WO1990000243A1 - Condenser/evaporator - Google Patents

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WO1990000243A1
WO1990000243A1 PCT/JP1989/000668 JP8900668W WO9000243A1 WO 1990000243 A1 WO1990000243 A1 WO 1990000243A1 JP 8900668 W JP8900668 W JP 8900668W WO 9000243 A1 WO9000243 A1 WO 9000243A1
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WO
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liquid
flow path
liquid medium
medium flow
fluid chamber
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PCT/JP1989/000668
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Hiroshi Ishii
Hiroo Tsuchiya
Teruji Kaneko
Tomio Kura
Ikuo Fujita
Yoshitoyo Ohkubo
Takashi Matsuoka
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Japan Oxygen Co., Ltd.
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Priority claimed from JP15317089A external-priority patent/JP2787594B2/ja
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D1/22—Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
    • B01D1/221—Composite plate evaporators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0003—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation by using heat-exchange surfaces for indirect contact between gases or vapours and the cooling medium
    • B01D5/0015—Plates
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    • F28D2021/0033—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cryogenic applications

Definitions

  • the present invention relates to a condensing evaporator that performs heat exchange between a liquid medium in a first fluid chamber and a fluid in a second fluid chamber to evaporate the liquid medium in the first fluid chamber.
  • the condensing evaporator used in the double rectification column of the air liquefaction separation device is, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-56992, vertically divided by a number of parallel partition plates.
  • a so-called plate-fin type heat exchanger in which two chambers of an oxygen chamber as a first fluid chamber and a nitrogen chamber as a second fluid chamber are alternately provided adjacent to each other, is often used. Have been.
  • a heat transfer plate is vertically disposed to form a large number of vertical evaporation channels, and both upper and lower ends of the evaporation channel are formed.
  • the lower part is an inlet for liquefied oxygen
  • the upper part is an outlet for a mixed flow of oxygen gas and liquefied oxygen.
  • This oxygen chamber is filled with liquefied oxygen by immersing the entire condensing evaporator in liquefied oxygen stored in the bottom space of the upper tower of the double rectification column. It exchanges heat with the nitrogen gas in the nitrogen chamber, which evaporates and partly evaporates into oxygen gas bubbles, which ascends the evaporating flow path.
  • the liquefied oxygen forms a circulating flow inside and outside the condensing evaporator due to the rising force of the oxygen gas and the density difference due to gas-liquid mixing.
  • a vertical heat transfer plate is arranged in the same manner as the oxygen chamber in a closed chamber with four rounds, and a large number of vertical condensation flow paths are formed, and the nitrogen chamber is provided above and below the condensation flow path. It is connected to the lower tower of the double rectification column via a header. Then, the nitrogen gas in the upper part of the lower tower is introduced as a downward flow from the upper header into the condensing flow path, and liquefied nitrogen condensed by performing heat exchange with liquefied oxygen in the adjacent evaporating flow path in the condensing flow path Is derived from the lower header.
  • the temperature difference between the nitrogen side and the oxygen side of the condensing evaporator is 1-2 at the top of the condensing evaporator, so the rise in the boiling point of liquefied oxygen is a major problem in the performance of the condensing evaporator. .
  • the proper performance cannot be achieved unless the height of the condensing evaporator is less than about 2 m. If the height of the condensing evaporator is increased to increase the capacity, the operating pressure of the lower column must be increased because the liquid depth of liquefied oxygen increases and the boiling point rises. In this case, the diameter of the upper tower must be increased to increase the number of condensed evaporators, and the production of the double rectification tower was complicated.
  • the rise in boiling point due to the liquid depth of liquefied oxygen affects the operating pressure of the lower tower. That is, the operating pressure of the lower tower determines the condensing temperature of the saturated nitrogen gas at the top of the lower tower, and it is necessary to lower the temperature of liquefied oxygen to lower this condensing temperature.
  • the power of the air separation unit is mostly consumed for the compression of the raw material air, that is, the pressure rise to the pressure of the lower tower, so if the lower tower can be operated at a lower pressure, the power cost can be reduced.
  • the conventional structure in which the condensing evaporator is immersed in liquefied oxygen has the disadvantage that the rise in liquefied oxygen boiling point due to the liquid head always limits the lowering of the lower tower pressure.
  • the condensation flow path is formed vertically.Since nitrogen gas flows down while condensing, the amount of liquefied nitrogen increases at the lower part of the flow path, resulting in a thick liquid film. As a result, the surface of the heat transfer surface of the condensing flow path is covered, and this serves as a heat resistance layer, which lowers the heat transfer performance.
  • An object of the present invention is to provide a condensing evaporator having excellent heat exchange efficiency.
  • the upper and lower towers of the rectification tower for large air separation units can be integrated by eliminating the restrictions on the shape in the height direction, heat exchange can be performed without immersion in liquefied oxygen, and the liquid pressure depending on the liquid depth can be reduced.
  • the first flow chamber and the second fluid chamber are alternately formed by a number of vertical partition plates, and heat exchange is performed between the liquid medium in the first fluid chamber and the fluid in the second fluid chamber.
