KR100765573B1 - 다층으로 된 바스 콘덴서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체용 증발 통로(8) 및 열 매체용 액화 통로(2), 및 수직으로 중첩되어 배치된 적어도 2개의 순환 섹션(7)을 구비하는 콘덴서 블록(1)을 가진 바스 콘덴서에 관한 것이다. 상기 증발 통로(8)는 순환 섹션(7)의 하단에 적어도 하나의 액체용 입구(9)를 각각 포함하고 순환 섹션(7)의 상단에 적어도 하나의 출구(10)를 각각 포함한다. 각 순환 섹션(7)에 액체 저장기(15)가 제공되는데, 상기 저장기는 순환 섹션(7)의 입구(9) 및 출구(10)와 유동적으로 연결되고 가스 도관(18)을 포함한다. 상기 가스 도관(9)으로의 유입구는 상기 순환 섹션(7)의 측면(12) 앞에 있는 영역에 위치하지 않으며, 상기 영역에는 상기 순환 섹션(7)의 출구(10)가 배치된다.

Description

다층으로 된 바스 콘덴서{MULTISTOREYED BATH CONDENSER}

본 발명은 액체용 증발 통로 및 열 매체용 액화 통로, 및 수직으로 중첩되어 배치된 적어도 2개의 순환 섹션을 구비하는 콘덴서 블록을 가진 바스 콘덴서로서, 증발 통로가 순환 섹션의 하단에 적어도 하나의 액체용 입구를 각각 포함하고 순환 섹션의 상단에 적어도 하나의 출구를 각각 포함하며, 순환 섹션의 입구 및 출구와 유동적으로 연결되고 가스 도관을 포함하는 액체 저장기가 각각의 순환 섹션을 위해 제공되는 바스 콘덴서에 관한 것이다.

압력 칼럼 및 저압 칼럼을 구비한 저온 기체 분리 시설에서는, 압력 칼럼으로부터의 가스형태의 질소에 대해 저압 칼럼으로부터의 액체 산소가 열교환기 내에서의 간접 열교환으로 증발되며, 이 경우 상기 질소는 액화된다.

상기 열교환기는 실질적으로 2개의 상이한 기본 형태로 수행된다. 강하 경막 증발기(falling-film evaporator)에서는 증발될 액체가, 동시에 가스폐쇄장치를 형성하는 분배 장치를 통해서 위쪽의 증발 통로 내로 유입된다. 액체는 액체 경막으로서 가열 표면을 지나 아래쪽으로 흐르게 되며, 이 경우에 액체의 일부가 증발된다. 생성된 가스 및 증발되지 않은 잔여 액체는 아래에서 상기 강하 경막 증발기로부터 방출된다. 액체는 콘덴서 아래에 배치된 수집공간에 수집되는 반면, 가스 부분은 계속해서 흐르게 된다.

한편 바스 콘덴서에서는, 콘덴서 블록이 액체가 증발되는 액체 바스(liquid bath) 내에 위치한다. 액체는 아래로부터 상기 콘덴서 블록의 증발 통로 내로 들어가고, 액화 통로를 통해 흐르는 열 매체에 대해 그 일부가 증발된다. 상기 증발 통로 내에서 증발되는 매체의 밀도가 주위를 둘러싸고 있는 액체 바스의 밀도보다 낮기 때문에 사이펀 작용이 일어나게 되어, 액체는 액체 바스로부터 증발 통로 내로 흐르게 된다. 액체 바스 내에서 콘덴서 블록의 액침 깊이가 크면 클수록, 증발 통로 내에서의 평균 정수압이 높아져서 액체의 증발이 어렵게 되는데, 그 이유는 액체의 비등온도가 증기압 곡선에 상응하게 상승하기 때문이다.

그러므로 바스 콘덴서 효율은, 콘덴서 블록을 중첩되어 배치된 다수의 섹션(이하에서는 순환 섹션으로 명명됨)으로 분할하므로써 높아질 수 있다. 상기와 같은 배치의 장점은 단일의 높은 콘덴서 블록에서보다 다수의 순환 섹션에서 액침 깊이가 각각 더 작다는 점이다. 따라서 증발 통로 내에서의 정수압이 작아지며, 액체가 보다 쉽게 증발된다.

미국 특허 US 5,775,129호에는 조합형의 강하 경막-바스 콘덴서가 공지되어 있다. 강하 경막 증발기의 방식에 따라서, 아래로 흐르는 액체 산소는 상부 영역에서 그 일부가 증발된다. 그 아래에는 2개의 순환 섹션으로 분할되어 있는 바스 콘덴서가 위치한다. 상기 양 순환 섹션 중 위에 있는 순환 섹션은 그 전체 외부 둘레에 걸쳐서 일종의 갱도(gallery)로 둘러싸여 있는데, 상기 갱도는 순환 섹션용 액체 저장기로 이용된다. 상기 갱도의 벽은 상응하는 순환 섹션의 상부 모서리보다 약간 넓게 위쪽으로 올라와 있으므로, 상단에서 상기 순환 섹션으로부터 방출되는 가스가 갱도를 바로 벗어나는 것이 아니라, 우선 상부가 개방되어 있는 갱도 내에서 상승하게 된다. 상기 단계 동안에 가스에 의해 휩쓸려 나온 액체는 부분적으로 분리되어 상기 갱도의 바닥에 있는 액체 바스 내에 수집된다. 그러나 분리 구역이 있는 전술한 갱도는 상기 순환 섹션의 상부에 더 이상의 순환 섹션이 위치하지 않는 경우에만 구현이 가능하다. 그렇지 않으면 상기 갱도에 의해 그 위에 배치되어 있는 순환 섹션의 입구가 덮이게 된다.

그러므로 본 발명의 목적은 배출된 가스와 함께 휩쓸려 나오는 액체가 가능한한 적은, 다층으로 된 바스 콘덴서를 제공하는 것이다.

