JPH0789009B2 - 凝縮蒸発器及びその運転方法 - Google Patents

凝縮蒸発器及びその運転方法

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JPH0789009B2
JPH0789009B2 JP63218167A JP21816788A JPH0789009B2 JP H0789009 B2 JPH0789009 B2 JP H0789009B2 JP 63218167 A JP63218167 A JP 63218167A JP 21816788 A JP21816788 A JP 21816788A JP H0789009 B2 JPH0789009 B2 JP H0789009B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、第一流体室の液媒と第二流体室の流体とを熱
交換させ、液媒を蒸発気化させるとともにガス流体を凝
縮液化させる凝縮蒸発器及びその運転方法に関し、特に
空気液化分離装置に用いられる凝縮蒸発器であって、第
一流体室に導入する液媒、即ち酸素室に導入する液化酸
素を少ない量で効率良く沸騰蒸発させるとともに、第二
流体室に導入するガス流体、即ち窒素室に導入する窒素
ガスを効率良く凝縮液化させるのに適した凝縮蒸発器及
びその運転方法に関する。
〔従来の技術〕
空気液化分離装置の複精留塔等に用いられている凝縮蒸
発器は、特開昭56−56592号公報等に示されるように、
垂直方向を多数の水平な仕切板により仕切り、第一流体
室である酸素室と第二流体室である窒素室の二室を交互
に隣接して積層した、いわゆるプレートフィン式熱交換
器と呼ばれているものが多く用いられている。
第11図及び第12図は、従来のこの種のプレートフィン式
の凝縮蒸発器を示すもので、第11図は凝縮蒸発器の酸素
室を示し、第12図は同じく窒素室を示している。尚、以
下の各図において、実線矢印は液の流れ方向を、また鎖
線矢印はガスの流れ方向を示している。
上記凝縮蒸発器１の酸素室２は、内部に伝熱板を配設し
て上下方向の蒸発流路3,3を多数形成するとともに、該
蒸発流路３の上下両端部を開口させて下端部を液化酸素
LOの導入口４とし、上端部を酸素ガスGOと液化酸素LOの
混合流の導出口５としている。この酸素室２は、凝縮蒸
発器１が上部塔６の底部空間に溜まる液化酸素LO中に浸
漬されることにより液化酸素LOで満たされており、酸素
室２内の液化酸素LOは、隣接する窒素室７の窒素ガスGN
と熱交換を行い、その一部が蒸発して窒素ガスGOの気泡
となり蒸発流路３を上昇する。液化酸素LOは、酸素室内
の液化酸素LOと蒸発した酸素ガスGOとの気液混相と、酸
素室外の液化酸素LOとの密度差により、凝縮蒸発器１の
内外に循環流を形成している。また液化酸素LO及び酸素
ガスGOの一部は、製品等として外部に導出されている。
一方窒素室７は、四周各端部が密閉された室内に上下方
向の凝縮流路8,8が多数形成されており、該凝縮流路８
の上下両端部が窒素室７の一側端の上下に設けられたヘ
ッダー9,10及び配管11,12を介して下部塔13と接続され
ている。この窒素室７は、配管11及び上部のヘッダー９
を介して下部塔13上部の窒素ガスGNを凝縮流路８に下降
流として導入し、凝縮流路８で凝縮した液化窒素LNを下
部のヘッダー10及び配管12から導出している。また窒素
ガスGN中の非凝縮ガスGXは、下部のヘッダー10の上部に
設けられたパージノズル10aから導出される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来の凝縮蒸発器１は、その全体を上部
塔６の底部空間の液化酸素LO内に浸漬して使用するた
め、該空間に多量の液化酸素LOを貯液保有させなければ
凝縮蒸発器１を機能させることができなかった。そのた
めに装置の起動時間が長く掛ったり、停止時に放出する
酸素量が多くなり、冷媒放出量動力費等の損失となって
いた。また万一の場合に備えるための保安上の問題も大
きい。
さらに凝縮側の窒素室７は、その凝縮流路８が垂直方向
に形成されており、窒素ガスGNが凝縮しながら流下する
ため、該流路８の下部では液化窒素量が増加し、厚い液
膜となって伝熱面の表面を覆うので、これが熱抵抗層と
なり伝熱性能を低下させていた。
