JP2000111244A - 流下液膜式凝縮蒸発器 - Google Patents

流下液膜式凝縮蒸発器

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JP2000111244A JP27905098A JP27905098A JP2000111244A JP 2000111244 A JP2000111244 A JP 2000111244A JP 27905098 A JP27905098 A JP 27905098A JP 27905098 A JP27905098 A JP 27905098A JP 2000111244 A JP2000111244 A JP 2000111244A
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Seiichi Sakagami
誠一 坂上
Hideyuki Hashimoto
秀之 橋本
Shigeru Hayashida
茂 林田
Hiroshi Kawakami
浩 川上
Junichi Oya
純一 大家
Koichiro Kasano
公一郎 笠野
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Japan Oxygen Co Ltd
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Sumitomo Precision Products Co Ltd
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製作コストの低減が図れるとともに、サーモ
サイフォン効果を利用した熱交換も可能な流下液膜式凝
縮蒸発器を提供する。 【解決手段】 熱交換器コア３４の上方に、蒸発流体を
均一に分配して蒸発通路３３に導入する液分配促進機能
を備えた液分配手段３５を、前記熱交換器コア３４とは
分離して設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流下液膜式凝縮蒸
発器に関し、詳しくは、仕切板を介して凝縮通路と蒸発
通路とを交互に隣接して設けたプレートフィン型熱交換
器コアの蒸発通路に、蒸発流体を均一に分配して導入す
るための液分配手段を備えた流下液膜式凝縮蒸発器であ
って、特に、空気液化分離装置の蒸留塔に好適に用いら
れるプレートフィン式の流下液膜式凝縮蒸発器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】空気液化分離装置の複式蒸留塔では、低
圧蒸留塔（以下、低圧塔と称す）の底部、あるいは、低
圧塔に連通する容器内の液化酸素と、高圧蒸留塔（以
下、高圧塔と称す）の頂部の窒素ガスとを、複式蒸留塔
の中間部に設けられた熱交換器で間接熱交換させること
により、液化酸素の一部を蒸発気化して低圧塔の上昇ガ
スを生成するとともに、窒素ガスを凝縮液化して両蒸留
塔の還流液を生成している。このような熱交換器は、一
般に凝縮蒸発器と呼ばれている。
【０００３】凝縮蒸発器としては、プレートフィン型の
熱交換器コアを使用したものが通常用いられている。こ
のプレートフィン型の熱交換器コアは、仕切板を介して
隣接した凝縮通路と蒸発通路とからなる熱交換通路を多
数有するものであって、気体で導入される凝縮流体（窒
素ガス）と液体で導入される蒸発流体（液化酸素）とを
間接熱交換させることにより、凝縮流体を凝縮液化して
熱交換器の下方へ導出するとともに、蒸発流体の一部を
蒸発気化させて熱交換器の下方又は下方及び上方へ導出
するように形成されている。
【０００４】図８は、サーモサイフォン効果を利用した
液浸漬式のプレートフィン型熱交換器コアを用いた凝縮
蒸発器（液浸漬式凝縮蒸発器）を示すものである。この
凝縮蒸発器１は、低圧塔２の底部の液溜２ａに溜まる蒸
発流体である液化酸素ＬＯ内に浸漬して用いられるもの
で、蒸発流体（液化酸素ＬＯ）側の熱交換通路（蒸発通
路）の出入口両端（上端、下端）は開放されており、高