상기 목적은 서두에 언급한 종류의 바스 콘덴서에 의해 달성되는데, 상기 바스 콘덴서에서는 가스 도관으로의 유입구가 콘덴서 블록에 수평으로 인접하는 공간내에 있지 않으며, 상기 공간은, 순환 섹션의 출구가 배치되어 있는 순환 섹션의 측면과, 상기 측면에 대하여 수직으로 정렬되고 측면 가장자리를 각각 내포하는 반평면에 의해 경계가 정해진다.

"순환 섹션"은 상기 콘덴서 블록의 섹션을 의미하며, 상기 섹션 내에서 바스 콘덴서 또는 순환 증발기의 기능이 구현된다.

본 발명에 따르면, 바스 콘덴서는 중첩되어 배치된 적어도 2개의 순환 섹션으로 구성되며, 상기 순환 섹션에는 액체 저장기로부터 액체가 각각 제공된다. 상기 바스 콘덴서를 수직으로 분할함으로써, 각 순환 섹션의 액체 저장기 내에 있는 액 높이가 하나의 단일하게 통과되는 콘덴서 블록에서의 액 높이에 비해서 현저하게 감소될 수 있다.

상기 액체는 순환 섹션의 하단에 있는 입구를 지나서 증발 통로 내로 들어가고, 위쪽으로 흐르게 되며, 그 일부가 증발되고, 상기 순환 섹션의 상단에서 적합한 출구를 지나 상기 통로를 떠나게 된다. 상기 통로로부터 방출된 액체-가스-혼합물 내에 있는 액체 부분은 한 편으로는 상기 순환 섹션의 입구로 되돌아 흐르게 되고, 다른 한 편으로는, 상기 순환 섹션의 액체 저장기 내에서의 액 높이에 따라서, 그 아래에 놓여있는 순환 섹션의 입구로 흐르게 되어, 그 곳에서 다시 증발 통로를 통해서 내몰리게 된다(overturn).

본 발명에 따르면, 가스 도관으로의 유입구 및 순환 섹션으로부터의 출구가 공간적으로 분리됨으로써, 순환 섹션으로부터 방출되는 액체-가스-혼합물은 가스 도관 내로 바로 들어가지 않고 우선 분리 영역을 통과하여야 한다. 상기 분리 영역은 가장 간단한 구현예에서는 부분적으로 차폐되어 있는 공간일 수 있거나, 또는 분리 영역에는 가스 흐름을 여러차례 방향 전환시키는 부재가 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 가스 도관으로의 유입구는 출구가 위치하는 순환 섹션의 측면 앞의 공간에 배치되지 않는다. 상기 공간은 출구가 있는 측면과, 일반적으로, 상기 순환 섹션의 하나의 모서리를 각각 포함하고 있는 2개의 수직 반평면 및 2개의 수평 반평면에 의해 경계가 정해진다. 다시 말하자면, 상기 가스 도관으로의 유입구는 출구가 있는 측면 앞에서 상기 순환 섹션의 "그늘"에 놓여서는 안된다.

이로써 상기 액체-가스-혼합물이 순환 섹션으로부터 가스 도관 내로 직접 흘러나가는 것이 방지된다. 상기 액체-가스-혼합물은 가스 도관 내로 진입하기 이전에 방향 전환됨으로써, 가스 속도가 감소되고, 이에 따라 증발된 가스와 함께 휩쓸려 나오는 액체의 양 또한 감소된다. 상기 가스가 가스 도관 내로 진입하기 이전에, 상기 가스 흐름에 동반되는 액체의 분리가 매우 효과적으로 달성된다. 상기 액체 저장기 내의 액 높이가 매우 높게 유지됨으로써, 상기 순환 섹션의 정상적인 작동이 보장된다. 충분히 높은 액 높이는 증발 통로 내에서 액체의 전체 증발을 방지하는데 특히 중요하며, 이러한 액체의 전체 증발은 비휘발성 성분에 의한 증발 통로의 변위(shifting)를 유발할 수도 있다.

액체가 함께 휩쓸려 나갈 위험성은 바람직하게는 상기 가스 라인으로의 유입구가 해당 순환 섹션의 증발 통로의 출구 위에 위치함으로써 감소될 수 있다. 상기 순환 섹션 내에서 증발된 가스는, 가스 라인 내로 유입되기 이전에, 위쪽으로 방향이 바뀌고 일정 거리를 상승한다. 상기 순환 섹션으로부터의 출구와 상기 가스 라인으로의 유입구 사이의 공간은 추가적인 분리 공간으로서 이용되고, 상기 추가적인 분리 공간 내에서 가스와 함께 휩쓸려 나가는 액체가 가스 흐름으로부터 분리된다.

상기 액체 저장기는 비스듬하게 위로 경사지는 바닥으로 구현되는 것이 바람직하며, 상기 바닥은 순환 섹션의 하단과 결합되고 적합한 측벽에 의해 경계가 정해짐으로써, 쐐기 형상의 공간이 형성된다. 상기 비스듬하게 위로 경사지는 바닥은 순환 섹션의 상단을 넘어서까지 연장되고, 상기 순환 섹션의 상부에는 가스 도관으로의 유출구가 구비된다. 상기 순환 섹션의 상부에 있는 공간은 분리 공간으로서 이용된다.

상기 경사진 바닥 대신에 계단형으로 꺾인 평판을 순환 섹션의 바닥 모서리에 설치하는 것이 특히 바람직하다. 상기 평판은 순환 섹션의 하단으로부터 시작되어 우선은 수평으로, 그 다음에는 수직으로 위로, 그 다음에는 다시 수평으로 마지막에는 수직으로 진행된다. 상기와 같은 주름진 2개의 평판은 직접적으로 순환 섹션과 접하고 있는 제 1 저장소를 형성하는데, 상기 저장소는 액체 저장기를 나타낸다. 바람직하게는 상기 평판이 주름짐으로써, 액체 저장기의 경계부를 나타내는 상기 평판의 수직 부분이 순환 섹션으로부터의 출구의 높이까지 연장된다.

