KR20030007786A - 다층으로된 바스 콘덴서 - Google Patents

Abstract

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

Description

다층으로된 바스 콘덴서{MULTISTOREYED BATH CONDENSER}

미국 특허 US 5,775,129호에는 결합형 낙하피막-바스 콘덴서가 공지되어 있다. 낙하피막 증발기의 방식에 따라서, 아래로 흐르는 액체 산소는 상부 영역에서 그 일부가 증발된다. 그 아래에는 2개의 순환섹션으로 분할되어 있는 바스 콘덴서가 위치한다. 상기 양 순환섹션 중 위에 있는 순환섹션은 그 전체 외부 둘레에 걸쳐서 일종의 갱도로 둘러싸여 있는데, 상기 갱도는 상기 순환섹션용 액체 저장기로서 이용된다. 상기 갱도의 벽은 해당 순환섹션의 상부 모서리보다 약간 넓게 위쪽으로 올라와 있으므로, 상단에서 상기 순환섹션으로부터 방출되는 가스가 갱도를 바로 벗어나는 것이 아니라 먼저 위쪽으로 개방되어 있는 갱도 내에서 상승하게 된다. 상기 단계 동안에 가스로부터 휩쓸려온 액체는 일부분적으로 유리되어 상기 갱도의 바닥에 있는 액체 바스 내에 축적된다. 그러나 유리구역이 있는, 전술한 갱도는 상기 순환섹션의 상부에 더 이상의 순환섹션이 위치하지 않는 경우에만 구현이 가능하다. 그렇지 않으면 상기 갱도에 의해 그 위에 배치되어 있는 순환섹션의 입구가 막히게 된다.

본 발명은 액체용 증발통로 및 열매체용 액화통로를 포함하고 수직으로 중첩되어 배치된 적어도 2개의 순환섹션을 구비하는 콘덴서 블록을 가진 바스 콘덴서에 관한 것이며, 이 경우에 상기 증발통로는 순환섹션의 하단에 적어도 하나의 액체용 입구를 각각 포함하고 순환섹션의 상단에 적어도 하나의 출구를 각각 포함하며, 이 경우에 모든 순환섹션용으로 액체 저장기가 제공되는데, 상기 액체 저장기는 순환섹션의 입구 및 출구와 유동적으로 연결되고 가스 도관을 포함한다.

압력기둥 및 저압기둥을 가진 저온 기체 분리 시설에서는 압력기둥으로 된 가스형태의 질소에 대항하여 저압기둥으로 된 유동하는 산소가 열교환기 내에서의 간접 열교환으로 증발되는데, 반면에 상기 질소는 액화된다.

상기 열교환기는 실질적으로 2개의 상이한 기본 형태로 구현된다. 낙하피막 증발기에서는 증발되어야할 액체가, 가스폐쇄장치로 동시에 형성되는 분배 장치를 통해서 위쪽의 증발통로 내로 유입된다. 상기 액체는 액체피막으로서 가열 표면을 통해서 아래쪽으로 흐르게 되며, 이 경우에 상기 액체는 그 일부가 증발된다. 상기 생성된 가스 및 증발되지 않은 잔여 액체는 아래에서 상기 낙하 피막 증발기로부터 방출된다. 상기 액체는 콘덴서 아래에 배치된 축적공간에서 축적되고, 반면에 상기 가스 분량은 계속 흐르게 된다.

이와는 반대로 바스 콘덴서에서는, 액체가 증발되어야 하는 액체 바스(獨:Fluessigkeitsbad) 내에 콘덴서 블록이 위치한다. 상기 액체는 아래로부터 상기 콘덴서 블록의 증발통로 내로 들어가고 액화통로를 통해 흐르고 있는 열매체에 대항하여 그 일부가 증발된다. 상기 증발통로 내에서 증발되는 매체의 밀도가 주위를 둘러싸고 있는 액체 바스의 밀도보다 낮기 때문에 사이펀 작용이 일어나게 되어, 액체는 상기 액체 바스로부터 증발통로 내로 뒤따라 흐르게 된다. 상기 액체 바스 내에서 상기 콘덴서 블록의 액침 깊이가 크면 클수록, 상기 증발통로 내에서의 평균의 유체정역학적인 압력은 높아지고 액체의 증발이 어렵게 되는데, 그 이유는 상기 액체의 비등온도가 증기압 곡선에 따라서 상승하기 때문이다.

그러므로 상기 바스 콘덴서 효율은 상기 콘덴서 블록을 (이하에서는 순환섹션으로 명명되는)다수의 중첩되어 배치된 섹션으로 분할하는 것에 의해 높아질 수 있다. 상기와 같은 배치의 장점은 단일의 높은 콘덴서 블록에서 보다 다수의 순환섹션에서 액침 깊이가 각각 더 작다는 점이다. 따라서 증발통로 내에서의 유체정역학적인 압력이 작아지며, 액체가 보다 쉽게 증발된다.

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 단면도이며,

도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 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 실시형태이며 그리고.

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

그러므로 본 발명의 목적은 배출된 가스에 의해 함께 휩쓸려 나오는 액체가 가능한한 적은, 다층으로된 바스 콘덴서를 제공하는 것이다.