  • a plurality of heat transfer plates are arranged in upper and lower stages in the first fluid chamber to form a liquid medium flow path, one end of the flow path is open, and the other end side communicates with the flow path.
  • a plurality of liquid reservoirs having an open upper part are provided in upper and lower stages, and a liquid medium is supplied to the liquid reservoirs of the respective stages, and is introduced into the flow path to exchange heat.
  • An evaporator is provided.
  • Fig. 1 is a sectional view of the oxygen chamber of the condensation evaporator.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view of an oxygen chamber of a condensing evaporator according to a second embodiment.
  • FIG. 4 and FIG. 5 similarly show a third embodiment.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the oxygen chamber and the liquid return chamber of the condensation evaporator
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the condensing evaporator.
  • FIGS. 6 to 9 show a fourth embodiment of the condensing evaporator of the present invention.
  • FIG. 6 is a sectional front view of the oxygen chamber showing an upper half section taken along line 6-6 in FIG. 7, and a lower half section taken along line 7-7 in FIG.
  • Fig. 7 is a sectional plan view
  • Figure 8 is a partially cut left side view
  • FIG. 9 is a partially cutaway right side view.
  • FIGS. 10 and 11 show a fifth embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view of the oxygen chamber part of the condensation evaporator.
  • FIG. 11 is a side view of the condensing evaporator block.
  • FIGS. 12 and 13 show an embodiment in which the condensing evaporator shown in the fifth embodiment is incorporated in a rectification column.
  • Fig. 12 is a sectional plan view
  • FIG. 13 is a perspective view of a main part. '
  • FIGS. 14 to 18 show a sixth embodiment of the condensing evaporator of the present invention.
  • FIG. 14 is a sectional front view showing the oxygen chamber of the condensation evaporator
  • Fig. 15 is a sectional front view showing the nitrogen chamber
  • Fig. 16 is a partially cutaway side view
  • FIG. 17 is a partially cutaway front view
  • FIG. 18 is a sectional plan view of the same.
  • FIGS. 19 to 22 show a state in which the condensing evaporator having the structure shown in the sixth embodiment is incorporated in a double rectification column.
  • FIG. 19 is a cross-sectional front view showing a state in which it is incorporated in a double rectification column
  • FIG. 20 is a cross-sectional front view showing the oxygen chamber
  • Fig. 21 is a cross-sectional front view showing the nitrogen chamber
  • FIG. 22 is a cross-sectional plan view showing a state of being incorporated in a double rectification column.
  • FIGS. 23 and 24 show a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a perspective view showing a part of the condensing evaporator cut away
  • FIG. 24 is a sectional view of an oxygen chamber which is a first fluid chamber.
  • FIG. 25 and FIG. 26 show an eighth embodiment of the present invention.
  • Fig. 25 is a sectional view of the oxygen chamber.
  • FIG. 26 is a view taken along arrow 26-26 of FIG.
  • FIG. 27 is a sectional view of an oxygen chamber showing a ninth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 28 and 29 show a state in which the condensing evaporator shown in the seventh embodiment is incorporated in a double rectification column.
  • Fig. 28 is a sectional view of the main part of the rectification column.
  • FIG. 29 is a sectional view taken along the line 29-29 of FIG.
  • FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an oxygen chamber which is a first fluid chamber
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. FIG.
  • the condensing evaporator 50 is connected to the upper and lower slant bars 51, 52 and the left and right side bars 53, 54, and is provided with a number of vertically parallel partition plates 55 joined by a plurality of vertically parallel oxygen plates as the first fluid chamber.
  • a large number of chambers 56 and a nitrogen chamber 57 as a second fluid chamber are alternately formed.
  • An inlet header 58 for distributing and introducing nitrogen gas GN to the nitrogen chamber 57 is provided above the oxygen chamber 56 and the nitrogen chamber 57, and liquefied nitrogen LN condensed in the nitrogen chamber 57 is provided below.
  • An exit header 59 is provided to derive a set of
  • Each nitrogen chamber 57 is defined by dividers 55, 55 and side bars 53, 54 on both sides of the divider.
  • Each of the oxygen chambers 56 is defined by partition plates 55, 55 and upper and lower slant bars 51, 52, and a plurality of liquid mediums in which heat transfer 0 is arranged in multiple stages.
  • the flow path 61 is formed.
  • the heat transfer plate 60 is used to vertically separate adjacent partition plates 55, 55.
  • One heat transfer plate may be used for each stage, but usually a waveform heat transfer fin is used.
  • Each liquid medium flow channel 61 is formed so as to be inclined so as to have a rising gradient from one end of the oxygen chamber 56 to the other end.
  • a plurality of liquid reservoirs 63, which communicate with the flow path 61, are provided in multiple stages on the inlet end 62 side, which is the lower side of the liquid medium flow path 61.
  • a plurality of liquid receivers 65 communicating with the liquid medium flow path 61 are provided, except for the lowermost liquid medium flow path 61.
  • a plurality of upper and lower stages are provided corresponding to the liquid reservoirs 63.