상기 계단 형태로 주름진 평판의 제 2 "계단" 사이의 중간 공간은 액체 저장기와 반대로 위쪽으로 벗어나는 추가 저장소를 형성하며, 상기 추가 저장소는 분리 공간으로서도 이용되고 갭 형태의 개구를 통해서 액체 저장기에 연결된다.

또 다른 바람직한 실시예에서는, 가스 도관으로의 유입구가, 증발 통로로부터의 출구를 구비하는 콘덴서 블록의 측면 상에 위치하지 않는다. 가스 도관으로의 유입구를 가스유출 측과 마주하는 측면 앞에 있는 영역 또는 바람직하게는 가스유출 측에 인접한 측면 앞에 있는 영역에 설치할 수도 있다. 상기 액체-가스-혼합물은 이와 같은 배열에서도, 가스 도관 내로 유입되기 이전에 방향이 바뀌게 되고, 따라서 액체가 가스로부터 보다 쉽게 분리될 수 있다.

특히 바람직하게는 가스 유입구가 출구에 대해 옆으로 그리고 위쪽으로 벗어나게 배치된다.

바람직하게는 최대 상기 콘덴서 블록의 2개 측면에 입구 및/또는 출구가 설치된다. 이 경우에 상기 가스 도관으로의 유입구는 순환 섹션의 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 콘덴서 블록에 있는 양쪽의 수직 측면들 앞에 있는 영역들은 파이프 라인 및 다른 부품들로 지지될 수 있으므로, 상기 바스 콘덴서가 비교적 견고하게(獨:kompakt) 구성될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서는 콘덴서 블록의 2개의 마주보는 측면 상에 증발 통로로의 입구 및 출구가 각각 위치한다. 이 경우에, 상기 콘덴서 블록이 상기 양 측면 사이의 중간 평면에 거울대칭적으로 구성되어 있다면 특히 바람직하다.

상기 바스 콘덴서의 보다 견고한 설계는 입구 및 출구 모두가 열교환기의 동일한 측면 상에 위치하는 것에 의해 달성될 수 있다. 입구와 출구을 연결시키는 라인 및 액체 저장기는 단지 콘덴서 블록의 외측면 상에서만 필요할 뿐이다.

제조기술상의 이유로, 순환 섹션의 증발 통로로의 입구 및 그 아래 배치되어 있는 순환 섹션의 증발 통로로부터의 출구가 상기 콘덴서 블록의 마주하는 측면 상에 위치한다면 또한 유리할 수 있다. 상기 콘덴서 블록의 경우에 입구 내지는 출구와 각각의 증발 통로의 연결이 비스듬하게 진행하는 박판에 의해 구현된다면, 상기 콘덴서 블록의 한 영역은 입구로부터 상부 순환 섹션에 있는 증발 통로로 변환되는 전이구역 그리고 통로로부터 하부 순환 섹션에 있는 출구로 변환되는 전이구역으로 대각선으로 나뉘어질 수 있다. 따라서 상기 콘덴서 블록의 높이가 낮아질 수 있다.

상기 가스 도관으로의 유입구가 순환 섹션의 상부에 위치하는 경우에는, 입구 및/또는 출구가 위치하는 순환 섹션의 측면에, 액체공급라인 및 가스 도관을 포함하는 수집기가 제공된다면 유리하다. 일반적으로 순환 섹션은 직사각형의 측벽을 포함한다. 상기 수집기가 적어도 순환 섹션의 측벽에 있는 입구 및 출구를 커버하며, 바람직하게는 순환 섹션의 측벽 전체까지도 커버하게 된다. 상기 수집기의 벽과 상기 순환 섹션의 측벽에 의해서, 주위에 대해 차폐되고 이를 위해 제공된 공급라인 및 도관까지 가스 밀봉 및 액체 밀봉되는 공간이 형성된다.

이러한 변형예에서 상기 바스 콘덴서는 상기 콘덴서 블록의 측벽에 의해 또는 입구 및/또는 출구가 위치하는 측면 상에서 상기 수집기의 외벽에 의해 측면적으로 경계가 정해진다. 콘덴서를 최대한 견고하게 만드는, 바스 콘덴서를 둘러싸는 별개의 용기가 필요하지 않게 된다. 이로써 용기 벽에 대한 재료가 절약되고 제조에 필요한 용접 시임(seam) 전체 길이가 현저하게 줄어들어, 생산이 간소화될 수 있다. 또한, 상기 수집기에 대해서는 다른 요망되는 용기 벽에서보다 더 얇은 벽두께가 선택될 수 있는데, 그 이유는 상기 수집기의 직경을 콘덴서를 둘러싸고 있는 용기의 직경만큼 크게 제조할 필요가 없기 때문이다. 이것은 상당한 비용절감을 가져온다.

상기 가스 도관으로의 유입구를 각 순환 섹션의 상부에 배치하는 경우에는, 다수의 순환 섹션의 측면을, 특히 입구 및/또는 출구가 위치하는 콘덴서 블록의 전체 측면을, 액체공급라인과 가스 도관이 설비되어 있는 수집기로 커버하는 것이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 상기 수집기에는, 각각의 순환 섹션을 위해 적합한 액체 저장기가 제공된다.

바람직하게는 상기 콘덴서 블록은 직사각형의 횡단면을 갖고 원형 용기 내에 내장된다. 원형 용기는 액체 저장기, 및 액체를 하나의 순환 섹션에서 인접하는 순환 섹션으로 유도하기 위한 라인 및 필수 가스 도관을 포함한다. 상기 가스 도관 내지 가스 도관으로의 유입구, 및 액체 라인은 콘덴서 블록의 측면 앞에 있는 용기 벽과 콘덴서 블록 사이의 고리 영역에 배치되고, 콘덴서 블록의 측면은 출구가 있는 블록 측에 인접한다. 상기 순환 섹션을 떠나는 액체-가스-혼합물은 상기 고리공간을 따라서 콘덴서 블록을 중심으로 방향이 바뀌는데, 이때 액체가 상기 혼합물로부터 분리된다.

