JP2007237032A - Evaporator with excellent distribution performance - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an evaporator excellent in a distribution performance for a fluid flow variation of a liquid. <P>SOLUTION: The evaporator excellent in distribution performance has a plate-fin type heat exchanger core and vaporize gasifies a low-temperature fluid by making a high-temperature fluid of gas state introduce in a high-temperature fluid passage while making the low-temperature fluid of liquid state flow down from upwards of a low-temperature fluid passage and making both the liquids heat exchange through a partition plate, wherein a distribution plate or a sparge pipe, having pores for uniformly distributing the low-temperature fluid to introduce it in the low-temperature fluid passage, is arranged above the inlet side of the low-temperature fluid passage and also a stainless wool with fiber structure is arranged just below the distribution plate or just below the sparge pipe. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体を蒸発気化させるプロセスにおいて使用される蒸発器に関し、さらに詳しくは、水を蒸発気化させて過熱水蒸気を得るためのプロセスに使用することができ、液体の蒸発にともなう流量変動に対する分配性能に優れた蒸発器に関するものである。   The present invention relates to an evaporator used in a process for evaporating and evaporating a liquid. More specifically, the present invention can be used in a process for evaporating and evaporating water to obtain superheated steam. The present invention relates to an evaporator having excellent distribution performance.

蒸発器は、熱交換器、燃料電池装置および水素製造装置等、広い技術分野における産業機器において、各種液体を蒸発気化させるプロセスにおいて、多数採用されている。   A large number of evaporators are employed in a process for evaporating various liquids in industrial equipment in a wide technical field such as a heat exchanger, a fuel cell device, and a hydrogen production device.

液体を蒸発気化させるプロセスで使用される蒸発器においては、小スペースで優れた熱交換効率を有し、かつ過熱蒸気を安定して供給することが必要であることから、これらの要求に対応するためには、蒸発技術が重要な開発要素である。   An evaporator used in a process for evaporating and evaporating liquid needs to have excellent heat exchange efficiency in a small space and to supply superheated steam stably. For this purpose, evaporation technology is an important development factor.

蒸発器において、小スペースで優れた熱交換効率を有するためには蒸発器そのものを小型化し、かつ熱交換に必要な伝熱面積を確保する必要がある。一般的に、蒸発器を小型化するものの優れた熱交換効率を確保するには、プレートフィン型の熱交換器コアを設けるのが有効である。   In order to have excellent heat exchange efficiency in a small space in the evaporator, it is necessary to reduce the size of the evaporator itself and to secure a heat transfer area necessary for heat exchange. In general, it is effective to provide a plate fin type heat exchanger core in order to ensure excellent heat exchange efficiency although the evaporator is downsized.

図１は、プレートフィン型の熱交換器コアの基本構成を説明する図であり、（ａ）は流動方式が低温流体（白抜き矢印）と高温流体（黒抜き矢印）とが向流する向流型（カウンターフロータイプ）の構成を、同（ｂ）は流動方式が、両流体が直交する直交流型（クロスフロータイプ）の構成を示す。   FIG. 1 is a diagram for explaining a basic configuration of a plate fin type heat exchanger core. FIG. 1 (a) shows a flow method in which a low-temperature fluid (open arrow) and a high-temperature fluid (black arrow) are counterflowing. The flow type (counter flow type) configuration, (b) shows the flow system, and the cross flow type (cross flow type) configuration in which both fluids are orthogonal.

熱交換器コア４は低温流体通路と高温流体通路を仕切る板状のチューブプレート１と、伝熱促進用のフィン２が交互に積層され、また、チューブプレート１の間隔を保ち、流路を密封するためのスペーサーバー３が両側面に並べられるのが基本構造である。   The heat exchanger core 4 includes a plate-like tube plate 1 that partitions the low temperature fluid passage and the high temperature fluid passage, and fins 2 for heat transfer promotion, which are alternately stacked. The basic structure is that the spacer bars 3 are arranged on both sides.

熱交換器コア４には、液状の低温流体（以下、単に「低温流体」と表記する。）とガス状の高温流体（以下、単に「高温流体」と表記する。）の熱交換器コア４における流動方式によって、種々の構成がある。通常、蒸発器の設計においては、流動流体の流動方式は向流型を採用することによって、優れた熱交換効率を確保することができる。   The heat exchanger core 4 includes a liquid low temperature fluid (hereinafter simply referred to as “low temperature fluid”) and a gaseous high temperature fluid (hereinafter simply referred to as “high temperature fluid”). There are various configurations depending on the flow system. Usually, in the design of an evaporator, excellent heat exchange efficiency can be ensured by adopting a counter-flow type flow method of the flowing fluid.

