JPS5886398A - プレ−トフイン型熱交換器の気液分散装置 - 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】 本発明は、空気分離装置やエチレンプラント等に用いる
ことのできるプレートフィン型熱交換器の改良に係り、
特に気体及び液体の熱交換器への入口部において気液二
相流を得ることができるようにした気液分散装置に関す
るものである。

例えばエチレンプラント等のように、液体（メタン）と
気体（水素ガス）とを混合二相流として加熱するような
場合、熱交換器内での気液の混合比率が場所によって異
ると、均質な反応を得ることができず生産効率の低下を
招くと共に、極端な場合、単相流を生じてオーバーヒー
トとなり、ろう付は部分が破損する等の問題がある。

このような点から、従来より気相と液相を有効フィンの
幅方向に均一に分配（分散）させるために種々の改良が
なされている。

第１図に示した例では、熱交換器への流体の供給部であ
るヘッダ＋１１内に多孔質の分散板（２）を設け、供給
口（３）より気体と液体とを混合させた状態でヘッダ（
１）内へ供給する。　ヘッダ（１）内では分散板（２）
が流体の流れに対して抵抗となるため、流体が矢印（４
）で示す熱交換器の幅方向に拡散し、しかる後に混合流
は、分散板（２）を透過し、更にストレートフィン（５
）及び分配フィン（６）を通って有効フィン（７）に入
り、加熱される。　この様に多孔質の分散板（２）を用
いる場合には、構造が簡単となる長所があるが、分散の
確実性については問題があり、定量的に確実な分散が行
われているか否かを把握できない欠点があると共に、二
相流が熱交換器の上部から下部へ流れる場合には、ヘッ
ダ内で気液が分離するため、正確な分散を行うことがで
きなしｂ又第２図に示した例では、熱交換器の内部に幅
方向に配設されたスパーシバイブ（８）に液体が供給さ
れ、スパーシバイブ（８）の長手方向に等間隔で穿った
ノズル孔（９）、（９）、・・・より噴霧された液体と
、取入口頭より分配フィンＵを通って供給された気体と
が、スパーシバイブ（８）の下部で混り合い、ストレー
トフィン（１２を通って有効フィン（１渇に流入する。

　しかしこの場合には、スパーシバイブ（８）への正確
な穴加工が困難であるから精度のよい分散が得られず、
しかもスパーシバイブは流路に対して抵抗となって流量
が低下するばかりか、スパーシバイブを挿入した部分は
フィンが途切れるので、この部分に高い圧力をかけるこ
とかでさない。

フィンはそれ自身プレートを連絡する補強要素となって
いるからである。

更に、隣接する流体通路を仕切るプレートに穴を明けて
、コア内部で気液を混合するようにした熱交換器（米国
特許３５５９７２２号明細書参照）が知られているが、
大型熱交換器ではプレートの寸法も大きく、このような
穴を中間に明けるのは極めて困鑓であると共に、穴の精
度も高いものが得られないため、正確な分散が期し線く
実用的でない。

従って本発明の目的は、プレートフィン型熱交換器のコ
ア入口部までは、気液共に単相流で導入し、コア人口部
で一挙に二相流となし、気体及び液体の正確な分散を図
ること及び、簡単な構造で製遠しやすく、強度的にも優
れたプレートフィン型熱交換器の気液分散装置を提供す
ることにあり、気液二相流と熱媒体との間で熱交換を行
うプレートフィン型熱交換器において、気体及び液体を
それぞれ単相で熱交換器へ供給するための分散用コアを
熱交換器の流体取入口に取り付け、該分散用コア内に液
体流層と気体流層とを隣接して配設し、相隣接する液体
流層と気体流層とを共に熱交換器側の二相流層に連通せ
しめたことを特徴とするプレートフィン型熱交換器の気
液分散装置を提供するものである。

続いて、添付した図面に従って本発明の具体的実施例に
ついて、詳しく説明する。　ここに第３図は、本発明の
第１の実施例に係る気液分散装置を設けた熱交換器全体
の外観斜視図、第４図は、同装置の内部を示す斜視図、
第５ＦＡは、同装置の断層側断面図、第６図は、第５図
におけるＸ−Ｘ矢視断面図、第７図は、第２の実施例に
係る気液分散装置を設けた熱交換器全体の外観斜視図、
第８図は、同装置のＹ−Ｙ矢視断面図、第９図、第１０
図は、第８図におけるＡＡ矢視断面図、Ｂ−Ｂ矢視断面
図である。

第３図及び第７図において、■、ＣＤは、気液二相流と
熱媒体との間で熱交換を行うプレートフィン型熱交換器
で、気体及び液体をそれぞれ単相で取り入れ、二相流と
して熱交換器へ供給するための分散用コア（２）及び（
至）を熱交換器の流体取入口部に有している。