상기 목적은 서두에 언급한 종류의 바스 콘덴서에 의해 달성되는데, 상기 바스 콘덴서에서는 가스 도관으로의 유입구가 콘덴서 블록 옆에서 절반 개방된 볼륨(獨:Volumen)내에 있지 않으며, 상기 절반 개방된 볼륨은 순환섹션의 출구가 배치되어 있는 순환섹션의 측면 및 상기 측면에 수직으로 정렬된, 각각 측면 가장자리를 내포하는 반평면에 의해 경계가 정해진다.

"순환섹션"이라는 개념은 상기 콘덴서 블록의 섹션을 말하며, 상기 섹션 내에서 바스 콘덴서 또는 순환 증발기의 기능이 구현된다.

본 발명에 따라서 바스 콘덴서는 적어도 2개의 중첩되어 배치된 순환섹션으로 구성되며, 상기 순환섹션에는 액체를 가진 고유의 액체 저장기가 각각 제공된다. 상기 바스 콘덴서를 수직으로 분할함으로써, 각 순환섹션의 액체 저장기 내에 있는 액높이가 하나의 단일하게 통과되는 콘덴서 블록에서의 액높이에 비해서 현저하게 감소될 수 있다.

상기 액체는 순환섹션의 하단에 있는 입구를 지나서 증발통로 내로 들어가고, 위쪽으로 흐르게 되며, 그 일부가 증발되고 상기 순환섹션의 상단에서 적합한 출구를 지나 상기 통로를 떠나게 된다. 상기 통로로부터 방출된 액체-가스-혼합물 내에 있는 액체 분량은 한 편으로는 상기 순환섹션의 입구로 되돌아 흐르게 되고, 다른 한 편으로는, 상기 순환섹션의 액체 저장기 내에서의 액높이에 따라서, 그 아래에 놓여있는 순환섹션의 입구로 흐르게 되어, 그 곳에서 다시 증발통로를 통해서 내몰리게 된다.

본 발명에 따라서 이제 상기 가스 도관으로의 유입구 및 상기 순환섹션으로부터의 출구가 공간적으로 분리됨으로써, 상기 순환섹션으로부터 방출되는 액체-가스-혼합물이 바로 상기 가스 도관 내로 들어가지 않고 우선은 먼저 유리 영역을 통과하여야 한다. 상기 유리 영역은 그 간단한 구조의 경우에 부분적으로 차폐되어 있는 볼륨일 수 있으며, 또는 상기 유리 영역에는 가스 흐름에 대해 여러차레의 방향 전환을 실행시키는 부재도 제공될 수 있다.

본 발명에 따라서 상기 가스 도관으로의 유입구는 출구가 위치해 있는 순환섹션의 측면 앞에서 개방되어 있는 반볼륨(獨:Halbvolumen)내에 배치되지 않는다. 상기 반볼륨은 출구가 있는 측면 및, 일반적으로, 상기 순환섹션의 모서리를 각각 포함하고 있는 2개의 수직의 및 2개의 수평의 반평면에 의해 경계가 정해진다. 다시 말하자면, 상기 가스 도관으로의 유입구는 출구가 위치해 있는 측면 앞에서 상기 순환섹션의 "그늘"에 놓여서는 안된다.

이로써 상기 액체-가스-혼합물이 순환섹션으로부터 가스 도관 내로 직접 흘러나가는 것이 방지된다. 상기 액체-가스-혼합물은 가스 도관 내로 진입하기 이전에 방향이 전환됨으로써, 가스 속도 및 이에 따라서 증발되는 가스와 함께 휩쓸려 나온 액체의 양 또한 감소된다. 상기 가스가 가스 도관 내로 진입하기 이전에 상기 가스 흐름과 동반되는 액체의 유리가 매우 효과적으로 달성된다. 상기 액체 저장기 내의 액높이가 매우 높게 유지됨으로써, 상기 순환섹션의 정상적인 작동이 보장된다. 충분히 높은 액높이는 증발통로 내에서 액체의 전체 증발을 방지하는데 특히 중요하며, 상기 액체의 전체 증발은 비휘발성 성분에 의한 증발통로의 이탈을 유발할 수도 있다.

액체가 함께 휩쓸려 나가는 위험성은 바람직하게 상기 가스 라인으로의 유입부가 해당 순환섹션의 증발통로의 출구 위에 위치함으로써 감소될 수 있다. 상기 순환섹션 내에서 증발된 가스는, 가스 라인 내로 유입되기 이전에, 위쪽으로 방향이 바뀌고 일정 거리를 상승한다. 상기 순환섹션으로부터의 출구와 상기 가스 라인으로의 유입부 사이의 볼륨은 추가적인 유리공간으로서 이용되고, 상기 추가적인 유리공간 내에서 가스와 함께 휩쓸려 나가는 액체가 가스 흐름으로부터 유리된다.

상기 액체 저장기는 바람직하게 경사져서 위쪽으로 진행되는 바닥으로 구현되며, 상기 바닥은 순환섹션의 하단과 결합되고 적합한 측벽에 의해 경계가 정해짐으로써, V자형 볼륨이 형성된다. 상기 경사져서 위쪽으로 진행되는 바닥은 순환섹션의 상단을 넘어서는데 까지 연장되고 상기 순환섹션의 상부에서 가스 도관의 유출부를 포함한다. 상기 순환섹션의 상부에 있는 볼륨은 유리공간으로서 이용된다.