圧塔３の頂部の窒素ガスＧＮは、上部ヘッダー１ａを介
して凝縮通路内に導入され、凝縮通路で凝縮液化した液
化窒素は、下部ヘッダー１ｂから導出される。
【０００５】蒸発通路内の液化酸素は、隣接する凝縮通
路の凝縮流体である窒素ガスと間接熱交換を行うことに
より、その一部が蒸発気化して酸素ガスの気泡となり、
蒸発通路を上昇する。この酸素ガスの上昇力及び気液混
合の密度差により、凝縮蒸発器１の内外の液化酸素ＬＯ
にサーモサイフォン効果による循環流が形成される。蒸
発通路を上昇流として導出した気液混合状態の酸素の
内、蒸発気化しなかった液化酸素は、再び液溜２ａに戻
り、蒸発気化した酸素ガスは、低圧塔２の上昇ガスとな
り、その一部が製品として経路４から抜き出される。
【０００６】一方、凝縮通路に導入された窒素ガスは、
前記液化酸素との間接熱交換により凝縮液化して液化窒
素となり、凝縮蒸発器１の下部から排出される。排出さ
れた液化窒素は、還流液として両蒸留塔に導入される
他、一部を液化製品として抜き出すこともある。
【０００７】このように、サーモサイフォン効果を利用
した液浸漬型の凝縮蒸発器１は、凝縮流体が下降流，蒸
発流体が上昇流の向流型の熱交換器である。そして、凝
縮蒸発器１の全体を液化酸素に浸漬して用いるため、液
化酸素の液ヘッドによって凝縮蒸発器１の下部から蒸発
通路に流入する液化酸素が過冷却状態となる。
【０００８】このため、液化酸素の沸騰が開始するま
で、すなわち、凝縮側の窒素との間接熱交換によって液
化酸素の温度が飽和温度に達するまでに、ある程度の距
離を必要とし、この距離は、熱交換器高さの２０〜３０
％を占める場合がある。すなわち、液浸漬式の凝縮蒸発
器１は、熱交換器の全高にわたっての伝熱面積を十分に
生かしきれていない。
【０００９】また、蒸発流体である液化酸素の液ヘッド
により沸点の上昇を来し、図９に示すように、酸素と窒
素との温度差ΔＴが小さくなり（温度ピンチ）、設定さ
れた伝熱面積では交換熱量が低下してしまう。そこで交
換熱量を維持するために、温度差ΔＴを一定に保持する
必要が生じるが、この操作方法として、通常、液化酸素
の沸点上昇に見合う分、凝縮側窒素ガスの圧力、即ち高
圧塔の運転圧力を上昇させており、この場合、動力費の
増大を招くことになる。
【００１０】さらに、凝縮蒸発器１を機能させるために
は、多量の液化酸素を貯溜しなければならず、装置の起
動時間が長くかかったり、停止時に放出する液化酸素量
が多くなり、動力費や人件費の損失となっていた。
【００１１】上述のようなサーモサイフォン効果を利用
した液浸漬型の不都合を回避するため、蒸発流体を、熱
交換器の蒸発通路にその上部から流下させながら蒸発気
化させる、並流型熱交換器を用いた凝縮蒸発器が提案さ
れている。これらのものは、通常、流下液膜式凝縮蒸発
器と呼ばれている。
【００１２】図１０は、プレートフィン型熱交換器を用
いた流下液膜式凝縮蒸発器５を示すものである。低圧塔
２の蒸留部２ｂから流下する液化酸素ＬＯは、低圧塔底
部の液溜２ａからポンプ６により供給される液化酸素と
ともに、凝縮蒸発器５の上部から蒸発通路に流下し、隣
接する凝縮通路を並流する窒素ガスと間接熱交換してそ
の一部が蒸発気化する。気化した酸素ガスは、蒸発通路
の下部又は下部及び上部から低圧塔２内に導出し、気化
しなかった液化酸素は、蒸発通路の下部から導出して低
圧塔底部の液溜２ａに溜り、再びポンプ６で凝縮蒸発器
５の上部に戻されて循環する。なお、窒素側は、前記同
様に形成されているため、同一符号を付して説明は省略
する。
【００１３】このように、流下液膜式凝縮蒸発器５は、
蒸発側の液化酸素に液ヘッドが生じないため、図１１に
示すように、温度差ΔＴが熱交換器の全高さにわたって
略均一となり、熱交換器全体で液化酸素の蒸発が起こっ
ている。したがって、熱交換効率が向上し、熱交換器の
小型化や低コスト化が図れるとともに、動力費の低減や
起動時間の短縮等も図れる。
【００１４】上記流下液膜式凝縮蒸発器に関しては、従
来から種々の構造，構成のものが提案されており、例え
ば、特公平５−３１０４２号公報，特公平７−３１０１
