JPH037879A - 蒸発器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、第一流体通路の液媒と第二流体通路の流体と
で熱交換を行い、第一流体通路の液媒を蒸発させる凝縮
蒸発器に関する。

〔従来の技術〕

空気液化分離装置の複精留塔の上部塔等に用いられる従
来の凝縮蒸発器は、例えば特開昭５６−５６５９２号公
報に記載されているように、垂直方向を多数の平行な仕
切板により仕切り、第一流体通路（酸素室）と第二流体
通路（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。

このようなプレートフィン式凝縮蒸発器の酸素室は、内
部に垂直方向に伝熱板を配設して上下方向の蒸発流路を
多数形成するとともに、該蒸発流路の上下両端部を開口
させて下端部を液化酸素の導入口とし、上端部を酸素ガ
スと液化酸素の混合流の導出口としている。この酸素室
は、凝縮蒸発器全体が上部塔の底部空間に溜まる液媒（
液化酸素）中に浸漬されることにより、液化酸素で満た
されており、酸素室内の液化酸素は、隣接する窒素室に
下部塔から導入される窒素ガスと熱交換を行い、その一
部が蒸発して酸素ガスの気泡となり、蒸発流路を上昇す
る。液化酸素は、この酸素ガスの上昇力及び気液混合に
よる密度差により酸素室内を上昇し、凝縮蒸発器の内外
に循環流を形成している。

一方、窒素室は、四周が密閉された室内に、酸素室と同
様に垂直方向の伝熱板を配設して上下方向の凝縮流路を
多数形成しており、該凝縮流路の上下に設けられたヘッ
ダーを介して下部塔に接続されている。そして、上部の
ヘッダーから下部塔上部の窒素ガスを前記凝縮流路に下
向流として導入し、該凝縮流路で前記液化酸素と熱交換
を行って凝縮した液化窒素を下部のヘラ、ダーから導出
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の凝縮蒸発器は、その全
体を上部塔底部空間の液化酸素内に浸漬して使用するた
めに、該空間に多量の液化酸素を貯液保有させなければ
、凝縮蒸発器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かかったり、停止時に放出
する液化酸素量が多くなり、動力費の損失となっていた
。さらに大量の液化酸素を保有することで、万一の場合
に備えるための保安上の問題も大きい。

また、凝縮蒸発器全体を液化酸素中に浸漬して用いてい
るので、液化酸素の液深により凝縮蒸発器の下部の液化
酸素の圧力が上昇し、沸点上昇を生じるため、酸素室の
下部から蒸発流路に流入する液化酸素が適冷状態となる
。そのため、酸素室の下部では蒸発流路を上昇する液化
酸素を沸騰開始温度まで伝熱効率の低い対流伝熱により
加温しなければならず、該流路の伝熱効率を低下させる
とともに、窒素ガスの圧力、即ち下部塔の運転圧力を上
昇させなければならず、原料空気の圧縮に要する動力を
増加させていた。

さらに凝縮側の窒素室は、垂直方向の凝縮流路を窒素ガ
スが凝縮しながら流下するため、該流路の下部では液化
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
。

特に、大型の空気液化分離装置に用いる凝縮蒸発器では
、設置場所の関係から幅方向に制約を受けて高さ方向の
寸法を大きくせざるを得ないため、前述の液化酸素の液
深による影響や、凝縮した液化窒素の液膜の影響等が大
きくなり熱交換効率が低下するとともに、凝縮蒸発器を
浸漬させるための液化酸素の必要量が大量となり、起動
時間の問題や保安上の問題も大きくなる。

そこで本発明は、上記酸素室（第一流体通路）側の液化
酸素（液媒）の必要量を低減するとともに、液化酸素の
液深による影響を低減させて温度差を低減し、さらに窒
素室（第二流体通路）側の凝縮液による伝熱性能の低下
を低減させることのできる凝縮蒸発器を提供することを
目的としている。

〔問題点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の
第１の構成は、第一流体通路の液媒と第二流体通路の流
体とで熱交換を行う凝縮蒸発器において、複数の第一流
体通路と第二流体通路とを水平面に対して傾斜させて上
下方向に主として交互に積層し、前記第一流体通路には
、その勾配の下端側に前記液媒を第一流体通路に導入す
る液媒導入手段を設けるとともに上端側を導出部とし、
前記第二流体通路には、その勾配の上端側に前記流体を
第二流体通路に導入する流体導入手段を設けるとともに
下端側を導出部としたことを特徴としている。また本発
明の第２の構成は、前記第一流体通路と第二流体通路は
、水平面に対して傾斜させて配設した仕切板により仕切
られるとともに、該仕切板間に波形伝熱フィンが配設さ
れていることを特徴としている。