상기 경사진 바닥 대신에 계단형으로 기복이 있는 평판을 상기 순환섹션의 하부 모서리에 설치하는 것이 특히 바람직하다. 상기 평판은 순환섹션의 하단으로부터 시작되어 우선은 수평으로, 그 다음에는 위쪽으로 수직으로, 그 다음에는 다시 수평으로 마지막에는 수직으로 진행된다. 상기와 같은 접혀진 2개의 평판은 직접적으로 순환섹션과 접하고 있는 제 1 저장소를 형성하는데, 상기 저장소는 액체 저장기를 나타낸다. 바람직하게는 상기 평판이 접혀짐으로써, 액체 저장기의 경계부를 나타내는 상기 평판의 수직 부분이 순환섹션으로부터의 출구의 높이까지 연장된다.

상기 계단 형태로 접혀진 평판의 제 2 "계단"사이의 사이공간은 액체 저장기와 반대로 위쪽으로 벗어나는 추가 저장소를 형성하며, 상기 추가 저장소는 유리공간으로서 이용되고 갭 형태의 개구를 통해서 액체 저장기와 연결된다.

또 다른 바람직한 실시예에서는 상기 가스 도관으로의 유입부가 증발통로로부터의 출구를 구비하는 콘덴서 블록의 측면 상에 위치하지 않는다. 상기 가스 도관으로의 유입부를 가스유출 측에 마주 놓인 측면 앞에 있는 영역 또는 바람직하게는 상기 가스유출 측에 인접한 측면 앞에 있는 영역에 설치할 수도 있다. 상기 액체-가스-혼합물은 이와 같은 배치에서도, 가스 도관 내로 유입되기 이전에, 방향이 바뀌게 되고, 따라서 액체가 보다 쉽게 가스로부터 분리될 수 있다.

특히 바람직하게는 상기 가스 유입부가 옆으로 및 출구와 반대로 위쪽으로벗어나서 배치된다.

바람직하게는 최대로 상기 콘덴서 블록의 2개 측면에 입구 및/또는 출구가 설치된다. 이 경우에 상기 가스 도관으로의 유입부는 바람직하게 순환섹션의 상부에 배치된다. 상기 콘덴서 블록에 있는 양쪽의 수직의 측면들 앞에 있는 영역들은 파이프 라인 및 다른 부품들로 자유롭게 생각될 수 있으므로, 상기 바스 콘덴서가 비교적 견고하게(獨:kompakt) 구성될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서는 2개의 마주놓인 콘덴서 블록의 측면 상에 증발통로로의 입구 및 출구가 각각 위치한다. 이 경우에, 상기 콘덴서 블록이 상기 양 측면 사이의 중간지점에 거울대칭적으로 구성되어 있다면 특히 바람직하다.

상기 콘덴서 블록의 보다 견고한 설계는 모든 입구 및 출구가 열교환기의 동일한 측면 상에 위치하는 것에 의해 달성될 수 있다. 입구 내지는 출구 서로간의 연결을 위한 라인 및 액체 저장기는 단지 콘덴서 블록의 외측면 상에서만 필요할 뿐이다.

제조기술상의 이유로 하여, 순환섹션의 증발통로로의 입구 및 그 아래 배치되어 있는 순환섹션의 증발통로로부터의 출구가 상기 콘덴서 블록의 반대되는 측면 상에 위치한다면 또한 장점이 될 수 있다. 상기 콘덴서 블록의 경우에 입구 내지는 출구와 각각의 증발통로와의 연결이 경사져서 진행되는 박판에 의해 구현된다면, 상기 콘덴서 블록의 영역은 상부 순환섹션에 있는 증발통로로의 입구의 전이구역 및 하부 순환섹션에 있는 출구로의 통로의 전이구역으로 대각선적으로 나뉘어질 수 있다. 따라서 상기 콘덴서 블록의 높이가 낮아질 수 있다.

상기 가스 도관으로의 유입부가 순환섹션의 상부에 위치하는 경우에는, 입구 및/또는 출구가 위치하는 순환섹션의 측면에 액체공급라인 및 가스 도관을 포함하고 있는 축적기가 제공된다면 바람직하다. 일반적으로 순환섹션은 직사각형의 측벽을 포함한다. 상기 축적기가 적어도 순환섹션의 측벽에 있는 입구 및 출구를 덮게 되며, 바람직하게는 순환섹션의 측벽 전체까지도 덮게 된다. 상기 축적기의 벽과 상기 순환섹션의 측벽에 의해서, 주위에 대해 차폐되고 이를 위해 제공된 공급라인 및 도관까지 가스밀봉 및 액체밀봉적인 볼륨이 형성된다.

본 변형예에서 상기 바스 콘덴서는 상기 콘덴서 블록의 측벽에 의해 또는 입구 및/또는 출구가 위치하는 측면 상에서 상기 축적기의 측벽에 의해 측면적으로 경계가 정해진다. 콘덴서를 최대한 견고하게 만드는, 바스 콘덴서를 둘러싸는 별개로된 용기가 필요하지 않게 된다. 이로써 용기벽용 재료가 절약되고 제조에 필요한 용접점의 전체 길이가 현저하게 줄어들어, 생산이 간소화될 수 있다. 또한 상기 축적기용 벽두께가 다른 필요되는 용기 벽에서보다 더 얇은 벽두께가 선택될 수 있는데, 그 이유는 상기 축적기의 직경이 콘덴서를 둘러싸고 있는 용기의 직경보다 더 크게 구성되지 않기 때문이다. 이것은 분명히 비용절감을 가져온다.

