JP4143209B2

JP4143209B2 - Capacitor

Info

Publication number: JP4143209B2
Application number: JP07997699A
Authority: JP
Inventors: 信二酒井; 伸彦津井; 実瀬戸; 昌司田中; 宏八木; 敦詞内山
Original assignee: Chiyoda Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: JP2000271405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸留カラムの頂部に設けられた凝縮管を冷媒液槽内の冷媒液に浸漬し、蒸留カラムから上昇した凝縮性ガスを凝縮すると共に生成した凝縮液を自然流下で蒸留カラムに環流させるようにしたコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蒸留カラムを多数集合させた構成の蒸留装置では、各蒸留カラムの頂部に設けられた凝縮管を冷媒液槽内の冷媒液に浸漬し、蒸留カラムから上昇した凝縮性ガスを凝縮すると共に生成した凝縮液を自然流下で蒸留カラムに環流させるようにした構成のコンデンサが採用されることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のコンデンサでは、冷媒液槽内での冷媒液の自然対流と凝縮管の円筒壁での熱交換に依存した単純な構成となっており、伝熱性能が高いとは言い難い。特に、凝縮性ガスとの温度差が小さい冷媒液では、凝縮に必要な伝熱性能が得られ難く、伝熱性能を高めることが望まれる。また、液面を調整することで伝熱量の制御が可能であるが、単に伝熱性能を高めただけでは伝熱量の精密な制御が困難となる。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、伝熱性能を向上させると同時に精密な熱量制御が可能なように構成されたコンデンサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、蒸留カラムの頂部に設けられた凝縮管を冷媒液槽内の冷媒液に浸漬して、蒸留カラムから上昇した凝縮性ガスを凝縮すると共に生成した凝縮液を自然流下で蒸留カラムに環流させるようにしたコンデンサにおいて、前記凝縮管に、第１の冷媒液槽に浸漬された大容量伝熱部と、前記第１の冷媒液槽と独立して液面を調整可能に仕切られた第２の冷媒液槽に浸漬された小容量伝熱部とを設け、前記大容量伝熱部は、前記第１の冷媒液槽内の冷媒液が流通可能な上下方向の内管が複数設けられた拡径部を有するものとした。
【０００６】
これによると、大容量の伝熱を確保しつつ、必要に応じて第２の冷媒液槽の液面を調整することで、精密な伝熱量の制御が可能となる。この場合、第１の冷媒液槽の液面の調整も可能であり、これにより幅の広い伝熱量制御が可能となる。
【０００７】
特に、前記大容量伝熱部は、前記第１の冷媒液槽内の冷媒液が流通可能な内管が複数設けられた拡径部を有するため、容量をさほど増大することなく大きな伝熱面積を確保し、高い伝熱性能を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明によるコンデンサが適用された蒸留装置の概略構成を示している。この蒸留装置は、常温以下の温度条件で蒸留操作を行うものであり、本発明によるコンデンサ１と、充填材が充填された複数の蒸留カラム２と、凝縮液を加熱蒸発させるリボイラ３とを１つの断熱容器４内に収容してなっている。これらコンデンサ１、蒸留カラム２並びにリボイラ３は図示しない支持部材を介して断熱容器４に支持される。
【００１０】
コンデンサ１では、各蒸留カラム２の上端に設けられた凝縮管５が冷媒液に浸漬され、蒸留カラム２から上昇した凝縮性ガスを凝縮するようになっている。凝縮管５内で生成した凝縮液は流下して蒸留カラム２に環流される。またここでは、リボイラ３において、リボイラ容器７に滞留する液が電源９により動作される電熱ヒータ８で加熱されるようになっている。被蒸留物は、蒸留カラム２の中段に送入され、凝縮管５の頂部から低沸点成分が、リボイラ容器７から高沸点成分がそれぞれ引き抜かれる。
【００１１】
コンデンサ１の凝縮管５には、第１の冷媒液槽としてのコンデンサ容器１０の冷媒液に浸漬された大容量伝熱部１１と、コンデンサ容器１０の冷媒液と独立して液面を調整可能に仕切られた第２の冷媒液槽としての液受けパン１２内の冷媒液に浸漬された小容量伝熱部１３とが設けられている。小容量伝熱部１３は、大容量伝熱部１１の上方に凝縮管５を単に延出させたものである。なお、ここでは大容量伝熱部１１を小容量伝熱部１３の下側に設けたが、これと逆の態様も可能である。
【００１２】
大容量伝熱部１１は、図２に詳しく示すように、コンデンサ容器１０内の冷媒液が流通可能な上下方向の内管１５が複数設けられた拡径部１６からなっている。この拡径部１６は、蒸留カラム２の組み付け作業等の関係から所定間隔を保持して配置される凝縮管５の間隙内で形成すれば、コンデンサ１に実質的な容積の増大はない。
【００１３】
凝縮管５の拡径部１６は、凝縮管５と同軸的な筒状部１７と、その端部開口を閉鎖する上下の端板１８・１９とからなっており、この上下の端板１８・１９間に架設された態様で内管１５が設けられ、内管１５の内部が上下の開口から液相中に開放されている。ここでは、内管１５が、図３に示すように、凝縮管５の軸線を中心にして周方向に複数本配設されている。内管１５には、図４に示すように、外周面から径方向に突出したフィン２０を設けると良い。
【００１４】
このように構成されたコンデンサ１の大容量伝熱部１１においては、図２中に矢印で示すように、内管１５内の冷媒液にサーモサイホン作用により上向流が発生し、内管１５が伝熱管として機能し、この内管１５の外面並びに拡径部１６の内面から凝縮性ガスに冷熱を伝達する。
【００１５】
さらに、冷媒液に、凝縮性ガスの凝縮点以下の沸点を有するもの、例えば凝縮性ガスがメタンである場合に冷媒に液化窒素や液化メタンを使用すると、凝縮性ガスとの熱交換により冷媒液が沸騰を起こし、この冷媒液の沸騰により発生する気泡の上昇により、内管１５内の冷媒液を上向きに押し上げるガスリフト効果が生じ、内管１５内の冷媒液流通量が増大する。これにより大容量の伝熱を実現することができる。
