JP2001355963A - 熱交換方法及び装置 - Google Patents

熱交換方法及び装置

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Dietrich Rottmann
ロットマン ディートリッヒ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の間接熱交換に際して熱交換器内での圧
力降下をできるだけ小さくし、内部圧損を小さくするこ
とのできる熱交換方法及び装置を提供する。 【解決手段】 複数の流体流を複数の熱交換ブロック内
の多数の熱交換路に通して加熱又は冷却媒体との間接熱
交換を行う熱交換方法。流体流のうちの特定流だけは少
なくとも１つの特定の熱交換ブロックを通過する。特定
の熱交換ブロック（２３ａ〜２３ｅ）の特定流（１４、
１５、１６）のための熱交換路は特定の熱交換ブロック
（２３ａ〜２３ｅ）の両端面部で終端している。特定流
（１４、１５、１６）は、特定の熱交換ブロック（２３
ａ〜２３ｅ）に接続されてその両端面の各全域に連通す
る集合器又は分配器（４１）を介して該特定の熱交換ブ
ロック（２３ａ〜２３ｅ）の熱交換路に導入またはそこ
から取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の流体流を複
数の熱交換ブロック内の多数の熱交換路に通して加熱又
は冷却媒体との間接熱交換を行う際に流体流のうちの特
定流だけは少なくとも１つの特定の熱交換ブロックを通
過するようにした熱交換方法に関するものである。ま
た、本発明は、多数の熱交換路を有する複数の熱交換ブ
ロック内で少なくとも２つの流体流を加熱又は冷却媒体
と間接熱交換させる熱交換装置にも関するものである。
【０００２】
【従来の技術】空気の低温精留においては、分留すべき
装入空気を処理温度まで冷却しなければならない。通
常、これは、装入空気を主熱交換器内で生成ガス又は液
体製品流との間接熱交換に付すことにより行われる。一
般に主熱交換器は、処理対象流体流のための多数の熱交
換路を有するプレート式熱交換器として構成されてい
る。多量の空気を処理する空気精留プラントでは、係る
多量の空気流と製品流とを処理するために複数個のこう
した熱交換ブロックが必要とされる。通常、主熱交換機
では、約20,000〜30,000ｍ３(S.T.P.)／hの流量の装入
空気を２つの熱交換ブロックに分流している。
【０００３】従来、通常は全ての生成流体流と装入空気
流、及び場合によってはその他の流体流れを各々個別の
熱交換ブロックに通している。例えば、異なる圧力の２
つの空気流を空気精留プラントに送り込み、生成ガス製
品流が酸素、高純度窒素および不純窒素であるとする
と、計５つの流体流を各熱交換ブロックに通す必要があ
る。従って、この場合、各熱交換ブロックには、これら
流体流のためにそれぞれ５つの導入ポートと５つの導出
ポートとの計１０個もの接続ポートが設けられていなけ
ればならない。
【０００４】また、これに対応して、個々の導入ポート
から熱交換ブロックの各熱交換路へ流体流を分配し、或
いは各熱交換路からそれぞれ排出される流体流を一括し
て適切な導出ポートに送るために集合器又は分配器と呼
ばれる装置も１０基が必要である。
【０００５】従来、集合器／分配器は熱交換ブロックと
一体の分配部として実施されてきている。この分配部に
は、個々の熱交換路を互いに仕切る少なくとも幾つかの
薄板が或る傾斜で配置されており、導入ポートを通して
流入してくる流体を各熱交換路へ導いたり、或いは各熱
交換路から排出されてくる流体流を導出ポートへと偏向
させたりするようになっている。
【０００６】しかしながら、ガスや液体の流れの条件
は、このような集合器／分配器からなる分配部の内部で
大きく変わっている。まず第一には薄板の傾きの度合い
により流れの方向が変り、第二には各熱交換路の流路断
面積が分配部において著しく減少し、その結果、流速が
変化してしまう。これらは共に熱交換ブロック内での望
ましくない圧力降下を引き起こす原因となっている。
【０００７】ドイツ公開特許４２０４１７２号公報に
は、空気精留プラントの主熱交換器を処理側において複