そこで本発明は、酸素室（第一流体室）側の液化酸素
（液媒）の必要量を低減し、窒素室（第二流体室）側の
窒素ガス（ガス流体）の伝熱性能を向上させることので
きる凝縮蒸発器及びその運転方法を提供することを目的
とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記した目的を達成するために、本発明の凝縮蒸発器
は、多数の垂直な仕切板により複数の第一流体室と第二
流体室とを交互に形成し、前記第一流体室の液媒と、前
記第二流体室のガス流体とで熱交換を行なう凝縮蒸発器
において、該凝縮蒸発器の上部に液媒溜を設けるととも
に、前記第一流体室に液媒導入路と液媒蒸発路とを設け
て、該液媒導入路と液媒蒸発路とを第一流体室下部で連
通させるとともに、両路の上部を前記液媒溜に連通させ
たことを特徴とするもので、これに、前記複数の第一流
体室は、その一部の室を液媒導入路となる液媒導入室と
し、残りの室を液媒蒸発路となる液媒蒸発室とするとと
もに、両室の下端部を連通路によりそれぞれ連通させた
ことであり、また、多数の垂直な仕切板により複数の第
一流体室と第二流体室とを交互に形成し、前記第一流体
室の液媒と、前記第二流体室のガス流体とで熱交換を行
なう凝縮蒸発器において、前記第二流体室は、少なくと
も一側端部を開口させてガス流体を導入するガス導入口
を形成するとともに、該ガス導入口から凝縮液導出口に
向かう水平方向に対して下り勾配を有する凝縮流路を形
成したことを特徴とするものであり、これに、前記第二
流体室は、上端部を閉塞するとともに両側端部あるいは
両側端部及び下端部を開口させ、一方の側端部の開口を
ガス導入口とし、他方の側端部あるいは該側端部及び下
端部の開口を凝縮液導出口としたことであり、さらに、
前記第一流体室を、室内の上端部から下端部近傍に亘っ
て配設した少くとも２本の仕切棒により幅方向を少くと
も３つの流路に区画形成し、中央部の流路を液媒導入路
とし、両側部の流路を液媒蒸発路とするとともに、前記
第二流体室は、幅方向両側端部を開口させてそれぞれガ
ス導入口とし、第二流体室の幅方向中央部に前記第一流
体室の液媒導入路に対応させて下端部が開口した凝縮液
流下路を設け、該凝縮液流下路に前記凝縮流路の凝縮液
導出口を開口させたことを特徴とするもの、さらに前記
第一流体室の液媒蒸発路にコルゲーションフィンを配設
すること、前記第一流体室の液媒蒸発路の表面を沸騰促
進核伝熱面で形成すること、前記第一流体室は下端部及
び両側端部を実質的に閉塞するとともに上端部を前記液
媒溜に開口させること、前記第一流体室を室内の上端部
から下端部近傍に亘って配設した仕切棒により２つの流
路に区画形成し、一方の流路を液媒導入路とし、他方の
流路を液媒蒸発路とすること、前記第一流体室の液媒導
入路は前記第二流体室の凝縮液導出口近傍に対応させて
配設すること、前記第二流体室の凝縮流路はコルゲーシ
ョンフィンにより形成すること、前記第二流体室の凝縮
流路の凝縮液導出口の一部に液切り部を突設することを
含むものである。
また、本発明の凝縮蒸発器の運転方法は、上記のごとく
構成された凝縮蒸発器の運転に際して該凝縮蒸発器の凝
縮蒸発能力を制御するにあたり、該凝縮蒸発器の下方
に、前記第二流体室で凝縮して流下する凝縮液を溜める
凝縮液溜を設け、該凝縮液溜から導出する凝縮液の量を
調節して第二流体室の下部が凝縮液中に浸漬する量を変
化させること、あるいは上記凝縮液溜に代えて、凝縮蒸
発器の下部に前記第二流体室で凝縮して流下する凝縮液
を集合するヘッダーを連設し、該ヘッダーから導出する
凝縮液の量を調節して第二流体室内の凝縮液量を変化さ
せることを特徴としている。
〔作 用〕
凝縮蒸発器を上記のごとく構成することにより、凝縮蒸
発器を液媒中に浸漬することなく、凝縮蒸発器上部の液
媒溜に液媒を溜めて、該液媒溜から第一流体室に液媒を
導入するだけで運転することができるから、従来より少
ない液媒量で凝縮蒸発器の運転を行うことができる。さ
らに第二流体室の凝縮流路を一側端部に形成したガス導
入口から凝縮液導出口に向かう下り勾配に形成したか
ら、第二流体室の上下方向略均等にガス流体を導入で
き、第一流体室内の液媒を効率よく加温することができ
る。
また本発明の運転方法によれば、第二流体室内のガス流
体と接触する伝熱面の面積を調節することができるか
