KR0185587B1 - 액화 개스를 비등시키는 방법 - Google Patents

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마이클 위그햄
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Abstract

본 발명은 액화 개스를 비등시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기를 분리하기 위한 이중 정류 컬럼(2)에서, 저압 정류 컬럼(6)으로부터 생성된 액체 산소는 탱크(25)에 수집되고, 중력에 의해 탱크(25)로부터 열교환기 또는 콘덴서-리보일러(16)의 아래쪽으로 통과하여 흐른다. 이때, 액체 산소의 낙하막(falling film)이 고압 정류 컬럼(4)로부터 공급된 응축 질소 증기와의 열교환에 의해 재비등된다. 비등되지 않은 액체 산소는 콘덴서-리보일러(16)를 통하여 저압 정류컬럼(6)의 배수조(68)의 대량의 액체 산소(66)내로 흘러 떨어진다. 열교환기(70) 및 (72)는 대량의 액체 산소(66)내에 부분적으로 침지되어 있으며, 응축 질소 증기와의 열교환에 의해 액체산소를 열사이펀적으로 비등시킨다.

Description

액화 개스를 비등시키는 방법
제1도는 고압 컬럼 및 저압 컬럼을 포함하는 공기 분리 장치의 본 발명 형성부에 따른 콘덴서-리보일러를 부분 절개한 개략적인 정면도이고 ;
제2도는 액체 산소의 낙하막(falling film)이 부분적으로 비등시키는 종류인, 제1도에 도시된 장치의 열교환기 형성부의 개략적인 투시도이고 ;
제3도는 제2도에 도시된 열교환기를 부분 절개한 개략적인 부분 분해사시도이고 ;
제4도는 제2도 및 제3도에 도시된 열 교환기의 응축 통로의 개략적인 단면도이며,
제5도는 제1도에 도시된 또다른 열교환기 부분을 부분 절단한 절개 투시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2, 4, 6 : 정류 컬럼 10 : 유량 조절 밸브
14, 22, 28, 74, 76 : 헤더 16, 70, 72 : 열교환기
18, 80 : 평행판 24 : 강수관
25 : 탱크 26 : 액체-증기 접촉수단
34 : 저장조 36, 38, 82, 84 : 통로
44 : 콜렉터 68 : 배수조
본 발명은 액화 개스를 비등시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전형적으로는 질소 증기를 응축시키면서 열교환시켜 액체 산소를 비등시키는 방법에 관한 것이다. 액체 산소의 공급원은 저압 정류 컬럼 및 고압 정류 컬럼을 포함하는 이중 정류컬럼의 저압 컬럼일 수 있다. 질소 증기의 공급원은 고압 컬럼일 수 있다.
이중 정류 컬럼을 이용하는 공기 분리공정에 있어서, 전형적으로는 저압 컬럼을 1 내지 1.5 bar 의 평균 압력에서 운전시키는 것이 바람직하다. 액체-증기 접촉수단을 통하여 증기의 적당한 상승류를 컬럼내로 제공하기 위해서는, 공기 분리의 생성물로서 형성된 액체 산소를 재비등시킬 필요가 있다. 재비등은 고압 컬럼의 상부로부터 질소 증기와의 열교환에 의해 수행한다. 질소 증기는 스스로 적어도 부분적으로 응축되며, 응축물중의 적어도 일부는 고압 컬럼으로 되돌아가 고압 컬럼을 위한 환류공급원으로서 작용한다. 몇가지 현대의 콘덴서-리보일러에 있어서, 비등하는 액체 산소와 응축되는 질소 사이의 열교환은 플레이트-핀(plate-fin)형 열교환기내에서 일어난다. 이러한 열교환기의 예가 미합중국 특허 제 3,384,154 호에 기술되어 있다. 이러한 열교환기들은 비교적 콤팩트하다는 잇점을 제공하며, 핀(fin)들의 존재로 인하여 높은 열교환 표면적을 가짐을 특징으로한다. 사용될 수 있는 대용 형태의 열교환기는 플레이트 보다는 차라리 관을 이용한다. 관은 비등 표면적을 증대시킬 수 있다.
비등 산소와 응축 질소 사이의 열교환을 비교적 효율적으로 수행하는 것이 바람직하다. 즉, 비등 액체와 응축 증기사이의 온도차를 최소화시키는 것이 바람직하다. 온도차가 작으면 작을수록 콘덴서-리보일러에 공급할 필요가 있는 질소증기의 압력이 점점 더 낮아지게 된다. 이러한 질소 공급 압력은 실제로 고압 컬럼내로 도입된느 공기의 압력과 직접적으로 관련이 있는 고압 컬럼 상부에서의 압력이다. 따라서 응축 질소와 비등 산소 사이의 열교환이 행해지는 것이 더욱 효과적이며, 고압 컬럼내로 공기 스트립을 도입시키는데 적합한 압력으로 상승되도록 분리할 공기 스트림을 압축시키는 경우에 열교환이 행해지는 것은 덜 효과적이다.