即ち、第３図に示した熱交換器の内部構造は、第４図及
び第５図に示した如くであり、中央に二点鎖線で示した
垂直方向の有効フィン（至）が配設されている。　この
有効フィン（財）は、波形フィンを積層状に頂ね合わせ
たもので、二相流用の有効フィン（ハ）と熱媒体用の有
効フィン■とを交互に隣接させ、その間にプレート（２
）、面、・・・をそれぞれ１枚づつ介在させている。　
即ち有効フィン（イ）、（ハ）、・・・が二相流層を、
また、有効フィン（至）、（至）、・・・が熱媒体層を
形成する。

各有効フィンの下部には、二相流用の有効フィン（ハ）
、−湯、・・・に連通ずる二相流用分配フィン（２）、
（２）、・・・と、熱媒体用有効フィン■に連通ずる熱
媒体用分配フィン凶、（２）、・・・とが配設され、有
効フィン（至）、（２）、・・・は上部のヘッダ圓に接
続された上部の分配フィン（不図示）と連通し、また有
効７イン（２）は、上側部に取り付けたヘッダＣ１１）
に接続された分配フィン（不図示）と連通している。

上記下部の熱媒体用分配フィン（２）は、熱媒体を取り
入れるヘッダ［有］と直接連通し、二相流用の分配フィ
ン内は、分散用コア（ハ）を介して気体用ヘッダ（至）
及び液体用ヘッダ■と連通している。　即ち分散用コア
（２）は、水平方向の気体用分散フィン粥）、（３５１
、・・・と斜め方向の液体用分散フィン０６）、ｃｌｉ
ｌ、・・・とをプレート（９）、（３η、・・・を挾ん
で交互に積層状に配設したもので、第６図に示す如く、
隣接する気体流層である１個の気体用分散フィン（ト）
と、液体流廟である１個の液体用分散フィン儲）とが、
１個の二相流層である二相流用分配フィン（２）と連通
している。　但し各分散フィン（至）、（ト）と熱媒体
用分配フィン（至）とはサイドバー儲によって分離され
ている。　第５図は、このような各フィンの接続状態を
側面から見て模式的に示したものである。

第６図に示した例では、二相流用分配フィン（２）にに
連通ずる気体用分散フィン（ト）と液体用分散フィン（
２）とを仕切るプレート（至）、（至）、・・・が、二
相流用分配フィン努１の厚さ方向の中央に配設されてい
るため各分散フィンｍ＋、ｉ＋との連通が可能となって
いるか、気液の混合比率に応じて分散コア全体を矢印ｆ
４（ｊで示すいずれかの方向に若干片寄らせて取付ｃす
ることによって混合Ｊｔ、率を変えることもできる。

絖いて上記実施例におりる各渡体の流れについて説明す
る。　ます人［］　（４１よりヘッダ（イ）内へ入った
熱媒体−１分縮フィン囚に導かれて熱媒体用有効フィン
囚の幅方向に均一に分散され、有効フィン（２６）中を
上昇して図示せぬ上部の分配フィンに入りヘッダ（３１
１より外部へ流出する。　一方、入口（４３よりヘッダ
（２）内へ入った気体は、分散コア■内の気体用分散フ
ィン（至）中を水平に移動し、連通する二相流用分配フ
ィンｃ！印に流入する。　他方、人口ωＪよりヘッダ（
財）内へ入った液体は、液体用分数フィン粥）に導かれ
て斜め上方へ移動し、連通ずる二相流用分配フィン（ハ
）に流入して気体と合流し、気液二相流となる。　こう
して得られた気液二相流は、その成分である気体及び液
体が各分散フィンで均一に分散された状態で合流したも
のであるから、幅方向に均一な混合比となっており、続
いて二相流用分配フィン（至）から二車流用有効フィン
（ハ）に流入し、上昇するうちに隣接する熱媒体層との
間で熱交換を行い、図示せぬ上部の分配フィンを通って
ヘッダ［有］の出口（４４から外部へ取り出される。

この例では、分散用コアにを熱交換器（至）の下側部に
設け、しかもこの分散用ファ際への気液供給口であるヘ
ッダ内、（２）をそれぞれ別体としたが、本発明は、こ
れに限られるものでなく、分散用コアを熱交換器の底部
や上面部又は土偶部に取付けてもよく、又気体用へラダ
ー及び液体用ヘッダ（至）は、一体に形成し、その中に
分散用コアを配置してもよく、この分散用コアによって
一体のヘッダ内を気体室と液体室とに区割してもよい。

第７図乃至第１０図に示したのは、分散用コア（ハ）を
熱交換器ＣＤの底部に取り付けた一体のヘッダ（４！９
内に装看し、分散用コア（ハ）自身によってヘッダ卿内
を気体室（４６１と液体室（４ηとに区割した場合であ
る。