상기 가스 도관으로의 유입부를 각 순환섹션의 상부에 배치하는 경우에는, 다수의 순환섹션의 측면을, 특히 입구 및/또는 출구가 위치하는 콘덴서 블록의 전체 측면을 액체공급라인과 가스 도관이 설비되어 있는 축적기로 덮는 것이 특히 장점인 것으로 밝혀졌다. 상기 축적기에서는 모든 순환섹션용으로 적합한 액체 저장기가 제공된다.

바람직하게는 상기 콘덴서 블록이 직사각형의 횡단면을 포함하고 원형 용기 내에 내장된다. 상기 원형 용기는 액체 저장기 및 순환섹션에서 인접하는 순환섹션으로 액체를 유도하기 위한 라인 그리고 필수 가스 도관을 포함한다. 상기 가스 도관 내지는 가스 도관으로의 유입부 및 액체 라인은 상기 콘덴서 블록의 측면 앞에있는 상기 콘덴서 블록과 용기벽 사이의 고리 영역 내의 주위로 배치되고, 상기 콘덴서 블록의 측면은 출구가 있는 블록측에 인접한다. 상기 순환섹션을 떠나는 액체-가스-혼합물은 상기 고리공간을 따라서 콘덴서 블록쪽으로 방향이 바뀌는데, 이때 액체가 상기 혼합물로부터 유리된다.

바람직하게는 상기 축적기 또는 용기가 2개의 순환섹션의 경계에 접하여 층으로 분할되며, 이 경우에 2개의 인접한 층은 액체 라인 및 가스 라인을 통해서 흐름 방향으로 서로 연결된다. 다수의 순환섹션의 높이를 넘어서, 바람직하게는 콘덴서 블록의 전체 높이를 넘어서 연장되는 축적기 또는 용기는 순환섹션에 상응하게 층으로 분할된다. 바람직하게 상기 층은 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 볼륨이 인접한 순환섹션을 위한 액체 저장기로서 이용될 수 있다면 특히 바람직하다.

한 층으로부터 그 아래 놓여 있는 층으로의 액체 운송은 바람직하게 일류관을 통해서 보장된다. 층의 바닥은 일류관이 관통하고 상기 일류관의 개구는 상기 바닥의 상부에 위치한다. 순환섹션으로부터 상기 층으로 흘러나오는 액체가 상기 층의 바닥에 모아지고, 액높이가 상기 일류관의 개구 높이에 다다른 이후에 비로소그 아래 놓여있는 층으로 흘러 내려간다. 보다 낮은 액높이에서는 상기 양 층 중 상부 층에서만 액체가 내몰리게 된다.

상기 가스라인의 가스 유입부를 증발통로의 출구와 반대되는 측면 상에 설치하는 것 또한 바람직한 것으로 판명되었다. 상기 출구로부터 방출되는 가스는 가스 라인으로 유입되기 이전에 층 내에서 다시 한번 방향이 바뀌게 되는데, 이로써 액체가 보다 쉽게 가스 흐름으로부터 분리될 수 있다.

2개의 층을 서로 연결하고 또는 층으로부터 가스를 유도하는, 상기 액체 라인 또는 가스 라인은 바람직하게 상기 축적기의 내부 내지는 용기의 내부에서 진행된다. 특히 바람직하게는 상기 액체 라인 및 가스 라인이 동시에 축적기의 내부에 설치된다. 따라서 상기 바스 콘덴서가 최대한 견고하게 유지된다.

바람직하게는 모든 층을 관통하여 연장되고 각 층에서마다 가스 유입부를 가진 가스 라인이 제공된다.

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

본 발명 및 본 발명에 대한 그 밖의 상세는 하기와 같이 도면에 도시된 실시예를 통하여 보다 자세하게 설명된다.

도 1 및 도 2는 기체 분리 시설에 있는 이중기둥의 메인 콘덴서로서 사용되는 본 발명에 따른 바스 콘덴서에 대한 단면도이다. 상기 메인 콘던서는 이중기둥의 저압기둥 내에서 배치될 수도 있고, 또는 바람직하게는 상기 이중기둥의 외부에 위치할 수 있다. 도 1은 도 2의 라인 B - B를 따르는 단면도를 도시하고 도 2는 도 1의 라인 A - A를 따르는 단면도를 도시한다. 상기 바스 콘덴서는 다수의 평행하게 진행되는 열교환통로(2, 8)를 포함하는 콘덴서 블록(1)으로 구성되며, 상기 열교환통로 내에서 가스형태의 질소는 유동하는 산소가 열교환되는 가운데 액화되며, 이 경우에 산소는 증발된다.

질소 통로(2)는 콘덴서 블록(1)의 전체 높이에 걸쳐서 연장된다. 가스형태의 질소가 공급라인(4)을 지나서 상기 질소 통로(2)로 공급되고, 액체로서 상기 블록(1)의 하단에서 라인(5)을 통해서 배출된다. 상기 가스형태의 질소는 상기 콘덴서 블록(1)과 연결되어 있는 축적기/분배기(6)에 의해 상기 질소 통로(2)로 분배된다. 상기 콘덴서 블록(1)의 열교환통로로부터 방출되는 액체 질소는 유사한 방식으로 배출라인(5) 내로 모아진다.