ら、ガス流体の凝縮量とともに、該ガス流体により加温
される液媒の蒸発量も制御することができる。
〔実施例〕
以下、本発明を、第一流体室を酸素室、第二流体室を窒
素室とし、蒸発する液媒を酸素、凝縮するガス流体を窒
素とした例につき、図面に基づいてさらに詳細に説明す
る。尚、前記従来例と同一要素のものには同一符号を付
して詳細な説明を省略する。
まず第１図及び第２図は、本発明の凝縮蒸発器の第１実
施例を示すもので、第１図は凝縮蒸発器の酸素室部分
を、第２図は同じく窒素室部分を示している。
この凝縮蒸発器20は、下部塔13の上部の窒素ガス雰囲気
中に配設されており、酸素室21部分が完全に密閉される
とともに、窒素室22部分が窒素ガス雰囲気に開放されて
いる。また凝縮蒸発器20の下方には、その上端開口縁23
aが凝縮蒸発器20の適宜な位置にまで形成された凝縮液
溜23が設けられている。
凝縮蒸発器20の酸素室21は、垂直方向の仕切板により仕
切られた各室の左右両端部及び下端部をサイドバー24,2
4により閉塞し、上端部の略全面を開口させており、該
開口の上部には、上部塔６底部に形成された液媒溜25が
連設されている。酸素室21の内部は、その上端部から下
端部近傍に亘って設けられた仕切棒26により区画されて
おり、一方の幅狭の部分を液媒導入路27とし、他方の幅
広の部分を液媒蒸発路28としている。液媒導入路27と液
媒蒸発路28とは、酸素室21の下部の前記仕切棒26の下端
部とサイドバー24との間に形成された連通路29で連通し
ている。また該連通路29と液媒蒸発路28には、コルゲー
ションフィン等からなる伝熱体が配設され、多数の蒸発
流路28a,28aを形成している。
上部塔６で精留された液化酸素LOは、液化酸素像入管30
により液媒溜25に導入され、酸素室21内の液媒導入路27
を流下し、連通路29を経て液媒蒸発路28の各蒸発流路28
aに導入される。液化酸素LOは、この液媒蒸発路28で後
述の窒素室22に導入される窒素ガスGNにより加温され、
その一部が蒸発して酸素ガスGOとなり、気液混合流とな
って上昇する。液媒蒸発路28から液媒溜25に上昇した液
化酸素LOと酸素ガスGOの気液混合流は、液媒溜25で分離
して酸素ガスGOは一部が製品として導出され、残部が上
部塔６の上昇ガスとなる。また液化酸素LOは、一部が製
品あるいは保安液酸として導出され、大部分が再び液媒
導入路27に流入して酸素室21内を循環する。
このように液化酸素LOを酸素室21内に循環させながら、
その一部を蒸発させるように形成することにより、この
凝縮蒸発器20を機能させるのに必要な液化酸素LOの量
は、酸素室21内を満たす量及び液媒溜25に溜める所定量
でよいため、従来のごとく、凝縮蒸発器20全体を浸漬す
る量に比べてはるかに少ない量で凝縮蒸発器20の運転を
行うことができる。これにより、空気分離装置の起動時
間の短縮や、装置の停止時の冷媒放出量の低減を図るこ
とができ、保安上の問題も容易に解決することができ
る。また液化酸素LOは、自身の密度差で酸素室21内を循
環するので、ポンプやサーモサイホンリボイラー等の揚
液設備や他の付帯設備等を必要とせず、新たな設備費や
動力費が掛ることもない。
前記酸素室21内の液化酸素LOの循環は、液媒導入路27内
の液化酸素LOの密度に対する液媒蒸発路28内の液化酸素
LOと酸素ガスGOからなる気液混合相の見掛け密度の差に
より生じるもので、液化酸素LOの循環量は、［液媒導入
路27と液媒蒸発路28とのヘッド差−液媒導入路27と液媒
蒸発路28内の液相流れ圧損−液媒蒸発路28内の気液２相
流れ圧損］の値が大きい程、大となる。従って、液化酸
素LOの循環量を増すためには、両流れ圧損を小さくする
必要がある。特に液媒蒸発路28内の気液２相流れ圧損の
影響が大きいため、液媒蒸発路28内に配設する伝熱体
は、その圧損係数が小さいものを選定する必要がある。
このことから、液媒蒸発路28内にコルゲーションフィン
等の伝熱体を配設せず、液媒蒸発路28の１次伝面（仕切
板表面）に沸騰促進核を形成することによって、液化酸
素LOの沸騰蒸発を促進するとともに、流れ圧損を小さく
することもできる。この沸騰促進核は、粉末金属の焼結
や溶射、リエントラントキャビティーの機械加工等によ
り行うことができる。
一方この酸素室21に仕切板を介して隣接配置される窒素