바람직하게는 상기 수집기 또는 용기가 2개의 순환 섹션의 경계에 접하여 층으로 분할되며, 이 경우에 2개의 인접한 층은 액체 라인 및 가스 라인을 통해서 흐름 방향으로 서로 연결되어 있다. 다수의 순환 섹션의 높이를 넘어서, 바람직하게는 콘덴서 블록의 전체 높이를 넘어서 연장되는 수집기 또는 용기는 순환 섹션에 상응하게 층으로 분할된다. 바람직하게는 상기 층이 평평한 평판 또는 구부러진 바닥에 의해 서로간에 경계가 정해진다. 개별적인 층이 서로에 대해 특별히 이를 위해 제공된 흐름 연결까지 가스 밀봉 및 액체 밀봉적으로 경계가 결정됨으로써, 층의 공간이 인접한 순환 섹션을 위한 액체 저장기로서 이용될 수 있다면 특히 바람직하다.

한 층으로부터 그 아래 놓여 있는 층으로의 액체 운송은 바람직하게 일류관(overflow pipe)을 통해서 보장된다. 층의 바닥은 일류관이 관통하고, 상기 일류관의 개구는 상기 바닥의 상부에 위치한다. 순환 섹션으로부터 상기 층으로 흘러나오는 액체는 상기 층의 바닥에 모아지고, 액 높이가 상기 일류관의 개구 높이에 다다른 경우에만 그 아래 놓여있는 층으로 흘러 내려간다. 보다 낮은 액 높이에서는 상기 양 층 중 상부 층에서만 액체가 내몰리게 된다.

상기 가스라인의 가스 유입구를 증발 통로의 출구로부터 떨어져서 마주보는 측면 상에 설치하는 것 또한 특히 바람직한 것으로 판명되었다. 상기 출구로부터 방출되는 가스는 가스 라인으로 유입되기 이전에 층 내에서 다시 한번 방향이 바뀌게 되는데, 이로써 액체가 가스 흐름으로부터 보다 쉽게 분리될 수 있다.

2개의 층을 서로 연결시키거나 층으로부터 가스를 배출시키는 상기 액체 라인 또는 가스 라인은 바람직하게는 상기 수집기의 내부 내지는 용기의 내부에 배열된다. 특히 바람직하게는 상기 액체 라인 및 가스 라인 모두 수집기의 내부에 설치된다. 따라서 상기 바스 콘덴서가 최대한 견고하게 유지된다.

바람직하게는 모든 층을 관통하여 연장되고 각 층에 하나의 가스 유입구를 가진 가스 라인이 제공된다.

본 발명에 따른 바스 콘덴서는 저온 기체분리시설의 메인 콘덴서로서 특히 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명 및 본 발명에 대한 그 밖의 상세사항은 도면에 도시된 실시예를 통하여 하기에서 보다 자세하게 설명된다.

도 1은 도 2의 라인 B - B를 따르는 본 발명에 따른 바스 콘덴서에 대한 단면도이며,

도 2는 도 1의 라인 A - A를 따르는 본 발명에 따른 바스 콘덴서에 대한 단 면도이며,

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 단면도이며,

도 4 내지 도 7은 원형 용기를 가진 본 발명에 따른 바스 콘덴서에 대한 다양한 단면도이며,

도 8 내지 도 11은 원형 용기를 가진 본 발명에 따른 바스 콘덴서에 대한 대안 실시예이며,

도 12 내지 도 14는 원형 용기를 가진 본 발명에 따른 바스 콘덴서에 대한 또 다른 변형예이다.

도 1 및 도 2는 기체 분리 시설에 있는 이중 칼럼의 메인 콘덴서로서 사용되는 본 발명에 따른 바스 콘덴서에 대한 2개의 단면도이다. 상기 메인 콘덴서는 이중 칼럼의 저압 칼럼 내에 배치될 수도 있거나, 또는 바람직하게는 상기 이중 칼럼의 외부에 배치될 수 있다. 도 1은 도 2의 라인 B - B를 따라 절단된 단면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1의 라인 A - A를 따라 절단된 단면도를 도시한 것이다. 상기 바스 콘덴서는 평행하게 진행되는 다수의 열교환 통로(2, 8)를 포함하는 콘덴서 블록(1)으로 구성되며, 상기 열교환 통로 내에서 가스형태의 질소는 액체 산소와의 열교환으로 액화되며, 이 경우 산소는 증발된다.

질소 통로(2)는 콘덴서 블록(1)의 전체 높이에 걸쳐 연장된다. 가스형태의 질소가 공급 라인(4)을 지나서 상기 질소 통로(2)로 공급되고, 액체로서 상기 블록(1)의 하단에서 라인(5)을 통해서 배출된다. 가스형태의 질소는 콘덴서 블록(1)과 연결되어 있는 수집기/분배기(6)를 통해 질소 통로(2)로 분배된다. 상기 콘덴서 블록(1)의 열교환 통로로부터 방출되는 액체 질소는 유사한 방식으로 배출라인(5) 내로 모아진다.

산소 통로(8)는 질소 통로(2)와는 반대로 콘덴서 블록(1)의 전체 길이에 걸쳐서 연장되지 않고, 라인(5) 내에서 순환 섹션(7a 내지 7e)으로 분할된다. 각각의 순환 섹션(7a 내지 7e)은 수직으로 배열되는 콘덴서 블록(1)의 중간 지점에 대해 거울대칭적으로 구성된다. 상기 양 대칭적인 절반의 각각은 열교환 통로(8)로 구성되고, 상기 열교환 통로(8)에는, 순환 섹션(7)의 상단 및 하단에서 수평으로 배열되는 통로(9, 10)가 연결되는데, 상기 통로(9, 10)는 액체 및 가스를 상기 산소 통로(8) 내로 공급하고 배출하는데 이용된다. 순환 섹션(7)에 있는 상기 양 대칭적인 절반의 유입 통로 및 유출 통로(9, 10)는 각각 콘덴서 블록(1)의 동일한 측면 상에서 끝난다.

