辺の方向と、船長方向（船体の前後方向、ロール軸方向）を一致させて搭載して構成される。この構成によれば、上記の流下液膜式熱交換器と同様な効果を奏することができる。
【００７８】
更に、本発明に係る実施の形態の洋上構造物、水中構造物は、上記の流下液膜式熱交換器２０、又は、上記の吸収式冷凍システム１０を搭載して構成されるので、上記の流下液膜式熱交換器と同様な効果を奏することができる。なお、これらの洋上構造物、水中構造物が略船舶形状をしている場合には、その伝熱管分布エリアの長手方向、または正方形のエリアの場合はこの正方形の一辺の方向と、船長方向を一致させて搭載することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の流下液膜式熱交換器、吸収式冷凍機システム、及び船舶、洋上構造物、水中構造物によれば、これらの船舶等の傾斜や揺動があった場合であっても、流下液膜式熱交換器において、液体分配装置により冷媒や吸収液等の液体を均等に分配して、伝熱管の頂上に滴下して、上の列に位置する伝熱管から滴下した液体を確実に下の列に位置する伝熱管の表面に落下させることができて、熱交換性能の低下を回避できるので、流下液膜式熱交換器の全てに利用でき、また、流下液膜式熱交換器を用いた吸収器、蒸発器、蒸留器、濃縮装置、吸収式冷凍システムなどに広く利用でき、また、幅広く、船舶、洋上構造物、水中構造物に利用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 液体分配装置
１１ 分配タンク
１２ 排出装置
１３ 第１分配流路
１４Ａ、１４Ｂ 第２分配流路
１４ａ 仕切り板
１４ｂ 分配孔
１５ トレイ
２０ 流下液膜式熱交換器
２０Ａ 蒸発器
２０Ｂ 吸収器
２１ 伝熱管
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ ガイドプレート
２２ａ 凹部（谷部）
２２ｂ 流下孔
２２ｃ 突起（爪部、舌部）
２２ｄ 切れ目
２２ｅ 稜線
２２ｇ グレーチング
２２ｇａ フラットバー
２２ｇｂ 棒材
２３、２４ チューブプレート
２５ 仕切り板
２６、２６Ａ、２６Ｂ 底部
２７Ａ、２７Ｂ 液溜め
２８ 波返し
２９ 冷媒・吸収液分離ルーバー
３０ 吸収式冷凍システム
Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ 液体（液滴）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流下液膜式熱交換器において、上から見て広いエリアに分布する伝熱管の外表面に液体を分配する液体分配装置を、前記液体を受けて一時的に貯蔵する分配タンクと、該分配タンクから前記液体を排出するための複数の排出装置と、前記排出装置から排出される前記液体を受ける第１分配流路を備えて構成し、前記液体を前記第１分配流路が受け持つ領域に導き、前記液体を伝熱管に滴下することを特徴とする流下液膜式熱交換器。
【請求項２】
前記第１分配流路のうち少なくとも主要部分を前記伝熱管の分布するエリアの上から見て長手方向に、または正方形のエリアの場合は該正方形の一辺の方向に配置するとともに、前記分布エリアの長手方向または前記正方形の一辺の方向をいくつかに分けた区画を前記第１分配流路が受け持つ領域とすることを特徴とする請求項１に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項３】
前記第１分配流路の端部から排出される前記液体を受けるトレイか、または上から見たときに前記第１分配流路の主要部分に対して交差する第２分配流路を備えて構成するとともに、前記トレイまたは前記第２分配流路に分配孔を設けて、該分配孔から前記液体を前記第１分配流路が受け持つ領域内で分配し、前記液体を前記伝熱管に滴下することを特徴とする請求項１または２に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項４】
前記第１分配流路に先端側が下方となる５度以上且つ４５度以下の下り勾配を持たせて形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項５】
前記分配タンクを前記伝熱管の長手方向の中央付近に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項６】
前記分布エリアの短手方向、または正方形のエリアの場合は他辺の方向も複数に分けた区画を前記第１分配流路が受け持つ領域とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項７】
前記排出装置を同一形状のスタブパイプで形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項８】