콘덴서-리보일러는 통상적으로 저압 컬럼의 저부에서 배수조(sump)내의 대량 부피의 액체 산소내에 적어도 부분적으로 침지된다. 비등 통로는 콘덴서-리보일러의 저부에서 상부까지 수직으로 연장하며, 양쪽 단부 모두에서 개방되어 있다. 각각의 비등 통로내에서의 액체 산소의 비등은 배수조내의 액체 헤드(liquid head)와 비등 통로내의 액체의 높이 사이의 차압을 발생시키는 경향이 있다. 따라서, 비등 통로내에서 및 비등 통로를 통하여 액체 산소의 정흐름(positive flow)이 야기된다. 이러한 현상을 본 분야에서는 열사이펀(thermosiphoning)으로서 지칭하는데, 그 이유는 열교환기 통로내에서의 액체 산소의 가열로 인하여 사이핀 효과가 야기되기 때문이다. 그러나, 콘덴서-리보일러를 형성하는 열교환기의 저부에서 비등 통로에 대해 입구의 위치에 있는 액체 산소가 보통 압력에서 그의 비점 미만의 온도에 있기 때문에 액체 헤드는 비효율적인 공급원이다. 따라서, 열사이펀 효과의 결과로서 액체 산소가 비등 통로를 통하여 위쪽으로 움직임으로써, 1차로는 그의 포화온도 미만에서 그의 포화온도로 가열된 다음, 비등이 시작되는 온도로 과열된다. 그 결과로서 핀치(pinch)가 생기며, 열교환기내의 비등 통로의 상부를 출발하는 증기(이 증기는 비말동반된 액체를 함유할 수 있다)와 통로를 한정하는 벽의 온도 사이의 온도차는 전형적으로는 1.5K 정도이다.
비교적 대규모의 플랜트에서, 저압 컬럼의 배수조의 직경은 전형적으로는 컬럼의 나머지 부분의 직경보다 더 크다. 이것은 더 많은 열교환 단위가 배수조내에 수용될 수 있도록 해주므로 더욱 효과적인 비등이 얻어질 수 있다. 또다른 방법은 저압 컬럼 외부의 액체 산소를 열사이펀 원리에 따라 작동하는 열교환 단위가 배치되어 있는 별도의 용기내에서 약간 재비등시키는 것이다. 그러나, 이들 2가지 방법의 실시는 모두 공기분리 플랜트의 고정원가를 상당히 증가시킨다.
열사이펀 효과의 결과로서 산소가 콘덴서-리보일러를 통하여 윗쪽으로 흐르는 다른 방법이 유럽 특허원 제 303,492 호에 제안되어 있다. 상기 문헌에 기술된 종류의 콘덴서-리보일러는 액체 산소의 낙하막을 이용한다. 낙하막은 액체 산소를 다공성 열전달 표면상에 분무시킴으로써 생성된다. 이어서, 액체 산소는 중력에 의해 표면 아래쪽으로 흐른다. 그러므로, 일반적으로는 비등되지 않은 액체 산소를 재순환시킬 필요가 있다. 이런 목적을 위해 펌프가 필요하다. 낙하막 콘덴서-리보일러는 또한 미합중국 특허 제 4,599,097 호에도 기술되어 있다.
따라서, 유럽 특허원 제 303,492 호에 기술된 종류의 낙하막 보일러는 액화 개스의 펌핑이 요구되는 반면, 통상적인 종류의 열사이펀 보일러는 액화 개스와 액화 개스가 비등하는 통로의 벽 사이의 매우 높은 온도차에 의해 움직이는 단점이 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명은 이들 2가지 단점 모두를 개선시킬 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따라, 액화 개스를 비등시키기 위한 제 1 열교환 통로 셋트(set)를 한정하는 다수의 제 1 열전달 표면 각각의 아래쪽으로 액화 개스의 낙하막을 생성시키는 단계 ; 하강하는 액체중의 일부가 비등되도록 상기 제 1 표면을 가열하는 단계 ; 비등되지 않은 액화 개스를, 액화개스를 비등시키기 위한 제 2 통로 셋트를 한정하는 다수의 제 2 열전단 표면이 적어도 부분적으로 침지되어 있는 대량의 액화 개스속으로 통과시키는 단계 ; 액화 개스를 제 2 통로를 통해 흐르도록 하는 단계 ; 및 제 2 통로를 통과하는 액화 개스의 적어도 일부가 비등되도록 제 2 열전달 표면을 가열하는 단계를 포함하는, 액화 개스를 비등시키는 방법이 제공된다.
본 발명은 또한 사용시에 비등되지 않은 액체가 대량의 액화 개스를 함유하는데 적합한 용기내로 흐르도록 배열된 출구를 갖는, 액화 개스의 낙하막을 각각 비등시키기 위한 제 1 열교환통로 셋트를 한정하는 다수의 제 1 열전달 표면 ; 운전시에 하강하는 액체의 일부가 비등되도록 상기 제 1 열전달 표면을 가열하기 위한 수단 ; 통과하는 액화 개스의 흐름에 대해 적합하며, 사용시에 용기내의 대량의 액화 개스내에 적어도 부분적으로 침지되도록 배치되어 있는, 액화 개스를 비등시키기 위한 제 2 열교환 통로셋트를 한정하는 다수의 제 2 열전달 표면 ; 및 제 2 열전달 표면을 통과하는 액화 개스중의 적어도 일부가 비등되도록 상기 제 2 열전달 표면을 가열하기 위한 수단을 포함하는, 액화 개스를 비등시키기 위한 장치도 제공한다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 열전달 표면은 각각 열교환유체를 사용하여 가열시킨다. 열교환 유체는 바람직하게는 액화개스와 상이한 조성을 갖는 응축 증기이다. 바람직하게는, 제 1 열전달 표면을 가열하는데 사용되는 열교환 유체는 제 2 열전달 표면을 가열하는데 사용되는 유체와 동일한 조성을 가지며, 이때 상기 2가지 유체 모두는 동일한 공급원으로부터 취한다.
전형적으로, 제 1 열교환 통로는 상기 열교환 유체가 통과할 수 있는 열교환 통로와 적어도 하나의 제 1 열교환기내에 교대로 배치한다. 유사하게, 제 2 열교환 통로는 상기 열교환 유체가 통과할 수 있는 열교환 통로와 적어도 하나의 제 2 열교환기내에 교대로 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 액체 산소를 비등시키는데 특히 적합하다. 본 실시예에서, 열교환 유체는 바람직하게는 열교환시에 그 자체가 적어도 부분적으로 응축되는 질소이다. 액체 산소의 공급원은 바람직하게는 공기를 분리시켜 산소를 생성시키는 정류 컬럼내의 액체-증기 접촉수단이다.