５号公報，特開平８−６１８６８号公報等に記載されて
いる。これらに記載された流下液膜式凝縮蒸発器におい
ては、液状の蒸発流体を各蒸発通路に均等供給するため
の液分配構造として、液分配を段階的に行うための液分
配手段が提案されている。
【００１５】例えば、特公平５−３１０４２号公報に示
されているものは、液分配を段階的に行う液分配手段
を、オリフィスによる予備分配部と、ハードウェイフィ
ン（セレーテッドフィン）の分配作用を利用した精密分
配部とで形成している。また、特公平７−３１０１５号
公報では、パイプオリフィスによる予備分配部と、ハー
ドウェイフィン（セレーテッドフィン）の分配作用を利
用した精密分配部とで形成している。また、特開平８−
６１８６８号公報に示されているものは、ハードウェイ
フィンとして使用するパーフォレイテッドフィンの孔の
開口率を段階的に変化させている。そして、これらの各
特許に示されている液分配手段は、いずれも、ブレージ
ング加工により熱交換器コアと一体構造に製作されて凝
縮蒸発器を形成している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
流下液膜式凝縮蒸発器の蒸発流体の液分配手段は、プレ
ートフィン熱交換器内に全て内蔵されており、液分配手
段と熱交換器コアとは、ブレージング加工による一体の
構造のものであった。このように、液分配手段を全て熱
交換器コアの中に内蔵することにより熱交換器の構造は
複雑となり、製作上の制約が発生し、製作コストが高騰
するという問題があった。
【００１７】また、装置を一時停止したとき、低圧塔の
保有液が落下して底部に溜り、熱交換器が浸漬されて熱
交換器の下端が液封されてしまう。したがって、上述の
ハードウェイフィンを蒸発通路の上部に設けた構造のも
のは、蒸発通路で蒸発した酸素ガスは、上方がハードウ
ェイフィンで、下方が液封で閉ざされて流出できないの
で、熱交換器としての機能が果たせず運転できなくな
る。このような場合、低圧塔下部に溜まった液を放出す
るか、あるいは、サーモサイフォン効果を有する熱交換
器を、流下液膜式熱交換器とは別に設ける必要があっ
た。液を放出する場合は、装置寒冷のロスを伴い、再起
動時間が長くなって動力の冗費につながり、また、サー
モサイフォン式と流下液膜式とを組み合わせて用いる場
合は、流下液膜式の小温度差，伝熱面積の有効利用とい
う特徴が十分に生かされないという問題があった。
【００１８】そこで本発明は、製作コストの低減が図れ
るとともに、サーモサイフォン効果を利用した熱交換も
可能な流下液膜式凝縮蒸発器を提供することを目的とし
ている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の流下液膜式凝縮蒸発器は、鉛直方向の仕切
板を介して凝縮通路と蒸発通路とを交互に隣接して多数
積層したプレートフィン型の熱交換器コアにおける前記
凝縮通路の上部からガス状の凝縮流体を導入するととも
に、前記蒸発通路の上方から液状の蒸発流体を流下さ
せ、両流体を前記仕切板を介して間接熱交換させること
により、前記凝縮流体を凝縮液化し、前記蒸発流体を蒸
発気化する流下液膜式凝縮蒸発器において、前記熱交換
器コアの上方に、前記蒸発流体を均一に分配して前記蒸
発通路に導入する液分配促進機能を備えた液分配手段
を、前記熱交換器コアとは分離して設けたことを特徴と
し、さらに、前記蒸発通路の上部に、前記液分配手段か
ら導入される蒸発流体を更に精密に液分配する液分配促
進機能を有する精密液分配手段を設けたことを特徴とし
ている。
【００２０】また、本発明は、前記液分配手段の液分配
促進機能を有する部位が、銅，ステンレス鋼，アルミニ
ウム合金，アルミナ，セラミックスのいずれかにより形
成された焼結体、あるいは、比表面積が５００ｍ２／ｍ
３以上の規則充填物又は不規則充填物、あるいは多孔
板、セレーテッドフィン、ハードウェイフィン等で形成
されていることを特徴とし、液分配手段の平面寸法が、
熱交換器コアの平面寸法より大きいこと、液分配手段と