図１に示すように、プレートフィン型の熱交換器コア４では、低温流体と高温流体とが流路を仕切っているチューブプレート（仕切板）を介して熱交換を行うように構成されている。したがって、熱交換器コアは小スペースで広い伝熱面積を確保することが可能となり、蒸発器自体を小型化することが可能になる。   As shown in FIG. 1, the plate fin type heat exchanger core 4 is configured to perform heat exchange between a low-temperature fluid and a high-temperature fluid via a tube plate (partition plate) that partitions a flow path. . Therefore, the heat exchanger core can secure a wide heat transfer area in a small space, and the evaporator itself can be downsized.

低温流体を蒸発気化させるプロセスで用いられる蒸発器では、低温流体と高温流体とが熱交換することによって低温流体通路内で低温流体が相変化を起こして蒸発気化する。したがって、低温流体通路内の低温流体は、液体と気体が混在する状態となり、多数の流動様式が存在することから、流量等に変動が生じ易い。   In an evaporator used in a process of evaporating and vaporizing a low temperature fluid, the low temperature fluid and the high temperature fluid exchange heat, and the low temperature fluid undergoes a phase change in the low temperature fluid passage to evaporate. Therefore, the low-temperature fluid in the low-temperature fluid passage is in a state in which liquid and gas are mixed, and there are a large number of flow modes, so that the flow rate and the like are likely to vary.

相変化する低温流体の交換熱量は、主として相変化に伴う潜熱によって支配される。したがって、蒸発器において優れた熱交換効率を確保する上では、相変化する低温流体を複数の流体通路に対して均一に分配することが必要となる。   The amount of exchange heat of a low-temperature fluid that undergoes phase change is mainly governed by latent heat that accompanies the phase change. Therefore, in order to ensure excellent heat exchange efficiency in the evaporator, it is necessary to uniformly distribute the low-temperature fluid changing in phase to the plurality of fluid passages.

前述の通り、蒸発器における低温流体は複雑な挙動を示し、流量等が変動し易いため、蒸発器においては低温流体の流量変動に対する分配性能を向上させることが重要となる。   As described above, since the low-temperature fluid in the evaporator exhibits a complicated behavior and the flow rate and the like are likely to fluctuate, it is important for the evaporator to improve the distribution performance with respect to the flow rate fluctuation of the low-temperature fluid.

通常、蒸発器においては、低温流体は熱交換器コアへ液体状態で分配されるため、低温流体の流量等の変動に対して、低温流体を均一に分配することが必要となる。しかし、低温流体は気体に比べると偏流し易いため、低温流体を蒸発器内部の複数の流体通路へ均一に分配することは困難である。   Normally, in an evaporator, the cryogenic fluid is distributed in a liquid state to the heat exchanger core, so that it is necessary to uniformly distribute the cryogenic fluid with respect to fluctuations in the flow rate of the cryogenic fluid. However, since the low temperature fluid is more likely to drift than the gas, it is difficult to uniformly distribute the low temperature fluid to the plurality of fluid passages inside the evaporator.

このため、従来から蒸発器内を流通する低温流体を均一に分配する手段が各種検討されており、例えば、分散板、スパージパイプおよびインジェクションチューブ等が具体的な効果を発揮することができる手段として提案されている。   For this reason, various means for uniformly distributing the low-temperature fluid circulating in the evaporator have been studied conventionally. For example, a dispersion plate, a sparge pipe, an injection tube, and the like have been proposed as means that can exert specific effects. Has been.

図２は、従来から用いられている分散板の平面構成を示す図である。分散板５の平面には、低温流体の流通挙動に応じるように所定の寸法条件（ピッチ、孔径）で、低温流体を均一に分配して液状流体通路に導入する細孔５ａが設けられている。図２に示す分散板５を低温流体通路の入側に設けることによって、低温流体を均一に分配し流下させることができる。   FIG. 2 is a diagram showing a planar configuration of a dispersion plate conventionally used. The plane of the dispersion plate 5 is provided with pores 5a for uniformly distributing the low-temperature fluid and introducing it into the liquid fluid passage under predetermined dimensional conditions (pitch and hole diameter) so as to correspond to the flow behavior of the low-temperature fluid. . By providing the dispersion plate 5 shown in FIG. 2 on the entry side of the low-temperature fluid passage, the low-temperature fluid can be uniformly distributed and allowed to flow down.

