JP2009511849A - 熱交換器での気化及び／又は凝縮方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの流体を、少なくとも１つのチューブ（３）と少なくとも１つの折り曲げられた波形（１７）とのスタックから構成された熱交換器において気化及び／又は凝縮させる方法であって、波形及びチューブが、好ましくは、互いにろう付けされており、或る流体は少なくとも１つのチューブの内側を流れ、他の流体は波形（１７）の周りを流れる方法に関する。また、本発明は、複数の流体からなる混合物を極低温蒸留によって分離する装置であって、先の方法に従って動作する熱交換器を具備した装置にも関する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、或る流体を熱交換器において気化し、任意に凝縮させる方法と、複数の流体からなる混合物を極低温蒸留によって分離する装置であって、この方法に従って動作する少なくとも１つの熱交換器を含んだ装置とに関する。特には、空気ガスを極低温蒸留によって分離する装置において空気ガスを気化させ、任意に凝縮させる方法に関する。

空気ガス分離ユニットは、非常に長い間、蒸留塔のリボイラ／凝縮器の機能のために、特には、窒素が凝縮し、酸素が気化する二重塔のリボイラ／凝縮器のために、ろう付けされたアルミニウムプレート熱交換器を使用してきた。

これらリボイラ／凝縮器について、２つの動作原理が提案されている。
サーモサイフォン式：最も古い解決策であり、２つの変形がある。

１）気化器本体が、垂直に据えられ且つ完全に（又は部分的に）液体酸素浴中に浸漬され得る。この液体酸素は、気化器の底部の位置に入り、そのバブルポイントまで温められ、それにより部分的に気化される。再循環比（気化された流れに対する、出口の位置での余った液体の流れ）は非常に高く、場合によっては５乃至１００の範囲にある。本体の寸法は、おおよそ、幅が１２２０ｍｍ×スタック方向が１２００ｍｍ×長さが２０００ｍｍであり得る。欠点の１つは、交換器の底部の位置で前記液体の圧力を上昇させ、それによりその気化温度を上昇させる液体の静水頭のために、熱交換器内の最小温度差が低かろう（０．３〜０．４℃）と、みかけの差（リボイラ／凝縮器に入る窒素の温度と気化された酸素の温度との差）は高い（１．２〜１．６℃）ままであることにある。再循環比が低下するが、気化器を完全には浸漬させないことによって静水頭を下げることが考えられる。しかしながら、液体酸素を完全に気化させる（全体的に又は局所的に）と、或る重質成分（例えば炭化水素）が、気化させるべき液体の最後の一滴において溶解限度に達するので、ゼロ（又は低い）再循環で稼動させるのは危険である。これら重質成分は、気化器内に堆積し且つそこでの爆発とアルミニウムの燃焼とを引き起こすおそれがある。

２）気化器本体が、水平に据えられ且つ完全に（又は部分的に）液体酸素浴中に浸漬され得る。動作は、垂直に据え付けられた気化器のものと同じである。静水頭を下げることにより、酸素側の動作は改善される。しかしながら、窒素の通路の設計は明らかではない。交換器本体（立方体である）の長さが制限されて、垂直体用と同じ流れの面が使用されるか、又は、同じ本体長さ（２０００ｍｍ以上）のままであるが、そのためにクロスフローを用いて水平方向の窒素の流れを作る必要があり（そうでなければ、分配器が本体の高さ全体を占めるであろう）、それにより、性能を低下させるであろう非対称な加熱と、さらには、熱交換係数を局所的に低下させる液体窒素の排出における欠点（重力がそれをこの通路の底部に向けて押し出す）とをもたらすかの何れかである。

液膜式：より最近の解決策であり、特には、米国特許第４５５９０９７号に記載されている。

液体は、複数の垂直プレート上に分配される。その結果、静水圧が交換器に負の影響を与えることはなく、（１℃未満の）小さな温度差が達成されるであろう。しかしながら、交換器の出口の位置で余剰の液体を供給することが望ましい場合には、乾燥気化（la vaporisation a sec）及び重質成分の堆積を避けるためにポンプが必要である。言い換えると、リボイラ／凝縮器についてと同じ理由で、動作が非常に危険である。