数のブロックに分割し、空気精留プラントで生成される
各製品流を装入空気とは別の熱交換ブロックを介して送
ることが開示されている。その目的は個々の熱交換ブロ
ックのための管理要件を減らすことでしかない。他方、
このドイツ公開特許公報では、熱交換ブロックの分配部
によって引き起こされる圧力降下については何ら配慮が
されておらず、従ってこの圧力降下を低減させることの
動機付けやそのための好適な方法は何も示唆していな
い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、複数
の流体流を間接的に加熱または冷却する熱交換方法及び
装置において、熱交換器内での圧力降下をできるだけ小
さくすることにあり、そのように内部圧損を小さくする
ことのできる間接熱交換方法及び装置を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、複数の流体流を複数の熱交換ブロック内の多数の
熱交換路に通して加熱又は冷却媒体との間接熱交換を行
う方法であって、流体流のうちの特定流だけは少なくと
も１つの特定の熱交換ブロックを通過するようにした熱
交換方法において、前記特定の熱交換ブロックの前記特
定流のための熱交換路を前記特定の熱交換ブロックの両
端面で終端させ、前記特定流を、前記特定の熱交換ブロ
ックに接続されて該特定の熱交換ブロックの前記両端面
の各全域に連通する集合器又は分配器を介して該特定の
熱交換ブロックの熱交換路に導入またはそこから取り出
すことを特徴とする熱交換方法によって解決される。
【００１０】本発明はまた、多数の熱交換路を有する複
数の熱交換ブロック内で少なくとも２つの流体流を加熱
又は冷却媒体と間接熱交換させる熱交換装置も提供し、
この装置は、前記流体流のうちの一方のために設けられ
た熱交換ブロックの各熱交換路が該熱交換ブロックの両
端面部で終端していると共に該熱交換ブロックの前記両
端面の各全域に連通する集合器又は分配器に流路接続さ
れていることを特徴とする。
【００１１】本発明によれば、少なくとも１つの特定流
は不可避的に僅かな圧力降下を起こすのみであり、この
特定流は、それ以外のいかなる他の流体流も導入される
ことのない少なくとも１つの特定の熱交換ブロックを通
過する。勿論、この特定の熱交換ブロックを介して前記
特定流の熱交換相手となる１つ以上の熱媒体または冷却
媒体が流されることは述べるまでもない。この特定流の
ために設けられる前記特定の熱交換ブロックの複数の熱
交換路は、該ブロックの一方の端面から反対側の端面ま
で延在して両端面部で終端し、且つ好ましくは実質的に
全長に亘って互いに平行に延在する。これらの熱交換路
が終端する前記両端面には、それぞれ集合器又は分配器
が熱交換ブロックを間に外側から挟むように取り付けら
れ、これらの集合器又は分配器は前記両端面の全域を覆
うと共に導入管路または導出管路との接続ポートを有す
る。このように、前記特定の熱交換ブロックにおける各
熱交換路は、流路断面積が導入管路または導出管路へ向
かって先細になることなく平行に延在しており、集合器
又は分配器内における流れの偏向が緩慢に生じるように
なっている。したがって、この特定の熱交換ブロック内
およびそれに付属の集合器又は分配器における圧力降下
は最小限になる。
【００１２】本発明による方法及び装置によれば、前記
特定の熱交換ブロックにおける圧力降下は、例えばガス
流の場合に導入ポートから導出ポートまでの測定値で約
７０ｍｂａｒ程度の値を実現可能である。これに対し
て、従来の熱交換器、即ち、導入ポートおよび導出ポー
トと熱交換路との間における流体流の分配および集合を
熱交換ブロックに一体化された傾斜薄板式の分配部で行
われる熱交換器では、例えばガス流を１．２〜１．８ｂ
ａｒの圧力で低圧塔から取り出した場合には約１００ｍ
ｂａｒの圧力降下を生じる。即ち、本発明によれば非加
圧側において約３０ｍｂａｒの圧力降下の低減が達成可
能である。このことは、空気精留プラントにおいて主熱
交換器に本発明を適用することによって従来よりも３０
ｍｂａｒほど低い圧力で低圧流を生じさせ得ることを意
味する。従って、空気精留プラントの主凝縮器における