第３の構成は、前記液媒導入手段は、前記第一流体通路
の下端又は上端に連通し、かつ上部が開放した複数の液
溜又は液受を上下多段に設けるとともに、該液溜又は液
受に液媒を供給する液媒供給手段を設けたものであるこ
とを特徴とし、第４の構成は、該第３の構成における液
媒供給手段が、前記上下多段に配設された液溜又は液受
に沿って液供給管を配設し、該液供給管と各液溜又は液
受とを該液溜又は液受の側壁に設けた液媒供給孔で連通
させたことを特徴とし、さらに第５の構成は、該第３の
構成における第一流体通路の上端側に、該第一流体通路
の端部から流出する液媒を受ける上部が開放した複数の
液受を上下多段に設けるとともに、該液受に流出した液
媒を前記液溜に戻す液戻し流路を設けたことを特徴とし
ており、第６の構成は、該第５の構成における前記液戻
し流路が、管または樋、もしくは前記第一流体通路間に
、前記第二流体通路と隣接しないように設けられた流路
のいずれかにより形成されていることを特徴としている
。

また第７の構成は、前記第３の構成における凝縮蒸発器
を複数基配設するとともに、各凝縮蒸発器の第一流体通
路の上端側に、該第一流体通路の端部から流出する液媒
を受ける複数の液受を上下多段に設け、該液受に流出し
た液媒を、他の凝縮蒸発器の液溜に供給する液供給流路
を設けたことを特徴とし、第８の構成は、該第７の構成
における前記液供給流路が、管または樋のいずれかによ
り形成されていることを特徴としている。

〔作　用〕

上記第１の構成のごとく、両流体通路を傾斜させ、蒸発
させる液媒を下端側の液媒導入手段から、また凝縮させ
る流体を上端側の流体導入手段から導入することにより
、凝縮蒸発器を液媒中に浸漬せずに運転することができ
、液媒の必要量を大幅に低減するとともに、液深による
影響を低減することができ、流体間の温度差を極限まで
詰めた凝縮蒸発器の製作が可能となる。また第２の構成
のごとく、両速路を仕切板により仕切るとともに、該仕
切板間に波形伝熱フィンを配設することにより、本発明
の凝縮蒸発器を容易に製作することができる。

さらに第３の構成のごとく、上下多段の液溜又は液受と
液媒供給手段とで前記液媒導入手段を形成することによ
り、上部を開放した各液溜又は液受部分で圧力を開放で
きるので、液媒の液深を凝縮蒸発器の高さに関係なく各
液溜又は液受の深さとすることができる。この液媒供給
手段は、第４の構成のごとく、液溜又は液受に沿って液
供給管を配設し、両者を液媒供給孔で連通させることに
より容易に形成でき、液媒供給孔の径を調整することで
、各液溜又は液受への液媒の供給量を調整することがで
きる。

また、第５の構成のごとく、第一流体通路の導入側に液
溜を有する凝縮蒸発器の第一流体通路の導出側に液受を
設けるとともに、液戻し流路を設けることにより、第一
流体通路に導入する液媒を循環させることができる。こ
の液戻し流路は、第６の構成に示すごとく、管または樋
、もしくは前記第一流体通路間に設けられた流路により
容易に形成することができる。

次に、第７の構成によれば、上記液溜と液受とを有する
複数の凝縮蒸発器間で液供給流路を介して液媒を授受さ
せて循環させることができる。この液供給流路は、第８
の構成に示すごとく、管または樋により容易に形成する
ことができる。

上記第５乃至第８の構成により、凝縮蒸発器下方に流下
する液媒量を低減できるので、例えば液化酸素ポンプ又
はサーモサイフオンリボイラーにより循環する液化酸素
量が少量で良くなり、再循環設備費及び液化酸素ポンプ
の動力費を削減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を、蒸発する液媒を酸素、凝縮する流体を
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、液の流れ方向を実線矢印、ガスの流れ方向を
破線矢印で示す。

まず、第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すもの
で、前述の液溜、液受及び液戻し流路を備えた凝縮蒸発
器を示すものである。

この凝縮蒸発器１は、多数の第一流体通路（酸素室）１
０，１０、・・・と、第二流体通路（窒素室）２０．２
０．・・・とを、水平面に対して所定の傾斜を設けて上
下方向に主として交互に積層して形成したもので、酸素
室１０の勾配の下端側１１には、液化酸素ＬＯを酸素室
１０内に導入する液媒導入手段である液溜３０．３０．
・・・が上下多段に設けられ、勾配の上端側１２の導出
部には、酸素室１０の端部から流出する未蒸発の液化酸
素ＬＯを受ける液受３１．３１．・・・が、液溜３ｏと
同様に上下多段に設けられている。また、窒素室２ｏの
勾配の上端側２１には、窒素ガスＧＮを窒素室２゜内に
導入する流体導入手段である入口ヘッダ−４０が設けら
れ、勾配の下端側２２には、窒素室２０内で凝縮した液
化窒素ＬＮを導出する出口ヘッダ−４１が設けられてい
る。