  • the liquid reservoir 63 is formed in a box shape having an open upper part, and one side thereof is opened to an oxygen chamber 56 so that a plurality of upper and lower liquid medium flow paths 61 communicate with one liquid reservoir 63. ing.
  • Each of the liquid reservoirs 6 3 is connected to a liquid distribution means 68 composed of a communication pipe 66 and a manifold pipe 67, respectively. Is supplied. Since the upper portions of the liquid reservoirs 63 are open, the pressure is released to the gas side of the oxygen chamber 56, and the liquid depth in each of the liquid reservoirs 63 is reduced. Because of its small size, the effect of liquid pressure of liquefied oxygen LO is reduced.
  • the boiling point does not rise due to the liquid pressure at the liquid depth of the liquefied oxygen L 0, the condensing temperature of the nitrogen gas GN can be reduced and the operating pressure of the lower tower can be reduced, and the power cost of the raw material air compressor can be significantly reduced. Can be reduced.
  • the liquid receiver 65 is formed in a box shape with an open upper part, similarly to the liquid reservoir 63 described above.
  • One side of the liquid receiver 65 is open to the oxygen chamber 56, and a plurality of upper and lower liquid medium channels 61 communicate with one liquid receiver 65.
  • the liquid receiver 65 and the liquid reservoir 63 are provided with the plurality of liquid medium channels 61 as one block.
  • the liquid receiver 65 and the liquid reservoir 63 corresponding to the lower stage of one block communicate with each other by a liquid return pipe 69 connecting the bottoms of the two.
  • the liquefied oxygen L 0 flowing from the liquid reservoir 63 located at the upper part into the liquid medium flow channel 61 and not evaporating in the liquid medium flow channel 61 is removed by the liquid return pipe 69 to the next lower liquid pool. 6 Return to 3.
  • the liquefied oxygen L 0 introduced into the oxygen chamber 56 thus formed is supplied from the manifold pipe 67 to each of the liquid reservoirs 63.
  • the liquefied oxygen L 0 in each liquid reservoir 63 flows into the corresponding liquid medium flow path 61, and flows into the adjacent nitrogen chamber 57 through the heat transfer plate 6 ⁇ and the partition plates 55, 55. It exchanges heat with the gas GN, and part of it evaporates to become bubbles of oxygen gas G0.
  • the bubbles of the oxygen gas G 0 rise in the liquid medium flow channel 61 together with the liquefied oxygen L 0 in the liquid medium flow channel 61, and then separate from the liquefied oxygen L 0 at the outlet end 64 and rise.
  • the liquefied oxygen L 0 that has not evaporated in the liquid medium flow path 61 flows down from the outlet end 64, is stopped by the liquid receiver 65, and passes one block below through the liquid return pipe 69. Flow down to reservoir 6 3. It is said that the amount of liquefied oxygen L O flowing through the liquid medium flow channel 61 must be at least 6 times the amount of vaporized to prevent acetylene from being concentrated and separated.
  • the liquefied oxygen LO flows from the liquid receiver 65 to the lower liquid reservoir 63 through the liquid return pipe 69, flows into each liquid medium flow path 61, and repeatedly evaporates and flows. It flows down. Then, the liquefied oxygen L 0 that has not evaporated in the lowermost liquid medium flow path 61 flows down from the outlet end 64 below the condensing evaporator 50, and is formed at the bottom of the upper part of the double rectification column. Collect in liquid acid reservoir.
  • this liquefied oxygen LO is collected as a product as needed, and the rest is pumped up by a liquefied oxygen pump or a thermosiphon reboiler, etc., and the acetylene concentrated through passing through the acetylene adsorber is concentrated. It is removed and circulated again to each liquid reservoir 63 by the liquid distribution means 68.
  • the liquefied oxygen L 0 circulated and supplied is a part of the excess liquefied oxygen LQ supplied to the oxygen chamber 56 in order to prevent deposition of hydrocarbons such as acetylene in each path.
  • each of the liquid medium flow paths 61 is appropriately selected depending on the depth of the liquid reservoir 63 to be connected, the length of the liquid medium flow path 61, and the like. If it is possible to provide it, it is easier to provide the gas of the oxygen gas G0 that has evaporated and generated from the liquid medium flow channel 61 by its buoyancy force. To increase the heat transfer coefficient.
  • the upper and lower pitches of each liquid medium flow path 61 are set to a pitch suitable for the oxygen gas GO to accompany the liquefied oxygen LO. If the pitch is too large, the floating force of the oxygen gas G 0 is increased. Makes it difficult to entrain liquefied oxygen L 0.
  • the bubble of the evaporated oxygen gas GO promotes the flow of the liquefied oxygen L 0 by its floating force. Exit at exit end 6 4.
  • the liquefied oxygen L 0 is effectively evaporated and the evaporated oxygen gas G 0 does not stay, so that the heat exchange efficiency of the condensing evaporator 5 # can be improved.
  • the amount of liquefied oxygen L0 flowing into each liquid medium flow path 61 can be adjusted by adjusting the liquid depth of the liquid reservoir 63, or the flow path length of the liquid medium flow path ⁇ , the slope, or the opening. It can be done by adjusting the area.