따라서, 제 1 열교환 통로는 액체 산소가 예를 들면 중간 탱크로부터 중력에 의해 제 1 열교환 통로 셋트로 공급되도록 이러한 액체-증기 접촉수단 아래쪽에 위치하는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명에 따른 방법 및 장치의 이러한 실시예에서, 대량의 액화 가스를 함유하는 용기는 저압 컬럼 및 고압 컬럼을 포함하는 이중 정류 컬럼의 저압 정류 컬럼 형성부분인 저압 정류컬럼의 배수조이다. 더욱이, 본 발명의 이러한 예에서, 제 1 열교환 통로 셋트를 포함하는 열교환기 또는 각각의 열교환기는 저압 정류 컬럼내에서 제 2 열교환 통로를 포함하는 열교환기 또는 각각의 열교환기 보다는 높지만 컬럼내의 액체-증기 접촉수단 보다는 낮은 위치에 위치시키는 것이 바람직하다.
제 2 열교환 통로를 통한 액화 개스의 흐름은 바람직하게는 각각의 이러한 통로를 그의 기저부에서 대량의 액화 개스에 대해 개방시키고, 제 2 열전달 표면을 가열하여 액화 개스를 비등시킴으로써 열사이펀 효과에 의해 이들 통로를 통하여 액체 산소의 연속 흐름이 야기되도록 용기내에서의 액화 개스의 높이를 유지시켜 달성한다.
본 발명에 따른 장치의 열전달 표면 각각은 바람직하게는 열전도도가 비교적 높은 금속 또는 합금, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 또는 구리 또는 알루미늄계 합금을 포함한다. 각각의 제 1 열교환 표면은 바람직하게는 증기포(vapor bubble)의 핵형성부위를 제공하는 캐비티, 압입부, 스크래치부 또는 다른 불규칙한 부분과 함께 설치한다. 그러나 바람직하게는, 이러한 표면은 기공(ore)이 개방되어 있어서 서로 연통하는 종류의 다공성 금속 피막을 포함한다. 이러한 다공성 피막은 액화 개스의 필름이 표면상에서 균일하게 분포되도록 해준다. 피막은 그것이 도포된 표면과 동일하거나 상이한 조성일 수 있다. 바람직하게는, 목적하는 금속 또느 금속 합금의 입자 및 적합한 플래스틱 물질의 입자의 혼합물(또는 금속 및 플래스틱 물질의 성형된 복합체의 입자)을 기재상에 증착시켜 금속내에 포함된 플래스틱 물질의 입자를 포함하는 피막을 형성시킴으로써 피막을 형성시킨다.
이어서, 생성된 피막을 가열하여 플래스틱 물질을 휘발시켜 제거하면 다수의 불규칙하고 상호 연결되어 있으며 요각형(凹)의 캐비티를 포함하는 다공성 금속 피막이 남는다. 플래스틱-금속 피막은 불꽃 분무법 또는, 바람직하게는, 플라즈마 분무법으로 증착시킬 수 있다.
이제부터는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방법 및 장치를 기술할 것이다. 첨부된 도면을 축척도가 아니다. 제1도를 참조하면, 공기를 분리하기 위한 이중 정류컬럼(2)의 일부가 도시되어 있다. 이중 정류 컬럼(2)은 고압정류 컬럼(4)(제1도에는 그의 상부만이 도시되어 있음) 및 저압 정류 컬럼(6)(제1도에는 그의 저부만이 도시되어 있음)을 포함한다. 본 분야에 널리 공지되어 있는 바와 같이, 고압 컬러(4)은 공기를 질소 및 산소-풍부 공기 분획물로 분리시키는데 효과적이다. 주요 유출관(8)은 질소 증기를 컬럼(4)의 상부 밖으로 배출시킨다. 파이프(8)는 그의 내부에 위치된 유량조절 밸브(10)를 가지고 있으며, 운전시에 질소 증기와의 열교환(열교환의 결과로 질소 증기는 적어도 부분적으로 응축된다)에 의해 액체 산소를 비등시키는데 사용되는 제 1 열교환기(16)의 질소증기 헤더(header)(14)형성부에 대한 입구(12)에서 끝난다(따라서, 열교환기(16)는 콘덴서-리보일러로서 기술할 수 있다).
열교환기(16)는 첨부된 도면 제 2 도 내지 제 4 도에 도시되어 있으며, 경우에 따라서는 제 2 도 내지 제 4 도 뿐만 아니라 제 1 도를 연결하여 참조한다. 열교환기(16)의 본체는 액체 산소를 비등시키고 질소증기를 응축시키기 위한 교번 통로(alternate passage)의 셋트를 포함한다. 상기 통로는 다수의 이격되어 분리된 평행판(18)에 의해 한정된다(특히 제2도 및 제3도를 참조할 것). 열교환기(16)는 또한 그의 상부에 액체 산소용 헤더(20)를 가지고 있다. 헤더(20)는 사용시에 중력에 의해 헤더(20)에 액체 산소의 정상 흐름을 제공하는데 적합한 탱크(25)와 연통되어 있는 입구(22)를 갖는다. 탱크(25)는 저압 컬럼(6)내의 액체-증기 접촉수단(26)의 저부에서 탱크(25)까지 액체 산소의 통로를 제공하는 강수관(downcomer)(24)과 차례로 연통된다. 액체-증기 접촉수단은 전형적으로는 죽 늘어선 증류트레이를 포함하며, 따라서 액체-증기 접촉수단(26)은 전형적으로 저부 증류 트레이를 포함한다(달리는 구조 패킹을 포함하는 액체-증기 접촉수단을 사용할 수도 있다). 열교환기(16)의 저부에는 응축된 질소 증기용의 출구 헤더(28)가 있다. 상기 출구 헤더(28)는 응축된 질소 증기를 고압 컬럼(4)내에 있는 저장소(34)로 되돌려 보내는 파이프(32)와 연통되어 있는 출구(30)를 가지고 있다.