上記酸素室１０と窒素室２０とは、第４図に示すように
、多数の仕切板２，２．・・・を所定の角度で傾斜させ
て平行に積層して形成されるもので、該仕切板間２，２
．・・・にはサイドパー３．３．・・・と波形伝熱フィ
ン４，４．・・・が配置されて所定の通路が形成されて
いる。上記酸素室１ｏは、該酸素室１０の傾斜方向に向
けて波形伝熱フィン４の折目線を配置するとともに、該
波形伝熱フィン４の両側にサイドパー３．３を配置して
両側を閉塞し、傾斜方向両端を開放させた蒸発通路１３
を形成している。

また上記窒素室２０は、その四周にそれぞれサイドパー
３，３を設けて窒素室２０内と凝縮蒸発器１の外部雰囲
気とを遮断しており、傾斜方向の一側に配置したサイド
パー３の傾斜方向両端を側方に開口させて前記入口ヘッ
ダ−４０と出口ヘッダ−４１にそれぞれ連通するガス導
入口２３と液溝出口２４を形成している。この窒素室２
０の内部には、その勾配の中央部に位置して上記酸素室
１０と同方向に波形伝熱フィン４を配置した凝縮通路部
２５と、波形伝熱フィン４を斜めに配置して上記ガス導
入口２３から導入される窒素ガスＧＮを凝縮通路部２５
に均等に分配するガ°ス分配部２６と、同様に波形伝熱
フィン４を斜めに配置して凝縮通路部２５で凝縮した液
化窒素ＬＮを集合して上記液溝出口２４に導出する液集
合部２７とが形成されている。

この凝縮蒸発器１の製作は、上記仕切板２．サイドパー
３．波形伝熱フィン４等としてアルミニウムを用いれば
、従来のアルミニウム製プレートフィン式凝縮蒸発器と
同様のブレージング製造技術により容易に行うことがで
きる。

上記酸素室１０の傾斜角度は、前記蒸発通路１３の長さ
や接続する液溜３０の深さ等により適宜に選定されるも
ので、該酸素室１ｏを略水平に設けることも可能である
が、液化酸素ＬＯの流れ方向に対して昇り勾配に設けた
方が蒸発生成した酸素ガスＧｏの気泡がその浮上刃で酸
素室ｌｏ内から流出し易いとともに、液化酸素ＬＯの流
動を促進して熱伝達率を高めることができる。逆に酸素
室１０の傾斜を必要以上に大きくすると蒸発通路１３が
長くなり、必然的に液深が増大するため好ましくない。

また、上端部に液化酸素が存在しなくなりドライアウト
を生じないように傾斜角度を設定する。即ち、上記実施
例のように、酸素室１０を適度な昇り勾配に形成するこ
とにより、蒸発した酸素ガスＧＯの気泡がその浮上刃で
液化酸素ＬＯの流動を促進して酸素室１０の勾配の上端
側１２から流出させるため、液化酸素ＬＯの蒸発が効果
的に行われ、蒸発した酸素ガスＧｏの滞留も生じないの
で凝縮蒸発器１の熱交換効率を向上させることができる
。さらに上記酸素室１０の傾斜角度は、該酸素室１０に
平行に置かれる窒素室２０における凝縮した液化窒素Ｌ
Ｏの流れに支障の無い範囲で設定することが必要であり
、窒素室２０において前記凝縮通路部２５で凝縮した液
化窒素ＬＯを可及的速やかに流下させて通路内に滞留さ
せることのない勾配とすべきである。

然して、この窒素通路（凝縮通路部２５）は、従来の垂
直な通路と比較して流路長を短く、かつ窒素通路の全通
路断面積を大幅に増加させることができるので、凝縮液
の膜厚を低減でき、凝縮液（液化窒素ＬＮ）の通路内の
滞溜量を低減できるので、凝縮液による伝熱性能の低下
を防止できる。

また、酸素室１０の上下間隔は、酸素ガスＧＯが液化酸
素ＬＯを同伴するのに適した幅に設定すべきであり、こ
の幅が大き過ぎると酸素ガスＧ。

の浮上刃で液化酸素ＬＯを同伴させることが困難になる
。狭い流路を形成するために波形伝熱フィンを用いてい
るが、波形伝熱フィンのみに限定されるものではない。

また、酸素室１０を形成する流路は、該流路内に不本意
にアセチレン等の炭化水素類の濃縮を生じた時、これが
壁面に析出耐着しないように、液化酸素ＬＯの流れによ
って析出物を洗い流すために蒸発量よりはるかに過剰量
の液化酸素ＬＯの循環流を形成させるのが良い。このた
めに流路を狭く形成し、液化酸素循環流を促進させるこ
とが望ましい。