상기 순환 섹션(7a 내지 7e)은 모두 동일하게 구성된다. 따라서 상기 콘덴서 블록(1)은 폐쇄판(11)으로 끝나는 2개의 측면 및 2개의 마주하는 측면(12)을 포함하며, 상기 측면(12)에는 각각의 순환 섹션(7a 내지 7e)을 위하여, 액체 산소용 입구(9) 및 일부 증발되는 산소용 출구(10)가 각각 위치한다.

입구 및 출구(9, 10)가 제공된 콘덴서 블록(1)의 양 측면(12)은 전체 측면(12)을 커버하는 반원통형 씌우개(13)와 결합된다. 상기 반원통형 씌우개(13)는 입방형의 콘덴서 블록(1)의 수직 모서리를 마무리한다. 상기 콘덴서 블록(1)의 마주보는 측면 상에 위치하고 측벽(12) 및 반원통형 씌우개(13)에 의해 경계가 정해지는 2개의 공간(14)은 상기 콘덴서 블록(1) 높이의 외형에 걸쳐서 서로 연결되어 있지 않다. 상기 2개의 공간(14)은 콘덴서 블록(1)의 상부에서 유일하게 연결되는데, 그 이유는 상기 반원통형 씌우개(13)가 콘덴서 블록(1)보다 높고, 콘덴서 블록(1)의 상부에 있는 영역에서 서로 연결되기 때문이다. 그러므로, 상기 바스 콘덴서는 2개의 반원통형 씌우개(13)가 그 양 측면(12) 상에서 인접하는 콘덴서 블록(1), 및 상기 콘덴서 블록(1)과 상기 양 반원통형 씌우개(13)를 팽팽하게 커버하고 있는 헤드부(21a)로 구성된다.

상기 반원통형 씌우개(13)에 의해 경계가 정해진 공간(14)은 평판(16)에 의해 다수의 층(15a 내지 15e)으로 분할된다. 상기 평판(16)은 2개의 순환 섹션(7) 사이의 경계로부터 콘덴서 블록(1)의 측면 상에 배치된 반원통형 씌우개(13)까지 연장된다. 상기 평판(16)에는 유출 개구(17)가 위치하고, 상기 유출 개구(17)를 통하여 액체 산소가 예컨대 15b인 층으로부터 그 아래 놓여있는 예컨대 15c인 층으로 배출될 수 있다. 또한, 평판(16)으로부터 그 아래 놓여있는 평판(16)의 하부에 까지 연장되는 가스갱(18)이 상기 평판(16)에 결합된다.

상기 가스갱(18)은 일렬로 배치되어 실제로 하나의 공용 가스수집 라인을 형성하는데, 이 경우에는 각 층(15)으로부터 상기 가스수집 라인 내로의 가스의 유입을 가능하게 하는 갭(19)이 각 가스갱(18)의 상단과 그 아래 놓여있는 평판(16) 사이에 유지된다. 상기 평판(16)의 적어도 일부가 위쪽으로 상승됨으로써, 상기 환형 갭(19)이 각 층(15)의 출구(10) 상부에 위치하게 된다.

도 1에 도시된 실시예에서는 상기 평판(16)이 직각으로 2번 접혀있어, 2개의 평판(16) 사이에, 서로 결합되는 2개의 공간(20, 21)으로 구성된 하나의 층(15)이 형성된다. 상기 공간(20c)은 부속하는 순환 섹션(7c)과 같은 높이로 있고 액체 저장기로서 이용된다. 이와는 반대로 제 2 공간(21c)은 그 다음으로 약간 높은 순환 섹션(7b)과 거의 동일한 높이에 위치하고, 상기 액체 저장기(20c) 옆으로 그리고 위쪽으로 옮겨져 있는 일종의 추가 저장소를 형성한다.

상기 바스 콘덴서가 작동하면, 라인(22)을 통하여 액체 산소가 맨 위에 있는 양 층(15a) 내로 들어간다. 우선 상기 산소는 저장기(20a) 내에 수집되고, 유입 통로(9)를 통해서 산소 통로(8) 내로 유입되고, 질소와의 간접 열교환으로 일부가 증발되고, 다시 상기 저장기(20a)로 수집되기 위하여 액체-가스-혼합물로서 유출 통로(10)를 지나서 상기 콘덴서 블록(1)을 떠나게 된다. 상기 저장기 내에 있는 액체 높이가 유출 채널(10)의 높이까지 상승하면, 액체 산소는 연결 갭을 지나서, 분리 공간으로 이용되는 제 2 공간(21a) 내로 흐를 수 있다.

상기 분리 공간(21a)은 바닥에 유출 개구(17)를 포함하며, 상기 유출 개구를 통해서 과량의 액체 산소가 층(15a)로부터 그 아래 놓여있는 층(15b)으로 흐르게 된다. 이 경우에 2개의 인접한 층(15)의 유출 개구(17)는 상호 변위되게 배치되어, 예컨대 층(15b)으로부터 떨어지는 산소가 층(15d)으로 직접 흐르지 않고 우선은 층(15c)에 머물수 있게 한다.

상기 유출 개구(17)는 부속하는 층(15)의 출구(10)만큼 높게 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 바스 콘덴서의 개별적인 순환 섹션(7)은, 적어도 저장기(20) 내의 액체수위가 출구(10)의 하부 모서리의 적어도 바로 아래에 위치할 정도로 액체 바스 내에 침지되는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 이로써, 증발 통로(8) 내에서 전체 증발이 배제되고 비휘발성 성분에 의한 통로(8)의 변위가 방지된다.

상기 층(15b) 내로 흘러 내려간 산소는 다시 저장기(20b) 내에 수집되고, 순환 섹션(7b)에서 뒤집히고 일부가 증발된다. 그런 다음 상기 저장기(20b) 내의 과량 액체는 유출 개구(17)를 통해서 층(15c) 내로 흐르게 된다. 증발시에 순환 섹션(7) 내에서 발생한 산소가스는 액체 산소와 함께 출구(10)로부터 흘러나오게 되고, 가스갱(18)을 통해 배출된다. 상기 과정은 각각의 층(15)에서 반복된다.