특히 제2도 및 제3도를 참조하면, 평행판(18)은 교번적인 응축 통로(36) 및 비등 통로(38)를 한정한다. 각각의 응축 통로(36)의 상부는 개스상 질소 헤더(14)와 연통되며, 각각의 상기 통로(36)의 저부는 액체 질소 헤더(28)과 연통된다. 각각의 비등 통로(38)의 상부는 액체 산소 헤더(20)와 연통되어 있는 반면, 이러한 통로의 저부는 비등되지 않은 액체 산소 및 산소 증기가 열교환기(16)의 저부 밖으로 자유롭게 통과할 수 있도록 개방되어 있다.
제3도에 도시된 바와 같이, 각각의 응축 통로(36)는 열전도성 금속의 핀을 가지고 있다. 상기 핀은 금속의 파형시이트(corrugated sheet)로써 각각의 통로(36)에 설치된다.
각각의 시이트(40)는 개개 통로(36)를 한정하는 평형판(18)의 개개 표면과 열전도 관계에 있으며 상기 판(18)의 표면에 접합된다. 전형적으로 시이트(40)는 당해 분야에 널리 공지된 기술인 진공 브레이징(vacuum brazing)법에 의해 통로(36)를 한정하는 판(18)의 개개 표면에 접합시킨다. 경우에 따라서는, 시이트(40)를 각각의 응축 통로(36)내에 유체가 양호하게 분포되도록 시이트내에서(도면에서는 도시되지 않은) 톱니 모양을 형성시킬 수 있다.
다시 제3도를 참조해 보면, 각각의 통로(38)를 한정하는 플레이트 표면은 바람직하게는 표면상에 액체 산소의 필름을 균질하게 분포시키는 다공성 금속 피막(42)을 갖는다. 다공성 피막은 일반적으로 유럽 특허원 제 303,493 호에 기술되어 있는 종류일 수 있다(달리는, 플레이트가 특정 교번 형태의 향상된 비등표면, 예를 들면 미합중국 재허여 특허 제 30,077 호에 기술된 바와 같은 표면을 가질 수도 있다). 피막(42)은 그것이 도포된 표면의 조성과 동일하거나 상이할 수 있다. 전형적으로는, 피막은 알루미늄 또는 구리, 또는 이들 금속중의 하나를 기본으로 하는 합금이다. 피막은 바람직하게는 목적하는 금속의 입자 및 적합한 플래스틱 물질의 입자의 혼합물(또는, 이러한 혼합물 대신에 금속과 플래스틱 물질의 성형된 복합체의 입자)을 플레이트(18)의 개개 표면상에 증착시켜 금속내에 포함된 플래스틱 물질의 입자를 포함하는 피막을 형성시킴으로써 형성시킨다. 이어서, 생성된 피막을 가열하여 플래스틱 물질을 휘발시켜 제거하면 다수의 불규칙하고 상호연결된 캐비티를 포함하는 다공성 금속 피막이 남는다. 피막의 평균 공정은 전형적으로는 15 내지 50 미크론의 범위에 있으며, 생성된 피막은 전형적으로 20 내지 60%의 다공도를 갖는다. 적합한 플래스틱 물질은 탄소상 잔기 또는 다른 잔기를 남기지 않고서 적어도 500℃, 전형적으로는 약 500 내지 600℃의 온도에서 증발한다. 바람직한 플래스틱 물질은 폴리에스테르이다.
피막(42)을 제조하기 위한 전형적인 제조 절차는 전형적으로는 알루미늄인 플레이트(18)의 표면에서 다공성 표면이 필요하지 않은 영역, 다시 말하면,지지 바아 및 에지 바아(dege bar)와 같은 다른 부재와 접합시켜야 할 영역을 마스킹시킨다.
이어서, 표면상의 특정 알루미늄 산화물을 제거하고 플레이트(18) 및 피막(42)사이에 우수한 결합을 형성시키기 위하여 마스킹되지 않은 표면을 파인 그릿 또는 숏(fine grit or shot)으로 블라스팅(blasting)시킨다. 이어서, 전형적으로는 적합한 플라즈마를 형성시키는데 사용될 수 있는 개스(예 : 헬륨 및 수소)를 위한 개스 공급 라인, 적합한 전국/노즐 배치 및 분말 공급 라인을 가진 플라즈마 건을 이용하여 적합한 알루미늄 합금 분말 및 폴리에스테르 분말의 혼합물을 도포한다. 전국과 플레이트사이의 아아크, 전형적으로는, 500 amps에서 아아크를 발생시키고, 전극을 통하여 수소 및 헬륨을 아크 근처로 공급하여 개스로부터 강렬한 플라즈마 불꽃을 생성시킨다. 불꽃의 가장 뜨거운 부분에 분말을 공급한다. 전류 및 개스의 유량은 통상의 수단을 이용하여 조절할 수 있다. 또한, 폴리에스테르 분말의 유량을 조절하는 장치로 바람직하다. 플라즈마 건은 바람직하게는 건을 플레이트의 전후 좌우로 구동시킬 수 있는 왕복대(carriage)상에 설치한다. 전형적으로는, 2 또는 3 경로(pass) 플라즈마건을 사용하여 각 플레이트(18)의 개개 표면을 피복시킬 수 있다. 플레이트를 한번 피복하고, 마스킹을 제거하고, 플레이트를 오븐내에 위치시키고, 여기에서 폴리에스테를 전형적으로는 500 내지 600℃ 범위의 온도에서 공기로 직접 산화시켜 제거할 수 있다.