산소 통로(8)는 상기 질소 통로(2)와는 반대로 콘덴서 블록(1)의 전체 길이에 걸쳐서 연장되어 있지 않고, 라인(5) 내에서 순환섹션(7a 내지 7e)으로 분할되어 있다. 모든 순환섹션(7a 내지 7e)은 수직으로 진행되는 콘덴서 블록(1)의 중간지점에 수직으로 거울대칭적으로 구성된다. 상기 양 대칭적인 절반 중 모든 절반은 열교환통로(8)로 구성되고, 상기 열교환통로(8)에는 순환섹션(7)의 상단 및 하단에서 수평으로 진행되는 통로(9, 10)가 연결되는데, 상기 통로(9, 10)는 액체 및 가스를 상기 산소 통로(8) 내로 공급하고 반출하는데 이용된다. 순환섹션(7)에 있는 상기 양 대칭적인 절반의 유입통로 및 유출통로(9, 10)는 콘덴서 블록(1)의 동일한 측면 상에서 각각 끝난다.

상기 순환섹션(7a 내지 7e)은 모두 동일하게 구성된다. 따라서 상기 콘덴서 블록(1)은 폐쇄판(11)으로 끝나는 2개의 측면 및 2개의 마주 놓인 측면(12)을 포함하며, 상기 측면(12) 내에는 모든 순환섹션(7a 내지 7e)을 위해서 액체 산소용 입구(9) 및 일부가 증발되어 있는 산소용 출구(10)가 각각 위치한다.

입구 및 출구(9, 10)가 제공된, 콘덴서 블록(1)의 양 측면(12)은 전체 측표면(12)을 덮는 반원통형 씌우개(13)와 결합된다. 상기 반원통형 씌우개(13)는 네모형태인 콘덴서 블록(1)의 수직 모서리를 끝마감한다. 상기 콘덴서 블록(1)의 서로 마주 놓인 측면 상에 위치하고 측벽(12) 및 반원통형 씌우개(13)에 의해 경계가정해지는 공간(14)은 상기 콘덴서 블록(1) 높이의 외형에 걸쳐서 서로 결합되어 있지 않다. 상기 양 공간(14)은 콘덴서 블록(1)의 상부에서 유일하게 결합되는데, 그 이유는 상기 반원통형 씌우개(13)가 콘덴서 블록(1)보다 높고 상기 콘덴서 블록(1)의 상부에 있는 영역에서 서로 결합되어 있기 때문이다. 그러므로, 상기 바스 콘덴서는 2개의 반원통형 씌우개(13)가 그 양 측면(12)에 연결되어 있는 콘덴서 블록(1) 및 상기 콘덴서 블록(1)과 상기 양 반원통형 씌우개(13)를 팽팽하게 덮고 있는 두부(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 순환섹션(7) 사이의 경계로부터 콘덴서 블록(1)의 측면 상에 배치된 반원통형 씌우개(13)까지 연장된다. 상기 평판(16)에는 유출개구(17)가 위치하고, 상기 유출개구(17)를 통하여 액체 산소가 예컨대 15b인 층으로부터 그 아래 놓여있는 예컨대 15c인 층 내로 흘러 내려갈 수 있다. 또한, 평판(16)으로부터 그 아래 놓여있는 평판(16)의 하부에 까지 접근해 있는 가스갱(18)이 상기 평판(16)과 결합된다.

상기 가스갱(18)은 일렬로 배치되고 실용적으로 공동의 가스축적 라인을 형성하는데, 이 경우에는 각 층(15)으로부터 상기 가스축적 라인 내로 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 상승하여 진행됨으로써, 상기 환형 갭(19)이 각 층(15)의 출구(10) 상부에 위치하도록 한다.

도 1에 도시된 실시예에서는 상기 평판(16)이 직각으로 2번 접혀있어, 2개의평판(16) 사이에 서로 결합되어 있는 2개의 공간(20, 21)으로 구성된 하나의 층(15)이 형성된다. 상기 공간(20c)은 부속하는 순환섹션(7c)과 같은 높이로 있고 액체 저장기로서 이용된다. 이와는 반대로 상기 제 2 공간(21c)은 그 다음으로 약간 높은 순환섹션(7b)과 동일한 높이에 위치하고 상기 액체 저장기(20c) 옆으로 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 축적되고, 유입통로(9)를 통해서 산소통로(8) 내로 유입되고, 질소에 의한 간접 열교환으로 일부가 증발되고, 다시 상기 저장기(20a)로 축적되기 위하여 액체-가스-혼합물로서 유출통로(10)를 지나서 상기 콘덴서 블록(1)을 떠나게 된다. 상기 저장기 내에 있는 액체 정도가 유출 채널(10)의 높이까지 상승하면, 액체 산소는 연결 갭을 지나서 유리공간으로 이용되고 있는 제 2 공간(21a) 내로 흐르게 된다.

상기 유리공간(21a)은 바닥에 유출개구(17)를 포함하며, 상기 유출개구를 통해서 잔여 액체 산소가 층(15a)로부터 그 아래 놓여있는 층(15b) 내로 흐르게 된다. 이 경우에 2개의 인접한 층(15)의 유출개구(17)는 서로 벗어나서 배치되도록하여, 예컨대 층(15b)으로부터 떨어지는 산소가 층(15d)로 직접 흐르지 않고 우선은 층(15c)에 머물수 있게 한다.