図３は、従来から用いられているスパージパイプの部分構成を示す図である。図３に示すスパージパイプ６は、ヘッダータンク内に内蔵される。スパージパイプ６には低温流体を均一に分配して液状流体通路に導入する細孔６ａが設けられている。図３に示すスパージパイプ６を低温流体通路の入側に設けることによって、低温流体を均一に分配し流下させることができる。   FIG. 3 is a diagram showing a partial configuration of a sparge pipe conventionally used. The sparge pipe 6 shown in FIG. 3 is built in the header tank. The sparge pipe 6 is provided with pores 6a for uniformly distributing the low temperature fluid and introducing it into the liquid fluid passage. By providing the sparge pipe 6 shown in FIG. 3 on the entry side of the low-temperature fluid passage, the low-temperature fluid can be uniformly distributed and allowed to flow down.

さらに、特許文献１では、インジェクションチューブを設けたガス加湿器を提案している。特許文献１で提案される基本構成は、流通通路に蒸気源である液体を均一に散布するために、流通通路の上部に両側のチューブプレートに沿ってほぼ水平に挿入されたインジェクションチューブを配置するものであり、ヘッダー内の低温流体を均一に分配して低温流体通路に導入することができる。   Furthermore, Patent Document 1 proposes a gas humidifier provided with an injection tube. In the basic configuration proposed in Patent Document 1, an injection tube inserted substantially horizontally along the tube plates on both sides is arranged on the upper part of the flow passage in order to uniformly disperse the liquid as the vapor source in the flow passage. The cryogenic fluid in the header can be uniformly distributed and introduced into the cryogenic fluid passage.

ところが、従来から提案されている分配手段には、それぞれの問題がある。まず、前記図２に示す分散板を蒸発器に採用する場合に、低温流体通路の入側に分散板を設けるだけの簡易構造となるため、部品交換等のメンテナンス性に優れるとともに、製造コストは低廉であるが、低温流体の分配性能においては、他の分配手段であるインジェクションチューブ等に比較すると劣っているため、さらに改善の余地がある。   However, the distribution means conventionally proposed have their respective problems. First, when adopting the dispersion plate shown in FIG. 2 in an evaporator, it has a simple structure that simply provides a dispersion plate on the entry side of the low-temperature fluid passage. Although it is inexpensive, the low-temperature fluid distribution performance is inferior to that of other injection means such as an injection tube, so there is room for further improvement.

また、スパージパイプでは、前記図３に示すように、その基本構造はパイプ６に低温流体を均一に分配して液状流体通路に導入する細孔６ａを配置するものであり、低温流体の分配性能が向上するが、構成部品の構造が複雑となり、部品交換等のメンテナンス性を悪くさせるとともに、製造コストをアップさせる要因となる。   Further, as shown in FIG. 3, the sparge pipe has a basic structure in which the pores 6a for uniformly distributing the low temperature fluid to the pipe 6 and introducing it into the liquid fluid passage are arranged. Although improved, the structure of the component parts becomes complicated, which deteriorates maintainability such as part replacement and increases the manufacturing cost.

さらに、蒸発器にインジェクションチューブを採用する場合には、例えば、特許文献１で提案される基本構成のように、多数のインジェクションチューブをヘッダーに取り付けることが必要になる。このため、インジェクションチューブを採用する場合も、前記スパージパイプの採用と同様に、蒸発器における部品交換等のメンテナンス性を悪くさせるとともに、製造コストを大幅にアップさせる要因となる。   Furthermore, when adopting an injection tube in the evaporator, it is necessary to attach a large number of injection tubes to the header as in the basic configuration proposed in Patent Document 1, for example. For this reason, even when the injection tube is employed, as in the case of the use of the sparge pipe, the maintainability such as the replacement of parts in the evaporator is deteriorated and the manufacturing cost is greatly increased.

特開２００４−５３１０１号公報JP 2004-53101 A

前述の通り、液状流体を蒸発させるプロセスで使用される蒸発器では、液状流体の流動変動に対する分配性能を向上させなければ、プレートフィンタイプの熱交換器コアが本来有する優れた熱交換効率を確保できない。優れた熱交換効率を確保するためには、従来よりもさらに液状流体の分配性能を向上させることが必要であるとともに、製造コストアップを最小限に抑えることが要求される。   As described above, in the evaporator used in the process of evaporating the liquid fluid, unless the distribution performance against the flow fluctuation of the liquid fluid is improved, the excellent heat exchange efficiency inherent in the plate fin type heat exchanger core is secured. Can not. In order to ensure excellent heat exchange efficiency, it is necessary to further improve the liquid fluid distribution performance than before, and to minimize the increase in manufacturing cost.