이어서, 플레이트를 냉각시킨 다음, 열교환기(16)내로 도입시킬 수 있다. 이러한 표면의 제조방법에 대한 추가의 정보가 유럽 특허원 제 303,493 호에 개시되어 있다.
다공성 피막 또는 표면(42)은 액체 산소의 비등을 위한 다수의 핵형성 부위를 제공한다. 그러므로, 상기 피막 또는 표면의 효과는 통상의 열사이펀 보일러에 비해 효과적인 비등에 필요한 액체 산소의 과열되는 양을 감소시킨는 것이다. 더욱이, 액체 산소를 실질적으로 그의 포화온도에서 각각의 비등 통로에 공급할 수 있음으로써, 액체 산소의 온도를 그의 포화온도까지 상승시키는데 필요한 가열량을 최소로 유지시킬 수 있다. 열교환기(16)의 운전시에는 각각의 다공성 열전달 표면(42)에 액체 산소를 균일하게 분포시키고 각각의 표면상에서 적당히 균일한 분포의 액체 필름을 유지시키는 것이 중요하다. 액체 산소가 각각의 열전달 표면(42)의 상부에서 균일하게 분포된 경우, 이러한 표면(42)의 기공의 모세관 작용이 액체의 비교적 균일한 분포를 유지시켜 준다. 열교환기(16)를 관통하여 흐르는 유체의 비교적 균일한 분포를 얻기 위하여 열교환기에 사용된 수단은 제4도에 도시되어 있다.
제4도는 플레이트(18)중의 하나를 개략적으로 나타낸 것이다. 제4도에 도시된 플레이트(18)의 전면을 응축 통로(36)의 벽을 한정한다. 따라서 제4도는 실제로는 앞쪽 플레이트(18)가 제거된 응축 통로(36)를 도시한 것이다. 응축통로(36)의 저부에는 헤더(28)와 연통되고 플레이트(18)의 일측에서 다른 일측으로 연장하는 액체 질소 콜렉터(44)가 있다.
응축 표면의 모든 부분으로부터의 응축된 액체 질소의 수거를 촉진시키기 위하여, 콜렉터(44)를 각각 2 셋트의 관통 디스트리뷰터(perforate distributor) 핀(46) 및 (48)과 함께 설치한다.
핀(46) 및 (48)의 셋트는 모두 골이진 금속(예 : 알루미늄)스트립의 형태를 취한다. 셋트(46)에서는 수평으로 약간 각도를 주어 골을 내는 반면, 셋트(48)에서는 수직으로 골을 낸다.
배치는 액체 질소가 콜렉터내에 균일하게 분포되고, 따라서 액체 질소가 응축 통로에서 헤더(28)의 출구(30)로 평활하게 흐르도록 한다. 핀(46) 및 (48)은 바람직하게는, 예를 들면 진공 브레이징법에 의해 통로(36)를 한정하는 개개의 플레이트(18)에 영구적으로 접합시킨다.
콜렉터(44)의 위에는 통로(36)과 연합된 주요 열전달핀이 위치한다. 제3도를 참조하여 상술한 바와 같이, 핀은 수직으로 골이 지도록 배치된 파형 시이트(40)에 의해 한정된다.
시이트(40)의 상부는 각각의 연합된 플레이트(18)의 상부 바로 아래에서 정지한다. 통로(38)내에서 응축되는 질소 증기용의 디스트리뷰터 챔버(50)는 핀(40)의 윗쪽에 위치한다. 디스트리뷰터 챔버(50)는 헤더(14)와 연통되어 응축 통로(36)의 일측에서 다른 일측까지 연장한다. 챔버(50)는 2셋트의 관통 디스트리뷰터 핀(52) 및 (54)를 가지고 있다. 2셋트의 핀(52) 및 (54)는 모두 전형적으로는 개개 플레이트(18)에 접합시키며, 이들 각각은 파형 금속, 전형적으로는 알루미늄의 스트립을 포함한다. 핀셋트(52)에서는 수평에 약간 각도를 이루도록 골이져 있으며, 헤더(14)로부터 멀리 떨어진 부분의 골의 단부는 반대쪽 골보다 더 낮은 위치에 있다. 디스트리뷰터 핀의 셋트(54)는 아래쪽으로 골이져 있다. 운전시에, 디스트리뷰터 핀의 셋트(52) 및 (54)는 개스상 질소를 통로(36)전체에 걸쳐 균일하게 분포시켜 준다.
통로(36)는 그의 상부, 측면 및 저부 에지를 따라 밀봉바아(56)를 가지고 있다. 밀봉 바아(56)는 각각, 예를 들면 진공 브레이징시켜 통로(36)로 한정하는 플레이트(18)의 개개 표면에 접합시킨다.