室22は、第２図に示すように、前記液媒溜25に対向する
上端部の全面及び下端部の一部をサイドバー31,31aによ
り閉塞するとともに、前記酸素室21の液媒蒸発路28に隣
接する部分に両端が開口したコルゲーションフィン等の
伝熱体を配設して多数の凝縮流路32,32を、また液媒導
入路27に隣接する部分の側端部及び下端部を開口させて
凝縮液流下路33をそれぞれ形成している。
前記凝縮流路32は、該凝縮流路32内で凝縮した液化窒素
LNを凝縮流路32から導出流下させるために、窒素室22の
側端部に開口したガス導入口34から、凝縮液流下路33に
開口した凝縮液導出口35に向かう水平方向に対して適宜
な下り勾配が設けられている。また凝縮流路32の凝縮液
導出口35には、その上下方向の一部を凝縮液流下路33に
突出させて複数の液切り部36,36を形成している。この
液切り部36は、上方の凝縮流路32の凝縮液導出口35から
流下する液化窒素LNを凝縮液流下路33に案内するもの
で、上方から流下する液化窒素LNが凝縮液導出口35に沿
って流下し、下方の凝縮流路32の凝縮液導出口35を液膜
で塞ぐことを防止している。
下部塔13で精留された窒素ガスGNは、ガス導入口34から
各凝縮流路32に略均等に流入し、隣接する酸素室21の液
媒蒸発路28内の液化酸素LOと熱交換を行って凝縮しなが
ら凝縮流路32の下り勾配により凝縮液導出口35に向かっ
て流れ、凝縮液導出口35から凝縮液流下路33に流下し、
さらに下方の凝縮液溜23に流下して配管37から導出され
る。この液化窒素LNは従来と同様に上部塔６及び下部塔
13の還流液として用いられ、あるいは製品として採取さ
れる。
このように、窒素ガスGNを窒素室22の一側端部のガス導
入口34から下り勾配を有する各凝縮流路32に導入し、他
側の凝縮液導出口35から導出することにより、窒素室22
上下方向で凝縮する液化窒素LN量を略同一とできるの
で、境膜伝熱係数を上下方向略同一とすることができ
る。
従って、酸素室21の液媒蒸発路27下部の液化酸素LOとも
十分な熱交換を行うことができるので、凝縮蒸発による
伝熱性能を最大限に発揮させることができる。特に大型
の背の高い凝縮蒸発器では、凝縮流路32の長さを大幅に
短くすることができるので、各凝縮流路32の凝縮液導出
口35近傍に形成される液化窒素LNの液膜の厚さを薄くす
ることができ、伝熱性能の低下を最小限とすることがで
きる。
さらに凝縮流路32の断面積が増大し、ガス導入口34及び
凝縮液導出口35の開口面積も増大させることができるた
め、凝縮流路断面積当たりの凝縮量や流動抵抗が減少
し、熱交換効率をさらに向上させることができる。また
凝縮液導出口35の上下方向の一部に庇状の液切り部36を
設けたことにより、凝縮した液化窒素LNの導出も円滑に
行うことができる。
この窒素室22は、下部塔13上部の窒素ガス雰囲気中に開
放しているので、窒素室22内に非凝縮ガスが濃縮して凝
縮能力を低下させることもない。また酸素室21の液媒導
入路27と、凝縮液が集合して流下するため比較的伝熱性
能の低い窒素室22の凝縮液流下路33とを隣接して配置し
たので、液媒導入路27内で液化酸素LOが蒸発して循環の
妨げとなることを防止することができる。
この凝縮蒸発器20の運転制御は、従来と同様に液面計等
を設けて液化酸素LOの導出量の調整や熱負荷の調整によ
り行われるが、この制御手段に加えて本発明では、凝縮
液溜23から導出する液化窒素LNの量を制御して液化窒素
LNの液面高さを調整し、凝縮蒸発器20の下部が液化窒素
LNに浸漬する量、即ち窒素室22内の伝熱体と窒素ガスGN
との接触面積を増減させることにより、窒素室22に隣接
する酸素室21内の液化酸素LOを加温する能力を変化させ
ることができる。これにより、液化酸素LOの蒸発量とと
もに窒素ガスGNの凝縮量を調整制御することができ、空
気液化分離装置の運転状態に対応した幅広い制御が可能
となる。
次に第３図及び第４図は、本発明の凝縮蒸発器の第２実
施例を示すもので、凝縮蒸発器を複精留塔の上部塔と下
部塔の間に形成した空間部に配設したものである。尚、
第３図は酸素室部分を、第４図は窒素室部分を示してお
り、前記第１実施例と同一要素のものには同一符号を付
して詳細な説明を省略する。
本実施例における凝縮蒸発器40の酸素室41は、２本の仕