前記熱交換器コアとが一体化手段により一体化されてい
ることを特徴としている。
【００２１】さらに、前記精密液分配手段が、セレーテ
ッドフィンあるいはハードウェイフィンからなること、
精密液分配手段の上部が、液分配手段から流下する蒸発
流体の案内作用を有するフィンで構成され、下部が、液
分配促進作用を有するハードウェイフィンで構成されて
いることを特徴としている。
【００２２】特に、本発明の流下液膜式凝縮蒸発器は、
前記凝縮流体が、空気液化分離装置における複式蒸留塔
の高圧蒸留塔上部の窒素ガスであり、前記蒸発流体が、
空気液化分離装置における複式蒸留塔の低圧蒸留塔下部
の液化酸素であることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の流下液膜式凝縮
蒸発器を空気液化分離装置の複式蒸留塔に適用した一例
を示す系統図である。流下液膜式凝縮蒸発器（以下、凝
縮蒸発器という）１１は、複式蒸留塔の高圧塔１２と低
圧塔１３との中間部分に設けられている。原料ガスとな
る空気は、圧縮された後、不純物である二酸化炭素や水
分等を除去されて精製され、主熱交換器を経て高圧塔１
２の下部に経路１４から導入される。高圧塔１２に導入
された原料空気は、高圧塔１２での周知の低温蒸留操作
により、塔上部の窒素ガスと塔下部の酸素富化液化空気
とに分離される。
【００２４】高圧塔１２の頂部の窒素ガスは、経路１５
に抜き出されて凝縮蒸発器１１の上部ヘッダー１１ａか
ら凝縮通路の上部に導入され、隣接する蒸発通路を並流
する液化酸素と間接熱交換を行い、凝縮液化されて下部
ヘッダー１１ｂから経路１６に導出し、その一部は高圧
塔１２の上部に、残部は経路１７，弁１８を通って低圧
塔１３の上部に、それぞれ還流液として導入される。
【００２５】一方、低圧塔１３の蒸留部を流下する液化
酸素は、低圧塔１３の底部から抜き出され、ポンプ１９
により送られる液化酸素とともに、凝縮蒸発器１１を構
成する熱交換器コア２０とは分離してその上方に設けら
れた液分配手段２１に導入される。液分配手段２１に導
入された液化酸素は、液分配手段２１の実質的に液分配
促進機能を有する部位（底部）で液分配が行われた後、
熱交換器コア２０の上部に設けられた精密液分配手段２
２で更に均一に液分配され、熱交換器コア２０の蒸発通
路の上部に流下する。
【００２６】蒸発通路を流下する液化酸素は、隣接する
凝縮通路を並流する窒素ガスとの間接熱交換によってそ
の一部が蒸発気化し、凝縮蒸発器１１の下方又は下方及
び上方から導出する。また、蒸発気化しなかった液化酸
素は、凝縮蒸発器１１の下方から導出する。蒸発気化し
て導出した酸素ガスは、低圧塔１３の上昇ガスとなり、
その一部は製品酸素ガスとして低圧塔１３の下部の経路
２３から抜き出される。また、蒸発気化せずに導出した
液化酸素は、低圧塔１３の底部に集められた後、ポンプ
１９により液分配手段２１に再導入されて循環する。
【００２７】図２は、本発明の流下液膜式凝縮蒸発器の
第１形態例を示す要部の断面斜視図である。この凝縮蒸
発器３０は、複数枚の仕切板３１を介して凝縮通路３２
と蒸発通路３３とを交互に隣接して多数積層したプレー
トフィン型の熱交換器コア３４と、該熱交換器コア３４
の上方に設けられた液分配手段３５とにより形成されて
いる。
【００２８】前記凝縮通路３２の上下端は、サイドバー
３６で密閉されており、その側方がヘッダーに連通して
いる。また、蒸発通路３３の上下端は、液分配手段３５
からの液化酸素が流入し、蒸発した酸素ガスが流出する
ように開放されている。
【００２９】液分配手段３５は、実質的に液分配促進機
能を有する部位である底板部３７の周囲に堰板３８を立
設して上方が開口した箱型容器状に形成したものであっ
て、液化酸素は、底板部３７から熱交換器コア３４に向
けて均一分配された状態で流下する。液分配手段３５か
ら流下した液化酸素は、直接、あるいは、サイドバー３
６に当たった後、蒸発通路３３内に流下する。
【００３０】前記液分配手段３５と熱交換器コア３４と
は、別個にそれぞれ製作されるものであって、液分配手