欧州特許出願第１００８８２６号は、流下液膜式気化器を提案しており、ここでは熱交換器が、互いに平行な複数のプレートによって規定された通路を具備している。液体を気化する通路は、曲面のみを有する補助通路、例えば円筒形のチューブを含んでいる。

更に、設計の種類には、塔若しくは外板の内側にあるリボイラ／凝縮器か、又は、外側にある気化器の２つがあり、例えば米国特許第５３３３６８３号に記載されている。

本発明の１つの目的は、従来技術の欠点を軽減する熱交換器を使用する凝縮及び／又は気化方法、及び、より一般的には、自動車のラジエーターにおいて現在使用されている技術に由来した、ろう付けアルミニウムプレート交換器において行われる別の熱交換法を提供することにある。

この目的のために、本発明の或る主題は、少なくとも１つの流体を、少なくとも１つのチューブと少なくとも１つの波形フィンとのスタックから構成された熱交換器において気化及び／又は凝縮させる方法であって、フィン及びチューブは好ましくは互いにろう付けされており、熱交換器において、任意に凝縮させる第１流体は、少なくとも１つのチューブの内側を流れ、任意に気化させる第２流体は、フィンの周りを流れ、そこで、ａ）第１流体が凝縮し且つ第２の流体が気化するか又はｂ）第１流体が気化し且つ第２流体が凝縮する方法である。

本発明に従う方法は、以下の特徴の１つ以上を含んでいてもよい。
−フィンの波形（le pliage des ondes）は、チューブの軸に略平行である。
−チューブ及びフィンは、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる。
−チューブ及びフィンは、銅系合金からなる。
−チューブ及びフィンは、鉄系合金からなる。

−チューブは、横長及び／又は扁平である。
−交換領域の一部が、チューブの内側にある。
−チューブは、互いに平行な複数の流路を内側に有しており、これら流路は、２つの平行な平壁と、これら２つの平壁に接続されており且つこれら平行な複数の流路を規定する内壁とを具備している。

−チューブの内側にある交換領域は、折り曲げることによって、押出成形することによって、又は、好ましくはろう付けされた複数のインサート、例えば複数のフィンによって得られる。

−フィンは、多孔である、ストレートである、鋸歯状である及び／又はルーバー付である。

或いは、気化がチューブ内で起こることが考えられるであろうし、その場合には、本発明の主題は、少なくとも１つの流体を、少なくとも１つのチューブと少なくとも１つの波形フィンとのスタックから構成された熱交換器内において気化させ、任意に凝縮させる方法であって、フィン及びチューブは互いにろう付けされており、気化させる流体は少なくとも１つのチューブの内側を流れ、任意に気化させる他方の流体は複数のフィンによってつくり出された複数の流路を流れる方法であろう。

本発明は、より詳細には、上で説明されたように、空気に由来する少なくとも１つの液体を気化させ且つ、任意に、空気に由来する少なくとも１つの気体又は空気を凝縮させる方法を提供することをねらっている。

また、本発明のねらいは、上で説明されたように、メタン及び／又は一酸化炭素及び／又は水素を主成分として有する少なくとも１つの液体を気化させ且つ、任意に、メタン及び／又は一酸化炭素及び／又は水素を主成分として有する少なくとも１つの気体を凝縮させる方法を提供することでもある。

最後に、本発明の目的は、複数の流体からなる混合物を、少なくとも１つのチューブと少なくとも１つの波形フィンとのスタックから構成された熱交換器における熱交換法に従って動作する少なくとも１つの熱交換器を有した少なくとも１つの塔での極低温蒸留によって分離する装置であって、フィン及びチューブは好ましくは互いにろう付けされており、或る流体は、少なくとも１つのチューブの内側を流れ、他の流体は、フィンの周りを流れ、一方が加熱されると同時に他方が冷却される装置を提供することにある。