略水平に配置する伝熱管を備えた流下液膜式熱交換器において、上下方向に間隔を有する列をなして複数の前記伝熱管を配置し、水平方向に並んだ前記伝熱管の列と、その下の水平方向に並んだ前記伝熱管の列との間に、下側のそれぞれの前記伝熱管の頂上部分の近傍に凹部の最下位部分が配置されるように、前記凹部を有するガイドプレートを配置するとともに、該ガイドプレートの前記凹部の最下位部分に前記伝熱管の頂上に液滴を流下するための流下孔を設けて、前記伝熱管の管軸に垂直な面内で予め設定した所定の角度範囲内において傾斜した状態になっても、上側のそれぞれの前記伝熱管の外表面を流下した液体が、上側のそれぞれの伝熱管に１対１対応に対応する下側の前記伝熱管に伝わるように構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器を用いることを特徴とする吸収式冷凍システム。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器、又は、請求項９に記載の吸収式冷凍システムを搭載することを特徴とする船舶。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器、又は、請求項９に記載の吸収式冷凍システムを搭載することを特徴とする洋上構造物。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器、又は、請求項９に記載の吸収式冷凍システムを搭載することを特徴とする水中構造物。
【請求項１】
流下液膜式熱交換器において、上から見て広いエリアに分布する伝熱管の外表面に液体を分配する液体分配装置を、前記液体を受けて一時的に貯蔵する分配タンクと、該分配タンクから前記液体を排出するための複数の排出装置と、前記排出装置から排出される前記液体を受ける第１分配流路を備えて構成し、前記液体を前記第１分配流路が受け持つ領域に導き、前記液体を伝熱管に滴下することを特徴とする流下液膜式熱交換器。
【請求項２】
前記第１分配流路のうち少なくとも主要部分を前記伝熱管の分布するエリアの上から見て長手方向に、または正方形のエリアの場合は該正方形の一辺の方向に配置するとともに、前記分布エリアの長手方向または前記正方形の一辺の方向をいくつかに分けた区画を前記第１分配流路が受け持つ領域とすることを特徴とする請求項１に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項３】
前記第１分配流路の端部から排出される前記液体を受けるトレイか、または上から見たときに前記第１分配流路の主要部分に対して交差する第２分配流路を備えて構成するとともに、前記トレイまたは前記第２分配流路に分配孔を設けて、該分配孔から前記液体を前記第１分配流路が受け持つ領域内で分配し、前記液体を前記伝熱管に滴下することを特徴とする請求項１または２に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項４】
前記第１分配流路に先端側が下方となる５度以上且つ４５度以下の下り勾配を持たせて形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項５】
前記分配タンクを前記伝熱管の長手方向の中央付近に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項６】
前記分布エリアの短手方向、または正方形のエリアの場合は他辺の方向も複数に分けた区画を前記第１分配流路が受け持つ領域とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項７】
前記排出装置を同一形状のスタブパイプで形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項８】
略水平に配置する伝熱管を備えた流下液膜式熱交換器において、上下方向に間隔を有する列をなして複数の前記伝熱管を配置し、水平方向に並んだ前記伝熱管の列と、その下の水平方向に並んだ前記伝熱管の列との間に、下側のそれぞれの前記伝熱管の頂上部分の近傍に凹部の最下位部分が配置されるように、前記凹部を有するガイドプレートを配置するとともに、該ガイドプレートの前記凹部の最下位部分に前記伝熱管の頂上に液滴を流下するための流下孔を設けて、前記伝熱管の管軸に垂直な面内で予め設定した所定の角度範囲内において傾斜した状態になっても、上側のそれぞれの前記伝熱管の外表面を流下した液体が、上側のそれぞれの伝熱管に１対１対応に対応する下側の前記伝熱管に伝わるように構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器を用いることを特徴とする吸収式冷凍システム。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器、又は、請求項９に記載の吸収式冷凍システムを搭載することを特徴とする船舶。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器、又は、請求項９に記載の吸収式冷凍システムを搭載することを特徴とする洋上構造物。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器、又は、請求項９に記載の吸収式冷凍システムを搭載することを特徴とする水中構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−５７４８４（Ｐ２０１３−５７４８４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７２２７（Ｐ２０１１−１９７２２７）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３９１０６４６２５）三井海洋開発株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３９１０６４６２５）三井海洋開発株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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