段３５の下面と熱交換器コア３４の上面との間に、所要
の間隙を持たせて設置することができる。このように、
液分配手段３５を、熱交換器コア３４から分離してその
上方に間隙を持たせて設けることにより、この間隙を、
蒸発通路３３で蒸発気化した酸素ガスの導出通路として
用いることができる。したがって、装置の一時停止時等
により、凝縮蒸発器３０が液化酸素で浸漬された状態の
場合でも、従来の液浸漬式凝縮蒸発器と同様に、蒸発し
た酸素ガスを上方から導出することができるので、サー
モサイフォン効果によって液化酸素を循環させることが
でき、凝縮蒸発器としての機能を発揮させることができ
る。
【００３１】これにより、装置を停止させて再起動する
際にも、低圧塔底部の液化酸素を放出する必要がないの
で、寒冷のロスも発生せず、再起動を容易に行うことが
でき、再起動の時間を短縮することができる。また、熱
交換器コア３４には、従来の低コストの熱交換器コアを
そのまま用いることができるので、凝縮蒸発器全体のコ
スト低減が図れる。
【００３２】前記液分配手段３５と熱交換器コア３４と
は、その周囲に設けたフランジ３９ａ，３９ｂによって
一体的に形成することができ、フランジ間に適当なスペ
ーサーを介してボルト結合することにより、前記間隙を
容易にかつ確実に形成できる。また、フランジ同士のボ
ルト結合や、ブレージング，溶接等の一体化手段により
一体化構造にすることもできる。なお、間隙を設けなか
った場合、蒸発通路３３内で蒸発気化した酸素ガスは、
蒸発気化しなかった液化酸素とともに熱交換器コア３４
の下方から導出する。このように、液分配手段３５と熱
交換器コア３４とを一体化することにより、凝縮蒸発器
３０を低圧塔へ組み込む作業が容易となる。
【００３３】液分配手段３５は、前述のように、液分配
のための液深を生成するための堰板３８と、実質的に液
分配促進機能を有する底板部３７とにより形成されてい
るが、底板部３７には、例えば、焼結体を用いることが
できる。焼結体を用いた場合、液分配手段３５内の液化
酸素は、焼結体が有する微細孔を通ることによって均一
に液分配され、その下方の熱交換器コア３４の蒸発通路
３３に流下する。このとき、液化酸素は、毛細管現象に
より焼結体内を移動して流下することができるが、蒸発
通路３３内で蒸発気化して生成された酸素ガスは、焼結
体の流れ抵抗が大きいために通過・上昇することができ
ず、上昇ガスによって焼結体の液分配機能が阻害される
おそれはない。このような焼結体には、銅，ステンレス
鋼，アルミニウム合金等の金属の他、アルミナやセラミ
ック等の無機物質を用いることができる。
【００３４】また、液分配手段３５の実質的に液分配機
能を有する部位（底板部３７）には、前記焼結体以外
に、同様の液分配促進機能を有する規則又は不規則充填
物、あるいは多孔板等を用いることができる。充填物
は、比表面積の大きいものが液分配促進機能に優れてお
り、比表面積が５００ｍ２／ｍ３以上のものが好適であ
る。また、多孔板は、一種類のものを１枚だけ使用して
もよいが、一種類又は二種類以上のものを多層にして用
いることもできる。さらに、セレーテッドフィンを用い
て構成することもできる。
【００３５】これらの充填物や多孔板あるいはセレーテ
ッドフィンは、蒸発気化した蒸発流体を通過させること
ができるので、液分配手段３５と熱交換器コア３４とを
一体化した場合においても、サーモサイフォン効果を利
用して再起動を容易に行うことができる。
【００３６】また、液分配手段３５は、上部から流下す
る液を捕捉するために、熱交換器コア３４の平面寸法よ
り大きい平面寸法にすることが望ましい。さらにその形
状は、熱交換器コア３４と同じ角型の平面形状にするこ
とができる他、低圧塔の形状に応じた円形にすることも
できる。
【００３７】さらに、液分配促進機能を有する別な形態
として、ハードウェイフィンを用いることができる。図
３は、本発明の第２形態例を示すもので、液分配手段３
５の液分配促進機能を有する部位（底板部）３７に、ハ
ードウェイフィン４０を用いた形態例を示すものであ
る。なお、以下の説明において、前記形態例における構