熱交換条件を維持するためには、装入空気を空気圧縮機
の下流で約９０ｍｂａｒ低い圧力となるように圧縮すれ
ば充分となる。
【００１３】本発明の好適な実施形態によれば、各流体
流に対して別々の熱交換ブロックを設けることも可能で
ある。この場合、第一には圧力降下を低減させるという
前記利点を得ることができ、第二には必要とされる配管
の数を減じることが可能である。加えて、分配部を大幅
に単純化することができるため、熱交換ブロックの費用
削減にも効果がある。全ての流体流を１つの熱交換ブロ
ックに通す慣例的な方法では、各流体流毎に主熱交換器
の低温側と高温側との双方において導入管路または導出
管路として熱交換ブロックへの複数の分岐部を有するマ
ニホルド管路を常に必要とする。これに対し、各流体流
を別々の熱交換ブロックを通して導けば分岐部は不要で
あり、配管が大幅に単純化可能である。
【００１４】別々の熱交換ブロックを通して導かれる流
体の流量が非常に大きく、係るブロック内で処理しきれ
ない場合は、この流体流の分流を通すための２つ以上の
熱交換ブロックを設ければよい。
【００１５】本発明は、３．５ｂａｒ未満、好ましくは
１．１〜１．８ｂａｒの範囲内の圧力の複数のガス流を
加熱または冷却媒体との間接熱交換に付す処理に特に適
しており、このような圧力のガス流を本明細書では低圧
流または低圧ガス流と呼ぶ。この場合、本発明によれ
ば、これらの低圧ガス流の内の１つだけは１つの特定の
熱交換ブロックを通して導かれ、即ち、換言すれば３．
５ｂａｒ未満の圧力を有する複数のガス流の各々に関し
て別々の熱交換ブロックが使用される。
【００１６】約４ｂａｒを超える圧力を有するガス流の
場合は、熱交換ブロック内での圧力降下はプラントの操
業に僅かな影響しか及ぼさす、無視することができる。
従って、付加的に係る高圧のガス流を前記１つの低圧ガ
ス流が通過する少なくとも１つの特定の熱交換ブロック
を通して導くことは時としては有利である。
【００１７】本発明による方法は、装入空気の低温精留
に好適に用いることができる。二塔式空気精留プラント
の低圧塔から製品として取り出されるガス流は、大気圧
よりも約０．１〜０．８ｂａｒだけ高い僅かな加圧状態
にあるだけであり、従って圧力降下の低減は非常に重要
である。このことは、空気精留プラントの粗アルゴン塔
も同様に比較的低い圧力で運転されるため、気体アルゴ
ン製品にも同様に当てはまることである。
【００１８】本発明は、空気精留プラントにおける装入
空気と生成ガス又は液体流との間接熱交換に特に好適で
ある。この場合、装入空気は異なる圧力レベルの複数の
流れとして複数の熱交換ブロックを通して導くことがで
きる。これにより、一方では装入空気を例えば圧力塔の
圧力で熱交換ブロックに通してから該圧力塔内に導入す
ることができ、他方では装入空気を熱交換ブロックの上
流で再圧縮し、冷却後に膨張させて冷却作用を生じさせ
ることができる。
【００１９】エネルギーコストが比較的安価な国では、
エネルギー削減に付随するコストが高いため圧力降下を
低減させてもあまり利益はない。従って、そのような場
合には、圧力降下を最小限に抑えることよりも、流量を
増加させて圧力降下を増大させ、最終的には必要な熱交
換ブロックの小型化を達成するほうが得策である。
【００２０】この場合、ガス流を熱交換ブロックに通す
には、該ガス流が１２０〜３００ｍｂａｒ、好ましくは
１２０〜２００ｍｂａｒの範囲内の圧力降下を起こすよ
うな態様で熱交換ブロックを通過させるのがよい。この
ような圧力降下の増大によって従来の熱交換器の場合を
上回る流速が達成され、これにより伝熱係数が改善され
て最終的には熱交換器のブロック容量を小さくすること
が可能となる。熱交換ブロック内における圧力降下が同
等であれば、本発明の方法によってブロック容量は公知
の方法よりも約１５％小さくすることが可能であり、そ
れによる大幅なコスト削減が実現可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明及びその更に詳細な特徴と
利点を図示の実施例と共に詳述すれば以下の通りであ
る。
【００２２】図１は、従来から知られている毎時約100,
000ｍ３(S.T.P.)の空気を処理するための大型空気精留