好ましくは、この装置の熱交換器の少なくとも１つは、以下の種類：
ｉ）蒸留塔の内側又は外側で凝縮する気体との熱交換により液体を気化させるリボイラ／凝縮器；又は
ｉｉ）サブクーラー；又は
iii）蒸留すべき混合物を精製するのに使用される精製ユニット用の再生ガスヒーター；又は
ｉｖ）デフレグメーター；又は
ｖ）極低温で蒸留すべき混合物を冷却するための通路を有した熱交換器；又は
ｖｉ）蒸留すべき混合物又は蒸留の製品を圧縮する圧縮機の段間部（un inter-etage）を冷却する熱交換器
のうちの１つである。

このような解決策には多くの利点がある。

１）交換器の製造は、自動車のラジエーターの製造に利用可能なインフラの利益を享受し、これら交換器の製造における費用及びリードタイムを極めて大きく削減することを可能にし得る。現在、ろう付けされたアルミニウムボディを設計し且つ製造するのに数ヶ月かかっている。自動車のラジエーターの技術を使用すると、一度標準寸法が規定されれば、それらの製造は数日しか要さないであろう。

２）この技術は、材料に関して、他の選択肢も許容するであろう。実のところ、アルミニウムは選択肢の１つとして残るが、銅／青銅製又はステンレススチール製の交換器を製造することが可能であろう。同時に、（例えば銅系合金を使用することによって）アルミニウムが発火するおそれを排除することにより、リボイラ及び流下液膜式凝縮器の使用がより安全となる。

３）ろう付けアルミニウムプレート交換器の従来の技術を使用すると、それらを蒸留塔の円形外板（la virole circulaire）内に据えることが望まれる場合、有効な断面（交換領域）は、塔の断面の約５０％しか占しめない。この「ラジエーター」技術を使用すれば、交換器本体と同じ高さにボックス及びヘッダーを置く必要はない。それらは、交換器の上方又は下方に都合よく置かれ得る。

４）大きな本体をろう付けせずに、銅系合金を使用することによって、フィンがつぶれるおそれ又はアルミニウムが発火するおそれはない。これは、この材料が、はるかに強く且つ燃焼の際にエネルギーを放出しないからであり、それ故に、気化側のフィンの厚さは有意に縮小され得る（５０μｍまで）。

しかしながら、たとえ、自動車ラジエーター技術が使用され得るとしても、リボイラ／凝縮器における使用にさらにより有利とするために、或る適合が必要である。

１）サーモサイフォン式の気化の場合におけるクロスフローの向流による置換：ヘッダーは、自動車のラジエーター内では垂直に据えられる。凝縮する流体のチューブ内における向きが、気化する流体のフィンが生じさせている流路内における向きに対して向流であるサーモサイフォン式のリボイラ／凝縮器では、チューブ内での凝縮のせいで、気体ヘッダーは頂部の位置に据えられ、液体ヘッダーは底部に据えられ、これにより、液体の重力流をより容易にする。

２）流下液膜式の気化の場合におけるクロスフローの並流による置換：この場合、凝縮する流体のチューブ内における向きは、気化する流体のフィンが生じさせている流路における向きと並流であり、気化させるべき液体を供給するデバイスは、フィンの頂部の位置に追加されねばならない。

３）ラジエーターでは、水は、しばしば、複数のフィン内における空気と引き換えに、チューブ内で冷却される。空気側の交換効率は水側よりもかなり低い（１０分の１以下）ので、空気側の交換領域を、複数のフィンによって拡大させる。気化／凝縮の場合、両側の交換効率は、同程度の大きさである。そのため、同様の交換領域を有することが有利であり、それにより、解決策は、チューブの内側に追加の表面，複数のインサート、フィン（ろう付けされたもの又はそうでないもの）、波、押出物など，を持たせることにある（米国特許第６２４１０１２号）。
４）このような構造体は、デフレグメーターとしても働き得る。