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、液状流体を蒸発気化させるプロセスに使用される場合であっても、簡易な構造でかつ液状流体の流動変動に対して分配性能に優れた蒸発器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and has a simple structure and excellent distribution performance against fluctuations in the flow of the liquid fluid, even when used in a process of evaporating and evaporating the liquid fluid. The purpose is to provide an evaporator.

本発明者らは、上述の課題を解決するため、従来から採用されている低温流体の分配手段における分配性能等を比較して、低温流体の流量変動に対する分配性能を向上させる方法に関して種々検討した。その結果、プレートフィンタイプの熱交換器コアを設けることを前提として、低温流体の入側上方に分散板またはスパージパイプを設け、かつ分散板直下またはスパージパイプ直下に繊維構造のステンレスウール（以下、単に「ステンレスウール」と表記する。）を配することによって、低温流体の流量変動に対する分配性能を向上させることができることを知見した。   In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention compared various distribution performances and the like of conventionally used cryogenic fluid distribution means and studied various methods for improving the distribution performance with respect to the flow rate fluctuation of the cryogenic fluid. . As a result, on the assumption that a plate fin type heat exchanger core is provided, a dispersion plate or a sparge pipe is provided above the inlet side of the cryogenic fluid, and a stainless steel wool (hereinafter simply referred to as “ It was found that the distribution performance against the flow fluctuation of the low temperature fluid can be improved by arranging “stainless wool”.

本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）〜（３）に記載する低温流体の流動変動に対する分配性能に優れた蒸発器を要旨としている。   The present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is an evaporator having excellent distribution performance against flow fluctuations of a low-temperature fluid described in the following (1) to (3).

（１）仕切板を介して低温流体通路と高温流体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を設け、前記低温流体通路の上方から低温流体を流下させるとともに、前記高温流体通路には高温流体を導入させ、両流体を前記仕切板を介して熱交換させることにより、前記低温流体を蒸発気化する蒸発器において、
前記低温流体通路の入側上方に、低温流体を均一に分配して前記低温流体通路に導入する細孔を備えた分散板を設け、かつその分散板直下にステンレスウールを配することを特徴とする分配性能に優れた蒸発器である。（以下、「第一の蒸発器」と表記する）
（２）仕切板を介して低温流体通路と高温流体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を設け、前記低温流体通路の上方から低温流体を流下させるとともに、前記高温流体通路には高温流体を導入させ、両流体を前記仕切板を介して熱交換させることにより、前記低温流体を蒸発気化する蒸発器において、
前記低温流体の入側上方に低温流体を均一に分配させるスパージパイプを設け、かつそのスパージパイプ直下にステンレスウールを配することを特徴とする分配性能に優れた蒸発器である。（以下、「第二の蒸発器」と表記する）
（３）前記（１）および（２）に記載の蒸発器においては、前記低温流体と前記高温流体の流動方式は向流型であることが望ましい。 (1) A plate fin type heat exchanger core in which a plurality of low-temperature fluid passages and high-temperature fluid passages are alternately stacked adjacent to each other via a partition plate is provided, and the low-temperature fluid is caused to flow down from above the low-temperature fluid passage, In an evaporator for evaporating and evaporating the low-temperature fluid by introducing a high-temperature fluid into the high-temperature fluid passage and exchanging heat between the two fluids via the partition plate,
A dispersion plate having pores for uniformly distributing the cryogenic fluid and introducing the cryogenic fluid into the cryogenic fluid passage is provided above the entry side of the cryogenic fluid passage, and stainless wool is disposed immediately below the dispersion plate. It is an evaporator with excellent distribution performance. (Hereafter referred to as “first evaporator”)
(2) A plate fin type heat exchanger core in which a plurality of low-temperature fluid passages and high-temperature fluid passages are alternately stacked adjacent to each other via a partition plate is provided, and the low-temperature fluid is allowed to flow down from above the low-temperature fluid passage, In an evaporator for evaporating and evaporating the low-temperature fluid by introducing a high-temperature fluid into the high-temperature fluid passage and exchanging heat between the two fluids via the partition plate,
An evaporator having excellent distribution performance, characterized in that a sparge pipe for uniformly distributing a cryogenic fluid is provided above the inlet side of the cryogenic fluid, and stainless wool is disposed immediately below the sparge pipe. (Hereafter referred to as “second evaporator”)
(3) In the evaporator according to (1) and (2), it is preferable that a flow system of the low temperature fluid and the high temperature fluid is a counter flow type.