제4도에 도시된 바와 같이, 각각의 플레이트(18)는 그의 연합된 응축 통로(36)의 상부 윗쪽으로 연장한다. 통로(36)에 대한 개스상 질소 디스트리뷰터(50)의 윗쪽에는 액체 산소헤더(20)과 연통되고 액체를 응축 통로(36)과 인접한(제4도에 도시되지 않은)2개의 비등 통로(38)에 분포시킬 수 있는 액체 산소 디스트리뷰터(58)이 있다. 디스트리뷰터(58)은 개개 플레이트(18)을 가로질러 일측에서 다른 일측으로 연장하며(본 분야에서는 때로는 하드웨이 핀(hardway fin)으로서 지칭되는 종류의) 파형 금속의 관통 스트립(60)을 포함한 챔버의 형태를 취하며, 디스트리뷰터 챔버(58)는 일측에서 다른 일측으로 수평으로 골이진다. 운전시에, 스트립(60)은 액체 산소를 디스트리뷰터 챔버(58)내에 균일하게 분포시켜 준다. 챔버(58)를 제한하는 각각의 플레이트(18)내에는 그것을 통하여 액체 산소가 챔버(58)로부터 인접한 비등 통로(38)(제4도에는 도시되어 있지 않음)내로 흐르는 수평 슬롯(제4도에는 단 하나의 슬롯(62)만이 도시되어 있다)이 있다. 따라서 운전시에, 액체 산소가 각각의 비등 통로(38)속으로 균일하게 흐르게 되어 비등 통로(38)를 제한하는 다공성 열전달 표면상에서 액체 산소의 균일한 비등 필름의 형성이 촉진된다.
추가의 밀봉 바아 또는 스페이서 바아(56)는(예를 들면, 진공 브레이징시켜) 디스트리뷰터 챔버(58)의 상부, 측면부 및 저부에서 응축 경로(36)를 한정하는 각 쌍의 플레이트(18)의 대향면에 접합시킨다.
예시된 챔버는 유체를 열교환기(16)의 여기저기로 분포시키지만, 많은 대용 배치 상태의 일부를 사용하여 유체를 열교환기의 여기저기로 분포시킬 수 있다[참조 : 미합중국 특허 제 3,559,772 호].
제3도에 도시된 바와 같이, 또한 각각의 응축 통로(36)의 상부 및 측면부에 밀봉 바아(56)를 설치한다. 그러나 전술한 바와 같이, 각각의 비등 통로(38)는 그의 저부에서 개방되어 전체를 통해 산소 증기 및 잔류 액체를 형성할 수 있다.
산소 증기는 저압 컬럼(6)으로 상승하여 다시 액체-증기 접촉수단(26)내의 하강 액체와 매스 전달 관계를 일으킨다. 잔류 액체는 하기에 기술하는 바와 같이 수거된다.
열교환기(16)의 치수는 전형적으로 저압 컬럼(6)의 크기 및 생성물을 생성시키는데 필요한 공기 분리 플랜트의 속도에 관계할 것이다. 전형적으로, 열교환기(16)는 1 내지 2m의 높이 및 1 내지 2m2의 평면 단면적을 가질 수 있다. 각 쌍의 인접 플레이트(18)사이의 거리는 전형적으로는 5 내지 10mm 범위일 수 있다.
다시 제1도를 참조하면, 비등 통로(38)의 저부에서 열교환기(16)를 이탈하는 액체 산소는(제3도 참조)저압 컬럼의 배수조(68)내의 대량의 액체 산소(68)내로 떨어진다. 배수조(68)는 또한 탱크(25)로부터 오버플로우된 특정한 것들도 수용할 것이다. 액체 산소내에 부분적으로 침지된 열교환기(70) 및 (72)의 수단에 의해 배수조(68)내의 액체 산소를 더 비등시킨다. 열교환기(70) 및 (72)는 모두 플레이트가 액체 산소를 비등시키고 질소 증기(이것은 액체 산소를 증발시키고 질소 그 자체는 응축되는 열전달 매질로서 사용된다)를 응축시키는 교번 통로를 한정하는 종류의 플레이트-핀 열교환기이다. 열교환기(70) 및 (72)는 각각 고압 컬럼(4)의 상부로부터 출구 파이프(8)과 연통되는 질소 증기를 위한 입구 헤더(74)를 갖는다. 헤더(74)는(제1도에 도시되지 않음)다수의 질소 응축 통로 각각과 연통되며, 이들 헤더는 각각 제4도에 도시된 챔버(50)과 유사한(도시되지 않은) 질소 증기 분배 챔버를 가지고 있다. 질소는 각각의 통로 아래쪽으로 흐르며 적어도 부분적으로 응축된다. (따라서, 열교환기(70) 및 (72)를 콘덴서-리보일러로서 기술할 수 있다). 각각의 응축 통로는 제4도에 도시된 콜렉터(44)와 유사한(도시되지 않은)액체 질소 수거 챔버를 가지고 있다. 열교환기(70) 및 (72)내의 이러한 챔버 각각은 출구 헤더(76)와 연통된다. 2개의 출구 헤더(76)는 모두 열교환기(70) 및 (72)내에서 응축된 액체 질소를 고압 컬럼(4)내의 저장소(34)내로 인도하는 파이프(78)에 각각 연결된다.
첨부된 도면의 제2도 내지 제4도에 도시된 열교환기(16)와는 달리, 열교환기(70) 및 (72)는 비등 통로를 통한 산소의 흐름을 위한 모관(headering)을 전혀 갖지 않는다. 이러한 비등 통로는 각각 그의 저부 및 그의 상부 모두가 개방되어 있다. 배수조(68)내의 액체 산소의 헤드는 액체 산소가 그의 저부를 통하여 각 비등 통로로 유입되도록 하며, 비등 통로내의 액체 산소의 수준은 배수조(68)의 액체 산소의 수준으로 상승되는 경향이 있다. 배수조(68)내의 액체 산소 헤드가 액체를 비등 통로의 저부로 충분히 유입시켜 그속의 액체 산소 수준을 회복시키지 않으면, 산소는 비등하기 시작하고 비등 통로의 액체의 수준은 떨어진다. 이러한 효과는 전술한 바와 같이 열사이펀으로서 공지되어 있다. 따라서, 액체 산소가 열교환기(70) 및 (72)의 각 비등 통로의 저부로 연속적으로 흐르며, 따라서 산소가 이러한 통로를 통하여 연속적으로 흐른다. 생성되는 기화 산소는 그의 개방된 상부를 통하여 각각의 비등 통로를 이탈하며, 저압 컬럼(6)을 통해 계속 상승하여 액체-증기 접촉수단(26)내에서 하강하는 액체와 매스 전달 관계를 일으킨다.