最終的に、自動車のラジエーター技術に由来する交換器を極低温蒸留によるガスの分離で使用することは、或る流体を凝縮する他の流体との熱交換によって気化させるリボイラ／凝縮器に制限されるものではなく、
−精製ユニット用の再生ガスヒーター；
−サブクーラー；
−特には、加圧した気体酸素を、銅系合金からなるチューブ内で、凝縮する空気に対して気化させる主交換器；及び
−圧縮機段間部を冷却する交換器（le echangeurs de refroidissement inter-etage des compresseurs）
のために使用されても良い。

本発明の特定の実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。

−図１は、本発明の第１タイプの熱交換器の正面図である。

−図２は、本発明に従う方法を実施する熱交換器の概略的な斜視図である。

−図３は、第１実施形態に従う図１に示された熱交換器の一部の、より大きな縮尺での、同じ方向に沿った斜視図である。

−図４は、第２実施形態に従う図２の熱交換器のチューブ部分の斜視図である。

−図５は、第３実施形態に従う或る熱交換器のチューブとフィンとのスタックの垂直面における断面図である。

−図６及び図７は、それぞれ、図１及び図２において示された第１タイプと類似した第２タイプの熱交換器を収容した、本発明に従う装置のリボイラ／凝縮器の上面及び正面概略図である。

図１は、自動推進車両の冷却回路において使用される熱交換器と同様の構造を有した熱交換器１を概略的に示している。

以下の説明における都合上、図１乃至５は、直交基準系Ｘ、Ｙ、Ｚに向きを合わせられ、そこで、
−Ｘ及びＺ軸は、図１の垂直面と、複数の主方向，これらに沿って交換器１が置かれる，とを規定しており、Ｘ軸は水平であると仮定され、Ｚ軸は垂直であると仮定され、
−Ｙ軸は横断水平軸である。

図１に示された交換器は、一方では、間隔を空けて置かれており且つ互いに平行な、Ｘ軸に沿って水平に延びた細長い複数のチューブ３のスタックと、他方では、連続した２つのチューブ３の間隙に据えられた波形で横長の複数のフィン（図１では見えない）とを本質的に具備している。

複数のチューブ３は、それらの端の一方の位置で分配カラム５に接続されており、それらの他端の位置で収集カラム７に接続されている。２つのカラム５、７は、複数のチューブ３の各々と流体連通した垂直な複数の管状パイプから形成されている。好ましくは、複数のチューブ３は、カラム５、７へとろう付けされており、前記カラムは、複数のチューブ３がそれらにはめこまれるのを可能にするように予め形づくられている。これら塔は、必ずしも円筒形であるというわけではない。各々は、複数のチューブがそれにはめこまれるのを可能とするように凹部が設けられた管状の板であっても良く、好ましくは、複数のチューブがこの板上にろう付けされ、典型的には半円筒形であるボックスが、例えばろう付け作業後の溶接によって、これに取り付けられる。

分配カラム５は、上部に、交換器１が第１流体を供給されるのを可能にする流体入口カプラ９を備えている。

収集カラム７は、それに対応するように、下部に、第１流体を交換器１から排出する出口カプラ１１を備えている。

カプラ９、１１は、図２では、概略的に示されている。

図２に示された交換器は、図１と同じように、一方では、間隙を空けて置かれており且つ互いに平行な細長い複数のチューブ３のスタックと、他方では、連続した２つのチューブ３間にある間隙に据えられた波形で横長の複数のフィン（図２では見えない）とを本質的に具備している。ここで、本発明の場合、複数の細長いチューブ３は、Ｚ軸に沿って垂直に延びており、図２における複数のフィン１７の波付け又は折曲げの方向は、複数のチューブ３の長軸に平行、すなわち、Ｙ軸に平行である。