切棒26により幅方向を３つの流路に区画形成しており、
中央部の流路を液媒導入路27とし、両側部の２つの流路
を液媒蒸発路28,28としている。これらの液媒導入路27
と液媒蒸発路28は、前記第１実施例と略同様に構成され
るもので、両路を接続する連通路29,29と液媒蒸発路28,
28にはコルゲーションフィン等の伝熱体が配設されてい
る。
一方の窒素室42は、上記酸素室41の液媒導入路27に対応
する室内中央部に凝縮液流下路33を配置し、該凝縮液流
下路33を挟んで略対称に凝縮流路32,32を形成してい
る。また凝縮液流下路33に開口する凝縮液導出口35は、
その開口端を段階状に形成して一部を凝縮液流下路33に
突出させ、段部上面に液切り部36,36としている。
この凝縮蒸発器40は、第１実施例と同様に、その上端部
を上部塔６底部に形成された液媒溜25に開口させて酸素
室41と液媒溜25とを連通させ、一方窒素室42両側端部の
ガス導入口34,34にガス入口ヘッダー43,43をそれぞれ連
設して下部塔13の上部に接続するとともに、窒素室42下
端部のサイドバー31a,31a間の凝縮液流下路33の下部開
口に凝縮液出口ヘッダー44を連設している。
上部塔６の液化酸素導入管30から流下する液化酸素LO
は、前記第１実施例と同様に、液媒溜25と酸素室41内の
液媒導入路27,連通路29,液媒蒸発路28との間を循環し、
その一部が蒸発して酸素ガスGOとなる。また少量の液化
酸素LOが、酸素室41内でのアセチレンの濃縮を防止する
ために酸素室41下部に連設されたヘッダー45から導出さ
れる。
一方下部塔13の上部の窒素ガスGNは、ガス上昇用の配管
46からガス入口ヘッダー43に導入されて凝縮蒸発器40の
窒素室42に導入される。この窒素ガスGNは、前述のごと
く凝縮流路32で凝縮して液化窒素LNとなり、凝縮液流下
路33を経て凝縮液出口ヘッダー44から導出される。また
窒素ガスGN中の非凝縮ガスGXは、ガス入口ヘッダー43の
上部に設けられたパージノズル43aから導出される。
このように、酸素室41の中央部に液媒導入路27を配置
し、これと対応させて窒素室42の中央部に凝縮液流下路
33を配置することにより、窒素室42の凝縮流路32をさら
に短縮することができる。従って、各凝縮流路32内の凝
縮液量を、前記第１実施例よりも少なくすることがで
き、液化窒素LNの液膜を薄くできるので窒素室42の伝熱
性能をさらに向上させることができる。
この凝縮蒸発器40の運転制御は、前記従来の制御手段に
加えて凝縮液出口ヘッダー44から導出する液化窒素LNの
量を調節して前記第１実施例と同様に伝熱面積を制御す
ることによって行うことができる。
尚、本実施例の凝縮蒸発器40は、側壁の開口部47aによ
りコールドボックス内に圧力が開放された空間部47内に
配置されているが、この空間部47内に断熱材等を充填し
てもよい。
第５図及び第６図は、本発明の凝縮蒸発器の第３実施例
を示すもので、第５図は酸素室部分、第６図は窒素室部
分をそれぞれ示している。尚、酸素室内及び窒素室内等
の構成は、前記第２実施例と同様に形成されているた
め、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
まず凝縮蒸発器50の酸素室41の上部は、上方に離間して
設けられた液媒溜25と酸素ヘッダー51及び接続管52を介
して接続されている。この酸素ヘッダー51及び接続管52
は、二重構造に形成されており、内部側を液化酸素LOの
流下部53、外部側を酸素ガスGOと液化酸素LOの気液混合
流の上昇部54としている。従って、液化酸素LOは、液媒
溜25から接続管52及び酸素ヘッダー51の流下部53を流下
して液媒導入路27に導入され、連通路29,29を経て液媒
蒸発路28,28に流入し、その一部が蒸発して気液混合流
となり、酸素ヘッダー51及び接続管52の上昇部54を経て
液媒溜25に上昇する。
一方の窒素室42は、上端部をサイドバー55により閉塞さ
れている他は前記第１実施例と同様に下部塔13の窒素ガ
ス雰囲気に開放されている。従って、窒素ガスGNは、窒
素室42内に自由に流入，流出することができ、その一部
が凝縮流路32,32で凝縮して液化窒素LNとなり、凝縮流
路32の下り勾配を流下して凝縮液流下路33に集合し、窒