측면 및 위쪽으로 벗어나 있는 분리 공간(21)의 배치, 및 가스갱(18)으로의 환형 가스 유입구(19)에 의해 산소가스는, 층(15)으로부터 빠져나오기 이전에 여러차례 방향을 바꾸게 된다. 상기와 같이 방향 전환될 때, 가스형태의 산소의 유속이 급격히 떨어짐으로써, 가스형태의 산소는 액체 산소와 함께 전혀 휩쓸리지 않게 되거나 또는 거의 휩쓸리지 않게 된다. 그러므로 분리 공간(21) 내에서 매우 우수한 액체-가스-분리가 달성될 수 있다. 상기 가스갱(18)을 지나서 상승하는 산소가스는 바스 콘덴서의 상단에서, 도면에 도시되어 있지 않은 산소 배출 라인을 통해 방출된다.

도 3에는 본 발명에 따른 바스 콘덴서의 또 다른 실시예가 도시되어 있으며, 상기 바스 콘덴서에서는 산소 통로(8)가 콘덴서 블록(1)의 한 측면 상에서만 입구 및 출구(9, 10)를 갖는다. 도시되지 않은 질소 통로는 도 2의 통로(2)에 상응하며, 마찬가지로 콘덴서 블록의 전체 높이에 걸쳐서 연장되어 있다. 열 전달체로서 이용되는 액화될 질소 가스는 수집기/분배기(6)를 통해서 질소 통로 내로 분배되고, 콘덴서 블록(1)의 하단에 있는 수집기(5) 내에 액체로서 모아져서 제거된다.

산소측에서 상기 콘덴서 블록(1)은 5개의 순환 섹션(7a 내지 7e)으로 분할되고, 상기 순환 섹션(7a 내지 7e)은 수평으로 배열되는 박판이 있는 입구 영역 및 출구 영역(9, 10)과, 수직 채널이 있는 본래의 열교환 영역(8)을 포함한다. 모든 입구(9) 및 출구(10)는 상기 콘덴서 블록(1)의 동일한 측면 상에 위치한다.

상기 콘덴서 블록(1)의 개방된 측면(12)에는 마찬가지로 액체 저장기(20) 및 분리 공간(21)이 제공된다. 층(15) 사이에서의 액체 흐름은 일류관(30)을 통해 이루어진다. 상기 일류관(30)의 상부 모서리는 부속하는 순환 섹션(7)의 상부 모서리와 같은 높이에 위치한다. 결과적으로, 상기 산소 통로(8)와 상응하는 입구 통로 및 출구 통로(9, 10)가 항상 액체 바스 내에 완전히 잠기게 된다. 상기 증발 통로(8)는 항상 액체로 채워지게 되고, 이로써 비휘발성 성분에 의한 통로(8)의 변위가 완전히 불가능해지게 된다. 출구(9) 바로 아래에 있는 액체수위가 상기와 같은 통로(8)의 변위를 확실하게 저지하는 것으로 조사되었다.

도 4 내지 도 7에는 다층으로 된 바스 콘덴서가 도시되어 있으며, 상기 바스 콘덴서는 기체 분리 시설에 있는 정류 칼럼의 메인 콘덴서로서 사용된다. 상기 바스 콘덴서에서는, 압력 칼럼 헤드부로부터의 가스형태의 질소와 저압 칼럼의 바닥으로부터의 액체 산소가 간접 열교환되며, 이 경우에 질소는 액화되고 산소는 증발된다.

상기 바스 콘덴서는 원형 용기(50)로 둘러싸인 입방형의 콘덴서 블록(1)을 포함한다. 가스형태의 질소는 바스 콘덴서의 헤드부에서 공급라인(4)을 통해서 공급된다. 수집기/분배기(6)가 상기 질소가스를 콘덴서 블록(1)의 전체 높이에 걸쳐서 연장되는 액화 통로(2) 내로 균일하게 분배한다. 상기 콘덴서 블록(1)의 하단에는 액화된 질소가 라인(5)을 통해 배출된다.

증발될 액체 산소는 라인(22)을 통하여 바스 콘덴서에 공급된다. 산소 통로(8)는 다수의 순환 섹션(7)으로 분할되어 있고, 상기 각각의 순환 섹션 내에서 산소의 부분 증발이 일어난다. 과량의 액체 산소는 일류관(30)을 통하여 바로 다음의 하부 순환 섹션으로 유도되고, 생성된 산소가스는 가스 수집 라인(18)을 통해 배출된다. 여기까지는 상기 콘덴서 블록(1)의 구조 및 작동 모드가 도 1 및 도 2에 설명된 콘덴서 블록과 동일하다.

본 실시예에서는 반원통형 씌우개(13) 대신에 용기(50)가 상기 콘덴서 블록(1)의 주위에 제공된다. 상기 용기(50)는 2개의 순환 섹션(7) 사이의 경계면에서 평판(51)에 의해 층(15)으로 각각 분할된다. 가운데에 있는 층(15b 내지 15e)은 해당 순환 섹션(7b 내지 7e) 주위에 환형 공간을 각각 형성한다. 단지 최상부 층(15a) 및 최하부 층(15f)만이 각각의 순환 섹션(7a, 7f)보다 좀 더 높은 높이를 가질 수 있다.

도 1 내지 도 3의 바스 콘덴서와는 다르게 액체 도관(30) 및 가스 도관(18)은, 증발 통로(8)의 입구 및 출구(9, 10)가 위치하는 콘덴서 블록 측면(12) 중 어느 한 측면에 배치되는 것이 아니라 폐쇄되어 있는 블록 측면(11)에 마주하는 환형공간(15) 내에 배치된다. 각 층(15)의 가스 수집관(18)은 일렬로 배치되어, 각 층(15) 내에서 생성된 산소가 공동의 라인(18)을 통해서 배출될 수 있다. 상기 가스 수집 라인(18)으로의 유입은 환형 개구(19)를 통하여 이루어진다.