複数のチューブ３は、それらの上端の位置で分配カラム５へと接続されており、それらの他端の位置で収集カラム７へと接続されている。２つのカラム５、７は、水平方向に配置され且つ複数のチューブ３の各々と流体連通している垂直な複数の管状パイプから形成されている。好ましくは、複数のチューブ３は、カラム５、７へとろう付けされており、前記複数のカラムは、複数のチューブ３がそれらにはめこまれるのを可能とするように予め形づくられている。これらカラムは、必ずしも円筒形であるというわけではない。各々は、複数のチューブがそれにはめこまれるのを可能とするように凹部が設けられた管状の板であっても良く、好ましくは、複数のチューブがこの板上にろう付けされ、典型的には半円筒形であるボックスが、例えばろう付け作業後の溶接によって、これに取り付けられる。

分配カラム７は、気体の形態にある第１流体を第１交換器に供給するのを可能にする入口カプラ１１を左側に備えている。カプラは、この分配カラムの軸及び複数のチューブの軸に対して垂直に延びている。しかしながら、このカプラは、他の方向、例えばＺ軸又は場合によってはＹ軸に沿って延びていてもよい。

収集カラム５は、それに対応するように、下部に、第１流体を交換器１から排出する出口カプラ９を備えている。このカプラは、分配塔の軸及び複数のチューブの軸に対して垂直に延びている。しかしながら、このカプラは、他の方向、例えばＺ軸又は場合によってはＹ軸に沿って延び得る。

カプラ９、１１は、図２では、概略的に示されている。

サーモサイフォン式の気化の場合、気化させる流体（第２流体）は、複数のフィン１７上を仰角方向に流れ（すなわち、気化させる流体は、複数の波によってつくり出された流路内に流され）、より高温にある流体（第１流体）は、複数のチューブ３の内側に俯角方向に沿って流される。

流下液膜式の気化の場合、任意に凝縮させる流体は、複数のフィン上を俯角方向に流れ（すなわち、任意に凝縮させる流体は、複数の波によってつくり出された流路内に流され）、気化させるより低温の流体は、複数のチューブ３の内側に俯角方向に沿って流される。

図３は、連続した２つのチューブ３と、これら２つのチューブの間に提供された波形フィン１７とから構成された、図１の交換器１の部品の一部分を示している。

この図からわかるであろうが、これらチューブ３は、Ｘ軸に沿って横方向に細長い形状をした流れ断面（une section courante）をＸＹ垂直面内に有しており、それらの各々は、殆ど平坦であり且つ平行な２つの対向面を有している。言い換えると、これらチューブ３は、扁平形状の横長断面を横軸Ｘ上に有している。

フィン１７は、これらチューブ３の長軸に対して垂直な波付け又は折曲げ方向Ｙに沿って波形をつけられている。フィン１７は、好ましくはろう付けにより、それの複数の尖端１９の位置で、これらチューブ３に固定されている。このろう付け作業は、カラム５、７へのこれらチューブ３のろう付けと同時に行われても良い。

フィン１７は、どのような適切なタイプ、例えば、プレート型熱交換器において一般に使用される以下のタイプ、すなわち、多孔フィン、ストレートフィン、鋸歯状（部分的にオフセットした）フィン、ヘリンボーン状（ジグザグ形）フィン及びルーバー付きフィンの１つであってもよい。

フィン１７は、ＹＺ平面における断面において、正弦曲線、矩形若しくは三角形状を有していても良いし、又は、他の適切なタイプの幾何パターンを有していても良い。

複数のフィン１７によって形成される流路の水力直径は、典型的には、１００μｍ乃至１０ｍｍである。

これらフィンは、中実のシートメタル、多孔シートメタル、焼結金属又は他の金属構造体（発泡体など）からなっていても良い。

チューブ３及びフィン１７は、純又はアルミニウム合金からなっていても良い。
変形として、チューブ３及びフィン１７は、銅系合金からなっていても良い。
他の変形として、チューブ３及びフィン１７は、鉄系合金からなっていても良い。