成要素と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説
明は省略する。
【００３８】この液分配手段３５の底板部３７は、液分
配通路４１と、流体が流れないダミー通路４２とを交互
に多数積層したものであって、その平面形状は、熱交換
器コア３４の平面形状と同じ矩形形状に形成されてい
る。液分配通路４１は、上部に、液化酸素の流れを案内
する機能を持たせた液案内フィン４３を、中部に、実質
的に液分配促進機能を持たせた前記ハードウェイフィン
４０を、下部に、ハードウェイフィン４０で均一に分配
された液化酸素をさらに緻密に分配して導出するセレー
テッドフィン４４をそれぞれ配置した構造を有してい
る。なお、液案内フィン４３及びセレーテッドフィン４
４は、液案内や液分配機能の他に、製作時のブレージン
グ加工を確実にするための機能も有している。
【００３９】前記ハードウェイフィン４０は、図４に示
すように、流れ方向に対して最大限に流れ抵抗を課すよ
うに配置されたフィンを称するものであって、鉛直方向
下向きに流下する液化酸素は、ハードウェイフィン４０
を構成する各面上４０ａで、図に矢印で示すように、鉛
直な主流れに対してこれと直角な水平方向のジグザクな
流れを形成しながら流下し、この間に液が均一に分配さ
れる。さらに、このハードウェイフィン４０は、セレー
テッドフインやパーフォレイテッドフィン等、使用目的
により選定した適宜なフィンを用いて形成することがで
きる。
【００４０】このように形成され、中部のハードウェイ
フィン４０及び下部のセレーテッドフィン４４で緻密に
液分配された液化酸素は、液分配通路４１の下端から液
分配手段３５を導出し、熱交換器コア３４の蒸発通路３
３に導入される。
【００４１】なお、液分配通路４１は、ハードウェイフ
ィン４０のみで形成することもでき、フィンの形状も、
使用状態に合わせて任意のものを用いることができる。
さらに、ダミー通路の部分も液分配通路４１として形成
し、液分配手段３５の全体を液分配通路で形成すること
もできる。
【００４２】図５は、本発明の第３形態例を示すもの
で、熱交換器コア３４の蒸発通路３３の上部に、液分配
促進機能を有する精密液分配手段５０を設けた形態例を
示している。この精密液分配手段５０は、液分配手段３
５から流下した液化酸素の液分配を更に促進する機能を
有するものであって、セレーテッドフィン５１により形
成されている。
【００４３】液分配手段３５の焼結体やハードウェイフ
ィン等からなる液分配促進機能を有する部位（底板部）
３７で分配されて熱交換器コア３４に流下する液化酸素
は、蒸発通路３３の上部に一体的に設けられたセレーテ
ッドフィン５１部分に流下し、該セレーテッドフィン５
１が有する液分配促進機能によって、より精密に均一分
配されて蒸発通路３３内へ導入される。ここで使用する
セレーテッドフィン５１は、従来の熱交換器に用いられ
るフィンの一種であるから、熱交換器コア３４は、従来
と同様にして低コストで製作できる。
【００４４】図６は、前記第３形態例の変形例を示して
いる。すなわち、熱交換器コア３４の蒸発通路３３の上
部に、ハードウェイフィン５２を用いた精密液分配手段
５０を設けたものである。ハードウェイフィン５２は、
前述のような液分配機能を有するものであって、前記同
様に、セレーテッドフィンやパーフォレイテッドフィン
等で形成することができる。
【００４５】図７は、前記第３形態例のさらに別の変形
例である。すなわち、熱交換器コア３４の蒸発通路３３
の上部に設けたハードウェイフィン５１からなる精密液
分配手段５０の上部に、液分配手段３５から流下する液
化酸素の案内作用を有する液案内フィン５３を設けた設
けたものである。この液案内フィン５３は液案内の機能
だけではなく、熱交換器コア３４を製作する際、熱交換
器コア３４の上端におけるブレージング加工を確実にす
る機能も有している。
【００４６】このように、蒸発通路３３の上部に精密液
分配手段５０を設けることにより、蒸発通路３３に導入
する液化酸素をより均一化することができ、凝縮流体で