  • the liquid return pipe 69 may be formed in a gutter shape with an open upper part, and a plurality of liquid return pipes 69 may be provided depending on the liquid amount. Further, both sides of the condensing evaporator 50 are made into nitrogen chambers, and a gutter-shaped liquid return pipe is provided in close contact with the side wall of the nitrogen chamber, so that nitrogen gas and liquefied oxygen are also exchanged in this part as well. Liquefied oxygen can be evaporated.
  • the liquid distribution means 68 is provided with overflow pipes and weirs at appropriate heights in each of the liquid reservoirs 63, and the overflow pipes and weirs are provided.
  • the liquefied oxygen L ⁇ can be formed to flow down to the lower liquid reservoir 63 sequentially.
  • the manifold pipe 67 and the liquid reservoir 63 are integrally formed, and the inside of the manifold pipe 67 and the inside of the liquid reservoir 63 are communicated by a communication hole having a predetermined diameter.
  • liquefied oxygen L 0 can be supplied to each liquid reservoir 63.
  • a flow control mechanism is provided above the manifold pipe 67, a communication pipe 66 or a communication hole overflow pipe. This can be done by adjusting the diameter, mounting position, and height of the overflow pipe or weir.
  • the liquefied oxygen L 0 that did not evaporate in the liquid medium flow path 6 1 flows from the outlet end 6 4 of the liquid medium flow path 6 1 directly to the outlet end 6
  • the amount of liquefied oxygen flowing down can be greatly reduced by receiving the liquid at the liquid receiver 65 provided at 4 and returning the liquid to the liquid reservoir 63 at the inlet end 62 from the liquid receiver 65. That is, in order to prevent the concentration of acetylene, liquefied oxygen L0 equal to or more than the amount vaporized by evaporation may be supplied to the liquid reservoir 63 or the liquid receiver 65 at that stage, and may flow downward.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
  • the oxygen chamber 56 of the condensing evaporator 70 forms a plurality of liquid medium passages 61 in upper and lower stages in the same manner as in the above-described embodiment.
  • Reservoir 6 3 and liquid receiver 65 are arranged in upper and lower tiers, and a block of liquid medium flow path 61 at the uppermost stage is provided with liquid reservoir 7 1 and liquid receiver 7 2 for supplying liquefied oxygen L 0. Is provided.
  • the liquid receiver 65 at each stage below the liquid receiver 72 has a bottom 65 a force ⁇ , and a liquid reservoir 3 for introducing the liquefied oxygen L 0 flowing down to the liquid receiver 65 into the liquid medium flow path 61. It communicates with a liquid medium flow path 61 communicating with an upper part of a lower liquid reservoir 63.
  • the liquid return pipe 6 connects the liquid receiver 65 corresponding to the block of each liquid medium flow path 61 and the liquid reservoir 63.
  • the liquefied oxygen L 0 flowing down from the rectification section of the upper tower of the double rectification tower, or the liquefied oxygen L 0 circulated and supplied from the bottom of the upper tower by a liquefied oxygen pump, a thermosaiphon reboiler, etc.
  • a liquefied oxygen pump a thermosaiphon reboiler
  • the oxygen gas GO evaporating while flowing down the liquid medium flow path 61 rises in the liquid medium flow path 61 in a direction opposite to the flow of the liquid and flows from the liquid receiver 72 or the liquid reservoir 7 1 To separate from the liquid reservoir 71 and rise.
  • the liquefied oxygen L 0 in the uppermost liquid reservoir 7 1 flows down to the lower liquid reservoir 63 via the manifold pipe 67 and the communication pipe 66, and each liquid medium flows from the liquid reservoir 63. Flow into Road 61.
  • the liquefied oxygen LO that has not evaporated in the liquid medium flow path 61 is received by the liquid receivers 65 at the outlet end 64, and a part of the liquid oxygen LO flows from each liquid receiver 65 to the upper part of the lower liquid reservoir 63. And flows down due to the inclination of the flow path 61 and flows into the lower liquid reservoir 63.
  • the oxygen gas GO evaporated in this flow flows down to the liquid reservoir 63 together with the liquefied oxygen LO, and separates and rises from the liquid reservoir 63.
  • Liquid received 6 5 Of the liquefied oxygen LO the liquefied oxygen LO other than flowing into the liquid medium flow path 61 and being introduced into the lower liquid reservoir 63 is returned to the original liquid reservoir 63 via the liquid return pipe 69. Circulating.
  • the liquefied oxygen LO between the liquid reservoir 63 and the liquid receiver 65 corresponding to the block of the lowermost liquid medium flow path 61 is formed by the liquid medium flow 63 1, It circulates in the circuit that returns to the reservoir 63 via the liquid receiver 65 and the liquid return pipe 69.
  • the liquefied oxygen L 0 supplied in excess to prevent acetylene precipitation is overflowed from the lowermost liquid reservoir 63 or liquid receiver 65 and flows down to the bottom of the upper column.
  • a part of the liquefied oxygen L0 returning from the liquid receiver 65 to the liquid reservoir 63 is introduced into the liquid medium flow path 61 communicating with the upper part of the lower liquid reservoir 63, and caused to flow down.