図２における交換器１は、Ｘ軸に沿ってではなく、Ｚ軸に沿って向きが合わせられた複数のフィン１７を有している。

図４において示された例では、各々のチューブによって境界づけられた内部空間が、長軸方向に沿って２つに分けられている。こうするために、チューブ１０３は、それの上面が長軸方向の中心線に沿って切断されており、この線によって分けられた２つのエッジ２１、２２が、チューブの内側に向けて下向きに曲げられ、下壁に溶接されている。このように下向きに曲げられたこれらストリップは、互いに隣接しており、このようにして規定される２つの縦長の区画１０３Ａ、１０３Ｂを分離する二重壁を形成している。これら区画は、流路と呼ばれる。

エッジ２１、２２は、例えば、レーザー溶接によって下壁に溶接されても良い。

このタイプの複数のチューブからつくられた熱交換器は、流路１０３Ａ、１０３Ｂ内を流れる流体の圧力に、より良好に耐えることができる。これは、これらがチューブ３よりも小さいからである。このような設計は、２より多くの流路をつくり出すのに使用されても良い。

なお、このタイプの複数のチューブからつくられた熱交換器は、３つの互いに異なる流体で動作することができ、１つはフィン上を流れ、もう１つは流路１０３Ａ内を流れ、第３は他の流路１０３Ｂ内を流れる。

このように、２つの流路１０３Ａ、１０３Ｂ内に２つの異なる流体を流すことができ、それら流体間では熱交換が起こり、それゆえ、エッジ２１、２２を折り曲げることによって得られる交換領域の一部は、チューブ１０３の内側にある。

図５は、本発明に従う方法を実行するのに適した複数のチューブと及び複数のフィンとのスタックの他の例を例示している。

このスタックにおいて、複数のチューブ２０３は、この場合でも、平坦であり且つ平行な対向面を有している、横方向に細長い断面を持つチューブである。しかしながら、それらの内部空間は、ここでは垂直である平行な複数の平面壁２３によって仕切られた互いに平行な縦方向の複数の流路２０３Ａへと分割されている。これら流路の水力直径は、典型的には１００μｍ乃至１０ｍｍである。

複数の壁２３は、例えば押出成形により、チューブ２０３の外壁とともに単一の実在物として形成され得るし、又は、そうでなければ、インサート、好ましくはろう付けされたインサートから構成され得る。これらインサートは、フィン１７に非常に類似していても良い。

示された例では、複数のチューブの各層は、同一平面にあって、隣り合う平行な２つのチューブから構成されている。

このように、交換領域の一部は、チューブ２０３の内側にある。

任意に、壁２０４が、複数のチューブ２３及び複数のフィン１７を囲み、交換器をその周りから封ずる。この壁は、複数のチューブ２０３へとろう付けされていても良いし、又は、単に、複数のチューブ２０３の周囲を囲んでいるだけでも良い。

図５に示された実施形態では、図３で示された実施形態とは異なり、フィン１７の上を流れる気化させる流体が、複数のチューブ２０３内を流れる凝縮させる流体と平行に流れる。好ましくは、一方で凝縮させる流体と、他方で気化させる流体とが、反対方向に流れる。

図６及び図７は、全体として円筒形状の外板３１の内側に、図１及び図２に示されたものと類似した一連の同じ種類の複数の交換器３０１ａ〜３０１ｎを具備した、本発明に従う装置の一部を概略的に示している。

これらの図において、示された直交基準系Ｘ₀、Ｙ₀、Ｚ₀は、以下のように規定されている。

−Ｚ₀軸は、上向きの垂直軸である。

−Ｘ₀軸は、Ｚ₀軸と共に、交換器３０１が置かれている主平面を規定する水平軸である。

−Ｙ₀軸は、Ｘ₀と直交する水平軸である。

複数の交換器３０１ａ〜３０１ｎは、図６からわかるであろうが、全て、互いに平行であり、円筒形外板３１の直径面に対して位置決めされている。各々の交換器３０１ａ〜ｎの長さは、外板３１のＹ₀軸上の垂直断面のＸ₀軸に沿った長さに合わせられている。従って、複数の交換器３０１ａ〜３０１ｎのＸ₀軸に沿った長さは、円筒形外板３１の中心軸Ｚ₀に向かうにつれて大きくなっている。

