JPH05280861A - 凝縮蒸発器 - Google Patents

凝縮蒸発器

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JPH05280861A
JPH05280861A JP4077056A JP7705692A JPH05280861A JP H05280861 A JPH05280861 A JP H05280861A JP 4077056 A JP4077056 A JP 4077056A JP 7705692 A JP7705692 A JP 7705692A JP H05280861 A JPH05280861 A JP H05280861A
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JP
Japan
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liquid
liquid medium
evaporator
flow path
supplying
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JP4077056A
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English (en)
Inventor
Ikuo Fujita
幾雄 藤田
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Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Nippon Sanso Corp
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Publication date
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F25J5/005Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger in a reboiler-condenser, e.g. within a column
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J2250/00Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
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    • F25J2250/10Boiler-condenser with superposed stages

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  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 斜行流式液媒流路を有する凝縮蒸発器におい
て、熱負荷が増加したときでも適正量の液媒を供給する
ことができ、効率のよい熱交換を行うことができる凝縮
蒸発器を提供する。 【構成】 液溜8に液媒を供給する液媒供給手段とし
て、該凝縮蒸発器1の定常運転時に設定される液媒量を
供給するための主流路12及び液供給孔14からなる主
液媒供給手段と、該凝縮蒸発器の熱負荷増大時に、蒸発
量増加に見合う分の液媒を補給するための副流路14及
び液供給孔15からなる副液媒供給手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、凝縮蒸発器に関し、詳
しくは多数の垂直な仕切板により第1流体室と第2流体
室とを交互に形成し、第1流体室の液媒と第2流体室の
流体とを熱交換させて、第1流体室の液媒を蒸発させる
プレートフィン型の凝縮蒸発器に関する。
【0002】
【従来の技術】空気液化分離装置の複精留塔の上部塔等
に用いられる凝縮蒸発器は、多数の垂直方向平行な仕切
板により第1流体室(酸素室)と第2流体室(窒素室)
の二室を交互に隣接して積層した、いわゆるプレ―トフ
ィン型熱交換器と呼ばれているものが多く用いられてい
る。
【0003】このようなプレ―トフィン型熱交換器を用
いた凝縮蒸発器として、前記第1流体室に上下多段に複
数の伝熱フィンを配置して水平方向あるいは水平方向に
対して傾斜させた液媒流路を形成し、該流路の一端に該
流路と連通する複数の液溜を上下多段に設けるととも
