JPH1030895A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPH1030895A
JPH1030895A JP9077138A JP7713897A JPH1030895A JP H1030895 A JPH1030895 A JP H1030895A JP 9077138 A JP9077138 A JP 9077138A JP 7713897 A JP7713897 A JP 7713897A JP H1030895 A JPH1030895 A JP H1030895A
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JP
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heat exchange
exchange passage
liquid
overflow
heat
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JP9077138A
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Paul Alfred Sweeney
ポール・アルフレッド・スウィーニー
Chien-Kuo Lee
チェン・クオ・リー
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Messer LLC
Original Assignee
BOC Group Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１・第２流体間で間接熱交換を行うための
熱交換器を提供する。 【解決手段】 熱交換器には、第１の流体が間接的な熱
伝達を受けるよう、第１と第２の熱交換通路を画定する
複数の平行プレートが設けられている。第１と第２の熱
交換通路内の熱伝達区域を増大させるために、それらの
熱交換通路内に波形フィンタイプ材料が配置されてい
る。第２の流体で構成された液体を第２の熱交換通路に
分配する液体分配手段が設けられている。分配手段に
は、そこから液体が溢流して第２の熱交換通路に流れ落
ちるオーバーフローウェアーが設けられている。オーバ
ーフローウェアーは、第２の熱交換通路の両側を供給す
るように配置されており、第２の熱交換通路の波形フィ
ンタイプ材料は、液体が各波形に確実に流入するよう、
通路より上に延在している。このような構造において
は、全ての波形の湿潤が促進される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、第１の流体と第２
の流体との間で間接的に熱を交換させるための熱交換器
に関する。さらに詳細には、本発明は、流下液膜式蒸発
器または下降流再沸器として知られているタイプの熱交
換器に関する。さらに詳細には、本発明は、ある間隔で
配置された複数の平行プレートが第１と第２の流体のた
めの交互の熱交換通路を画定している、という熱交換器
に関する。さらに詳細には、本発明は、熱交換通路内に
波形フィンタイプ材料が設置されている、という熱交換
器に関する。さらに詳細には、本発明は、液体が波形フ
ィンタイプ材料の波形のそれぞれに確実に流入するよ
う、液体を受け取る熱交換通路内に設置された波形フィ
ンタイプ材料が熱交換通路より上に延在するように配置
されている、という熱交換器に関する。さらに詳細に
は、本発明は、液体を受け取る熱交換通路がオーバーフ
ローウェアーから供給される、という熱交換器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】流下
液膜式蒸発器と下降流再沸器は、流体を間接的な熱交換
関係に至らせるように複数の熱交換通路を使用している
熱交換器である。このような熱交換器は、液体酸素の気
化と引き換えに窒素ガスを凝縮させるために、二段塔空
気分離ユニットの凝縮器／再沸器として使用されてい
る。
【０００３】一般に、空気分離の用途においては、窒素
を熱交換通路のあるセットに導入するための入口マニホ
ルドと、窒素を熱交換通路のあるセットから排出するた
めの出口マニホルドが設けられている。液体酸素は、液
体分配器によって熱交換通路の他のセットに導入され
る。液体が熱交換通路中に均一に分配されることが重要
である。なぜなら、分配が不均一であると、熱交換器の
期待される性能が発現されないからである。こうした不
均一分配はさらに、空気中の重質成分のドライアウト
（dryout）や固化を引き起こすことがある。これらの重
質成分は炭化水素（たとえばアセチレン）の場合があ