저압 컬럼(6)내의 공기로부터 분리된 모든 액체 산소가 균일한 온도로 배수조(68)에 도달한다는 것은 알 것이다. 따라서, 대량 액체(66)의 표면에서 액체 산소는 그의 포화온도에 있을 것이다. 그러나, 배수조(68)내의 액체 산소 헤드의 추가 압력은 열교환기(70) 및 *72)의 비등 통로로 유입되는 액체가 일반적인 압력에서 그의 포화온도 미만임을 의미한다. 따라서, 비등 통로내에서 비등이 개시되기 전에, 액체 산소를 1차로는 일반적인 압력에서 그의 포화온도 이상으로 가열한다. 그러므로, 비등이 개시되기 전에 가열해야 할 필요가 있는 액체 산소의 온도 범위는 대량 액체 산소(66)의 깊이가 증가함에 따라 증가한다. 열교환기(16)내의 액체 산소의 일부를 가열함으로써, 액체 산소(66)의 깊이는 효과적으로 감소한다. 따라서, 비등되지 전에 열교환기(16)가 생략된 비교가능한 배열 상태에 비해 감소된다. 실제로, 한가지 결과는 열교환가내의 비등 통로를 다른 방법으로 운전시킬 수 있는 것보다도 더 낮은 벽 온도를 사용하여 운전시킬 수 있다는 사실이다.
따라서, 액체 질소를 그의 포화 온도에서 더 낮은 압력하에 열교환기(70) 및 (72)로 공급할 수 있다. 그러므로, 실제로는 고압 컬럼(4)의 상부에서의 압력이 감소되며, 따라서 공기를 상당히 더 낮은 압력으로 압축시킬 수 있기 때문에 분리하기 위한 공기를 압축시키는데 요구되는 일의 양이 감소된다.
열교환기(70) 및 (72)는 전형적으로 통상의 방법으로 제작 및 제조한다. 대표적인 구조가 제5도에 예시되어 있다. 열교환기는 열전달 표면을 갖는 수직의 평행한 플레이트(80)들의 배열을 포함한다. 플레이트(80)는 교번적인 질소 응축 통로(82) 및 산소 비등 통로(84) 사이를 한정한다. (제6도에 하나의 응축 통로(82) 및 하나의 비등 통로(84)가 도시되어 있다). 통로(82) 및 (84)는 각각 열전달 효율을 향상시키기 위한 2차 핀붙이 표면(finned surface)을 가지고 있다. 각각의 이러한 핀붙이 표면은 수직으로 골이 진 금속의 파형 시이트(86)의 형태이다.
제5도에 도시된 바와 같이, 밀봉 바아(88)는 플레이트(80)배열의 측면에 설치한다. 설명을 용이하게 하기 위해서, 통로(82)와 연합된, 필수적인 개스상 질소의 디스트리뷰터 및 액체 질소의 콜렉터는 제5도에 도시하지 않았다. 유사하게, 이러한 통로 각각의 상부 및 저부에 있는 밀봉 바아도 또한 제5도에서 생략하였다.
다시 제1도를 참조하여 보면, 비록 제1도에는 단지 하나의 낙하막 열교환기(16) 및 2개의 열사이펀식 열교환기(70 및 72)만이 도시되어 있을지라도, 이것은 1차로는 설명을 쉽게 하기 위한 것이며, 일반적으로는 거대한 공기 분리 컬럼이 각 종류의 열교환기의 배열을 포함할 것이다. 전형적으로는, 액체 산소의 20 내지 50%를 강하막 열교환기에서 비등시킬 수 있고 그 나머지는 열사이펀 효과를 이용하여 액체 산소를 비등시키는 열교환기를 사용하여 비등시킬 수 있도록 배열할 수 있다. 또한, 일반적으로 액체-증기 접촉수단(26)을 가진 부분보다 더 넓은 직경의 저압 컬럼(6)의 부분을 가질 필요 없이도 저압 컬럼(6)의 저부에 모든 필수적인 열교환기들을 포함시킬 수 있는 것으로 믿어진다.
제1도에 도시된 조절 밸브(10)는 배수조(68)내의 액체 산소가 안전 운전에 적당한 수준이 되도록 설정된 단순한 배플 밸브일 수 있다.

Claims (14)

  1. 액화 개스를 비등시키기 위한 제1열교환 통로 셋트를 한정하는 다수의 제1열전달 표면 각각의 아래쪽으로 액화 개스의 낙하막(falling film)을 생성시키는 단계 ; 하강하는 액체의 일부가 비등되도록 상기 제1표면을 가열하는 단계 ; 액화 개스를 비등시키기 위한 제 2 통로 셋트를 한정하는 다수의 제 2 열전달 표면이 적어도 부분적으로 침지되어 있는 대량의 액화 개스속으로 비등되지 않은 액화 개스를 통과시키는 단계 ; 액화 개스가 상기 제 2 통로를 통해 흐르도록 하는 단계 ; 및 상기 제 2 통로를 통과하는 액화 개스의 적어도 일부가 비등되도록 상기 제 2 열전달 표면을 가열하는 단계를 포함하는, 액화 개스를 비등시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열전달 표면을 액화 개스와 상이한 조성을 갖는 응축증기를 포함하는 열교환 유체를 사용하여 각각 가열하고, 상기 제 1 열교환 통로를 적어도 하나의 제 1 열교환기내에서 상기 열교환 유체가 통과할 수 있는 열교환 통로와 교대로 배열하고, 상기 제 2 열교환 통로를 적어도 하나의 제 2 열교환기내에서 상기 열교환 유체가 통과할 수 있는 열교환 통로와 교대로 배열하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액화 개스가 액체 산소이고, 상기 열교환 유체가 질소인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 액체 산소의 공급원이 공기가 분리되는 정류 컬럼내의 액체-증기 접촉수단이고, 제 1 열교환 통로를 액체 산소가 중력에 의해 공급될 수 있도록 액체-증기 접촉수단 아래쪽에 위치시키는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 대량의 액화 개스가 저압 정류 컬럼, 및 질소를 포함하는 열교환 유체를 공급하는 고압 정류 컬럼을 포함하는 이중 정류 컬럼의 상기 저압 정류 컬럼 형성 부분인 저압 정류 컬럼의 배수조(sump)내에 함유된 방법.