プラントの工程図であり、このプラントでは、主熱交換
器を複数の分離された熱交換ブロック３ａ〜３ｅで実現
する必要がある。
【００２３】圧縮及び清浄化された装入空気１は２つに
分流され、その一方の部分流２は互いに並列に接続され
た複数の熱交換ブロック３ａ〜３ｅに直接送給され、他
方の部分流４は圧縮機５によって再圧縮されてから後方
冷却器６内で冷却され、しかる後に熱交換ブロック３ａ
〜３ｅ内に送り込まれる。この圧縮加圧されたほうの空
気流を以下の説明ではタービン空気流７と呼ぶが、この
タービン空気流７は、熱交換ブロック３ａ〜３ｅから中
間点において導出され、圧縮機５の駆動用のタービン８
内で仕事を行って膨張されてから、高圧塔９と低圧塔１
０を備えた精留装置１１の低圧塔１０内に導入される。
【００２４】熱交換ブロック３ａ〜３ｅは空気精留プラ
ントの主熱交換器を形成している。各ブロック３ａ〜３
ｅ内で冷却された装入空気２は精留装置１１の高圧塔９
に導入される。低圧塔１０からは、再生ガスとして気体
酸素１４と気体窒素１５および不純気体窒素１６が約
１．３ｂａｒの圧力で取り出される。この他に、液体製
品流として酸素１２および窒素１３を精留装置１１から
取り出すことができる。前記再生ガスとしての特定流１
４、１５、１６は各熱交換ブロック３ａ〜３ｅに送給さ
れて装入空気２及びタービン空気流７との間接熱交換で
暖められる。
【００２５】これらの再生ガス流１４、１５、１６と向
流の２つの空気流２及び７、即ち計５つの異なるガス流
が各熱交換ブロック３ａ〜３ｅを通過して送られるた
め、個々の熱交換ブロック毎に導入ポートと導出ポート
の付いた集合器又は分配器が１０基ずつ必要であり、こ
れらの導入ポートおよび導出ポートを介してそれぞれ導
入管路と導出管路および対応する熱交換路との間の接続
が行われる。
【００２６】図２は、図１に対応する本発明の一実施例
による工程図であり、この図では、図１に示した公知の
方式に対して、熱交換ブロック２３ａ〜２３ｅが本発明
に従って製品流毎に分けられている。装入空気流２とタ
ービン空気流７とは図１に示した方式の場合と全く同様
に全ての熱交換ブロック２３ａ〜２３ｅに並列的に供給
されている。これに対し、再生ガスとしての特定流１
４、１５、１６は、もはやいずれもが全ての熱交換ブロ
ック３ａ〜３ｅ内で加温されるのではなく、それぞれの
特定流１４、１５、１６毎に個別に割り当てられた特定
の熱交換ブロック２３ａ〜２３ｅ内で加温されるように
なっている。
【００２７】大気を原料とする限り精留装置１１内にお
ける空気１の低温精留により全装入空気量の約２０％相
当分ずつが気体酸素１４と不純窒素１６とに変換され、
残りの６０％は精留装置１１から純粋気体窒素１５とし
て取り出される。熱交換ブロック２３ａ〜２３ｅの設計
においては、気体酸素流１４のためのブロック２３ａと
不純窒素流１６のためのブロック２３ｅが処理流量を定
める最大寸法を与え、換言すればブロック２３ａと２３
ｅが酸素または窒素の予測される生成量に正確に合わせ
た寸法に設計される。本実施例では製造上の理由で全て
の熱ブロック２３ａ〜２３ｅが同一寸法に設計されてい
るので、純粋窒素流１５のために３つの熱交換ブロック
２３ｂ〜２３ｄが必要となっているが、これらを１．５
倍の容量を有する２つのブロック或いは３倍の容量を有
する１つのブロックで実現することも可能であることは
述べるまでもない。
【００２８】このようにして、熱交換ブロック２３ａに
は酸素１４のみが空気流２および７に対して向流で導入
され、ブロック２３ｂ〜２３ｄには純粋窒素１５のみが
空気２および７に対して向流で導入され、そして熱交換
ブロック２３ｅには不純窒素１６のみが空気２および７
に対して向流で導入される。従って、熱交換ブロックの
数は図１の場合と同数のままであり、これは、図１の例
と図２の例とで互いに同量の生成流体を同じく同量の空
気と熱交換させて比較し易くしているためである。
【００２９】但し、図２の場合は図１の場合に比べて熱
交換ブロックの構成と配管が大幅に単純化されているこ
とに注目すべきである。即ち、図２の場合は２つの空気
流２および７と１つずつの特定流１４、１５または１６