即ち、酸素室１０及び窒素室２０の傾斜角度や通路形状
及び長さ等は、各室における気液の流量や温度差等の各
種の条件により最適な状態に設定されるものである。

次に、前記液溜３０は、−側の開口が上下数段の酸素室
１０の勾配の下端側１１に連通し、各液溜３０に供給さ
れる液化酸素ＬＯを各酸素室１０内に供給するもので、
上部を開口させて外部雰囲気に圧力を開放し、各液溜３
０内の液深を小さくして液化酸素ＬＯの液圧の影響を低
減している。

上記液溜３０の一側には、各液溜３０に液化酸素ＬＯを
供給する液供給管３２が設けられている。

この液供給管３２は、液溜３０側の側壁３３を各液溜３
０の側壁と兼ねるように形成されており、各液溜３０と
液供給管３２は、該側壁３３に穿設された液供給孔３４
により連通しており、液供給管３２を流下する液化酸素
ＬＯは、この液供給孔３４から液溜３０内に供給される
。この液供給孔３４は、液溜３０の上下の配置位置によ
り所定の径で形成されており、各液溜３０に所定量の液
化酸素ＬＯを１共給できるように形成されている。

また、液化酸素ＬＯ中には、不純物である炭化水素類が
含有されており、液化酸素ＬＯの蒸発によって次第に濃
縮されてくるので、一定量を常に排液して未凝縮の液化
酸素ＬＯを入替え、酸素室１０内を循環している液化酸
素ＬＯ中の炭化水素濃度を一定値以下に調整する必要が
ある。そのため、一定量の液化酸素ＬＯの排液を行うと
ともに、各液溜３０内の液化酸素ＬＯの量を均等にする
ために、各液溜３０の側壁上縁には、堰３５が切欠形成
されている。即ち、前記液供給管３２から蒸発量より僅
かに過剰の液化酸素ＬＯを各液溜３０に供給し、過剰の
液化酸素ＬＯを該堰３５からオーバーフローさせること
により、各液溜３０内の液化酸素量を略一定に保つとと
もに、炭化水素が濃縮された液化酸素と未濃縮の液化酸
素とを混合して液化酸素中の炭化水素を希釈することで
、炭化水素量を所定値以下に保つように形成している。

一方の液受３１は、上記液溜３０と略同様に形成される
もので、−側の開口が上下数段の酸素室１０の勾配の上
端側１２に連通し、各酸素室１０の端部から流下する液
化酸素ＬＯを受けるとともに、該液受３１の上部の開口
から酸素室１０内で蒸発した酸素ガスＧｏを液化酸素Ｌ
Ｏと分離させて凝縮蒸発器１の上方に上昇させる。

この液溜３０と液受３１は、上記のごとく上下複数の酸
素室１０を一つのブロックとしてそれぞれ対応させて設
けられており、該液溜３０と液受３１との間には、液戻
し流路となる管路３６が設けられている。この管路３６
は、液受３１内に流下した液化酸素ＬＯを、液化酸素Ｌ
Ｏの液ヘツドにより元の液溜３０に戻して酸素室１０に
循環させるものである。

このように構成された酸素室１０に導入される液化酸素
ＬＯは、前記液供給管３２から液供給孔３４を介して各
液溜３０に供給され、それぞれの液溜３０から酸素室１
０内に流入する。各酸素室１０内の液化酸素ＬＯは、仕
切板２を介して隣接する窒素室２０内を流れる窒素ガス
ＧＮと熱交換を行い、その一部が蒸発して酸素ガスＧｏ
の気泡となる。この酸素ガスＧＯの気泡は、酸素室１０
内の液化酸素ＬＯと共に酸素室１０を上昇後、出口端で
液化酸素ＬＯと分離して上下の液受３１゜３１の間から
凝縮蒸発器１の上方に向かって上昇する。この時の液化
酸素ＬＯの量は、該液化酸素中の炭化水素が流路内に析
出した場合でも洗い流すことができるように、流路内で
十分な循環量が得られるように考慮する。

一方酸素室１，０内で蒸発しなかった液化酸素ＬＯは、
前記酸素ガスＧｏに同伴されて酸素室１０の出口端から
流出し、前記液受３１に流下する。

この酸素室の液受３１に流下した液化酸素ＬＯは、前記
管路３６を通って元の液溜３０内に流下し、該液溜３０
から再び酸素室１０に導入される。この時、一部の液化
酸素ＬＯは、前記堰３５からオーバーフローして下段の
液溜３０あるいは凝縮蒸発器１の下方に流下する。