【００１６】
他方、小容量伝熱部１３においては、凝縮管５の円筒壁面のみで熱交換が行われ、その伝熱面積が小さいため、液受けパン１２内の冷媒液面Ａを調整することで、精密な伝熱量の制御が可能となる。
【００１７】
図２に示すように、拡径部１６が完全に浸漬されていると、伝熱量が内管１５内の気泡の上昇速度に支配される関係上、伝熱量の制御が困難である。これに対して、図５に示すように、コンデンサ容器１０内の冷媒液面Ｂから拡径部１６を一部露出させ、この拡径部１６の露出面における内管１５の開口部分から冷媒液面Ｂに至る範囲に濡れ壁Ｃを形成すると、伝熱量を大幅に増大することができる上に、冷媒液面Ｂの調整により濡れ壁Ｃの面積を増減することで伝熱量の制御が可能となり、これにより幅の広い伝熱量制御を行うことができる。なお、冷媒液面Ｂから拡径部１６を一部露出させて内管１５の上部開口を気相中に開放させても、冷媒液の沸騰によるガスリフト効果により内管１５の上部開口から冷媒液が溢れ出し、この冷媒液が拡径部１６の外面を伝って流下することによりここに濡れ壁Ｃが形成される。
【００１８】
【発明の効果】
このように本発明によれば、大容量の伝熱を確保しつつ、必要に応じて第２の冷媒液槽の液面を調整することで、精密な伝熱量の制御が可能となる。特に大容量伝熱部を、第１の冷媒液槽内の冷媒液が流通可能な内管が複数設けられた拡径部を有するものとすると、容量をさほど増大することなく大きな伝熱面積を確保することができ、高い伝熱性能と精密な熱量制御とを同時に実現する上で大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンデンサが適用された蒸留装置の概略構成を示す縦断面図。
【図２】図１に示したコンデンサの拡大縦断面図。
【図３】図１に示したコンデンサの拡大横断面図。
【図４】コンデンサにおける内管にフィンを設けた例を示す横断面図。
【図５】図１に示したコンデンサに濡れ壁を形成した状態を示す図２と同様の断面図。
【符号の説明】
１コンデンサ
２蒸留カラム
３リボイラ
４断熱容器
５凝縮管
７リボイラ容器
８電熱ヒータ
９電源
１０コンデンサ容器
１１大容量伝熱部
１２液受けパン
１３小容量伝熱部
１５内管
１６拡径部
１７筒状部
１８・１９端板
２０フィン
Ａ・Ｂ冷媒液面
Ｃ濡れ壁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a condensing tube provided at the top of a distillation column is immersed in a refrigerant liquid in a refrigerant liquid tank to condense the condensable gas rising from the distillation column and recirculate the generated condensate to the distillation column under natural flow. This is related to the capacitor.
[0002]
[Prior art]
In a distillation apparatus having a structure in which a large number of distillation columns are assembled, a condensing tube provided at the top of each distillation column is immersed in the refrigerant liquid in the refrigerant liquid tank to condense and generate the condensable gas rising from the distillation column. A condenser having a configuration in which the condensate is refluxed to the distillation column under a natural flow may be employed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The capacitor having such a configuration has a simple configuration depending on natural convection of the refrigerant liquid in the refrigerant liquid tank and heat exchange in the cylindrical wall of the condenser tube, and it is difficult to say that the heat transfer performance is high. In particular, it is difficult to obtain the heat transfer performance necessary for condensation in a refrigerant liquid having a small temperature difference from the condensable gas, and it is desired to improve the heat transfer performance. In addition, although the amount of heat transfer can be controlled by adjusting the liquid level, it is difficult to precisely control the amount of heat transfer simply by improving the heat transfer performance.