に、液媒供給手段から液媒を各段の液溜に供給させなが
ら前記流路に導入して熱交換させるように構成したも
の、いわゆる斜行流式蒸発器がいくつか提案されている
(特開昭63−267877号公報,特開平2−978
85号公報等)。
【0004】図6は、上記斜行流式の構成を有する凝縮
蒸発器の第1流体室の一例を示すものである。この第1
流体室51は、その内部に、第1流体室51の一端側の
液溜52側から他端側に向かって昇り勾配を有する液媒
流路53が設けられており、液溜52にマニホールド5
4から液供給孔55を介して供給される液媒を、上下各
液媒流路53に略均等に導入するように構成されてい
る。
【0005】上記のような構成の第1流体室51におい
ては、伝熱面積を有効に利用するために、液媒流路53
を構成する伝熱フィンが液溜52に供給される液媒で完
全に浸漬するように液供給孔55の径が設定されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、凝縮蒸
発器における熱負荷が増加した場合、それに伴い液媒の
蒸発量が増加するので、液溜52への液媒供給量を増加
できなければ、液溜52内の液媒液面が低下し、図5に
示すように上部の液媒流路53aに液媒を流入させるこ
とができなくなり、上部の伝熱フィンが露出して該伝熱
フィンが熱交換に有効に寄与しなくなる。
【0007】これを防止するためには、熱負荷が増大し
た場合でも、液溜52内の液面が適正レベル以下に低下
しないように、液溜から余分な液量をあらかじめオーバ
ーフローさせながら運転する方法が考えられる。
【0008】ところが、上記のように必要以上の液媒を
オーバーフローさせた場合は、オーバーフローした液媒
を凝縮蒸発器の上方に戻して再び液溜52に供給するた
めの循環ポンプの容量を大きくしなければならず、動力
費も増加する欠点がある。
【0009】また、液溜52における液媒の深さを深く
設定して,適正液面よりもあらかじめ高い液面に設定し
て運転する方法も考えられるが、液深を大きくするとい
うことは、液深を低下させることによる小温度差熱交換
を目的とする斜行流式蒸発器の構造上の利点を低減させ
てしまう。
【0010】そこで本発明は、上記構成の斜行流式液媒
流路を有する凝縮蒸発器において、熱負荷が増加したと
きでも適正量の液媒を供給することができ、効率のよい
熱交換を行うことができる凝縮蒸発器を提供することを
目的としている。
【0011】
【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、本発明の凝縮蒸発器は、多数の垂直な仕切板によ
り第1流体室と第2流体室とを交互に形成し、前記第1
流体室に上下多段に複数の伝熱板を配置して液媒流路を
形成し、該流路の一端に、該流路と連通し、上部を開放
した複数の液溜を上下多段に設けるとともに、液媒を各
段の液溜に供給させながら前記流路に導入して、前記第
2流体室に導入される流体と熱交換させるように構成し
た凝縮蒸発器において、前記液溜に液媒を供給する液媒
供給手段として、該凝縮蒸発器の定常運転時に設定され
る液媒量を供給する主液媒供給手段と、該凝縮蒸発器の
熱負荷増大時に、前記液溜又は前記液媒流路の他端に設
けた液受に液媒を供給する副液媒供給手段とを設けたこ
とを特徴としている。
【0012】
【作 用】上記構成によれば、熱負荷増加時に副液媒供
給手段から液媒を供給することで、液媒流路内を液媒で
満たすことができ、効率のよい熱交換が行われる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
て、蒸発する液媒を酸素、凝縮する流体を窒素として、
さらに詳細に説明する。
【0014】まず、図1乃至図3は、本発明の第1実施
例を示すものであって、凝縮蒸発器1は、上下及び両側
のサイドバ―2により接合された多数の垂直方向平行な
仕切板3により両側が開口した第1流体室4(酸素室)
と、上下に連設したヘッダー5,6部分のみを開口した
第2流体室(窒素室)とを交互に多数積層して形成され
ており、酸素室4を流れる液化酸素と窒素室を流れる窒
素ガスとを熱交換させて液化酸素を蒸発させるととも
に、窒素ガスを液化するものである。
【0015】上記酸素室4内には、水平方向に対して傾
斜させた伝熱フィンを上下多段に配置して適度な勾配を
有する蒸発流路7が形成されており、該蒸発流路7の勾
配下端部には、該蒸発流路7内に液化酸素を流入させる
ための液溜8が上下に複数段設けられ、勾配上端部に
は、蒸発流路7から流出する液化酸素を受けるための複