  • acetylene can be prevented from being separated out with a smaller excess amount of liquefied oxygen.
  • the liquefied oxygen L 0 flows into each liquid medium flow path 61 communicating with the liquid reservoir 63 in accordance with the liquid level of the liquid reservoir 63.
  • the liquefied oxygen L0 only slightly flows into the liquid medium flow path 61 communicating with the upper part of the liquid reservoir 63. For this reason, bubbles of the oxygen gas G0 may flow backward in the liquid medium flow path 61 without rising together with the liquid toward the outlet end 64.
  • liquefied oxygen L 0 may not reach the outlet end 64 side of the liquid medium flow path 61 and a dry region may be formed in the liquid medium flow path 61, and acetylene may be formed in this portion. There is a risk of precipitation.
  • the liquid medium flow path 61 that may form the dry region is formed.
  • the liquefied oxygen LO into the flow path 61, it is possible to prevent the drying in the liquid medium flow path 61, that is, the acetylene outflow.
  • the liquid medium flow path 61 performs the same function as the liquid return pipe 69 that sequentially supplies the liquefied oxygen L0 to the lower stage, and the liquid return pipe 69 is not separately provided. It is also possible to form Become. Note that the number of liquid medium flow paths used for liquid return can be appropriately set depending on the processing amount and the like.
  • FIG. 4 and FIG. 5 show a third embodiment of the present invention, in which a liquid return chamber serving as a liquid return flow path is formed adjacent to the oxygen chamber.
  • the heat transfer layer 60 is arranged in multiple stages in the room defined by the partition plate 55 and the slant bars 51 and 52 in the same manner as in the above embodiments.
  • a liquid reservoir 63 on the inlet end 62 and a liquid receiver 65 on the outlet end 64 are located at the top.
  • the heat transfer portion connected to the bottom plate 6 3 a of the reservoir 6 3 and the bottom plate 65 a of the liquid receiver 65 has a thicker material or partition rod 8 than the normal heat transfer plate. 1 is arranged to improve the connectivity with both bottom plates 63a, 65a, and to reduce liquid leakage from the connection.
  • one side plate 82 is further provided, and a partition plate 55 defining the side plate 82 and the oxygen chamber 56 is provided. Between them, a liquid return chamber 83 is formed. As shown in the lower half of FIG. 4, the liquid return chamber 83 has therein the bottom ⁇ 63 a of the liquid reservoir 63 and the bottom plate 65 a of the liquid receiver 65 in respective blocks. A plurality of partition rods 84 connected in a corresponding manner are provided, and the upper and lower partition rods 84, side plates 82 and partition plates 55 respectively serve as liquid reservoirs 6 3 and liquid receivers 6. A liquid return channel 85 corresponding to 5 is defined.
  • the liquid return flow path 85 formed in this way also allows the liquefied oxygen L0 to flow down from the liquid receiver 65 to the liquid reservoir 63 similarly to the liquid return pipe 69 shown in the above embodiment.
  • problems such as concentration of hydrocarbons as described above occur. Therefore, it is preferable to arrange so as not to be adjacent to the nitrogen chamber 57. Therefore, as shown in the present embodiment, the force for forming the liquid return chamber 83 outside the outermost oxygen chamber 56, or between the oxygen chambers 56, for example, by the symbol A in FIG.
  • the nitrogen chamber 57 at the position shown is a liquid return chamber formed as described above, and both sides thereof are formed as oxygen chambers 56 and 56. It is also possible to arrange the liquid return chamber 83 adjacent to the nitrogen chamber 57, but in such a case, set the width of the flow path, etc., taking into account the flow resistance of the vaporized oxygen gas GO caused by air bubbles. There is a need to.
  • a flow resistance in the liquid return flow passage 85 it is preferable to form a flow resistance in the liquid return flow passage 85 so as not to dispose as much as possible.
  • a corrugation fin having a low flow resistance is preferable. It is possible to arrange a space, etc.
  • a plurality of liquid return chambers 83 can be provided, for example, a plurality of chambers depending on the flow rate of liquefied oxygen L O, for example, on both sides and an intermediate portion, and can be combined with the aforementioned liquid return pipe.
  • both ends of the side plates 82, 82 arranged on both sides of the condensing evaporator 80 are extended to form both side walls of the liquid reservoir 63 and the liquid receiver 65,
  • a liquid supply pipe 86 serving as a liquid distribution means is arranged adjacently, and a communication hole 87 corresponding to each liquid reservoir 63 is formed.
  • the liquid supply pipe 86 and the communication hole 87 can be provided on the liquid receiver 65 side to supply liquefied oxygen LO to each liquid receiver 65.
  • weirs 88 are cut out at the end side wall of the liquid receiver 65 to prevent a certain amount of liquefied oxygen L0 from flowing down in order to prevent the concentration of hydrocarbons such as acetylene.
  • the volume of liquid in is regulated.
  • the respective fluid chambers 56, 57, the liquid return passage 85, and the liquid pool 3 ⁇ liquid receiver 65 are temporarily stopped, for example, by an aluminum blade.