との計３本ずつのガス流のみが各熱交換ブロック２３ａ
〜２３ｅに通されており、その結果、個々の熱交換ブロ
ックには６つの集合器又は分配器と対応する接続ポート
（６つ）だけが必要とされるに過ぎない単純な構成とな
っている。
【００３０】図２の場合の個々の熱交換ブロック２３
は、本発明に従って例えば図７および図８に示すように
設計されており、この詳細については後述する。比較の
ため、従来方式の場合の個々の熱交換ブロック３の構成
例を図３〜６に示す。図３は、酸素１４のための熱交換
ブロックの熱交換路３１と導入ポート３３及び導出ポー
ト３４との間の分配部３２における傾斜薄板の配置形態
を、図４は純粋窒素１５のための熱交換ブロックの熱交
換路３１と導入ポート及び導出ポートとの間の分配部に
おける傾斜薄板の配置形態を、図５は同様に不純窒素１
６のための熱交換ブロックの熱交換路３１と導入ポート
及び導出ポートとの間の分配部における傾斜薄板の配置
形態を示している。また図６は、図１の場合の個々の熱
交換ブロックにおける全ての導入ポートと導出ポートの
配置の様子を示している。
【００３１】図１に示した従来の方式では、個々の熱交
換ブロック３ａ〜３ｅにそれぞれ３つの異なる製品の特
定流１４、１５、１６が装入空気流２およびタービン空
気流７に対して向流で導入される。それぞれの特定流
は、対応する熱交換路３１に対して個々に対応する分配
部３２を介して分配され、また集合される。これらの分
配部には、個々の送給管路からの特定流１４、１５また
は１６を対応する熱交換路３１にそれぞれ分配し、或い
は対応する熱交換路３１からの排出ガスを集めて個々の
導出管路に送り込むための複数の傾斜薄板からなる整流
機構が設けられている。
【００３２】分配部３２は、流れの方向と流路断面積の
双方の変化をもたらし、これらによって更に流速の変化
が引き起こされる。これらはいずれも熱交換ブロックを
通過する流れに対して悪影響を及ぼすと共に、個々の熱
交換ブロックの系全体に亘る望ましくない圧力降下を発
生させる。この圧力降下は、特に１．１〜１．８ｂａｒ
の比較的低い圧力のガス流に悪影響を及ぼす。仮に、特
定流１４、１５または１６のための熱交換路３１とその
導入導出ポートを含む流路を、例えば横向きの給導出ポ
ート（図６参照）を有する装入空気流２またはタービン
空気７のための熱交換路と置き換えたとしても何ら改善
にはならず、これは、今度は装入空気２とタービン空気
流７が図３〜図５に示したのと同様の分配流路を介して
熱交換路に分配されることになり、それによる同様の流
れの屈曲と流路断面積変化が生起されてしまうからであ
る。
【００３３】図７と図８に、本発明による新規な構成の
例として好適な実施例に係る熱交換ブロックの概略構成
を模式的に示す。図７は再生ガスとしての特定流のため
の熱交換ブロックの内部構造を模式的に示し、図８は個
々の熱交換ブロックの全体的な接続ポートの配置を模式
的に示している。本発明による方法の主要な特徴は、個
々の熱交換ブロック２３ａ〜２３ｅには特定流１４、１
５、１６のうちの１つだけが空気流２および７に対する
向流として導かれることにある。
【００３４】本実施例による新規な熱交換ブロックにお
いては、従来公知の熱交換ブロックの傾斜薄板による複
雑な分配部３２（図３〜図５参照）に代えて、熱交換路
の入口領域と出口領域に流路長の短い分配部４２が設け
られているだけである。この流路長の短い分配部４２の
内部の薄板は、その上方または下方の熱交換路内のプレ
ートと平行に配設されているが、薄板相互間の間隔は熱
交換器内のプレート間隔よりも狭い。その結果、集合器
４１に入ってきた特定流は分配部４２の上流部で容易に
滞留することになり、これにより、分配部４２の全域の
通路、従って全ての熱交換路に亘る流体の均一な分配が
達成される。
【００３５】図１と対比して図２を参照すると本発明に
よる方法のさらなる利点が一層明確になる。前述したよ
うに、個々の熱交換ブロック２３ａ〜２３ｅの系全体に
亘る圧力降下が著るしく低減されることに加えて、本発
明による新規な方法では配管系も大幅に単純化される。
即ち、個々の熱交換ブロックにおける接続ポート数が１
０から６に減少することに加えて、それぞれの対応する