本発明の蒸発器によれば、多数積層したプレートフィンタイプの熱交換器コアを前提として、低温流体の入側上方に分散板またはスパージパイプを設けるとともに、分散板直下またはスパージパイプ直下に繊維構造のステンレスウールを配しているため、液状流体の流動変動に対して優れた分配性能を発揮することができる。   According to the evaporator of the present invention, on the premise of a multi-layered plate fin type heat exchanger core, a dispersion plate or a sparge pipe is provided above the inlet side of the low temperature fluid, and a fiber structure stainless steel is provided directly below the dispersion plate or directly below the sparge pipe. Since the wool is arranged, it is possible to exhibit an excellent distribution performance with respect to the flow fluctuation of the liquid fluid.

本発明の蒸発器は、例えば、熱交換器、燃料電池装置および水素製造装置等、各種液状流体を蒸発気化させるプロセスにおいて使用される。このため、小スペースで安定して優れた熱交換効率を発揮できるように、低温流体通路と高温流体通路との熱交換部に多数積層したプレートフィン型の熱交換器コアを採用している。   The evaporator of the present invention is used in a process for evaporating various liquid fluids such as a heat exchanger, a fuel cell device, and a hydrogen production device. For this reason, a plate fin type heat exchanger core is used in which a large number of layers are stacked in the heat exchange section between the low temperature fluid passage and the high temperature fluid passage so that excellent heat exchange efficiency can be exhibited stably in a small space.

本発明の「第一の蒸発器」では、後述する図４（ａ）に示すように、まず、熱交換器コアの低温流体の入側に分散板を設けることによって低温流体を分流する。さらに、前記低温流体は分散板直下にステンレスウールを配することによって均一に分配される。   In the “first evaporator” of the present invention, as shown in FIG. 4A described later, first, the low temperature fluid is divided by providing a dispersion plate on the low temperature fluid inlet side of the heat exchanger core. Furthermore, the cryogenic fluid is uniformly distributed by placing stainless wool directly under the dispersion plate.

分散板とステンレスウールを併用する構造を採用することによって、分散板の分流作用に加えて、ステンレスウールの分流作用が加わるため、分配性能が向上する。さらに、ステンレスウールを配する部位では低温流体に適度な圧力損失が与えられるため、低温流体の流動変動に対して優れた特性を示す。   By adopting a structure in which a dispersion plate and stainless wool are used together, in addition to the diversion action of the dispersion plate, the diversion action of stainless wool is added, so that the distribution performance is improved. Furthermore, since an appropriate pressure loss is given to the low temperature fluid at the portion where the stainless wool is disposed, the characteristics excellent against the flow fluctuation of the low temperature fluid are exhibited.

また、分散板直下にステンレスウールを配することにより、低温流体の分配性能を向上させるだけではなく、蒸発器の初期起動時における熱交換器コアに発生する熱衝撃を緩和するという効果も得られる。さらに、低温流体が均一に分配されることによって、蒸発器において発生する振動および異音が抑制され、機械寿命が長くなるとともに、作業環境が改善されるという効果も期待できる。   In addition, by disposing stainless wool directly under the dispersion plate, not only the distribution performance of the low-temperature fluid is improved, but also the effect of relaxing the thermal shock generated in the heat exchanger core at the initial startup of the evaporator can be obtained. . Furthermore, since the low-temperature fluid is uniformly distributed, vibrations and abnormal noises generated in the evaporator are suppressed, the mechanical life is extended, and the working environment is improved.

本発明で採用するステンレスウールは、繊維構造とすることが可能であり、耐熱性および耐食性に優れているステンレス系の材料であればよく、その材質を特に限定するものではないが、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等が望ましい。   The stainless steel wool used in the present invention may be a fiber structure and may be any stainless steel material having excellent heat resistance and corrosion resistance. The material is not particularly limited, but SUS304, SUS316. Etc. are desirable.

本発明の「第二の蒸発器」では、前記「第一の蒸発器」における分散板をスパージパイプに置き換えた構成を採用している。   The “second evaporator” of the present invention employs a configuration in which the dispersion plate in the “first evaporator” is replaced with a sparge pipe.

分散板をスパージパイプに置き換えることによっても、前述した「第一の蒸発器」と同様に低温流体の流動変動に対して優れた分配特性を示す。   By replacing the dispersion plate with a sparge pipe, an excellent distribution characteristic with respect to fluctuations in the flow of the low-temperature fluid is exhibited in the same manner as the “first evaporator” described above.