바람직하게 상기 유출개구(17)는 적어도 부속하는 층(15)의 출구(10)가 위치하는 만큼 높게 배치된다. 즉, 상기 바스 콘덴서의 개별적인 순환섹션(7)이 적어도 액체 바스 내에 잠수되도록 하여, 적어도 저장기(20) 내의 액체수위가 출구(10)의 하부 모서리의 아래 가까이에 있게된다. 이로써, 증발통로(8) 내에서 전체 증발이 배제되고 비휘발성 성분에 의한 통로(8)의 이탈이 방지될 수 있다.

상기 층(15b) 내로 흘러 내려간 산소는 다시 저장기(20b) 내에 축적되고, 순환섹션(7b) 내에서 내몰리고 그 일부가 증발된다. 그런 다음 상기 저장기(20b) 내의 잔여 액체는 유출개구(17)를 통해서 층(15c) 내로 흐르게 된다. 증발시에 순환섹션(7) 내에서 발생한 산소가스는 액체 산소와 함께 출구(10)로부터 흘러나오게 되고 가스갱(18)을 거치면서 방향이 바뀌게 된다. 상기 과정은 각각의 층(15)에서 반복된다.

측면으로 및 위쪽으로 벗어난 유리공간(21)의 배치 및 가스갱(18)으로 환형 갭형태로 된 가스 유입부(19)에 의해 산소가스는, 층(15)으로부터 빠져나오기 이전에 여러차레 방향을 바꾸게 된다. 상기와 같이 방향 전환될 때 가스형태의 산소의 유속이 급격히 떨어짐으로써, 상기 가스형태의 산소는 액체 산소와 함께 휩쓸리지 않게 되거나 거의 휩쓸리지 않게 된다. 그러므로 유리공간(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 3에서는 본 발명에 따른 바스 콘덴서에 대한 또 다른 실시예가 도시되며, 상기 바스 콘덴서에서는 산소통로(8)가 콘덴서 블록(1)의 한 측면 상에서만 입구 및 출구(9, 10)를 갖는다. 도시되지 않은 질소통로는 도 2의 통로(2)와 동일하고 마찬가지로 콘덴서 블록의 전체 높이에 걸쳐서 연장된다. 열전달체로서 이용되는,액화되어야할 질소가스는 축적기/분배기(6)를 통해서 질소통로 내로 분배되고 콘덴서 블록(1)의 하단에서 축적기(5) 내에 액체로서 모아지고 방출된다.

산소측에서 상기 콘덴서 블록(1)은 5개의 순환섹션(7a 내지 7e)으로 분할되고, 상기 순환섹션(7a 내지 7e)은 수평으로 진행되는 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 개방되어 있는 측면에는 마찬가지로 액체 저장기(20) 및 유리공간(21)이 제공된다. 층(15) 사이에서의 액체 흐름은 일류관(30)을 통해 이루어진다. 상기 일류관(30)의 상부 모서리는 부속하는 순환섹션(7)의 상부 모서리와 같은 높이로 위치한다. 결과적으로, 상기 산소통로(8)와 해당 입구 및 출구(9, 10)가 언제나 완전히 액체 바스 내에 있게 된다. 상기 증발통로(8)는 항상 액체로 채워지게 되고, 이로써 비휘발성 성분에 의한 통로(8)의 이탈이 완전히 불가능하게 된다. 이미 액체수위가 입구(10)의 아래 가까이에서 상기와 같은 통로(8)의 이탈을 확실하게 저지하는 것으로 조사되었다.

도 4 내지 도 7에서는 다층으로된 바스 콘덴서가 도시되며, 상기 바스 콘덴서는 기체 분리 시설에 있는 정제탑의 메인 콘덴서로서 사용된다. 상기 바스 콘덴서에서는 압력기둥 꼭대기의 가스형태의 질소 및 저압기둥의 고이개로 된 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 머리 부분에서 공급라인(4)을 통해서공급된다. 축적기/분배기(6)가 상기 질소가스를 콘덴서 블록(1)의 전체 높이에 걸쳐서 연장되어 있는 액화통로(2) 내로 균일하게 분배한다. 상기 콘덴서 블록(1)의 하단에는 액화된 질소가 라인(5)을 통해 배출된다.

상기 증발되어야할 액체 산소는 라인(22)을 통하여 바스 콘덴서에 공급된다. 산소통로(8)는 다수의 순환섹션(7)으로 분할되어 있고, 상기 순환섹션 내에서 산소의 부분 증발이 각각 일어난다. 잔여 액체 산소는 일류관(30)을 통하여 바로 다음 아래의 순환섹션으로 유도되고, 상기 생성된 산소가스는 가스 수집 라인(18)을 통해 배출된다. 여기까지는 상기 콘덴서 블록(1)의 구조 및 작용모드가 도 1 및 도 2에 설명된 콘덴서 블록과 동일하다.

본 실시예에서는 반원통형 씌우개(13) 대신에 용기(50)가 상기 콘덴서 블록(1)을 둘러싸며 제공된다. 상기 용기(50)는 2개의 순환섹션(7) 사이의 경계면에서 평판(51)에 의해 층(15)으로 각각 분할된다. 가운데에 있는 층(15b 내지 15e)은 부속하는 순환섹션(7b 내지 7e)에 있어 환형공간을 각각 형성한다. 단지 최상부 층(15a) 및 최하부 층(15f)만이 각기 순환섹션(7a, 7f)보다 좀 더 높은 높이를 가질 수 있다.