数の液受9が、前記液溜8に対応して設けられている。
【0016】なお、前記窒素室は、従来のプレートフィ
ン型熱交換器と略同様に構成されるもので、例えば、前
記サイドバ―2及び仕切板3により画成された室内に、
伝熱フィンにより垂直方向の流路を形成し、上部の入口
ヘッダー5から窒素ガスを供給し、窒素室内で凝縮した
液化窒素を下部の出口ヘッダー6から導出するように構
成することができる。
【0017】前記液溜8の一側には、該液溜8に液化酸
素を供給するための液媒供給手段であるマニホールド1
0が設けられている。このマニホールド10内には、該
マニホールド10内を仕切る隔壁11が設けられてお
り、該隔壁11により二つの流路12,13が形成され
ている。
【0018】上記二つの流路12,13は、図2,図3
において左側、酸素室4に近い側の流路12が、凝縮蒸
発器1が定常運転を行っているときに、液溜8に液化酸
素を供給する主液媒供給手段となる主流路であり、他方
の酸素室4から遠い側の流路13が、凝縮蒸発器1の熱
負荷増大時に、液溜8に液化酸素を補給する副液媒供給
手段となる副流路である。
【0019】上記両流路12,13には、それぞれ各液
溜8に連通する液供給孔14,15が設けられており、
副流路13の液供給孔15は、主流路12の液供給孔1
4より高い位置に設けられている。
【0020】また、上記マニホールド10内に液化酸素
を供給する酸素主管16は、上記主流路12内に液化酸
素を流下させる位置に設けられている。なお、該酸素主
管16には、液化酸素流量を凝縮蒸発器1の運転状態に
応じて調節する周知の制御機構が設けられている。
【0021】前記マニホールド10における両流路1
2,13の容量や液供給孔14,15の径は、凝縮蒸発
器1の運転状態に応じて各液溜8に連設する蒸発流路7
内の伝熱フィンが完全に液化酸素中に浸漬する程度の液
面となるような液化酸素供給量となるように設計されて
いる。
【0022】まず、凝縮蒸発器1の定常運転時には、図
2に示すように、該運転時に蒸発する液化酸素量に見合
う分が前記酸素主管16からマニホールド10内に供給
される。この液化酸素は、マニホールド10内の主流路
12を略満たして各液供給孔14から各液溜8内に供給
され、該液溜8における液面を、蒸発流路7内の伝熱フ
ィンを全て浸漬できる高さにする。
【0023】そして、凝縮蒸発器1の熱負荷が増加して
増量運転を行う場合は、図3に示すように、酸素主管1
6から供給される液化酸素が増量され、マニホールド1
0内の液化酸素は、主流路12を満たして隔壁11上端
から副流路13内にオーバーフローし、該副流路13内
を略満たして各液供給孔15から各液溜8内に供給され
る。
【0024】したがって、各液溜8には、熱負荷増によ
り増加した蒸発量に見合う量の液化酸素が、主流路12
の液供給孔14と、副流路13の液供給孔15とから供
給され、液溜8における液面低下を防止し、液面を蒸発
流路7内の伝熱フィンが全て浸漬される高さに保つよう
にする。
【0025】このように、各液溜8に液化酸素を供給す
る流路を主副2系統設け、熱負荷増大時に副流路13か
ら熱負荷増大に応じた液化酸素を補給することにより、
蒸発量増大により液面が低下して蒸発流路7内の伝熱フ
ィンが露出することを防止できる。
【0026】これにより、熱負荷が変動しても常に伝熱
性能を最大限に発揮することができる。また、循環ポン
プの容量を大きくしたり、液深を増加させることもない
ので、効率のよい熱交換を行うことができる。
【0027】図4は、本発明の第2実施例を示すもので
あって、上記同様に構成された凝縮蒸発器において、マ
ニホールド10内に2つの隔壁11a,11bを設け、
一つの主流路12と二つの副流路13a,13bを形成
したものである。
【0028】本実施例においては、2段階の増量運転
(熱負荷増大)に対応することができ、定常運転時には
主流路12の液供給孔14からのみ液化酸素を各液溜8
に供給し、増量運転時には、増量の度合いに応じて副流
路13aの液供給孔15aから液化酸素を補給したり、
両副流路13a,13bのそれぞれの液供給孔15a,
15bから液化酸素を補給するようにしたりすればよ
い。
【0029】なお、本実施例においては、主流路12を
減量運転(熱負荷減少)時の液化酸素供給路、中央部の
副流路13aを含めたときが通常運転時、さらにもう一
つの副流路13bを含めたときを増量運転時とすること
もできる。
【0030】図5は、本発明の第3実施例を示すもの
で、液受9側に、増量運転時の液補給用の副流路となる