即ち、液供給管３２から液溜３０に供給された液化酸素
ＬＯは、該液溜３０から酸素室１０に導入されて一部が
蒸発しながら液受３１に至り、該液受３１から管路３６
を流下して元の液溜３ｏに戻る経路で循環し、各酸素室
１０で蒸発した量、及び堰３５からオーバーフローする
量に見合う量の液化酸素ＬＯが液供給管３２から液溜３
ｏに補給される。

一方、前記窒素室２０に導入される窒素ガスＧＮは、前
記人口ヘッダ−４０に供給されて前記ガス導入口２３か
ら窒素室２０内のガス分配部２６に流入し、該ガス分配
部２６で整流されて凝縮通路部２５に導入される。この
凝縮通路部２５で前述の酸素室１０内の液化酸素ＬＯと
熱交換して凝縮した液化窒素ＬＮは、該窒素室１ｏの勾
配により凝縮通路部２５を流下し、前記液集合部２７で
集合して前記液導出口２４から出口ヘッダ−４１に導出
される。また窒素ガスＧＮ中に含まれる水素やヘリウム
等の非凝縮ガスＧＸは、出口ヘッダ−４１の上部に設け
られたパージノズル４２から導出される。

このように形成した凝縮蒸発器１は、液化酸素ＬＯの圧
力を各液溜３０の部分で開放できるので、従来の液化酸
素中に浸漬して用いる凝縮蒸発器に比べて、液化酸素Ｌ
Ｏの液深による圧力上昇が少なくなり、液化酸素ＬＯの
液深による影響を低減させることができる。

さらに、液受３１と管路３６とを設けたことにより、凝
縮蒸発器】の下方に流下する液化酸素量を低減させるこ
とができる。即ち、各液受３１からオーバーフローして
凝縮蒸発器１の下方に流下する液化酸素量は、酸素室１
０内の液化酸素ＬＯ中に炭化水素が濃縮されるのを防止
できる程度とすればよいため、液供給管３２より供給す
る液化酸素ＬＯの量は、凝縮蒸発器１内で蒸発する液化
酸素量よりも僅かに多くするだけで十分であり、この過
剰分の液化酸素ＬＯがオーバーフローして流下するのみ
で炭化水素の濃縮を防止できるので、凝縮蒸発器１の下
方に流下する液化酸素量を低減することができる。これ
により、液化酸素ポンプあるいはサーモサイフオンリボ
イラー等によって揚上すべき液化酸素量を大幅に低減で
きるから、これらの装置を小型化でき、設備費に加えて
その動力費等も低減することができる。尚、上記揚上手
段により揚液される液化酸素は、吸着器でアセチレンを
除去することができる。

一方の窒素室２０は、凝縮蒸発器１の高さを高くしても
通路長さが長くなることがないので、凝縮した液化窒素
ＬＮの液膜厚さの増加を防止できる。また凝縮蒸発器１
の高さを高くすることにより、窒素室全通路断面積を大
幅に増加させることができるので、伝熱性能を向上させ
て熱交換効率を向上させることができる。

尚、本実施例の凝縮蒸発器１においては、酸素室１０及
び窒素室２０を仕切板２により仕切って両室を層状に形
成したが、中空押出し型材等、その内部を一方あるいは
両者の通路とした中空部材６を積層して形成することも
できる。また、両室内に波形伝熱フィン４を配設して通
路を形成するとともに、伝熱面積の増大を図っているが
、このようなフィンを配設せずに両室を形成することも
でき、適当な間隔で適宜な伝熱板等を配設してもよい。

さらに、酸素室１０の通路面を多孔質層等からなる沸騰
促進伝熱面としたり、窒素室２０の通路面にフルー１・
加工等の凝縮促進伝熱面を形成することもできる。尚、
波形伝熱フィン等を室内に配設する場合には、有孔フィ
ン等を用いて圧力や流量の均等化を図ることが望ましい
。

また、本実施例のごとく、酸素室１０の液化酸素導入手
段として上下多段に配置しだ液溜３０を用いることで、
前述のごとく液深の影響を低減させることができるが、
高さ寸法の低い凝縮蒸発器等、液深の影響を無視するこ
とができる場合には、酸素室１０への液化酸素導入手段
を管路やヘッダー等とすることもできる。