도 1 내지 도 3의 바스 콘덴서와는 반대로 액체 도관(30) 및 가스 도관(18)은 증발통로(8)의 입구 및 출구(9, 10)가 위치하는, 상기 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 수집 관(18)은 일렬로 배치되어, 각 층(15) 내에서 생성된 산소가 공동의 라인(18)을 통해서 배출된다. 상기 가스 수집 라인(18)으로의 유입은 각각의 환형 갭 개구(19)를 통하여 이루어진다.

상기 가스형태의 산소는 가스 수집 라인(18) 내에서는 아래로 흐를 수 있고 그런 다음에 아래에서 라인(52)을 통해서 바스 콘덴서로부터 벗어나게 된다. 상기 순환섹션(7) 내에서 증발되지 않은 잔여 액체는 최하부 층(15f)으로부터 산소 가스와 함께 가스 수집 라인(52)을 통해서 흘러 나가게 된다.

상기 가스형태의 산소는 상기 가스 수집 라인(18) 내부에서도 위쪽으로 흐를 수 있다. 이것은 특히 상기 원통형 용기(50)와 증발된 산소를 수용하는 정제탑이 구조상 일체형으로 형성되어 있는 경우에 바람직하다. 바스 콘덴서 내에서 증발되지 않은 잔여 액체는 바람직하게도 양적인 액체물로서 최하부 층(15f)으로부터 배출됨으로써, 상기 최하부 층(15f) 내에서의 목표 액높이가 지속적으로 유지될 수 있다.

상기 층(15)으로부터 그 아래 놓여있는 층(15)으로 액체를 전도하기 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 벗어나서 위치하는데, 다시 말해서 상기 가스 도관(18)으로부터 한번은 오른쪽에 한번은 왼쪽에 위치한다. 따라서 액체 산소가 일류관(30)으로부터 다음 일류관(30)으로 바로 직접 흐르지 않게 된다.

도 8 내지 도 11에서는 본 발명에 따른 바스 콘덴서의 또 다른 실시예에 대한 다양한 면이 도시된다. 상기 증발통로는 다시금 다수의 순환섹션(7)으로 분할되고, 상기 콘덴서 블록(1)에는 순환섹션(7a 내지7e)의 높이로 액체 저장기(20)가각각 고정된다. 상기 저장기에는 옆으로 및 위쪽으로 벗어나 있는 유리 용기(21)가 연결된다. 액체 측에는 2개의 인접하는 순환섹션(7)마다 일류관(30)으로 결합되어 있다. 여기까지는 상기 바스 콘덴서의 구조가 도 3에 따른 바스 콘덴서와 실질적으로 동일하지만 이 경우에는 상기 증발통로(8)의 입구 및 출구(9, 10)가 2개의 마주 놓여 있는 콘덴서 블록(1)의 측면 상에 있으며, 상기 블록(1)의 동일 면 상에 모두 있지 않다.

도 9 및 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 액체 저장기(20) 및 유리공간(21)을 가진 상기 콘덴서 블록(1)은 평면에서 육각형을 형성하며, 바람직하게는 실질적으로 정육각형이다. 상기 콘덴서 블록(1)은 직각의 횡단면을 포함하며, 이 경우에 증발통로(8)를 액화통로로부터 분리하고 있는 평판에 평행인 측면(60)은 상기 평판에 수직으로 위치하는 측면(61)보다 현저하게 짧게 위치한다. 따라서 상기 보다 긴 측면(61)은 평판의 스택 높이에 일치한다. 요구되는 스택 높이에 도달하기 위해서는 다수의 개별 블록을 결합시켜 상기 콘덴서 블록(1)을 완성하는 것이 전적으로 바람직하다.

모든 순환섹션(7)과 같은 높이로 상기 콘덴서 블록(1)에는 액체 저장기(20)가 결합되어 있다. 단지 최하부의 순환섹션(7f)만이 저장기를 필요로 하지 않는데, 그 이유는 상기 최하부 순환섹션이 부속하는 분리기둥의 또는 별개로 된 용기(50)의 고이개 통 내에 있기 때문이다. 바람직하게 상기 액체 저장기(20)는 작은 입방형 저장소로서 형성되는데, 상기 저장소는 옆으로 부속하는 순환섹션(7)에 고정되고 적어도 상기 순환섹션(7)의 입구(9)를 덮는다. 상기 저장기(20)의 볼륨이 작기 때문에 충만한 상태에서도 그 무게가 가볍게 유지되어 저장기(20)의 안정성에 대한요구가 높게 설정되지 않아도 된다. 또한 상기 방식으로 유리공간(21)을 위한 자리가 보다 더 확보된다.

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

상기 블록(1)과 유리공간(21)에 의해 형성된 육각형 몸체와 원통형 용기(50) 사이에 있는 사이공간(18)은 가스 도관(18)으로서 이용된다. 상기 가스 도관(18)으로의 유입구는 도 8에서 잘 볼 수 있는 것과 같이 각각의 순환섹션(7)의 출구(10) 상부에 있다.