マニホールド20を設け、液溜8側のマニホールド21
を定常運転時の液供給用の主流路としたものである。
【0031】即ち、定常運転時には、マニホールド21
の液供給孔23から各液溜8に液化酸素が供給され、増
量運転時には、液受9側のマニホールド20からも液供
給孔22を介して蒸発量増加に見合う液化酸素が供給さ
れる。
【0032】以上各実施例に示すように、主副複数の液
化酸素供給路を設けて、凝縮蒸発器1の熱負荷の変動に
伴って液化酸素の供給量を増減させることにより、酸素
室4の蒸発流路7を形成する伝熱フィンを常に液化酸素
中に浸漬させておくことが可能となり、伝熱性能を低下
させることなく、常に最大の能力で運転することができ
る。
【0033】なお、主液媒供給手段及び副液媒供給手段
は、上記実施例に限定されるものではなく、例えば独立
した管路を複数本設けて構成してもよい。また、主流路
の液供給孔が副流路の液供給孔より高い位置にあっても
よく、液供給孔を2個以上設けてもよい。
【0034】さらに、酸素室及び窒素室の構造は、周知
の各種斜行流式蒸発器のものを採用することが可能であ
り、例えば、液受を設けないもの、液受から液溜に液媒
を戻す経路を有するもの、複数のユニットを組み合わせ
たものなど、処理量等に応じて適宜最適に設定すること
ができる。
【0035】また、各実施例では、蒸発する液媒を酸
素、凝縮する流体を窒素として説明したが、他の液媒を
蒸発させる場合も同様であり、第2流体室側の流体は全
量が凝縮するものでなくてもよい。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の凝縮蒸発
器は、いわゆる斜行流式蒸発器の構成を有する凝縮蒸発
器において、液媒流路に液媒を流入させる液溜に、定常
運転時に設定される液媒量を供給する主液媒供給手段
と、熱負荷増大時に液媒を補給する副液媒供給手段とを
設けたから、熱負荷が増大して液媒蒸発量が増加した場
合でも、液溜内の液媒液面を一定に保つことができ、蒸
発流路を構成する伝熱フィンが露出することがなく、伝
熱性能を、熱負荷増大時でも最大限に発揮でき、斜行流
式凝縮蒸発器の運転範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例を示す凝縮蒸発器の斜視
図である。
【図2】 同じく定常運転時の状態を示す説明図であ
る。
【図3】 同じく増量運転時の状態を示す説明図であ
る。
【図4】 本発明の凝縮蒸発器の第2実施例を示す説明
図である。
【図5】 同じく第3実施例を示す説明図である。
【図6】 従来の斜行流式凝縮蒸発器の説明図である。
【符号の説明】
1…凝縮蒸発器 4…酸素室 7…蒸発流路
8…液溜 9…液受 10,20,21…マニホールド
11,11a,11b…隔壁 12…主流路
13,13a,13b…副流路 14,15,15
a,15b,22,23…液供給孔 16…酸素主

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の垂直な仕切板により第1流体室と
    第2流体室とを交互に形成し、前記第1流体室に上下多
    段に複数の伝熱板を配置して液媒流路を形成し、該流路
    の一端に、該流路と連通し、上部を開放した複数の液溜
    を上下多段に設けるとともに、液媒を各段の液溜に供給
    させながら前記流路に導入して、前記第2流体室に導入
    される流体と熱交換させるように構成した凝縮蒸発器に
    おいて、前記液溜に液媒を供給する液媒供給手段とし
    て、該凝縮蒸発器の定常運転時に設定される液媒量を供
    給する主液媒供給手段と、該凝縮蒸発器の熱負荷増大時
    に、前記液溜又は前記液媒流路の他端に設けた液受に液
    媒を供給する副液媒供給手段とを設けたことを特徴とす
    る凝縮蒸発器。
JP4077056A 1992-03-31 1992-03-31 凝縮蒸発器 Pending JPH05280861A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003535301A (ja) * 2000-05-31 2003-11-25 リンデ アクチエンゲゼルシヤフト 多段浴凝縮器
WO2020158734A1 (ja) * 2019-01-28 2020-08-06 大陽日酸株式会社 多段液溜式凝縮蒸発器、および多段液溜式凝縮蒸発器を用いた窒素製造装置

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