素室42の下端から下方の凝縮液溜23に流下する。
第７図乃至第９図は、本発明の凝縮蒸発器の第４実施例
を示すものである。
本実施例の凝縮蒸発器60は、多数の酸素室の内の一部
を、液化酸素LOを流下させる液媒導入室61,61とし、他
の酸素室を、液化酸素LOを蒸発させる液媒蒸発室62,62
としたものである。この液媒導入室61と液媒蒸発室62と
は、凝縮蒸発器60の両側下部に設けられた連通管63,63
により連通しており、液媒導入室61を流下した液化酸素
LOは、この連通管63を経て液媒蒸発室62に流入する。ま
た液媒導入室61の内部は、仕切板64,64間に流動抵抗と
なるようなものを配置せず、一方の液媒蒸発室62の内部
には、コルゲーションフィン等の伝熱体65を配設する
か、あるいは、前述のごとく沸騰促進核伝熱面を形成す
る。また液媒溜66内には、前記液媒導入室61に液化酸素
LOを導入するための導入液溜67及び導入流路68,68が形
成されている。
液化酸素導入管30により液媒溜66に導入された液化酸素
LOは、導入液溜67及び導入流路68を介して液媒導入室61
に導入されて流下し、導通管63を通過して液媒蒸発室62
の下部に流入する。そして前記各実施例と同様に、液化
酸素LOと酸素ガスGOとの気液混合流となって液媒溜66に
上昇して循環する。
一方の窒素室69は、上記各実施例と同様の構成で形成す
ることができるので、詳細な説明は省略する。
本実施例では、液媒導入室61を窒素室69に隣接して配置
したが、液媒導入室61では液化酸素LOを加温する必要が
ないので、第10図に示す第５実施例の凝縮蒸発器70のよ
うに、凝縮蒸発器70の厚さ方向の一部に複数の液媒導入
室61,61を纏めて隣接配置することもできる。尚、第10
図に示した凝縮蒸発器70は、上記第４実施例と前記第３
実施例とに示す構造の凝縮蒸発器を組合せて構成したも
ので、前記両実施例と同一要素のものには同一符号を付
して詳細な説明を省略する。
また上記液媒導入室61と液媒蒸発室62の厚さを変えて、
温度や流量のバランスを取ることもできる。さらに導入
液溜67と下部の連通管63とを別の配管で接続して液化酸
素LOを液媒蒸発室62に導入することもできる。
尚、以上の説明では、空気液化分離における液化酸素と
窒素ガスとの熱交換による蒸発と凝縮を基にして説明し
たが、これ以外の他の液媒とガス流体を用いたどちらか
一方の室が、蒸発又は凝縮を伴わない場合も同様の作用
効果を得ることができる。また酸素室の液媒導入部分と
液媒蒸発部分の面積等の関係、及び窒素室の凝縮流路の
勾配の角度、その他の各部の形状等は、液媒とガス流体
の種類や流量等により適宜選定することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の凝縮蒸発器は、凝縮蒸発
器の上部に液媒溜を設け、第一流体室に液媒導入路と液
媒蒸発路とを設けて、液媒を液媒溜と第一流体室内に循
環させながら蒸発させるように構成したから、少ない液
媒量で凝縮蒸発器を運転することができ、起動時間の短
縮、停止時の冷媒損失の低減、保安上の問題の解決等を
図れる。
また、前記第一流体室の液媒蒸発器にコルゲーションフ
ィンを配設することにより、伝熱係数を向上させて効率
のよい沸騰蒸発を図ることができ、該液媒蒸発路の表面
を沸騰促進核伝熱面で形成することにより、沸騰蒸発を
促進させるとともに流動抵抗の低減を図ることができ
る。
前記第一流体室は下端部及び両側端部を実質的に閉塞す
るとともに上端部を前記液媒溜に開口させるのみで容易
に形成することができる。また両流路は、第一流体室内
を仕切棒により２つの流路に区画形成することにより、
あるいは複数の第一流体室の一部を液媒導入室とし、他
を液媒蒸発室として両室の下端部を連通させることによ
り容易に形成することができる。このように構成するこ
とにより、液媒導入路を別に配管等により設ける場合に
比べて凝縮蒸発器全体の構成を簡素にし、製作組立を容
易にすることができる。
さらに第一流体室の液媒導入路を、第二流体室の凝縮液
導出口近傍に対応させて配設することにより、液媒導入
路内で液媒が蒸発して循環の妨げとなるのを防止するこ
とができる。
一方、第二流体室に、ガス導入口から凝縮液導出口に向
かう水平方向に対して下り勾配を有する凝縮流路を形成
し、一側端部からガス流体を導入して他側方向へ流下さ