[0004]
The present invention has been devised to solve such problems of the prior art, and its main purpose is to improve heat transfer performance and at the same time be capable of precise heat control. It is to provide a capacitor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, in the present invention, a condensing tube provided at the top of the distillation column is immersed in the refrigerant liquid in the refrigerant liquid tank to condense and generate the condensable gas rising from the distillation column. In the condenser in which the condensed liquid is recirculated to the distillation column under a natural flow, the large capacity heat transfer section immersed in the first refrigerant liquid tank and the first refrigerant liquid tank are provided in the condenser tube. And a small-capacity heat transfer section immersed in a second refrigerant liquid tank partitioned so that the liquid level can be adjusted , and the large-capacity heat transfer section allows the refrigerant liquid in the first refrigerant liquid tank to circulate. It has a diameter-expanded portion provided with a plurality of possible vertical inner tubes .
[0006]
According to this, it is possible to precisely control the amount of heat transfer by adjusting the liquid level of the second refrigerant liquid tank as necessary while securing a large capacity of heat transfer. In this case, it is also possible to adjust the liquid level of the first refrigerant liquid tank, thereby making it possible to control the heat transfer amount with a wide range.
[0007]
In particular, the large volumetric heat transfer unit, because it has a enlarged diameter portion in which the refrigerant fluid can flow a inner tube of the first refrigerant fluid tank is provided with a plurality, larger heat transfer area without increasing the capacity less And high heat transfer performance can be obtained.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0009]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a distillation apparatus to which a condenser according to the present invention is applied. This distillation apparatus performs a distillation operation under a temperature condition of room temperature or lower, and includes a condenser 1 according to the present invention, a plurality of distillation columns 2 filled with a filler, and a reboiler 3 that heats and evaporates the condensate. It is accommodated in one insulated container 4. The condenser 1, the distillation column 2 and the reboiler 3 are supported by the heat insulating container 4 via a support member (not shown).
[0010]
In the condenser 1, a condensing tube 5 provided at the upper end of each distillation column 2 is immersed in the refrigerant liquid to condense the condensable gas rising from the distillation column 2. The condensate produced in the condenser tube 5 flows down and is circulated to the distillation column 2. Here, in the reboiler 3, the liquid staying in the reboiler container 7 is heated by the electric heater 8 operated by the power source 9. The to-be-distilled material is sent to the middle stage of the distillation column 2, and the low-boiling components are extracted from the top of the condenser tube 5 and the high-boiling components are extracted from the reboiler vessel 7.
[0011]
The condenser pipe 5 of the capacitor 1 can adjust the liquid level independently of the large-capacity heat transfer section 11 immersed in the refrigerant liquid of the capacitor container 10 as the first refrigerant liquid tank and the refrigerant liquid of the capacitor container 10. And a small-capacity heat transfer section 13 immersed in the refrigerant liquid in the liquid receiving pan 12 as a second refrigerant liquid tank partitioned into two. The small-capacity heat transfer unit 13 is obtained by simply extending the condensation pipe 5 above the large-capacity heat transfer unit 11. Here, the large-capacity heat transfer section 11 is provided below the small-capacity heat transfer section 13, but a mode opposite to this is also possible.
[0012]
As shown in detail in FIG. 2, the large-capacity heat transfer unit 11 includes a diameter-enlarged portion 16 provided with a plurality of vertical inner pipes 15 through which the refrigerant liquid in the capacitor container 10 can flow. If the enlarged diameter portion 16 is formed in the gap of the condenser tube 5 that is disposed at a predetermined interval in consideration of the assembling work of the distillation column 2, the volume of the condenser 1 is not substantially increased.
[0013]
The diameter-enlarged portion 16 of the condensing tube 5 includes a cylindrical portion 17 coaxial with the condensing tube 5 and upper and lower end plates 18 and 19 for closing the end openings. An inner pipe 15 is provided in a manner of being spanned between the nineteens, and the inside of the inner pipe 15 is opened into the liquid phase from the upper and lower openings. Here, as shown in FIG. 3, a plurality of inner tubes 15 are arranged in the circumferential direction around the axis of the condensing tube 5. As shown in FIG. 4, the inner tube 15 may be provided with fins 20 protruding in the radial direction from the outer peripheral surface.
[0014]
In the large-capacity heat transfer section 11 of the condenser 1 configured as described above, as indicated by an arrow in FIG. 2, an upward flow is generated in the refrigerant liquid in the inner pipe 15 by the thermosiphon action, and the inner pipe 15 Functions as a heat transfer tube, and transmits cold heat from the outer surface of the inner tube 15 and the inner surface of the enlarged diameter portion 16 to the condensable gas.