本発明の蒸発器においては、低温流体の入側に繊維構造のステンレスウールを配するだけでも流動変動に対する分配性能を向上させる効果があるが、分散板またはスパージパイプと併用することによってさらに優れた分配性能を有するため、上記分散板またはスパージパイプと併用することが望ましい。   In the evaporator of the present invention, even if a stainless steel wool having a fiber structure is arranged on the inlet side of the low-temperature fluid, there is an effect of improving the distribution performance with respect to flow fluctuations. In order to have performance, it is desirable to use together with the above dispersion plate or sparge pipe.

本発明の蒸発器における分配性能の向上手段は、低温流体を分配するための構成部品における低温流体の出側にステンレスウールを配するだけの簡易構造であるため、前記分散板およびスパージパイプだけでなく、低温流体を分配するための他の構成部品と組み合わせて使用することが可能である。   The means for improving the distribution performance in the evaporator of the present invention has a simple structure in which the stainless wool is disposed on the outlet side of the low-temperature fluid in the component for distributing the low-temperature fluid. It can be used in combination with other components for dispensing cryogenic fluid.

また、本発明の蒸発器における低温流体と高温流体の流動方式は特に限定するものではないが、熱交換効率に優れている向流型を用いることが望ましい。   Moreover, although the flow system of the low temperature fluid and the high temperature fluid in the evaporator of the present invention is not particularly limited, it is desirable to use a countercurrent type having excellent heat exchange efficiency.

さらに、本発明の蒸発器で採用しているプレートフィンタイプの熱交換器コアは、コルゲートフィンのタイプに液案内および液分配性能に優れたセレート型を用いてもよい。   Furthermore, the plate fin type heat exchanger core employed in the evaporator of the present invention may be a corrugated fin type that is a serrated type that has excellent liquid guiding and liquid distribution performance.

本発明の蒸発器の具体的構成を分散板とステンレスウールとを組み合わせた場合について、図面に基づいて説明する。   A specific configuration of the evaporator according to the present invention will be described based on a combination of a dispersion plate and stainless wool based on the drawings.

図４は、実施例で用いた蒸発器の構造を説明する図であり、同（ａ）は蒸発器の全体構成を示し、同（ｂ）はステンレスウールを低温流体通路の入側に配置した状態を、同（ｃ）は熱交換器コアにおける低温流体通路の構成と低温流体の流れ方向を、同（ｄ）は熱交換器コアにおける高温流体通路の構成と高温流体の流れ方向を示している。   FIG. 4 is a diagram for explaining the structure of the evaporator used in the example. FIG. 4 (a) shows the overall structure of the evaporator, and FIG. 4 (b) shows the arrangement of stainless wool on the inlet side of the cryogenic fluid passage. (C) shows the configuration of the low-temperature fluid passage and the flow direction of the low-temperature fluid in the heat exchanger core, and (d) shows the configuration of the high-temperature fluid passage and the flow direction of the high-temperature fluid in the heat exchanger core. Yes.

図４に示す蒸発器は、上下方向に低温流体通路が配置され、低温流体Ｌｉは熱交換コアの入側より供給され、上方から下方に流下し、過熱された低温流体Ｌｏとして熱交換器コアの出側から排出される。この低温流体が流下する方向に直交する左右方向に高温流体の入口および出口が配置され、高温流体Ｈｉは入側ディストリビュータを介して熱交換器コアの下方から導入され、低温流体と熱交換を行いながら熱交換器コア内を流通し、出側ディストリビュータを介して熱交換器出側から高温流体Ｈｏとして排出される。   The evaporator shown in FIG. 4 is provided with a low-temperature fluid passage in the vertical direction, the low-temperature fluid Li is supplied from the inlet side of the heat exchange core, flows down from above, and is heat-heated as a low-temperature fluid Lo that is overheated. It is discharged from the exit side. The inlet and outlet of the high-temperature fluid are arranged in the left-right direction orthogonal to the direction in which this low-temperature fluid flows, and the high-temperature fluid Hi is introduced from below the heat exchanger core via the inlet distributor to exchange heat with the low-temperature fluid. While flowing through the heat exchanger core, it is discharged as a high-temperature fluid Ho from the heat exchanger outlet side via the outlet distributor.