  6. 제3항에 있어서, 제 2 열교환 통로를 통한 액화 개스의 흐름을, 각각의 상기 제 2 열교환 통로를 그의 기저부에서 대량의 액화 개스에 대해 개방시키고, 제 2 열전달 표면을 가열하여 액화 개스를 비등시킴으로써 열사이펀 효과(thermosiphon effect)에 의해 이들 통로를 통하여 액화 개스의 연속 흐름이 야기되도록 액화 개스의 높이를 유지시킴으로써 달성하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 제 1 열교환 표면이, 기공이 개방되어 서로 연통되어 있는 다공성 금속 피막에 의해 제공된, 증기포(vapor bubble)의 형성을 위한 핵형성 부위를 갖는 방법.
  8. 사용시에 대량의 액화 개스를 함유하는데 적합한 용기내로 비등되지 않은 액체가 흐르도록 배열된 출구를 갖는, 액화 개스의 낙하막을 각각 비등시키기 위한 제 1 열교환 통로 셋트를 한정하는 다수의 제 1 열전달 표면 ; 운전시에 하강하는 액체의 일부가 비등되도록 상기 제 1 열전달 표면을 가열하기 위한 수단 ; 액화 개스가 통하여 흐르는데 적합하며, 사용시에 용기내의 대량의 액화 개스내에 적어도 부분적으로 침지되도록 배치되어 있는, 액화 개스를 비등시키기 위한 제 2 열교환 통로 셋트를 한정하는 다수의 제 2 열전달 표면 ; 및 통과하는 액화 개스의 적어도 일부가 비등되도록 상기 제 2 열전달 표면을 가열하기 위한 수단을 포함하는, 액화 개스를 비등시키기 위한 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제 1 열교환 통로를 적어도 하나의 제 1 열교환기내에서 열교환 유체가 통과할 수 있는 열로와 교대로 배열하고, 상기 제 2 열교환 통로를 적어도 하나의 제 2 열교환기내에서 상기 열교환 유체가 통과할 수 있는 열교환 통로와 교대로 배열한 장치.
  10. 제9항에 있어서, 열교환기가 정류 컬럼내에 위치하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 정류 컬럼내의 액체-증기 접촉 수단으로부터 수득한 액체 산소를 상기 적어도 하나의 제 1 열교환기로 공급하기 위한 중간 탱크를 추가로 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 대량의 액화 개스를 함유하는 용기가 저압 정류 컬럼 및 고압 정류 컬럼을 포함하는 이중 정류 컬럼의 저압 정류컬럼 형성부분인 저압 정류 컬럼의 배수조인 장치.
  13. 제8항에 있어서, 제 2 열교환 통로가 그의 저부에서 개방되어 있고, 용기내의 액화 개스의 높이가 운전시에 제 2 열전달 표면을 가열하여 액화 개스를 비등시킴으로써 열사이펀 효과에 의해 상기 통로를 통하여 액화 개스의 연속 흐름이 야기되도록 유지하는 장치.
  14. 제8항에 있어서, 각각의 제 1 열교환 표면이, 기공이 개방되어 서로 연통되어 있는 다공성 피막에 의해 제공된, 증기포의 형성을 위한 핵형성 부위를 가진 장치.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9315061D0 (en) * 1993-07-19 1993-09-01 Boc Group Plc Fractional distillation
US5438836A (en) * 1994-08-05 1995-08-08 Praxair Technology, Inc. Downflow plate and fin heat exchanger for cryogenic rectification
US5699671A (en) * 1996-01-17 1997-12-23 Praxair Technology, Inc. Downflow shell and tube reboiler-condenser heat exchanger for cryogenic rectification
DE19605500C1 (de) * 1996-02-14 1997-04-17 Linde Ag Vorrichtung und Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit
FR2774755B1 (fr) * 1998-02-09 2000-04-28 Air Liquide Condenseur a plaques brasees perfectionne et son application aux doubles colonnes de distillation d'air
DE19950570A1 (de) 1999-10-20 2001-04-26 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
ES2243182T3 (es) * 1999-10-20 2005-12-01 Linde Aktiengesellschaft Procedimiento y dispositivo para descomponer aire a baja temperatura.
FR2876441B1 (fr) * 2004-10-08 2017-07-21 Thermi Consult Condenseur de vapeur a plaques soudees notamment pour tour de condensation et de decantation

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1949609C3 (de) * 1969-10-01 1978-05-11 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Kondensatorverdampfer für einen Doppelsäulenrektifikator
JPS60253782A (ja) * 1984-05-30 1985-12-14 日本酸素株式会社 大型空気分離装置用凝縮器
US4699209A (en) * 1986-03-27 1987-10-13 Air Products And Chemicals, Inc. Heat exchanger design for cryogenic reboiler or condenser service
FR2650379B1 (fr) * 1989-07-28 1991-10-18 Air Liquide Appareil de vaporisation-condensation pour double colonne de distillation d'air, et installation de distillation d'air comportant un tel appareil

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