さらに本実施例では、上下の各液溜３０と液受３１をそ
れぞれ対応させて設けているが、各液溜３０と液受３１
の大きさを上下方向で変えたり、液溜３０と液受３１を
それぞれ別の酸素室ブロック毎に配置したり、あるいは
液受３１からの液戻し流路（管路３６）を対応する液溜
３０より下段に接続しても良い。さらに各液溜３０への
液化酸素ＬＯの供給は、全ての液溜３０又は液受３１と
液供給管３２とをそれぞれ連通させる流路で接続しても
よく、液供給管３２を設けずに最上段の液溜にのみ液化
酸素ＬＯを供給し、液溜３ｏあるいは液受３１から前述
の堰３５あるいはオーバーフロー管あるいは液戻し流路
等により下段の液溜３０あるいは液受３１に順次液化酸
素ＬＯを流下させる構造とすることもできる。

また各液溜３０への液化酸素ＬＯの供給量の調節は、流
量調節機構を設けたり、液供給孔３４の径や、堰３５の
位置、大きさ、あるいは堰に代えてオーバーフロー管を
用いた場合には、該オーバーフロー管の口径、取付位置
等を調整することにより行うことができる。

さらに、前記液受３１及び液戻し流路を設けずに形成す
ることもできる。このとき、凝縮蒸発器１の下方に流下
した液化酸素は、液化酸素ポンプ等の適宜な揚上手段で
揚上循環させることができ、この液化酸素を揚上するこ
となく、系外に導出して酸素ガスとして回収することも
できる。あるいは製品として多量の液化酸素を採取する
ような装置の場合には、上記液受３１や液戻し流路等を
設けずに、あるいは上下方向の一部に設けて、流下させ
る液化酸素量を調整することもできる。

尚、蒸発させる流体を完全に蒸発させても問題の無い場
合は、液受や液戻し流路、さらに液溜のオーバーフロー
用の堰等を設けずに形成しても同等差支えない。

また上記液戻し流路は、前述のごとく管路３６で形成す
ることもできるが、上部が開口した樋状の流路でも形成
することができる。

第５図及び第６図は、この液戻し流路の他の実施例を示
すもので、各液溜３ｏ及び液受３１に対応するように、
前記酸素室１０．１０間に配置される窒素室２０の一部
を液戻し流路となる液戻し室３７に代えたものである。

尚、以下の説明において前記第１図乃至第４図に示す凝
縮蒸発器１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。

この凝縮蒸発器１は、図に示すように、各液溜３０及び
液受３１の底部と接続する酸素室１ｏの上部に隣接する
通路、即ち、前記実施例では窒素室であった通路の勾配
上下両端を、酸素室１０と同様に開放して液溜３０と液
受３１とを連通させ、該液受３１内の液化酸素ＬＯを液
溜３０に戻す液戻し室３７としたものである。

この液戻し室３７は、その上下を酸素室１０゜１０に挟
まれているため、窒素室２０と接触しないので、窒素ガ
スＧＮとの熱交換が発生せず、液化酸素ＬＯの蒸発を生
じることがない。従って、前述のごとく酸素室１０から
液受３１に流出する未蒸発の液化酸素ＬＯを、液受３１
と液溜３０との液ヘツドの差により液戻し室３７を流下
させて液溜３０に戻し、前記実施例と同様に酸素室１０
を循環させることができる。尚、この液戻し室３７の内
部には、液流れの抵抗となるようなものは配置しないこ
とが望ましい。

上記液戻し室３７は、凝縮蒸発器１の製作工程において
、前記サイドパー３及び波形伝熱フィン４の配置を変え
るだけで酸素室１０や窒素室２０と同時に一体に形成す
ることができる。従って、凝縮蒸発器１の外部に配管す
るものに比べて製作工程を単純化することができ、輸送
や組立ての際の取扱い性にも優れている。

次に第７図は、前記実施例に示したものと同様の構成の
凝縮蒸発器１を複数基配設するとともに、隣接する凝縮
蒸発器１，１の液受３１と液溜３０とを一体化させた実
施例を示すものである。

即ち、ひとつの凝縮蒸発器１の酸素室１０から流下する
液化酸素ＬＯは、該凝縮蒸発器１に隣接する凝縮蒸発器
１との間に設けられた液受兼液溜３８に流下し、隣接す
る凝縮蒸発器１の酸素室１０内に導入される。以下、順
次各凝縮蒸発器１の酸素室１０で蒸発しなかった液化酸
素ＬＯは、上記液受兼液溜３８を介して下流側の凝縮蒸
発器１の酸素室１０に導入されていく。各液受兼液溜３
８には、それぞれ液供給管３２から液化酸素ＬＯが補給
され、炭化水素の濃縮を防止している。

また、複数の凝縮蒸発器１を円周状に配置して無端状に
液化酸素ＬＯを循環させることもでき、各凝縮蒸発器１
にそれぞれ液溜３０と液受３１とを設けて、管路や樋等
の液供給流路で接続してもよい。さらに、２基の凝縮蒸
発器１．１の両道路の傾斜を逆方向として液溜３０と液
受３１を対応するように配置し、２基の凝縮蒸発器１．
１間で液化酸素ＬＯを循環させることもできる。