せるから、第二流体室の上下方向に略均等にガス流体を
導入することができ、第一流体室下部の液媒も効率よく
加温することができる。また、凝縮流路を短く形成する
ことができるので、凝縮液の液膜を薄くすることがで
き、凝縮側の境膜伝熱係数を向上させることができる。
さらに、前記第二流体室の凝縮流路は、コルゲーション
フィンにより容易に形成することができ、凝縮液導出口
の一部に液切り部を突設することにより、下方の凝縮液
導出口が流下する凝縮液で閉塞されるのを防止すること
ができる。この第二流体室は、上端部を閉塞して両側端
部及び下端部を開口させ、一方の側端部の開口をガス導
入口とし、他の開口を凝縮液導出口とすることで容易に
形成することができる。
特に第一流体室を２本の仕切棒により区画して中央部を
液媒導入路とし、両側部を液媒蒸発路とするとともに、
これに対応させて第二流体室の中央部に凝縮液流下路を
設け、該凝縮液流下路に凝縮流路の凝縮液導出口を開口
させることにより、凝縮流路をより短く形成することが
でき、凝縮液の液膜による影響を大幅に低減させること
ができる。
また、本発明の凝縮蒸発器の運転方法は、凝縮蒸発器の
下方に設けた凝縮液溜あるいは凝縮蒸発器の下部に連設
したヘッダーから導出する凝縮液の量を調節して第二流
体室内の凝縮液量を変化させることにより、伝熱面積を
制御して蒸発凝縮能力を調節することができ、従来の制
御手段に本方法を加えることで幅広い制御を行うことが
できる。
従って、処理量の多い大型の空気液化分離装置の凝縮蒸
発器に特に好適なもので、装置全体の小型化や運転動力
費の低減が図れ、製品の動力原単位を低減させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は本発明の凝縮蒸発器の第１実施例を
示すもので、第１図は複精留塔に組込んだ凝縮蒸発器の
酸素室部分を示す断面図、第２図は同じく窒素室部分を
示す断面図、第３図及び第４図は本発明の凝縮蒸発器の
第２実施例を示すもので、第３図は第１図と同様に酸素
室部分を示す断面図、第４図は同じく窒素室部分を示す
断面図、第５図及び第６図は本発明の凝縮蒸発器の第３
実施例を示すもので、第５図は第１図と同様に酸素室部
分を示す断面図、第６図は同じく窒素室部分を示す断面
図、第７図乃至第９図は本発明の凝縮蒸発器の第４実施
例を示すもので、第７図は凝縮蒸発器の断面側面図、第
８図は液媒導入室を示す断面正面図、第９図は液媒蒸発
室を示す断面正面図、第10図は本発明の凝縮蒸発器の第
５実施例を示す凝縮蒸発器の断面側面図、第11図及び第
12図は従来例を示すもので、第11図は複精留塔に組込ん
だ凝縮蒸発器の酸素室部分を示す断面図、第12図は同じ
く窒素室部分を示す断面図である。 ６……上部塔、13……下部塔、20,40,50,60,70……凝縮
蒸発器、21,41……酸素室、22,42,69……窒素室、23…
…凝縮液溜、25,66……液媒溜、26……仕切棒、27……
液媒導入路、28……液媒蒸発路、29……連通路、32……
凝縮流路、33……凝縮液流下路、34……ガス導入口、35
……凝縮液導出口、36……液切り部、44……凝縮液出口
ヘッダー、51……酸素ヘッダー、61……液媒導入室、62
……液媒蒸発室、63……連通管、64……仕切板、65……
伝熱体、GN……窒素ガス、GO……酸素ガス、LN……液化
窒素、LO……液化酸素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−56592（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−130201（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187085（ＪＰ，Ａ) 特公 昭40−18206（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−37627（ＪＰ，Ｂ１) 特公 平４−14269（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−68434（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭63−49676（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭63−47831（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭61−42072（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】多数の垂直な仕切板により複数の第一流体