  • the condensing evaporator 90 shown in FIGS. 6 to 9 is provided with a first liquid medium flow path 6 1 a having an ascending gradient from one side of the condensing evaporator 90 to the other side in the oxygen chamber 56. And a second liquid medium flow channel 61b having an upward gradient in the direction opposite to the gradient of the first liquid medium flow channel 61a from the other side of the condensing evaporator 90 to one side.
  • the first liquid medium flow path 61 which rises to the right in FIG. a are arranged collectively.
  • a second liquid medium flow path 61b which is the upper left in FIG. 6, is arranged collectively.
  • These liquid medium flow paths 6 la and 61 b are usually formed by arranging the wave heat transfer fins in an inclined manner and forming a part of the liquid medium flow paths 61 a and 61 b.
  • a partition rod 81 slightly thicker than the heat transfer plate is provided so as to divide the flow path block.
  • a plurality of liquid reservoirs 63 and liquid receivers 65 communicating with the liquid medium flow paths 61a and 61b are provided in upper and lower stages.
  • the liquid reservoir 63 and the liquid receiver 65 are provided with a plurality of upper and lower liquid medium flow paths 61a and 6lb as one flow path block, and are arranged at predetermined positions. It is formed of one bent bottom plate 91 and a wall plate 92 provided so as to surround three sides of the bottom plate 91.
  • the liquid reservoir 63 and the liquid reservoir 65 communicate with each other on the upper surface of the bottom ⁇ 91, and by arranging the portion of the liquid reservoir 65 of the bottom ⁇ 91 higher than the portion of the liquid reservoir 63.
  • the liquefied oxygen L 0 flowing into the liquid receiver 65 is formed to flow down to the liquid reservoir 63 in the same stage.
  • the liquefied oxygen L 0 introduced into the oxygen chamber 56 formed in this manner is supplied from the liquid supply pipe 86 to the liquid reservoir 63 on the first liquid medium flow path 61 a through the communication hole 87. And flows into the first liquid medium flow path 6 1 a, and the adjacent nitrogen chamber 5 in the first liquid medium flow path 6 1 a Heat exchange is performed with the nitrogen gas GN in 7, and a part of the gas evaporates to become oxygen gas G0.
  • the liquefied oxygen L 0 that has not been vaporized flows out of the outlet end of the first liquid medium flow path 61 a along with the oxygen gas G ⁇ , and is provided at the end of the first liquid medium flow path 61 a.
  • the receiver 65 Into the receiver 65.
  • the liquefied oxygen L 0 flowing into the liquid receiver 65 flows on the bottom plate 91, flows down into the liquid reservoir 63 of the adjacent second liquid medium flow path 61 b, and flows from the liquid reservoir 63 to the second liquid. It is introduced into the medium channel 61b. At this time, a part of the liquefied oxygen L0 overflows from the weir 88 and flows down to the lower part of the liquid reservoir 63, the liquid receiver 65 or the condensing evaporator 9 °.
  • the liquefied oxygen LO supplied from the liquid supply pipe 86 to the liquid reservoir 63 is introduced into the first liquid medium flow path 61a from the liquid reservoir 63 and the liquid And flows down from the liquid receiver 65 to the liquid reservoir 63 of the second liquid medium flow path 61b and is introduced into the second liquid medium flow path 61b, and the second liquid medium flow path 61b Liquefaction circulates in the path from the liquid receiver 65 to the original liquid reservoir 63, evaporating in each flow path 6 la, 61 b, and overflowing from the weir 88 Oxygen L 0 is supplied from the liquid supply pipe 86 to the liquid reservoir 63.
  • the liquefied oxygen LO flows through the liquid medium flow passages 6 1 and 6 1 at the same stage through the liquid receiver 65 and the liquid reservoir 63 while a part of the liquid medium flow passages 6 la and 6 lb evaporate. Since a and b are circulated, the amount of liquefied oxygen flowing down the condensing evaporator 90 can be significantly reduced.
  • the upper and lower liquid reservoirs 63 and the liquid receiver 65 are the same size, and the adjacent liquid reservoir 63 and the liquid receiver 65 are communicated on the bottom ⁇ 91.
  • the size of the reservoir 63 and the liquid receiver 65 can be changed in the vertical direction, and the liquid reservoir 63 and the liquid receiver 65 can be formed as independent boxes, and both can be used as a communication channel for the liquid supply river. Alternatively, they may be connected by a pipe.
  • FIGS. 10 and 11 show a fifth embodiment, in which a plurality of condensation and evaporation 1 shows an example in which a condensing evaporator is formed by integrally arranging the container blocks.
  • a plurality of liquid reservoirs 63 are provided in upper and lower stages between the condensing evaporator blocks 100a, 100b, 100c and 100d of the condensing evaporator 100.
  • the liquid reservoir 63 serves as a liquid supply reservoir for the condensing evaporator block located on the left side of the liquid reservoir 63 and the condensing evaporator block located on the right side. It has the function of a liquid receiver and the function of a liquid supply channel.
  • a manifold pipe 67 is connected to each of these liquid reservoirs 63 via a communication pipe 66, and is stored in a liquefied oxygen receiver 101 provided above the condensation evaporator 1 ⁇ 0.