熱交換ブロックに対して特定流１４、１５、１６を給排
するために必要な導入導出管路および管路分岐部の数も
減少している。
【００３６】図１の従来方式では、例えば高純度製品窒
素１５の導入管路中に４つの管路分岐部１７ａ〜１７ｂ
が設けられ、これら分岐部から５つの熱交換ブロック３
ａ〜３ｅに窒素１５の流れが分配されている。また、図
１において、各熱交換ブロック３ａ〜３ｅから排出され
る加温された窒素１５の導出管路中には、これらの加温
された窒素流を集合管路１９へ一括して戻すために４つ
の管路分岐部１８ａ〜１８ｄが設けられている。従っ
て、各熱交換ブロックを通して送られる空気及び再生ガ
スの計５つの流体流の各々に対してそれぞれ８つずつの
管路分岐部、即ち合計で４０もの管路分岐部または管路
合流部を設ける必要があったのである。
【００３７】これに対し、図２に示す本発明による方式
では、５つ全ての熱交換ブロックに分配されているのは
装入空気流２とタービン空気流７だけであるから、これ
に対応して５つの熱交換ブロックに対して計１６の管路
分岐部が必要である。また、窒素１５の流れを熱交換ブ
ロック２３ｂ〜２３ｅに分配し、そしてこれらから排出
される窒素流を一括して集合管路１９に送り込むため
に、２つの管路分岐部２０ａ及び２０ｂと、２つの管路
合流部２１ａ及び２１ｂとが設けられている。
【００３８】即ち、本発明による方式では、配管系に必
要な分岐部又は合流部の数は計２０であり、これに対し
て図１に示す従来方式では計４０である。この５０％の
配管部品点数の削減は、複雑な配管系が単純化されるこ
とを明らかに示している。
【００３９】本発明の理念は、全ての通過流体を気体状
態で処理する前述の実施例に示した方式のみに制限され
るものではなく、例えば空気精留設備の精留塔から取り
出される液体製品流の内部圧縮行程のように、通過流体
を液体状態で処理する場合にも適用可能である。
【００４０】図９は、高純度気体窒素１５と不純気体窒
素１６に加えて液体窒素５１を精留装置１１の主凝縮器
から取り出し、この液体窒素を系内圧縮ポンプ５２によ
って加圧する構成の空気精留工程を示している。この場
合、圧縮ポンプ５２で加圧された液体窒素５１が高圧熱
交換ブロック５６に導入され、圧縮機５９で圧縮された
高圧の装入空気と向流で熱交換されてブロック５６内で
加温気化される。
【００４１】この実施例では、酸素１２も低圧塔１０の
塔底から液体の状態で導出して２つの系内ポンプ５４お
よび５５により圧縮し、高圧熱交換ブロック５６に導入
している。即ち、高純度窒素流１５と不純窒素流１６は
図７および図８に示した構成による各熱交換ブロック２
３ｂ〜２３ｅ内で加温されるが、これら窒素よりも高圧
に内部圧縮された液体窒素流５１と二つのポンプ５４及
び５５で内部圧縮された液体酸素流５７及び５８を加温
気化させるために高圧熱交換ブロック５６が用いられて
いる。この高圧熱交換ブロック５６は、一見したところ
では図３〜６に示した構成の熱交換ブロックに対応して
いるが、それよりも有意に高い強度を有しており、内部
圧縮された液化ガス流の高い圧力に耐えることができる
ようになっている点で異なっている。尚、高圧熱交換ブ
ロック５６内での圧力降下が内部圧縮液化ガス流５７及
び５８に及ぼす悪影響は、低圧塔１０からの気体ガス流
１５及び１６の場合よりも実質的に小さく、これは前述
の通り圧力が高いからである。
【００４２】図９に示したものと同様の工程図を図１０
に示すが、図１０では液体酸素１２をポンプ５４及び５
５で内部圧縮し、高圧空気との熱交換ではなく高圧窒素
との熱交換で加温気化している点が異なっている。この
ため、高圧塔９の頂部６１から気体窒素が取り出され、
高圧熱交換ブロック６２に通されてから圧縮機６３によ
って圧縮され、この圧縮された高圧窒素６４の一部が再
び高圧熱交換ブロック６２に向流として通されてから圧
力塔９に送り返されている。高圧熱交換ブロック６２
は、その構造において本質的に図９の場合の高圧熱交換
ブロック５６に対応する。この変形実施例では、圧縮機
６３の下流から高圧窒素６４を取り出すことができるた
め、気体窒素の系内圧縮は不要である。
【００４３】図１１は本発明の更に別の実施例による工