    室と第二流体室とを交互に形成し、前記第一流体室の液
    媒と、前記第二流体室のガス流体とで熱交換を行なう凝
    縮蒸発器において、該凝縮蒸発器の上部に液媒溜を設け
    るとともに、前記第一流体室に液媒導入路と液媒蒸発路
    とを設けて、該液媒導入路と液媒蒸発路とを第一流体室
    下部で連通させるとともに、両路の上部を前記液媒溜に
    連通させたことを特徴とする凝縮蒸発器。
  2. 【請求項２】前記複数の第一流体室は、その一部の室を
    液媒導入路となる液媒導入室とし、残りの室を液媒蒸発
    路となる液媒蒸発室とするとともに、両室の下端部を連
    通路によりそれぞれ連通させたことを特徴とする請求項
    １記載の凝縮蒸発器。
  3. 【請求項３】多数の垂直な仕切板により複数の第一流体
    室と第二流体室とを交互に形成し、前記第一流体室の液
    媒と、前記第二流体室のガス流体とで熱交換を行なう凝
    縮蒸発器において、前記第二流体室は、少なくとも一側
    端部を開口させてガス流体を導入するガス導入口を形成
    するとともに、該ガス導入口から凝縮液導出口に向かう
    水平方向に対して下り勾配を有する凝縮流路を形成した
    ことを特徴とする凝縮蒸発器。
  4. 【請求項４】前記第二流体室は、上端部を閉塞するとと
    もに両側端部あるいは両側端部及び下端部を開口させ、
    一方の側端部の開口をガス導入口とし、他方の側端部あ
    るいは該側端部及び下端部の開口を凝縮液導出口とした
    ことを特徴とする請求項３記載の凝縮蒸発器。
  5. 【請求項５】多数の垂直な仕切板により複数の第一流体
    室と第二流体室とを交互に形成し、前記第一流体室の液
    媒と、前記第二流体室のガス流体とで熱交換を行なう凝
    縮蒸発器において、該凝縮蒸発器の上部に液媒溜を設け
    るとともに、前記第一流体室に液媒導入路と液媒蒸発路
    とを設けて、該液媒導入路と液媒蒸発路とを第一流体室
    下部で連通させるとともに、両路の上部を前記液媒溜に
    連通させ、前記第一流体室を、室内の上端部から下端部
    近傍に亘って配設した少くとも２本の仕切棒により幅方
    向を少くとも３つの流路に区画形成し、中央部の流路を
    液媒導入路とし、両側部の流路を液媒蒸発路とするとと
    もに、前記第二流体室は、少なくとも一側端部を開口さ
    せてガス流体を導入するガス導入口を形成するととも
    に、該ガス導入口から凝縮液導出口に向かう水平方向に
    対して下り勾配を有する凝縮流路を形成し、前記第二流
    体室を、幅方向両側端部を開口させてそれぞれガス導入
    口とし、第二流体室の幅方向中央部に前記第一流体室の
    液媒導入路に対応させて下端部が開口した凝縮液流下路
    を設け、該凝縮液流下路に前記凝縮流路の凝縮液導出口
    を開口させたことを特徴とする凝縮蒸発器。
  6. 【請求項６】請求項１記載の凝縮蒸発器の運転に際して
    該凝縮蒸発器の凝縮蒸発能力を制御するにあたり、該凝
    縮蒸発器の下方に、前記第二流体室で凝縮して流下する
    凝縮液を溜める凝縮液溜を設け、該凝縮液溜から導出す
    る凝縮液の量を調節して第二流体室の下部が凝縮液中に
    浸漬する量を変化させることを特徴とする凝縮蒸発器の
    運転方法。
  7. 【請求項７】請求項６記載の凝縮液溜に代えて、凝縮蒸
    発器の下部に前記第二流体室で凝縮して流下する凝縮液
    を集合するヘッダーを連設し、該ヘッダーから導出する
    凝縮液の量を調節して第二流体室内の凝縮液量を変化さ
    せることを特徴とする凝縮蒸発器の運転方法。
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