ある窒素ガスとの熱交換を更に効率よく行うことができ
る。
【００４７】上記各形態例においては、本発明の流下液
膜式凝縮蒸発器を、空気液化分離装置の複式蒸留塔の中
間部に設けられる凝縮蒸発器として用いる場合について
説明したが、本発明は、これに限定されるものではな
く、単式蒸留塔の上部に設けられる凝縮蒸発器や、その
他、凝縮流体と蒸発流体とを間接熱交換させる種々の凝
縮蒸発器にも用いることができる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の流下液膜
式凝縮蒸発器によれば、両流体間の温度差を小さくで
き、熱交換効率が高く、小型化や動力費の低減が図れる
などの流下液膜式の利点を有するだけでなく、液分配手
段と熱交換器コアとを別体に形成したことにより、熱交
換器コアとして、従来の浸漬型と同様の構造を採用する
ことが可能であり、熱交換器コア等の製作コストを低減
できるとともに、サーモサイフォン効果を利用した熱交
換も可能であるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の流下液膜式凝縮蒸発器を空気液化分
離装置の複式蒸留塔に適用した一例を示す系統図であ
る。
【図２】 本発明の流下液膜式凝縮蒸発器の第１形態例
を示す要部の断面斜視図である。
【図３】 本発明の第２形態例を示す要部の断面斜視図
である。
【図４】 ハードウェイフィンにおける液流れを示す説
明図である。
【図５】 本発明の第３形態例を示す要部の断面斜視図
である。
【図６】 本発明の第３形態例の変形例を示す要部の断
面斜視図である。
【図７】 本発明の第３形態例のさらに別の変形例を示
す要部の断面斜視図である。
【図８】 液浸漬式凝縮蒸発器の一例を示す系統図であ
る。
【図９】 液浸漬式凝縮蒸発器内の温度分布の概略を示
す図である。
【図１０】 流下液膜式凝縮蒸発器の一例を示す系統図
である。
【図１１】 流下液膜式凝縮蒸発器内の温度分布の概略
を示す図である。
【符号の説明】
１１…凝縮蒸発器、１２…高圧塔、１３…低圧塔、２０
…熱交換器コア、２１…液分配手段、２２…精密液分配
手段、３０…凝縮蒸発器、３１…仕切板、３２…凝縮通
路、３３…蒸発通路、３４…熱交換器コア、３５…液分
配手段、３６…サイドバー、３７…底板部、３８…堰
板、３９ａ，３９ｂ…フランジ、４０…ハードウェイフ
ィン、４１…液分配通路、４２…ダミー通路、４３…液
案内フィン、４４…セレーテッドフィン、５０…精密液
分配手段、５１…セレーテッドフィン、５２…ハードウ
ェイフィン、５３…液案内フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 秀之 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 林田 茂 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 川上 浩 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 (72)発明者 大家 純一 兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密工 業株式会社内 (72)発明者 笠野 公一郎 兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D047 AA08 AB01 AB02 DA06 DA17 DB05

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鉛直方向の仕切板を介して凝縮通路と蒸
    発通路とを交互に隣接して多数積層したプレートフィン
    型の熱交換器コアにおける前記凝縮通路の上部からガス
    状の凝縮流体を導入するとともに、前記蒸発通路の上方
    から液状の蒸発流体を流下させ、両流体を前記仕切板を
    介して間接熱交換させることにより、前記凝縮流体を凝