하기와 같이 도 12 내지 도 14에 의해 설명되는 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 부속하는 액체 저장기(20) 및 부속하는 유리공간(21)을 가진 4개의 동일한 블록(70)이 윤곽면에서 거의 정팔각형을 형성한다. 각 블록(70)의 스택 높이(61)는 다시금 그 넓이(60)보다 높다. 2개의 블록이 평판넓이(60)의 간격 내에서 각각 마주 위치함으로써, 상기 블록(70)이 평면에서 십자형을 이루게 되고, 그 중앙에는 평판넓이(60)의 옆 길이를 가진 사각형이 자유롭게 유지된다.

상기 십자형의 외측면 상에 있는 횡단면에서 L자형인 4개의 액체 저장기(71)는 증발되어야할 액체가 있는, 동일한 높이에 있는 4개의 순환섹션(7)에 각각 마련되며, 이 경우에 각 저장기(71)는 2개의 블록(70)에 연결되어 있다. 이와는 반대로 최하부 순환섹션(7f)에는 그 내부에 바스 콘덴서가 위치하는 기둥의 또는 용기의 고이개로부터 나오는 액체가 공급된다.

상기 부속하는 유리공간(72)은 횡단면에서 대략 삼각형의 형태를 가지며, 상기 삼각형의 변 L자형 액체 저장기(71)의 외측면으로부터 형성되고 그 바닥은 상기 팔각형의 한 측면으로부터 형성된다. 상기와 같은 배치에서의 장점은 구조적으로 복잡하지 않은 가운데 원형 횡단면을 잘 활용할 수 있다는 점이다.

액체는 순환섹션(7)으로부터 그 아래 배치되어 있는 순환섹션(7)으로 일류관(30)을 통해서 다시 유도된다. 상기 팔각형의 몸체와 그 내부에 바스 콘덴서가 위치하는 용기(50)의 원통형 벽 사이에 있는 사이공간은 가스 도관(18)으로서 이용된다.

Claims (14)

1. 액체용 증발통로 및 열매체용 액화통로를 포함하고 적어도 2개의 수직으로 중첩되어 배치된 순환섹션이 구비된 콘덴서 블록을 가진 바스 콘덴서로서, 상기 증발통로가 순환섹션의 하단에 적어도 하나의 액체용 입구를 각각 포함하고 순환섹션의 상단에 적어도 하나의 출구를 각각 포함하며, 상기 순환섹션의 입구 및 출구와 유동적으로 연결되어 있고 가스 도관을 포함하는 액체 저장기가 각 순환섹션을 위해 제공되는, 바스 콘덴서에 있어서,

   상기 가스 도관(18)으로의 유입구가 상기 콘덴서 블록(1) 옆에서 절반 개방된 볼륨내에 있지 않으며, 상기 절반 개방된 볼륨은 상기 순환섹션(7)의 출구(10)가 배치되어 있는 순환섹션(7)의 측면(12)과 상기 측면(12)에 수직으로 정렬되고 측면 가장자리를 각각 내포하는 반평면에 의해 경계가 정해지는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 도관(18)으로의 유입부가 상기 절반 개방된 볼륨의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가스 도관(18)으로의 유입부가 그 위에 배치되어 있는 순환섹션(7)의높이로 위치하는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가스 도관(18)으로의 유입구가 상기 콘덴서 블록(1) 옆에서 절반 개방된 볼륨 내에 있으며, 상기 절반 개방된 볼륨은 상기 순환섹션의 출구가 배치되어 있는 순환섹션의 측면(12) 중 한 측면, 인접한 상기 콘덴서 블록(1)의 측면(11) 및 상기 인접한 측면(11)에 수직으로 정렬되고 상기 인접한 측면(11)의 수직 가장자리를 내포하는 2개의 반평면에 의해 경계가 정해지는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가스 도관(18)으로의 유입구가 상기 콘덴서 블록(1) 옆에서 절반 개방된 볼륨 내에 있으며, 상기 절반 개방된 볼륨은 상기 순환섹션(7)의 출구가 배치되어 있는 순환섹션(7)의 측면(12)에 마주하는 콘덴서블록(1)의 측면 및 상기 마주하는 측면에 수직으로 정렬되고 상기 마주하는 측면의 수직 가장자리를 내포하는 2개의 반평면에 의해 경계가 정해지는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 콘덴서 블록(1)의 최대 2개 측면(12)에 입구(9) 및/또는 출구(10)가 제공되는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   모든 입구(10) 및 출구(10)가 상기 콘덴서 블록(1)의 동일한 측면(12) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   입구(9) 및/또는 출구(10)가 위치하는 콘덴서 블록(1)의 측면(12)에 액체 공급 라인(22)및 가스 도관(18)을 가진 축적기(13)가 설치되고, 상기 축적기가 다수의 순환섹션(7)의 측면, 바람직하게는 상기 콘덴서 블록(1)의 측면(12) 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
9. 제 8 항에 있어서,

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

    2개의 인접한 층(15)은 액체운반을 위한 일류관(30)을 통해서 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 콘덴서 블록이 직사각형의 횡단면을 포함하고 원형 용기 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    평면에서 상기 콘덴서 블록(1), 액체 저장기(20) 및 상기 액체 저장기(20)와 연결된 유리공간(21)이 육각형을 형성하는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    평면에서 상기 콘덴서 블록(1), 액체 저장기(20) 및 상기 액체 저장기(20)와 연결된 유리공간(21)이 팔각형을 형성하는 것을 특징으로 하는 바스 콘덴서.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    저온 기체 분리 시설의 메인 콘덴서로서 바스 콘덴서의 용도.