図１に示された交換器１の方位とは異なり、複数の交換器３０１ａ〜ｎの方位は、複数の分配カラム３０５ａ〜ｎが外板３１の上側から水平に延び、それに対し、複数の収集カラム３０７ａ−ｎが外板３１の下部から同じく水平に延びるようになっている。従って、複数のチューブ３０３のスタックは、複数のカラム３０５ａ〜ｎ及び３０７ａ〜ｎの間で、垂直軸Ｚに沿って延びている。

複数の分配カラム３０５ａ〜ｎの上方には、複数の交換器３０１ａ〜ｎからなる群に気体を供給するように設計された気体ヘッダー４１が据えられている。

示された装置は、複数の収集カラム３０７ａ〜ｎの下方に据えられ且つ複数の交換器３０１ａ〜ｎからの液相を収集するように設計された液体ヘッダー４３も含んでいる。

複数のフィンは、複数のカラム３０７ａ〜ｎ及び３０５ａ〜ｎの手前に留まっており、流体の出入りを可能としている。図５に示された外壁（２０４）は、フィンと実質的に同じレベルに留まっており、同じく、流体の出入りを可能としている。

上で説明した気化／凝縮方法及び図６及び図７を参照して説明した装置は、空気に由来する少なくとも１つの液体又は液化した空気である液体の気化と、空気に由来する少なくとも１つの気体の凝縮とに適用され、この気体は、場合によっては空気自身でもある。

この方法及びこの装置は、メタン及び／又は一酸化炭素及び／又は水素を主成分として有した少なくとも１つの液体の気化と、メタン及び／又は一酸化炭素及び／又は水素を主成分として有した少なくとも１つの気体の凝縮とにも適用される。

このような方法は、極低温蒸留によって動作し、上で説明されたような１つ以上の熱交換器を有した少なくとも１つの塔において複数の流体からなる混合物を分離する多くの種類の装置に適用されても良い。

この装置は、特には、
−蒸留塔の内側又は外側で凝縮する気体との熱交換により液体を気化させるリボイラ／凝縮器；又は
−サブクーラー；又は
−蒸留すべき混合物を精製するのに使用される精製ユニット用の再生ガスヒーター；又は
−デフレグメーター；又は
−極低温で蒸留すべき混合物を冷却するための通路を有した熱交換器；又は
−蒸留すべき混合物又は蒸留の製品を圧縮する圧縮機の段間部を冷却する熱交換器
であっても良い。

本発明の第１タイプの熱交換器の正面図。 本発明に従う方法を実施する熱交換器の概略的な斜視図。 第１実施形態に従う図１に示された熱交換器の一部の、より大きな縮尺での、同じ方向に沿った斜視図。 第２実施形態に従う図２の熱交換器のチューブ部分の斜視図。 第３実施形態に従う熱交換器のチューブとフィンとのスタックの垂直面における断面図。 図１及び図２において示された第１タイプと類似した第２タイプの熱交換器を収容した、本発明に従う装置のリボイラ／凝縮器の上面概略図。 図１及び図２において示された第１タイプと類似した第２タイプの熱交換器を収容した、本発明に従う装置のリボイラ／凝縮器の正面概略図。

Claims (17)