図４（ｃ）および（ｄ）に示すように、熱交換器内では低温流体と高温流体が対向して流通し、向流型を形成する。そして、蒸発器の中心部には、仕切板を介して低温流体通路と高温流体通路とが交互に隣接し積層配置されて、熱交換器コア４が構成される。   As shown in FIGS. 4C and 4D, the low-temperature fluid and the high-temperature fluid circulate in the heat exchanger to form a countercurrent type. In the central portion of the evaporator, the low-temperature fluid passages and the high-temperature fluid passages are alternately adjacent to each other via the partition plate, and the heat exchanger core 4 is configured.

熱交換器コア４の上方には液溜まり容器７が設けられ、低温流体Ｌｉは分散板５を介してヘッダー８に流入する。ヘッダー８に流入した低温流体Ｌｉは図４（ｂ）に示すようにヘッダー８内に配したステンレスウール９を介することによって適度な圧力損失が与えられ、さらに均一に分配されて低温流体通路を流通する。   A liquid reservoir 7 is provided above the heat exchanger core 4, and the low-temperature fluid Li flows into the header 8 through the dispersion plate 5. As shown in FIG. 4B, the cryogenic fluid Li flowing into the header 8 is given an appropriate pressure loss through the stainless wool 9 disposed in the header 8, and is further uniformly distributed to flow through the cryogenic fluid passage. To do.

低温流体通路に流通した前記低温流体Ｌｉは前記低温流体通路において高温流体Ｈｉと熱交換を行い、蒸発気化されてガス状の低温流体Ｌｏとなって蒸発器の系外に搬出される。   The low-temperature fluid Li that has circulated through the low-temperature fluid passage exchanges heat with the high-temperature fluid Hi in the low-temperature fluid passage, and is evaporated and vaporized to become a gaseous low-temperature fluid Lo and carried out of the evaporator system.

蒸発器の初期起動時において、低温流体Ｌｉが熱交換器コアに流入する際には、熱交換コアの入り口に低温流体Ｌｉと高温流体Ｈｏとの温度差に起因する熱衝撃が加わる。本発明における蒸発器では、熱交換器コアのヘッダーにステンレスウールを配していることから、熱衝撃はステンレスウールで吸収されることとなる。ステンレスウールは繊維構造であるため熱衝撃に対する緩衝材として機能し、熱交換器コアに加わる熱衝撃を緩和することができる。   When the low temperature fluid Li flows into the heat exchanger core at the time of initial startup of the evaporator, a thermal shock caused by a temperature difference between the low temperature fluid Li and the high temperature fluid Ho is applied to the entrance of the heat exchange core. In the evaporator according to the present invention, the stainless steel wool is arranged on the header of the heat exchanger core, so that the thermal shock is absorbed by the stainless steel wool. Since stainless wool has a fiber structure, it functions as a buffer against thermal shock and can mitigate thermal shock applied to the heat exchanger core.

また、ヘッダーと分散板および液溜まり容器と分散板はそれぞれ取り外し可能な構造であるため、分散板およびステンレスウールは容易に交換可能である。   In addition, since the header, the dispersion plate, the liquid reservoir and the dispersion plate are detachable structures, the dispersion plate and stainless wool can be easily replaced.

さらに、本実施例によって、低温流体の流動変動に対する分配性能を向上させること、および蒸発器において初期起動時に発生する熱衝撃を緩和することが確認できた。同時に、本発明の蒸発器によれば、部品交換等のメンテナンス性に優れるとともに製造コストを抑制できることも明らかになる。   Furthermore, according to the present example, it was confirmed that the distribution performance with respect to the flow fluctuation of the cryogenic fluid was improved and the thermal shock generated at the initial start-up in the evaporator was reduced. At the same time, according to the evaporator of the present invention, it becomes clear that it is excellent in maintainability such as parts replacement and the manufacturing cost can be suppressed.

本発明の蒸発器は低温流体を均一に分配するため、分散板またはスパージパイプ若しくはステンレスウールを併用する構造を採用しているため、低温流体の流動変動に対する分配性能に優れている。したがって、各種低温流体を蒸発させるプロセスにおいて使用される蒸発器に適用することができる。   Since the evaporator of the present invention adopts a structure using a dispersion plate, a sparge pipe or stainless wool in order to uniformly distribute the low temperature fluid, it has excellent distribution performance against fluctuations in the flow of the low temperature fluid. Therefore, it can be applied to an evaporator used in a process for evaporating various low-temperature fluids.