第８図及び第９図は本発明の凝縮蒸発器１を空気液化分
離装置の複精留塔５０に適用した実施例を示すものであ
る。

本実施例では、上部塔５１の下部空間内に４基の凝縮蒸
発器１，１を円周状に配置している。この凝縮蒸発器１
は、前記第５図及び第６図に示した液戻し室３７を設け
た構造のものであって、下部塔５２から上部塔５１の中
心部に立設した窒素ガス供給用のマニホールド管５３を
中心として、該マニホールド管５３側に液溜３０を向け
て配置されている。

上部塔５１の精留段５４から流下する液化酸素ＬＯは、
液化酸素受５５から管５６を介して液化酸素溜５７に流
下し、ここからさらに液供給管３２を流下して液供給孔
３４から各液溜３０に分配される。各液溜３０内の液化
酸素ＬＯは、前述のごとくそれぞれ酸素室１０内に導入
されて一部が蒸発しながら、気液混合流となって酸素室
１０内を上昇し、出口端で未蒸発の液化酸素ＬＯと分離
して上昇し、一部が製品酸素ガスＰＯとしてノズル５８
から導出され、残部が上部塔５１の上昇ガスとなる。ま
た蒸発しなかった液化酸素ＬＯは、液受３１から液戻し
室３７を流下して元の液溜３０に戻り、液供給管３２か
ら供給される液化酸素ＬＯと混合して再び酸素室１０内
に流入する。

上記液溜３０内の液化酸素ＬＯの一部は、前述の炭化水
素濃縮防止用の液化酸素として堰あるいはオーバーフロ
ー管から上部塔５１の底部に流下する。この底部に流下
した液化酸素ＬＯは、ノズル５９から導出され、液化酸
素ポンプあるいはサーモサイフオンリボイラー等の揚上
手段６０により前記液化酸素溜５７に揚上されるととも
に、該液化酸素ＬＯ中に濃縮した炭化水素が吸着装置６
１により除去される。

一方、下部塔５２上部の窒素ガスＧＮは、前記マニホー
ルド管５３を上昇して連結管６２から各凝縮蒸発器１，
１の入口ヘッダ−４０に供給され、前述のごとく各窒素
室２０に導入される。窒素室２０内で凝縮した液化窒素
ＬＮは、出口ヘッダ４１を経てノズル６３から導出され
る。

このように、本発明の凝縮蒸発器１を、空気液化分離装
置における液化酸素ＬＯの蒸発と窒素ガスＧＮの凝縮と
の熱交換に用いることにより、液化酸素ＬＯの圧力が各
液溜３０の部分で開放されるので、従来、液深が通常２
メートルであった液化酸素中に浸漬して用いる凝縮蒸発
器に比べて、液化酸素ＬＯの液深による圧力上昇（沸点
上昇）が少なくなり、液化酸素ＬＯの液深による影響を
ほとんど無くすことが可能となる。また、上部塔５１下
部に大量の液化酸素ＬＯを貯留することなく装置の運転
を行なえるので、装置の起動時間や保安上の問題も容易
に解決できる。

さらに、凝縮した液化窒素ＬＮの液膜の影響も低減する
ので熱交換効率が向上し、液化酸素ＬＯと窒素ガスＧＮ
の温度差を極限まで詰めた凝縮蒸発器を製作することか
可能となる。これにより、窒素ガスＧＮの圧力を低減さ
せることができるから、下部塔５２の運転圧力を低くで
き、原料空気圧縮機の動力費も低減させることが可能と
なり、製品ガス等の動力原単位を低減することができる
。

加えて、液化酸素ＬＯの液圧の影響がほとんど無いので
凝縮蒸発器１の高さ方向の形状的制限が無くなり、処理
能力を大幅に増加させることが可能になり、大型空気分
離装置用精留塔に組込むことが容易にでき、精留塔を上
下一体構造で製作することが可能となる。また、液化酸
素ポンプ等の再循環設備費及び動力費を大幅に低減させ
ることができる。

尚、本発明の凝縮蒸発器は、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以外の、他
の液媒と流体を用いた場合にも同様の作用効果を得るこ
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、両流体通
路を傾斜させて積層するとともに、蒸発させる液媒を下
端側から、凝縮させる流体を上端側から導入するように
構成したから、凝縮蒸発器を液媒中に浸漬せずに少ない
液媒量で運転することができ、起動時間を短縮させると
ともに、液深による影響を低減することができる。また
、液媒の液圧の影響及び凝縮する流体の液膜の影響がほ
とんど無いので液媒と流体とを効率良く熱交換させるこ
とができ、凝縮蒸発器の熱交換効率が向上するとともに
、凝縮蒸発器の高さ方向の形状的制限が無くなり、処理
能力を大幅に増加させることが可能になる。また本発明
の凝縮蒸発器は、一般的な仕切板と波形伝熱フィンを用
いることにより、特殊な工程や部材を必要とせずに従来
と同様の手段で容易に製作することができる。