1. 少なくとも１つの流体を、少なくとも１つのチューブ（３；１０３；２０３；３０３）と少なくとも１つの波形フィン（１７）とのスタックから構成された熱交換器（１；３０１）において気化及び／又は凝縮させる方法であって、前記フィン及び前記チューブは好ましくは互いにろう付けされており、熱交換器において、任意に凝縮させる第１流体は、少なくとも１つのチューブの内側を流れ、任意に気化させる第２流体は、フィン（１７）の周りを流れ、そこで、ａ）第１流体が凝縮し且つ第２の流体が気化するか又はｂ）第１流体が気化し且つ第２流体が凝縮する方法。
2. 請求項１記載の方法であって、前記フィン（１７）の波形は、前記チューブ（３；１０３）の軸（図２の場合Ｘ又はＺ；Ｚ₀）に略平行である方法。
3. 請求項１又は２記載の方法であって、前記チューブ（３；１０３；２０３；３０３）及び前記フィン（１７）は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする方法。
4. 請求項１又は２記載の方法であって、前記チューブ（３；１０３；２０３；３０３）及び前記フィン（１７）は、銅系合金からなることを特徴とする方法。
5. 請求項１又は２記載の方法であって、前記チューブ（３；１０３；２０３；３０３）及び前記フィン（１７）は、鉄系合金からなることを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５の何れか１項記載の方法であって、前記チューブ（３；１０３；２０３；３０３）は、横長及び／又は扁平であることを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至６の何れか１項記載の方法であって、交換領域の一部（２３）が、前記チューブ（１０３；２０３）の内側にあることを特徴とする方法。
8. 請求項１乃至７の何れか１項記載の方法であって、前記チューブ（１０３；２０３）の内側にある交換領域は、折り曲げることによって、押出成形することによって、又は、好ましくはろう付けされた複数のインサートによって得られることを特徴とする方法。
9. 請求項１乃至８の何れか１項記載の方法であって、前記フィン（１７）は、多孔である、ストレートである、鋸歯状（部分的にオフセットした）である、ヘリンボーン状（ジグザグ）である及び／又はルーバー付きであることを特徴とする方法。
10. 請求項１乃至９の何れか１項記載の方法であって、前記第１流体は、少なくとも１つのチューブの内側を、俯角方向に沿って流れる方法。
11. 請求項１０記載の方法であって、前記第１流体は、前記少なくとも１つのチューブ内で気化する流体であり、任意に凝縮させる前記第２流体は、前記フィン（１７）の周りを俯角方向に流れる方法。
12. 請求項１０記載の方法であって、気化させるべき流体（第２流体）は、前記フィン（１７）の周りを仰角方向に流れる方法。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項記載の方法であって、空気に由来する少なくとも１つの液体を気化させ且つ、任意に、空気に由来する少なくとも１つの気体又は空気を凝縮させる方法。
14. 請求項１乃至１２の何れか１項記載の方法であって、メタン及び／又は一酸化炭素及び／又は水素を主成分として有した少なくとも１つの液体を気化させ且つ、任意に、メタン及び／又は一酸化炭素及び／又は水素を主成分として有した少なくとも１つの気体を凝縮させる方法。
15. 複数の流体からなる混合物を、請求項１乃至１４の何れか１項記載の方法に従って動作する少なくとも１つの熱交換器を有した少なくとも１つの塔での極低温蒸留によって分離する装置。
16. 請求項１５記載の装置であって、請求項１乃至１４の何れか１項記載の方法に従って動作する少なくとも１つの前記熱交換器が、
    −蒸留塔の内側又は外側で凝縮するガスとの熱交換により液体を気化させるリボイラ／凝縮器；又は
    −サブクーラー；又は
    −蒸留すべき前記混合物を精製するのに使用される精製ユニット用の再生ガスヒーター；又は
    −デフレグメーター；又は
    −極低温で蒸留すべき前記混合物を冷却するための通路を有した熱交換器；又は
    −蒸留すべき前記混合物又は前記蒸留の製品を圧縮する圧縮機の段間部を冷却する熱交換器
    である装置。
17. 請求項１６記載の装置であって、前記蒸留塔の内側に位置したリボイラ／凝縮器は、請求項１乃至１４に記載したように動作する幾つかの交換器から構成されており、前記複数の交換器は、互いに異なる幅であり、前記塔の断面全体を塞いだ装置。

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