[0015]
Furthermore, when the refrigerant liquid has a boiling point below the condensing point of the condensable gas, for example, when the condensable gas is methane, when liquefied nitrogen or liquefied methane is used as the refrigerant, the refrigerant liquid is exchanged by heat exchange with the condensable gas. Causes a gas lift effect that pushes up the refrigerant liquid in the inner pipe 15 and increases the circulation amount of the refrigerant liquid in the inner pipe 15. Thereby, large-capacity heat transfer can be realized.
[0016]
On the other hand, in the small-capacity heat transfer section 13, heat exchange is performed only on the cylindrical wall surface of the condensing tube 5, and the heat transfer area is small. Therefore, by adjusting the refrigerant liquid level A in the liquid receiving pan 12, It is possible to control the amount of heat transfer.
[0017]
As shown in FIG. 2, when the enlarged diameter portion 16 is completely immersed, it is difficult to control the heat transfer amount because the heat transfer amount is governed by the rising speed of the bubbles in the inner tube 15. On the other hand, as shown in FIG. 5, a part of the enlarged diameter portion 16 is exposed from the refrigerant liquid surface B in the capacitor container 10, and the refrigerant liquid is opened from the opening portion of the inner tube 15 on the exposed surface of the enlarged diameter portion 16. When the wetting wall C is formed in the range reaching the surface B, the heat transfer amount can be greatly increased, and the heat transfer amount can be controlled by increasing or decreasing the area of the wetting wall C by adjusting the refrigerant liquid surface B. As a result, a wide heat transfer amount control can be performed. Even if a part of the enlarged diameter portion 16 is exposed from the refrigerant liquid surface B and the upper opening of the inner tube 15 is opened to the gas phase, the refrigerant liquid is discharged from the upper opening of the inner tube 15 due to the gas lift effect caused by boiling of the refrigerant liquid. Overflows and the refrigerant liquid flows down along the outer surface of the enlarged diameter portion 16 to form a wet wall C.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to precisely control the amount of heat transfer by adjusting the liquid level of the second refrigerant liquid tank as necessary while securing a large capacity of heat transfer. In particular, when the large-capacity heat transfer section has an enlarged diameter portion provided with a plurality of inner pipes through which the refrigerant liquid in the first refrigerant liquid tank can flow, a large heat transfer area can be obtained without increasing the capacity so much. It can be ensured, and a great effect is obtained in simultaneously realizing high heat transfer performance and precise heat quantity control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a distillation apparatus to which a condenser according to the present invention is applied.
FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view of the capacitor shown in FIG.
3 is an enlarged cross-sectional view of the capacitor shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example in which fins are provided in an inner tube of a capacitor.
5 is a cross-sectional view similar to FIG. 2, showing a state in which a wetting wall is formed on the capacitor shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitor 2 Distillation column 3 Reboiler 4 Heat insulation container 5 Condensation pipe 7 Reboiler container 8 Electric heater 9 Power supply 10 Capacitor container 11 Large capacity heat transfer part 12 Liquid receiving pan 13 Small capacity heat transfer part 15 Inner pipe 16 Diameter expansion part 17 Cylindrical shape Part 18/19 End plate 20 Fin A / B Refrigerant liquid level C Wetting wall

Claims

蒸留カラムの頂部に設けられた凝縮管を冷媒液槽内の冷媒液に浸漬して、蒸留カラムから上昇した凝縮性ガスを凝縮すると共に生成した凝縮液を自然流下で蒸留カラムに環流させるようにしたコンデンサであって、
前記凝縮管に、第１の冷媒液槽の冷媒液に浸漬された大容量伝熱部と、前記第１の冷媒液槽と独立して液面を調整可能に仕切られた第２の冷媒液槽の冷媒液に浸漬された小容量伝熱部とを設け、
前記大容量伝熱部は、前記第１の冷媒液槽内の冷媒液が流通可能な上下方向の内管が複数設けられた拡径部を有することを特徴とするコンデンサ。A condenser tube provided at the top of the distillation column is immersed in the refrigerant liquid in the refrigerant liquid tank so that the condensable gas rising from the distillation column is condensed and the generated condensate is recirculated to the distillation column under natural flow. Capacitor,
A large-capacity heat transfer section immersed in the refrigerant liquid of the first refrigerant liquid tank, and a second refrigerant liquid partitioned so that the liquid level can be adjusted independently of the first refrigerant liquid tank. A small-capacity heat transfer section immersed in the tank coolant ,
The large-capacity heat transfer part has a diameter-expanded part provided with a plurality of vertical inner pipes through which the refrigerant liquid in the first refrigerant liquid tank can flow .