り、酸素が存在すると火災の危険性が生じる。
【０００４】波形フィンタイプ材料として知られている
タイプの波形材料が熱交換通路に充填されているので、
分配の問題が特に重要となる。波形材料の密度が増大す
るにつれて、したがって波形の数が増大するにつれて、
熱交換器の作動時において、波形の全てを確実に湿潤状
態のままに保持するのが極めて困難になる。
【０００５】後述するように、本発明は、液体を受け取
る熱交換通路内に設置された波形フィンタイプ材料の全
ての波形の湿潤を促進するように作用する、上記タイプ
の熱交換器のための分配器を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の流体と
第２の流体との間で間接的に熱を交換させるための熱交
換器を提供する。本発明の熱交換器は、第１と第２の流
体が間接的な熱交換を行うための、交互に配置した複数
の第１と第２の熱交換通路を含む。第１と第２の熱交換
通路内には、熱伝達区域を増大させるための波形フィン
タイプ材料が設けられている。第１の流体を第１の熱交
換通路中に導入するための第１の入口手段、および第１
の流体を第１の熱交換通路から排出するための出口手段
が設けられている。第２の流体で構成された液体を第２
の熱交換通路中に分配するための液体分配手段が設けら
れている。液体分配手段は、そこから液体が溢流して第
２の熱交換通路に流れ落ちるオーバーフローウェアー
（overflow weir）を含む。オーバーフローウェアー
は、第１と第２の熱交換通路のそれぞれの両側を供給す
るよう配置されている。第２の熱交換通路の波形フィン
タイプ材料は、波形フィンタイプ材料のそれぞれの波形
に液体が確実に流入するよう、第２の熱交換通路より上
に延在している。第２の流体をオーバーフローウェアー
に液体として導入するための第２の入口手段が設けられ
ている。
【０００７】波形材料が第２の熱交換通路より上に延在
していることから、液体がウェアーを溢流したとき、液
体は確実に全ての波形の湿潤を促進するよう波形中に溢
流していくであろう。
【０００８】本明細書は、本発明者が発明であると考え
ている主題を明確に指摘している特許請求の範囲に結論
を明記しているが、添付の図面を参照しつつ考察すれば
本発明の理解がより深まるものと思われる。
【０００９】図１と２を参照すると、本発明にしたがっ
た熱交換器１が示されている。熱交換器１は入口マニホ
ルド１２と１４を有し、これらのマニホルドを介して第
１と第２の流体が熱交換器コア１０に導入される。第１
の流体は凝縮させようとする窒素であってもよく、また
第２の流体は気化させようとする液体酸素であってもよ
い。凝縮した窒素は、出口マニホルド１６を介して熱交
換器１から排出される。
【００１０】図３を参照すると、熱交換器１内で気化さ
れない第２の流体（液体酸素）がコア１０から容易に流
れ落ちるよう、コア１０を底部にてオープンとなるよう
に造ることができる。この点については、当業者には容
易にわかるように、熱交換器１がサンプ（別個のタンク
または蒸留塔のサンプ、すなわち、二段塔空気分離ユニ
ットの低圧塔の液体酸素サンプ）と連結した状態で使用
される。
【００１１】コア１０は、第１の熱交換通路２０と第２
の熱交換通路２２を画定するための、ある間隔で配置さ
れた複数の平行プレートから形成されている。第１の流
体と第２の流体との間で熱が間接的に伝達されるよう、
第１の流体が第１の熱交換通路２０を流れ、第２の流体
が第２の熱交換通路を流れる。
【００１２】従来の態様では、分割バー（dividing ba
r）２３がコア１０の頂部において第１の熱交換通路２
０をシールしている。図示していないが、同様の分割バ
ーがコア１０の底部において第１の熱交換通路２０をシ
ールしている。第１の流体が水平方向にて第１の熱交換
通路２０に入り、水平配向した波形フィンタイプ材料２
４によって導かれる。傾斜した波形フィンタイプ材料
（図示せず、公知の態様にて）により、水平から垂直に
流れの変化が引き起こされる。次いで第１の流体が垂直
方向に流れ、第１の熱交換通路２０に降下する。第１の
流体と第２の流体との間で熱を伝達させるための有効区
域を増やすために、波形フィンタイプ材料２５が第１の
熱交換通路２０と第２の熱交換通路２２に充填されてい
る。
【００１３】第２の流体がオーバーフローウェアー２６
（平行プレート２８と３０との間に画定されている）に
液体として供給され、そこから液体が矢印ＡとＢで示さ
れているように溢流する。オーバーフローウェアー２６
を横切る液体の分配を補助するために、水平配向した波
形フィンタイプ材料３２がオーバーフローウェアー２６