即ち、熱交換器ｔ２Ｄの下部には、ストレートフィン０
種及び、これと接続する傾斜フィン嘔を有する分配フィ
ン−が配置され、スｔレートフィン啜は、ダミーフィン
（５１１と二相流・用分配フィン悩及び熱媒体用分配フ
ィン關を交互に積層状に配設したもので、各フィンはプ
レート（財）、（財）、・・・にょって仕切られている
。　分配フィン（イ）の下部に接して配置された分散用
コア□□□は、垂直方向の液体用分散フィン（へ）と、
斜め方向の気体用分散フィン妬）とを間にプレー）［を
挾んで交互に積層したもので、液体用分散フィン（至）
は液体室闘に開口し、気体用分散フィン備は気体室側に
開口している。　但し、気体用分散フィン（支）は、サ
イドバー霞によって液体室（４７）と仕切られ、液体用
分散フィン（至）は、サイドパー四によって気体室側と
絶縁されている。

又、隣接する気体用分散フィン備と液体用分散フィンへ
５１と全仕切るプレー）ｆｆｉ、　ｌ［ｉ［Ｉ、・・・
は、二相流用分配フィン＠の幅方向の中間に配置されて
おり、両分散フィン（へ）、印は、共に二相流用分配フ
ィン■に連通している。　但し、両分散フィン（至）、
圀とダミーフィン５１）又は熱媒体用分配フィン［株］
と＋４、サイドバー仙又は−によって絶縁されている。

従って、ヘッダ卿の人口−から液体室（４７１に入った
液体は、続いて液体用分散フィン霞を通って二相流用分
配フィン＠に流入する。　また、入口（財）より気体室
（柵に入った気体は、気体用分散フィン（至）を通って
二相流用分配フィン＠に入り、液体と合流して二相流と
なり、傾斜フィン（４９）を通って有効フィン−中を」
二昇する。

上記いずれの実施例においても、気体用入口と液体用入
口とを設計条件に合せて相互に交換することは可能であ
る。

本発明は、以上述べた如く、気液二相流と熱媒体との間
で熱交換を行うプレートフィン型熱交換器において、気
体及び液体をそれぞれ単相で取り入れ、二相流として熱
交換器へ供給するための分散用コアを熱交換器の流体取
入口に取り付け、該分散用コア内に液体流層と気体流層
とを隣接して配設し、相隣接する液体流層と気体流層と
を共に熱交換器側の二相流層に連通せしめたことを特徴
とするプレートフィン型熱交換器の気液分散装置である
から、熱交換器の入口までは、気体と液体とがそれぞれ
単相で供給されるので、分散の実体を確実に把握でき、
各分散フィンによって気液が確実に分散され、分散床に
よる伝熱係数の低下の問題が解消する。　また、熱交換
器の内部にスパーシバイブ等の特殊な構造物を設けない
ので、高圧に対する耐久性が良く、ろう付は時のろう材
の流れに対してスパーシバイブのような抵抗となるもの
が無く、ろう付は不良の心配がない。　しかも上向き流
れ及び下向き流れのいずれに対しても適用可能で、使途
の拡大に嵜与するものである。

また、分散用コアを一体のヘッダ内に装着し、分散用コ
アによってヘッダ内を気体室及び液体室に区割した場合
には、構造が極めて簡単になると共に、製造コストの面
からも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来の気液分散装置の斜視図、第
３図は、本発明の第１の実施例に係る気液分散装置を設
けた熱交換器全体の外観斜視図、第４図は、同装置の内
部構造を示す斜視図、第５図は同装置の断層側断面図、
第６図は、第５図におけるＸ−Ｘ矢視断面図、第７図は
、第２の実施例に係る気液分散装置を設けた熱交換器全
体の外観斜視図、第８図は、同装置のＹ−Ｙ矢視断面図
、第９図、第１０図は、第８図におけるＡ−Ａ矢視断面
図、ＤＢ矢視断面図である。 （符号の説明） ２０．２１・・・プレートフィン型熱交換器、２２．２
３・・・分散用コア、２５．５２・・・二相流層（二相
流用分配フィン）、　３５．５５・・・液体流層（液体
用分散フィン）、　３６．５６・・・気体流Ｎ（気体用
分散フィン）、４５・・・ヘッダ、４６・・・気体室、
４７・・・液体室。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所 代理人弁理士本庄武男 第２図 第３図 第４図 第５図 第７図 第６図 ８ ４８４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気液二相流と熱媒体との間で熱交換を行うプレート
   フィン型熱交換器において、気体及び液体をそれぞれ単
   相で取り入れ、二相流として熱交換器へ供給するだめの
   分散用コアを熱交換器の流体取入口に取り付け、該分散
   用コア内に液体流層と気体流層とを隣接して配設し、相
   隣接する液体流層と気体流層とを共に熱交換器側の二相
   流層に連通せしめたことを特徴とするプレートフィン型
   熱交換器の気液分散装置。 ２、分散用コアが熱交換器の流体取入口に設けたヘッダ
   内に取り付けられ、ヘッダ内が上記分散用コアによって
   液体室と気体室に区割されている特許請求の範囲第１項
   に記載したプレートフィン型熱交換器の気液分散装置。