가스형태의 산소는 가스 수집 라인(18) 내에서는 아래로 흐를 수 있고 그런 다음에 바닥에서 라인(52)을 통해서 바스 콘덴서로부터 제거된다. 상기 순환 섹션(7) 내에서 증발되지 않은 과량의 액체는 최하부 층(15f)으로부터 배출되는 산소 가스와 함께 가스 수집 라인(52)을 통해서 흘러 나가게 된다.

그러나, 상기 가스형태의 산소는 가스 수집 라인(18) 내부에서 위쪽으로 흐를 수 있다. 이것은 특히 상기 원통형 용기(50)와, 증발된 산소를 수용하는 정류 칼럼이 하나의 구조적 유닛을 형성하는 경우에 유리하다. 바스 콘덴서 내에서 증발되지 않은 과량의 액체는 액체 생성물로서 최하부 층(15f)으로부터 양적으로 배출됨으로써, 상기 최하부 층(15f) 내에서의 이론적인 액 높이가 지속적으로 유지될 수 있다.

어느 하나의 층(15)으로부터 그 아래 놓여있는 층(15)으로 액체를 전달하기 위한 일류관(30)은 가스 수집 라인(18) 옆에 위치하며, 상기 가스 수집 라인은 콘덴서 블록 측면(11) 앞의 중앙에 배치된다. 상기 일류관(30)은 층에서 층으로 서로 벗어나게 위치하는데, 다시 말해서 상기 가스 도관(18)으로부터 한번은 오른쪽에 한번은 왼쪽에 위치한다. 따라서 액체 산소가 어느 하나의 일류관(30)으로부터 다음 일류관(30)으로 직접 연속하여 흐를 수는 없다.

도 8 내지 도 11에는 본 발명에 따른 바스 콘덴서의 또 다른 실시예에 대한 다양한 도면이 도시되어 있다. 증발 통로는 차례로 다수의 순환 섹션(7)으로 분할되고, 콘덴서 블록(1)에는 순환 섹션(7a 내지7e)의 높이로 액체 저장기(20)가 각각 부착된다. 상기 저장기(20)에는 옆으로 그리고 위쪽으로 벗어나게 분리 용기(21)가 연결된다. 액체 측에는 2개의 인접하는 순환 섹션(7)마다 일류관(30)이 연결되어 있다. 여기까지는 상기 바스 콘덴서의 구조가 도 3에 따른 바스 콘덴서와 실질적으로 동일하지만, 상기 증발 통로(8)의 입구 및 출구(9, 10)가 콘덴서 블록(1)의 2개의 마주보는 측면 상에 배치되어 있으며, 상기 블록(1)의 동일 면 상에 배치되어 있지 않다는 점이 다르다.

도 9 및 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 액체 저장기(20) 및 분리 공간(21)을 가진 콘덴서 블록(1)은 평면도(plan view)에서 육각형, 바람직하게는 실질적으로 정육각형을 형성한다. 상기 콘덴서 블록(1)은 직각의 횡단면을 포함하며, 증발 통로(8)를 액화 통로로부터 분리시키는 평판에 평행인 측면(60)은 상기 평판에 수직으로 배향되는 측면(61)보다 확실히 짧다. 따라서 보다 긴 측면(61)은 평판의 스택 높이에 상응한다. 요구되는 스택 높이에 도달하기 위해서는 다수의 개별 블록을 결합시켜 콘덴서 블록(1)을 완성하는 것이 전적으로 바람직할 수 있다.

각각의 순환 섹션(7)과 같은 높이에서, 상기 콘덴서 블록(1)에 액체 저장기(20)가 연결된다. 단지 최하부의 순환 섹션(7f)만이 저장기를 필요로 하지 않는데, 그 이유는 상기 최하부 순환 섹션이, 부속하는 분리 칼럼의 또는 개별 용기(50)의 바닥 바스 내에 위치하기 때문이다. 바람직하게 상기 액체 저장기(20)는 작은 입방형 저장소로서 설계되는데, 상기 저장소는 해당 순환 섹션(7)의 측면으로 결합되고 적어도 상기 순환 섹션(7)의 입구(9)를 커버한다. 상기 액체 저장기(20)의 사이즈가 작기 때문에 충만한 상태에서도 무게가 가볍게 유지되어, 저장기(20)의 안정성에 대한 요건이 높게 설정되지 않아도 된다. 또한 상기 방식으로 분리 공간(21)을 위한 추가 공간이 확보된다.

상기 분리 공간(21)은 저장기(20)에 측면으로 그리고 위쪽으로 벗어나 있다. 상기 분리 공간(21)의 횡단면은 평면도에서 대략 정삼각형으로 보인다. 이러한 양 변은 전술한 정육각형의 길이를 갖는다. 상기와 같은 구조의 장점은 구조적으로 복잡하지 않은 가운데 콘덴서 블록(1)이 위치하는 용기(50)의 원형 횡단면을 잘 활용할 수 있다는 점이다.

상기 블록(1)과 분리 공간(21)에 의해 형성된 육각형 몸체와 원통형 용기(50) 사이에 있는 중간 공간(18)은 가스 도관(18)으로서 이용된다. 상기 가스 도관(18)으로의 유입구는, 도 8에서 용이하게 확인될 수 있는 것과 같이, 각각의 순환 섹션(7)의 출구(10) 상부에 있다.

하기와 같이 도 12 내지 도 14에 의해 설명되는 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 해당 액체 저장기(20) 및 해당 분리 공간(21)을 구비한 4개의 동일한 블록(70)이 외부 윤곽으로 볼 때 거의 정팔각형을 형성한다. 각 블록(70)의 스택 높이(61)는 그 폭(60)보다 높다. 2개의 블록이 평판 폭(60)의 간격을 두고 각각 마주함으로써, 상기 블록(70)이 평면도에서 십자형을 이루게 되고, 그 중앙에는 평판넓이(60)의 측면 길이를 가진 사각형이 자유롭게 유지된다.