内に配置されている。オーバーフローウェアー２６は、
波形フィンタイプ材料２５の上に載っている分割バー３
４によって第２の熱交換通路から隔離されている。波形
の全て、たとえば波形３６が確実に湿潤されるようにす
るために、波形フィンタイプ材料２５は、第２の熱交換
通路２２の頂部を越えて、言い換えればプレート１８
（第２の熱交換通路２２がこれらのプレート間に画定さ
れている）の上に延在するよう造られている。液体を波
形フィン材料２５の波形３６に供給するために、オーバ
ーフローウェアー２６が捕集プール３８の間に配置する
ように捕集プール３８が設けられている。液体が捕集プ
ール３８内にたまり、波形フィン材料２５の両側（たと
えば、第２の熱交換通路２２の頂部をこえて延在してい
る波形３６）に供給される。水平配向の充填物３７を捕
集プール３８中に配置して、構造上の安定性を改良する
ことができる。充填物は、必要であれば垂直配向させる
こともできる。
【００１４】入口マニホルド１４を通って流入してくる
液体が入口マニホルド１４から捕集プール３８に直接流
れるのを防止するために、サイドバー４０（図３の一部
省略図では除かれている）が設けられている。サイドバ
ー４０は、水平配向の波形フィンタイプ材料２４の設置
箇所において、第１の流体の入口マニホルド１２からの
供給を可能にするためのギャップを有する。この点に関
して、入口マニホルド１２は、このようなギャップに
て、したがって水平配向の波形フィンタイプ材料２５と
は反対側に配置されている。サイドバー４１は、第２の
熱交換通路２２をシールしている。液体がオーバーフロ
ーウェアー２６に流れるのを可能にするために、サイド
バー４１は分割バー３４を越えて延在しない。第１の熱
交換通路２０と第２の熱交換通路２２は、サイドバー４
２によってサイドバー４１と４２の反対側にてシールさ
れている。図面からわかるように、第１の熱交換通路２
０と繋がっているサイドバー４２は、第２の流体をマニ
ホルド１６から排出できるよう、出口マニホルド１６よ
り上にセットされている。第２の熱交換通路２２と繋が
っているサイドバー４２は、第２の熱交換通路２２がそ
の底部においてオープンとなっているので、熱交換器コ
ア１０の全高さにわたって延びている。
【００１５】第２の熱交換通路２２を画定しているプレ
ート１８には、液体がオーバーフローウェアー２６から
捕集プール３８に導かれるのを可能にするための長方形
のスロット状カットアウト４４が設けられている。
【００１６】図４、５、および６を参照すると、本発明
にしたがった別の実施態様の熱交換器２が示されてい
る。これらの図面においては、熱交換器１の場合と同じ
構成部品に対しては、熱交換器１を説明する際に使用し
た参照番号が繰り返されている。
【００１７】熱交換器２の場合についても、波形フィン
材料２５は、波形３６が全て液体で湿潤できるよう第２
の熱交換通路２２を越えて延在するように造られてい
る。しかしながら、オーバーフローウェアー２６は、第
２の熱交換通路２２の頂部に配置される代わりに、第２
の熱交換通路２２がオーバーフローウェアー２６の間に
位置するように配置されている。したがって、オーバー
フローウェアーは第１の熱交換通路２０より上に配置さ
れ、分割バー２３によって第１の熱交換通路から隔離さ
れている。液体は、オーバーフローウェアー２６を矢印
ＡとＢの方向に溢流して、波形フィン材料２５の波形３
６に流れていく。このため、第２の熱交換通路２２を画
定している内部プレート１８には、第２の熱交換通路２
２の波形フィン材料２５に隣接した、第２の流体を波形
３６に導くための長方形のスロット状カットアウト４４
が設けられている。
【００１８】サイドバー４０が、熱交換器コア１０の全
高さにわたって延びている。サイドバー４１は、第１の
流体が水平配向の波形フィン材料２４を介して第１の熱
交換通路２０に流入するのを可能にするよう、最大で第
１の入口マニホルド１２までだけ延在している。したが
って分割バー２３は、それらの末端において第１の入口
マニホルド１２と第２の入口マニホルド１４を隔離する
ように延在している。熱交換器コア１０は、サイドバー
４２によってサイドバー４０と４１の反対側にてシール
されている。第１の熱交換通路２０と繋がっているサイ
ドバー４２は、第２の流体を出口マニホルド１６から排
出できるように、出口マニホルド１６より上にセットさ
れている。第２の熱交換通路２２と繋がっているサイド
バー４２は、第２の熱交換通路２２が液体の排出のため
にその底部がオープンとなっているので、熱交換器コア
１０の全高さにわたって延在している。
【００１９】図示していないが、気化した液体の逃散を
防ぐために、また入口マニホルド１４を熱交換器コア１