  • Liquefied oxygen L 0 is supplied to each liquid reservoir 3 via a communication pipe 66.
  • the liquefied oxygen L 0 introduced into the oxygen chamber 56 thus formed is supplied to each liquid reservoir 63 from the manifold pipe 67 and flows into each liquid medium flow channel 61.
  • the liquefied oxygen L 0 that has not evaporated in the liquid medium flow path 61 flows out of each outlet end 64 along with the oxygen gas G 0 and flows out of the adjacent condensing evaporator block 100 a, 100 b at the next stage.
  • the liquefied oxygen LO is sequentially passed through the liquid reservoir 63 while being partially evaporated in the liquid medium flow path 61 of each of the condensing evaporator blocks 100a, 100b, 100c, and 100d. Flow into each liquid medium flow path 6 ⁇ of the condensing evaporator block of the stage.
  • the condensing evaporator blocks 1 [U] a, 100 b, 100 c, and 100 d are linearly arranged, the final condensing evaporator block] 0 ⁇ a, 100 b , 10 ⁇ c, 100 d Liquid receiver provided at the outlet end 64 of each liquid medium flow path 6 and the first-stage condensing evaporator block 1 ⁇ !
  • the liquefied oxygen L0 flowing out from the liquid medium flow path 61 of the condensing evaporator block 100a, 100b, 100c, and 100d in the final stage can be supplied to the first stage.
  • the condensing evaporator block 100a, 100b, 100c, and 100d are supplied to the first stage.
  • the liquefied oxygen L 0 that is excessively supplied to each liquid medium flow channel 61 and flows down from the outlet end of the liquid medium flow channel is sequentially adjoined to the condensing evaporator blocks 100 a and 100 00 of the same stage. Since it is supplied to the liquid medium flow channel 61 of b, 100 c, and 1 ⁇ d, the amount of liquefied oxygen flowing down the condensing evaporator 100 can be significantly reduced.
  • the condensing evaporator 100 is divided into a plurality of condensing evaporator blocks 1 ⁇ 0a, 100b, 100c, 1 ⁇ 0d, and each liquid medium passage 61 is formed short. By doing so, it is possible to efficiently separate the evaporated oxygen gas G 0 and the liquefied oxygen L 0, thereby improving the heat exchange efficiency.
  • the respective reservoirs 63 of the respective condensing evaporator blocks 100a, 100b, 100c and 100d are set to the same level and the same size, and the condensing evaporator blocks 100a of the next stage are sequentially formed. , 100b, 100c, and 100d.
  • the level of each reservoir 63 can be changed in the vertical direction and the size can be changed. That is, the acetylene concentration can be prevented by increasing the size of each liquid reservoir 63 in the upper stage and causing the liquefied oxygen L 0 overflowing from the weir or the like to flow down to the liquid acid reservoir at the bottom of the upper column.
  • a liquid reservoir and a liquid receiver are arranged on both sides of each of the condensing evaporator blocks 100a, 100b, 100c,] 00d, and both of them are gutters or pipes serving as liquid supply passages. May be connected.
  • FIGS. 12 and 13 show an embodiment in which the condensing evaporator 100 having the above configuration is incorporated in a cylindrical vessel, for example, a rectification column.
  • the condensing evaporator 100 has a condensing evaporator processor formed substantially in the same manner as the above embodiment.
  • 100 a, 100 b, 100 c, 1 ⁇ 0 d are arranged on the same circumference in the top tower 1 ⁇ 2 of the rectification column, and each condenser evaporator block 10 ⁇ a, 100 b, 10 0 c and 100 d are connected by a wide gutter 103 serving as a liquid supply flow path.
  • the liquefied oxygen LO flowing out from the outlet end 64 of the liquid medium flow path 61 of each condensing evaporator block 10 ° a, 100b, 100c, and 100d is received by the liquid receiver 65, and then is discharged by the gutter 103. It is guided and supplied to the liquid reservoir 63 of the next stage condensation evaporator block 100a, 100b, 100c, 100d.
  • a weir 88 is cut out on the side wall of the liquid reservoir 63, and excess liquefied oxygen LO supplied to the liquid reservoir 63 flows down from the weir 88 to the lower liquid reservoir 63 sequentially.
  • the liquefied oxygen L0 supplied from the manifold pipe 67 through the communication pipe 66 is partially evaporated in each of the condensing and evaporating blocks 100a, 100b, 100c, and 100d, while the liquefied oxygen L0 is partially evaporated. In the figure, it flows counterclockwise, and a part of it further flows down as a liquefied oxygen for preventing hydrocarbon concentration through the lower liquid reservoir 63 and below the condensing evaporator 1 • 0.
  • nitrogen gas GN which exchanges heat with liquefied oxygen LO, is supplied from the nitrogen gas riser 104 and distribution pipe 105, which are arranged in the center of the upper tower 102, to the respective condensing evaporator blocks 100a, 100b, 100 c, 100d is introduced into the nitrogen chamber 57 through the inlet header 58 provided at the upper part, condensed, and discharged from the lower outlet header 1 (not shown).