程図である。この実施例では、精留装置１１の低圧塔１
２の塔底から液体酸素が引き出され、２つのポンプ５
４、５５により内部圧縮されている。この液体酸素は循
環窒素との熱交換で気化されるが、この循環窒素は、高
圧塔９の頂部６１から取り出されて熱交換ブロック７７
内で加温され、その一部は更に圧縮機７１、７２、７３
によって圧縮されてから再び熱交換ブロック７７内にお
いて前記内部圧縮された製品液体酸素との熱交換で冷却
され、これが高圧塔９への返送流７６なっている。
【００４４】熱交換ブロック７７で加温された前記循環
窒素の一部は圧縮機７１で圧縮されるが、この圧縮され
た窒素の更に一部は圧縮機７１の下流で分岐されて圧縮
機７３の駆動用のタービン７４で仕事を行って膨張さ
れ、循環窒素の返送サイクルに再び戻される。熱交換ブ
ロック７７における循環窒素の返送サイクルから更に別
の一部の窒素が取り出されているが、この窒素の取り出
し位置は、熱交換ブロック７７から圧縮機７１、７２、
７３による順次の圧縮およびその後の熱交換ブロック７
７内における冷却よりも下流の中間位置であり、ここか
ら取り出された窒素が圧縮機７２の駆動用のタービン７
５で仕事を行って膨張され、最終的には循環窒素の返送
サイクルに戻される。
【００４５】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の方法及び
対応する装置によれば、熱交換ブロックにおける主要流
れの圧力降下が大幅に減少し、例えばブロックの導入ポ
ートから導出ポートまでの測定値で約７０ｍｂａｒの圧
力降下値を達成することができる。また、個々の熱交換
ブロックに付属の集合器または分配器およびその接続ポ
ートの数を大幅に削減でき、配管系の構成を極めて単純
化することも可能であるほか、圧力降下の低減により例
えば空気精留プラントにおける装入空気の圧縮機に対す
る負担も軽減化できる効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による複数の熱交換ブロックを含む大
規模空気精留プラントの主要な熱交換系の配置及び構成
を示す工程図である。
【図２】本発明の一実施例による熱交換ブロックを含む
大規模空気精留プラントの主要な熱交換系の配置及び構
成を示す工程図である。
【図３】従来技術による熱交換ブロックにおける一つの
熱交換路とその給排気部の傾斜薄板の構成例を示す模式
構成図である。
【図４】従来技術による熱交換ブロックにおける別の一
つの熱交換路とその給排気部の傾斜薄板の構成例を示す
模式構成図である。
【図５】従来技術による熱交換ブロックにおける更に別
の一つの熱交換路とその給排気部の傾斜薄板の構成例を
示す模式構成図である。
【図６】従来技術による熱交換ブロックにおける全体と
しての給導出ポートの配置例を示す模式構成図である。
【図７】本発明の一実施例による熱交換ブロックにおけ
る熱交換路とその流体導入導出部の集合器／分配器の構
成例を示す模式構成図である。
【図８】本発明の一実施例による熱交換ブロックにおけ
る全体としての接続ポートの配置例を示す模式構成図で
ある。
【図９】本発明の別の実施例により液体酸素を扱う場合
の空気精留プラントの主要な熱交換系の配置及び構成を
示す工程図である。
【図１０】前図の変形例による空気精留プラントの主要
な熱交換系の配置及び構成を示す工程図である。
【図１１】本発明の更に別の実施例により液体窒素循環
系を利用する場合の空気精留プラントの主要な熱交換系
の配置及び構成を示す工程図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディートリッヒ ロットマン ドイツ連邦共和国 81737 ミュンヘン、 オスカー−マリア−グラーフ−リンク 33 (72)発明者 カール ライブル ドイツ連邦共和国 80686 ミュンヘン、 ブルクマイルシュトラーセ 50 Ｆターム(参考） 4D047 AA08 AB01 AB02 CA09 DA03 DA17

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の流体流を複数の熱交換ブロック内
    の多数の熱交換路に通して加熱又は冷却媒体との間接熱