０により強固に溶接するために、熱交換器１と２の熱交
換器コア１０を覆うことができる。このような構造は、
当業界によく知られている。
【００２０】好ましい実施態様を挙げて本発明を説明し
てきたが、当業者にとっては、本発明の精神と範囲を逸
脱することなく、多くの変形、付加形、および簡略形が
可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱交換器の斜視図である。
【図２】図１の上平面図である。
【図３】本発明による液体分配システムを示すために熱
交換器の一部を切り取った状態の、図１の一部省略斜視
図である。
【図４】本発明の別の実施態様の斜視図である。
【図５】図４の上平面図である。
【図６】本発明による液体分配システムを示すために熱
交換器の一部を切り取った状態の、図４の一部省略斜視
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェン・クオ・リー アメリカ合衆国テキサス州77057，ヒュー ストン，サウス・ボス・ロード 2406，デ ィー−305

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ） 第１と第２の流体が間接的な熱
    交換を行うための、交互に配置された複数の第１と第２
    の熱交換通路； （ｂ） 前記第１と第２の熱交換通路内の熱伝達区域を
    増大させるための、前記第１と第２の熱交換通路内の波
    形シート材料； （ｃ） 前記第１の流体を前記第１の熱交換通路中に導
    入するための第１の入口手段と、前記第１の流体を前記
    第１の熱交換通路から排出するための出口手段； （ｄ） 前記第２の流体で構成された液体を前記第２の
    熱交換通路中に分配するための液体分配手段、このとき
    前記液体分配手段が、そこから前記液体が溢流して前記
    第２の熱交換通路中に流れ落ちるオーバーフローウェア
    ーを有しており、前記オーバーフローウェアーが、前記
    第２の熱交換通路のそれぞれの両側を供給するように配
    置されており、そして前記第２の熱交換通路の前記波形
    フィンタイプ材料が、液体が波形フィンタイプ材料の波
    形のそれぞれに確実に流入するよう、前記第２の熱交換
    通路より上に延在している；および （ｅ） 前記第２の流体を前記オーバーフローウェアー
    中に前記液体として導入するための第２の入口手段；を
    含む、第１の流体と第２の流体との間で間接的に熱を交
    換させるための熱交換器。
  2. 【請求項２】 前記オーバーフローウェアーが前記第２
    の熱交換通路より上に設置されていて、整列した平行プ
    レートの間にて画定されており、このとき前記プレート
    が前記第２の熱交換通路を画定しており；前記分配手段
    がさらに、捕集プールにおいてオーバーフローウェアー
    プールを溢流した後の液体と前記捕集プールとの間に前
    記オーバーフローウェアーが設置されるように配置され
    た捕集プールを有し；そして前記捕集プール内にプール
    した後の液体が前記第２の熱交換通路に入り、前記第２
    の熱交換通路より上に延在している前記波形フィンタイ
    プ材料によって前記第２の熱交換通路に分配されるよ
    う、前記捕集プールの底部区域が前記第２の熱交換通路
    と連通している；請求項１記載の熱交換器。
  3. 【請求項３】 第１の分割バーにより前記捕集プールが
    前記第１の熱交換通路から隔離されており；そして前記
    第２の熱交換通路より上に延在している前記波形材料
    が、第２の分割バーによって前記オーバーフローウェア
    ーから隔離されている；請求項２記載の熱交換器。
  4. 【請求項４】 前記第２の熱交換通路が前記オーバーフ
    ローウェアーの間に設置されており；前記オーバーフロ
    ーウェアーが、前記第１の熱交換通路を画定している前
    記プレートの間にて画定されており；そして前記第１の
    熱交換通路が前記オーバーフローウェアーより下に設置
    されている；請求項１記載の熱交換器。
  5. 【請求項５】 分割バーによって前記オーバーフローウ
    ェアーが前記第１の熱交換通路から隔離されている、請
    求項４記載の熱交換器。
  6. 【請求項６】 前記オーバーフローウェアーが水平配向
    の波形フィンタイプ材料を含む、請求項２または４に記
    載の熱交換器。
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