さらに第一流体通路の液媒導入手段として、上部を開放
した液溜を用いることにより、各液溜部分で圧力を開放
できるので、液媒の液深を凝縮蒸発器の高さに関係なく
各液溜の深さとすることができる。特に液溜に沿って液
供給管を配設し、液媒供給孔で連通させることにより液
媒導入手段を容易に形成でき、液媒供給孔の径を調整す
ることで、各液溜への液媒供給量を調整することができ
る。

また、第一流体通路に液受と液戻し流路を設けて液媒を
循環させることにより、液媒供給量を低減することがで
きる。この液戻し流路は、管または樋、もしくは前記第
一流体通路間に設けられた流路により容易に形成するこ
とができる。特に第一流体通路間に液戻し流路を設けた
場合には、凝・縮蒸発器の両通路の形成と同時に液戻し
流路を形成でき、配管作業等を省略できるとともに、精
留塔等への組付は作業性も向上させることができる。

さらに複数の凝縮蒸発器の液受と液溜との間を管や樋等
の液供給流路で接続することにより、複数の凝縮蒸発器
間で液媒を循環させることもできる。

従って、本発明の凝縮蒸発器は、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図乃至第４図は本発明の凝縮蒸発器の一実施例を示
すもので、第１図は凝縮蒸発器の一部切欠正面図、第２
図は同じく一部切欠右側面図、第３図は同じく一部切欠
斜視図、第４図は同じく要部の分解斜視図、第５図及び
第６図は液戻し流路の他の実施例を示すもので、第５図
は凝縮蒸発器の一部切欠正面図、第６図は同じく一部切
欠右側面図、第７図は複数の凝縮蒸発器の液受と液溜と
の間を液供給流路で接続した実施例を示す一部切欠正面
図、第８図及び第９図は複精留塔に適用した実施例を示
すもので、第８図は複精留塔の要部の断面正面図、第９
図は同じく断面平面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第一流体通路の液媒と第二流体通路の流体とで熱交
   換を行う凝縮蒸発器において、複数の第一流体通路と第
   二流体通路とを水平面に対して傾斜させて上下方向に主
   として交互に積層し、前記第一流体通路には、その勾配
   の下端側に前記液媒を第一流体通路に導入する液媒導入
   手段を設けるとともに上端側を導出部とし、前記第二流
   体通路には、その勾配の上端側に前記流体を第二流体通
   路に導入する流体導入手段を設けるとともに下端側を導
   出部としたことを特徴とする凝縮蒸発器。 ２、前記第一流体通路と第二流体通路は、水平面に対し
   て傾斜させて配設した仕切板により仕切られるとともに
   、該仕切板間に波形伝熱フィンが配設されていることを
   特徴とする請求項１記載の凝縮蒸発器。 ３、前記液媒導入手段は、前記第一流体通路の下端また
   は上端に連通し、かつ上部が開放した複数の液溜又は液
   受を上下多段に設けるとともに、該液溜又は液受に液媒
   を供給する液媒供給手段を設けたものであることを特徴
   とする請求項１記載の凝縮蒸発器。 ４、前記液媒供給手段は、前記上下多段に配設された液
   溜又は液受に沿って液供給管を配設し、該液供給管と各
   液溜又は液受とを該液溜又は液受の側壁に設けた液媒供
   給孔で連通させたことを特徴とする請求項３記載の凝縮
   蒸発器。 ５、前記第一流体通路の上端側に、該第一流体通路の端
   部から流出する液媒を受ける上部が開放した複数の液受
   を上下多段に設けるとともに、該液受に流出した液媒を
   前記液溜に戻す液戻し流路を設けたことを特徴とする請
   求項３記載の凝縮蒸発器。 ６、前記液戻し流路は、管または樋、もしくは前記第一
   流体通路間に、前記第二流体通路と隣接しないように設
   けられた流路のいずれかにより形成されていることを特
   徴とする請求項５記載の凝縮蒸発器。 ７、請求項３記載の凝縮蒸発器を複数基配設するととも
   に、各凝縮蒸発器の第一流体通路の上端側に、該第一流
   体通路の端部から流出する液媒を受ける複数の液受を上
   下多段に設け、該液受に流出した液媒を、他の凝縮蒸発
   器の液溜に供給する液供給流路を設けたことを特徴とす
   る凝縮蒸発器。 ８、前記液供給流路は、管または樋のいずれかにより形
   成されていることを特徴とする請求項７記載の凝縮蒸発
   器。