    交換を行う方法であって、流体流のうちの特定流だけは
    少なくとも１つの特定の熱交換ブロックを通過するよう
    にした熱交換方法において、前記特定の熱交換ブロック
    （２３ａ〜２３ｅ）の前記特定流（１４、１５、１６）
    のための熱交換路を前記特定の熱交換ブロック（２３ａ
    〜２３ｅ）の両端面部で終端させ、前記特定流（１４、
    １５、１６）を、前記特定の熱交換ブロック（２３ａ〜
    ２３ｅ）に接続されて該特定の熱交換ブロック（２３ａ
    〜２３ｅ）の前記両端面の各全域に連通する集合器又は
    分配器（４１）を介して該特定の熱交換ブロック（２３
    ａ〜２３ｅ）の熱交換路に導入またはそこから取り出す
    ことを特徴とする熱交換方法。
  2. 【請求項２】 各流体流（１４、１５、１６）を別々の
    熱交換ブロック（２３ａ〜２３ｅ）に通すことを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記特定流（１４、１５、１６）を３．
    ５ｂａｒ未満の圧力で前記特定の熱交換ブロック（２３
    ａ〜２３ｅ）に通すことを特徴とする請求項１または２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記各流体流（１４、１５、１６）を常
    に３．５ｂａｒ未満圧力とすることを特徴とする請求項
    １〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 更に別の流体流を４ｂａｒ以上の圧力で
    前記特定の熱交換ブロックに通すことを特徴とする請求
    項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記各流体流を装入空気（１）の低温分
    留によって生成することを特徴とする請求項１〜５のい
    ずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記各流体流（１４、１５、１６）を装
    入空気（２、７）との間接熱交換に付すことを特徴とす
    る請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記特定の熱交換ブロック（２３ａ〜２
    ３ｅ）内での圧力降下が１００ｍｂａｒ未満となるよう
    に前記特定流を該熱交換ブロック（２３ａ〜２３ｅ）に
    通すことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 前記特定の熱交換ブロック（２３ａ〜２
    ３ｅ）内での圧力降下が８０〜３００ｍｂａｒの範囲と
    なるように前記特定流（１４、１５、１６）を該熱交換
    ブロックに通すことを特徴とする請求項１〜８のいずれ
    か１項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 毎時５０，０００ｍ３(S.T.P.)以上の
    流量で装入空気を処理することを特徴とする請求項７〜
    ９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 多数の熱交換路を有する複数の熱交換
    ブロック内で少なくとも２つの流体流を加熱又は冷却媒
    体と間接熱交換させる熱交換装置において、前記流体流
    （１４、１５、１６）のうちの一方のための熱交換ブロ
    ック（２３ａ〜２３ｅ）の各熱交換路が該熱交換ブロッ
    ク（２３ａ〜２３ｅ）の両端面部で終端していると共
    に、該熱交換ブロック（２３ａ〜２３ｅ）の前記両端面
    の各全域に連通する集合器又は分配器（４１）に流路接
    続されていることを特徴とする熱交換装置。
  12. 【請求項１２】 個々の前記集合器又は分配器（４１）
    が実質的に半円筒状に構成されていると共に１つの接続
    ポートを有していることを特徴とする請求項１１に記載
    のへ熱交換装置。
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