    縮液化し、前記蒸発流体を蒸発気化する流下液膜式凝縮
    蒸発器において、前記熱交換器コアの上方に、前記蒸発
    流体を均一に分配して前記蒸発通路に導入する液分配促
    進機能を備えた液分配手段を、前記熱交換器コアとは分
    離して設けたことを特徴とする流下液膜式凝縮蒸発器。
  2. 【請求項２】 鉛直方向の仕切板を介して凝縮通路と蒸
    発通路とを交互に隣接して多数積層したプレートフィン
    型の熱交換器コアにおける前記凝縮通路の上部からガス
    状の凝縮流体を導入するとともに、前記蒸発通路の上方
    から液状の蒸発流体を流下させ、両流体を前記仕切板を
    介して間接熱交換させることにより、前記凝縮流体を凝
    縮液化し、前記蒸発流体を蒸発気化する流下液膜式凝縮
    蒸発器において、前記熱交換器コアの上方に、前記蒸発
    流体を均一に分配して前記蒸発通路に導入する液分配促
    進機能を備えた液分配手段を、前記熱交換器コアとは分
    離して設けるとともに、前記蒸発通路の上部に、前記液
    分配手段から導入される蒸発流体を更に精密に液分配す
    る液分配促進機能を有する精密液分配手段を設けたこと
    を特徴とする流下液膜式凝縮蒸発器。
  3. 【請求項３】 前記液分配手段の液分配促進機能を有す
    る部位は、焼結体からなることを特徴とする請求項１又
    は２記載の流下液膜式凝縮蒸発器。
  4. 【請求項４】 前記焼結体は、銅，ステンレス鋼，アル
    ミニウム合金のいずれかの金属又はアルミナ，セラミッ
    クスのいずれかの無機物質で形成されていることを特徴
    とする請求項３記載の流下液膜式凝縮蒸発器。
  5. 【請求項５】 前記液分配手段の液分配促進機能を有す
    る部位は、比表面積が５００ｍ２／ｍ３以上の規則充填
    物又は不規則充填物からなることを特徴とする請求項１
    又は２記載の流下液膜式凝縮蒸発器。
  6. 【請求項６】 前記液分配手段の液分配促進機能を有す
    る部位は、多孔板からなることを特徴とする請求項１又
    は２記載の流下液膜式凝縮蒸発器。
  7. 【請求項７】 前記液分配手段の液分配促進機能を有す
    る部位は、セレーテッドフィンからなることを特徴とす
    る請求項１又は２記載の流下液膜式凝縮蒸発器。
  8. 【請求項８】 前記液分配手段の液分配促進機能を有す
    る部位は、ハードウェイフィンからなることを特徴とす
    る請求項１又は２記載の流下液膜式凝縮蒸発器。
  9. 【請求項９】 前記液分配手段の平面寸法は、前記熱交
    換器コアの平面寸法より大きいことを特徴とする請求項
    １又は２記載の流下液膜式凝縮蒸発器。
  10. 【請求項１０】 前記液分配手段と前記熱交換器コアと
    が、一体化手段により一体化されていることを特徴とす
    る請求項１又は２記載の流下液膜凝縮蒸発器。
  11. 【請求項１１】 前記精密液分配手段は、セレーテッド
    フィンからなることを特徴とする請求項２記載の流下液
    膜式凝縮蒸発器。
  12. 【請求項１２】 前記精密液分配手段は、ハードウェイ
    フィンからなることを特徴とする請求項２記載の流下液
    膜式凝縮蒸発器。
  13. 【請求項１３】 前記精密液分配手段は、その上部が、
    前記液分配手段から流下する蒸発流体の案内作用を有す
    るフィンで構成され、その下部が、液分配促進作用を有
    するハードウェイフィンで構成されていることを特徴と
    する請求項２記載の流下液膜式凝縮蒸発器。
  14. 【請求項１４】 前記凝縮流体が、空気液化分離装置に
    おける複式蒸留塔の高圧蒸留塔上部の窒素ガスであり、
    前記蒸発流体が、空気液化分離装置における複式蒸留塔
    の低圧蒸留塔下部の液化酸素であることを特徴とする請
    求項１又は２記載の流下液膜式凝縮蒸発器。
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