상기 십자형의 외측면 상에 있는 횡단면이 L자형인 4개의 액체 저장기(71)는 증발될 액체와 동일한 높이에 있는 4개의 순환 섹션(7)에 공급되며, 이 경우에 각 저장기(71)는 2개의 블록(70)에 연결된다. 이와는 반대로 최하부 순환 섹션(7f)에는 그 내부에 바스 콘덴서가 위치하는 칼럼 또는 용기의 바닥으로부터 액체가 공급된다.

상기 분리 공간(72)은 횡단면도에서 대략 삼각형의 형태를 가지며, 상기 삼각형의 변은 L자형 액체 저장기(71)의 외측면으로부터 형성되고, 그 바닥은 상기 팔각형의 한 측면으로부터 형성된다. 상기와 같은 배열에서의 장점은 구조적으로 복잡하지 않은 가운데 원형 횡단면을 잘 활용할 수 있다는 것이다.

액체는 순환 섹션(7)으로부터 그 아래 배치되는 순환 섹션(7)으로 일류관(30)을 통해서 다시 유도된다. 상기 팔각형의 몸체와, 그 내부에 바스 콘덴서가 위치하는 용기(50)의 원통형 벽 사이에 있는 중간 공간은 가스 도관(18)으로서 이용된다.

Claims (16)

1. 액체용 증발 통로 및 열 매체용 액화 통로, 및 수직으로 중첩되어 배치된 2개 이상의 순환 섹션이 구비된 콘덴서 블록을 가진 바스 콘덴서로서, 증발 통로가 순환 섹션의 하단에 하나 이상의 액체용 입구를 각각 포함하고 순환 섹션의 상단에 하나 이상의 출구를 각각 포함하며, 순환 섹션의 입구 및 출구와 유동적으로 연결되고 가스 도관을 포함하는 액체 저장기가 각각의 순환 섹션을 위해 제공되는 바스 콘덴서에 있어서,

   가스 도관(18)으로의 유입구가 콘덴서 블록(1)에 수평으로 인접하는 공간내에 있지 않으며, 상기 공간은, 순환 섹션(7)의 출구(10)가 배치되어 있는 순환 섹션(7)의 측면(12)과, 상기 측면(12)에 대하여 수직으로 정렬되고 측면 가장자리를 각각 내포하는 반평면에 의해 경계가 정해짐을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
2. 제 1 항에 있어서,

   가스 도관(18)으로의 유입구가 콘덴서 블록(1)에 수평으로 인접한 공간의 상부에 위치함을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
3. 제 2 항에 있어서,

   가스 도관(18)으로의 유입구가 이 위에 배치되어 있는 순환 섹션(7)의 높이에 위치함을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   가스 도관(18)으로의 유입구가 콘덴서 블록(1)에 수평으로 인접하는 공간내에 있으며, 상기 공간은, 순환 섹션의 출구가 배치되어 있는 순환 섹션의 측면(12)에 인접한 콘덴서 블록(1)의 측면(11)과, 상기 인접한 측면(11)에 대하여 수직으로 정렬되고 상기 인접한 측면(11)의 수직 가장자리를 내포하는 2개의 반평면에 의해 경계가 정해짐을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   가스 도관(18)으로의 유입구가 콘덴서 블록(1)에 수평으로 인접하는 공간내에 있으며, 상기 공간은, 순환 섹션(7)의 출구(10)가 배치되어 있는 순환 섹션(7)의 측면(12)에 마주하는 콘덴서 블록(1)의 측면과, 상기 마주하는 측면에 대하여 수직으로 정렬되고 마주하는 측면의 수직 가장자리를 내포하는 2개의 반평면에 의해 경계가 정해짐을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   콘덴서 블록(1)의 최대 2개 측면(12)에 입구(9) 및 출구(10)가 제공됨을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   콘덴서 블록(1)의 동일한 측면(12) 상에 입구(9) 및 출구(10) 모두가 위치함을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
8. 제 6 항에 있어서,

   입구(9) 및 출구(10)가 위치하는 콘덴서 블록(1)의 측면(12)에 액체 공급 라인(22) 및 가스 도관(18)을 구비한 수집기(13)가 설치되며, 상기 수집기는 다수의 순환 섹션(7)의 측면, 바람직하게는 콘덴서 블록(1)의 측면(12) 전체를 커버함을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
9. 제 8 항에 있어서,

   수집기(13)가 2개의 순환 섹션(7)의 경계를 따라서 층(15)으로 각각 분할되고, 이 경우에 2개의 인접한 층(15)이 액체 라인(17, 30) 및 가스 라인(18)을 통해서 흐름 측면에서 서로 연결되어 있음을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
10. 제 9 항에 있어서,

    2개의 인접한 층(15)이 액체운반을 위한 일류관(30)을 통해서 서로 연결되어 있음을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    콘덴서 블록이 직사각형의 횡단면을 가지며, 원형 용기 내에 배치됨을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    평면도(plan view)로 볼 때, 콘덴서 블록(1), 액체 저장기(20), 및 상기 액체 저장기(20)와 연결된 분리 공간(21)이 육각형을 형성함을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    평면도로 볼 때, 콘덴서 블록(1), 액체 저장기(20), 및 상기 액체 저장기(20)와 연결된 분리 공간(21)이 팔각형을 형성함을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    저온 기체 분리 시설의 메인 콘덴서로서 사용됨을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    콘덴서 블록(1)의 최대 2개 측면(12)에 입구(9) 또는 출구(10)가 제공됨을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
16. 제 15 항에 있어서,

    입구(9) 또는 출구(10)가 위치하는 콘덴서 블록(1)의 측면(12)에 액체 공급 라인(22) 및 가스 도관(18)을 구비한 수집기(13)가 설치되며, 상기 수집기는 다수의 순환 섹션(7)의 측면, 바람직하게는 콘덴서 블록(1)의 측면(12) 전체를 커버함을 특징으로 하는 바스 콘덴서.

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