プレートフィン型の熱交換器コアの基本構成を説明する図であり、同（ａ）は向流型（カウンターフロータイプ）の構成を、同（ｂ）は直交流型（クロスフロータイプ）の構成を示す。It is a figure explaining the basic composition of a plate fin type heat exchanger core, the same (a) composition of a countercurrent type (counter flow type), and the (b) composition of a cross flow type (cross flow type). Indicates. 従来から用いられている分散板の平面構成を示す図である。It is a figure which shows the planar structure of the dispersion plate used conventionally. 従来から用いられているスパージパイプの部分構成を示す図である。It is a figure which shows the partial structure of the sparge pipe used conventionally. 実施例で用いた蒸発器の構造を説明する図であり、同（ａ）は蒸発器の全体構成を示し、同（ｂ）はステンレスウールを低温流体通路の入側に配置した状態を、同（ｃ）は熱交換器コアにおける低温流体通路の構成と低温流体の流れ方向を、同（ｄ）は熱交換器コアにおける高温流体通路の構成と高温流体の流れ方向を示している。It is a figure explaining the structure of the evaporator used in the Example, The same (a) shows the whole structure of an evaporator, The same (b) shows the state which has arrange | positioned the stainless wool in the entrance side of a cryogenic fluid channel | path. (C) shows the configuration of the low-temperature fluid passage in the heat exchanger core and the flow direction of the low-temperature fluid, and (d) shows the configuration of the high-temperature fluid passage in the heat exchanger core and the flow direction of the high-temperature fluid.

符号の説明Explanation of symbols

１：チューブプレート、２：フィン
３：スぺーサーバー、４：熱交換器コア
５：分散板、６：スパージパイプ
７：液溜まり容器、８： ヘッダー
９：ステンレスウール
４a：流体通路、５ａ：細孔
６ａ：細孔
1: Tube plate, 2: Fin 3: Spare server, 4: Heat exchanger core 5: Dispersion plate, 6: Sparge pipe 7: Liquid reservoir, 8: Header 9: Stainless steel wool
4a: fluid passage, 5a: pore 6a: pore

Claims (3)

仕切板を介して低温流体通路と高温流体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を設け、前記低温流体通路の上方から液状の低温流体を流下させるとともに、前記高温流体通路にはガス状の高温流体を導入させ、両流体を前記仕切板を介して熱交換させることにより、前記低温流体を蒸発気化する蒸発器において、
前記低温流体通路の入側上方に、低温流体を均一に分配して前記低温流体通路に導入する細孔を備えた分散板を設け、かつその分散板直下に繊維構造のステンレスウールを配することを特徴とする分配性能に優れた蒸発器。 A plate fin type heat exchanger core in which a plurality of low-temperature fluid passages and high-temperature fluid passages are alternately stacked adjacent to each other via a partition plate is provided, and a liquid low-temperature fluid is caused to flow down from above the low-temperature fluid passage, In the evaporator for evaporating and evaporating the low temperature fluid by introducing a gaseous high temperature fluid into the high temperature fluid passage and exchanging heat between the two fluids via the partition plate,
A dispersion plate having pores for uniformly distributing a cryogenic fluid and introducing the cryogenic fluid into the cryogenic fluid passage is provided above the entry side of the cryogenic fluid passage, and a fiber-structured stainless wool is disposed immediately below the dispersion plate. Evaporator with excellent distribution performance. 仕切板を介して低温流体通路と高温流体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を設け、前記低温流体通路の上方から液状の低温流体を流下させるとともに、前記高温流体通路にはガス状の高温流体を導入させ、両流体を前記仕切板を介して熱交換させることにより、前記低温流体を蒸発気化する蒸発器において、
前記低温流体の入側上方に、低温流体を均一に分配させるスパージパイプを設け、かつそのスパージパイプ直下に繊維構造のステンレスウールを配することを特徴とする分配性能に優れた蒸発器。 A plate fin type heat exchanger core in which a plurality of low-temperature fluid passages and high-temperature fluid passages are alternately stacked adjacent to each other via a partition plate is provided, and a liquid low-temperature fluid is caused to flow down from above the low-temperature fluid passage, In the evaporator for evaporating and evaporating the low temperature fluid by introducing a gaseous high temperature fluid into the high temperature fluid passage and exchanging heat between the two fluids via the partition plate,
An evaporator with excellent distribution performance, characterized in that a sparge pipe for uniformly distributing a low temperature fluid is provided above the inlet side of the low temperature fluid, and stainless wool having a fiber structure is arranged directly under the sparge pipe. 前記低温流体と前記高温流体の流動方式が向流型であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分配性能に優れた蒸発器。
The evaporator with excellent distribution performance according to claim 1 or 2, wherein a flow system of the low temperature fluid and the high temperature fluid is a counter flow type.
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