  • the condensing evaporator blocks 100a, 100b, 100c, and 100d are arranged on the same circumference, the liquefied oxygen L0 can be easily circulated, and the condensing of the same structure can be achieved. Since the evaporator blocks 100a, 100b, 100c, and 100d can be arranged, manufacturing and assembly can be easily performed.
  • FIGS. 14 to 18 show a sixth embodiment of the wood invention.
  • Hatsuki 1 1 0 is configured to form a liquid medium flow path 6 3 ⁇ 4 1 by disposing the heat transfer plate 6 0 down multistage as described above, the liquid reservoir 6 3 on one side to the liquid medium flow path 6 1
  • Each nitrogen chamber 57 is closed around its four circumferences by slat bars 51, 52 and side bars 53, 54, and a heat transfer plate 111, such as a Korge schofinfin, is placed in the room and both ends are closed.
  • a heat transfer plate 111 such as a Korge schofinfin
  • the condensing flow path 1 1 2 is provided with a gas introduction path 1 1 3 and a discharge path 1 1 4 so that the liquefied nitrogen LN condensed in the condensation flow path 1 1 2 is drawn out from the condensing flow path 1 1 2 and flows down.
  • a suitable downward gradient is provided in the horizontal direction toward.
  • Inlet headers 1 58 and outlet headers 59 are connected to the gas introduction passages 113 and discharge passages 114 on both sides of the nitrogen chamber 57 to introduce nitrogen gas GN into the nitrogen chamber 57. At the same time, it is formed so as to discharge the liquefied nitrogen LN condensed in the condensation channel 1 1 2.
  • -Nitrogen gas G N is introduced into each condensing channel 112 via the inlet header 58 and the gas introducing channel 113.
  • the nitrogen gas GN introduced into the condensation channel 1 1 2 condenses through heat exchange with the liquefied oxygen L 0 in the adjacent oxygen chamber 56, becomes liquefied nitrogen LN, and is discharged by the downward slope of the condensation channel 1 1 2 It flows towards channel 114 and is discharged from outlet channel 114 via exit header 59.
  • the non-condensable gas G X in the nitrogen gas G N is discharged from a purge nozzle 115 provided above the discharge path 114.
  • nitrogen gas GN is introduced from one end of the condensing channel 112 and is derived from the other end.
  • the length of the condensing flow path 112 can be significantly reduced compared to the conventional case, and the condensing flow path 112 is located near the discharge path 114 of each condensing flow path. Since the thickness of the formed liquid film of liquefied nitrogen LN can be reduced, a decrease in heat transfer performance can be minimized.
  • the cross-sectional area and the opening area of the condensing flow passages 112 can be increased, the amount of condensation per flow passage / area and the flow resistance are reduced, and the heat exchange efficiency can be further improved.
  • the upper condensation channel 1 1 The liquefied nitrogen LN flowing down from 2 is guided to the discharge path 114, so that the opening end of the lower condensation flow path 112 can be prevented from being blocked by the liquid film.
  • gas introduction passage 113 and the discharge passage 114 can be appropriately provided with a capturing material or the like for improving pressure resistance, but both have low flow resistance of gas and liquid, and It is necessary to select the materials and arrangement in consideration of the uniform distribution of liquids and the drainability of liquid.
  • the oxygen chamber 56 may have the same structure as in the above-described embodiments, and the liquid medium supply mechanism and the liquid return mechanism are not limited to those shown in FIGS. 14 to 18. The above-mentioned embodiments can be adopted.
  • the boiling point of the liquefied oxygen L0 increases due to the liquid pressure in the oxygen chamber 56, and the liquid film thickness in the nitrogen chamber 57 increases. Since the deterioration of the heat transfer characteristics can be minimized, the entire heat transfer area of the condensing evaporator 11 ⁇ can be used for boiling condensation heat transfer having high heat transfer characteristics. In addition, since the heat transfer performance in the vertical direction can be made substantially the same, the height of the condensing evaporator 110 can be set freely, and the increase in processing capacity can be achieved by increasing the height. It is possible to manufacture large double rectification towers without increasing the tower diameter.
  • the temperature difference between the condensing-side fluid and the evaporating-side flow break can be reduced, so that the saturation pressure of the condensing-side gas can be reduced, and the pressure of the gas fluid, that is, the raw material
  • the power cost of the compressor for compressing gas can be reduced.
  • the condensate evaporator 120 shown in the present embodiment is formed by combining two condensate evaporators 11 ° shown in the above embodiment with facing each other. That is, the oxygen chamber 56 is provided with a liquid reservoir 63 on both sides of the condensing evaporator 120 as shown in FIG. 20 and a discharge passage 12 for oxygen gas and liquefied oxygen at the center. Forming one. As shown in FIG. 21, the nitrogen chamber 57 has a gas introduction passage 113 formed at the center between the opposed condensation passages 112, 112 and Discharge channels 114 are provided on the outside of 112 and 112, respectively, and headers 58 and 59 are connected to both channels 113 and 114, respectively.
  • a reinforcing material 113a such as a perforated corrugation fin having a large number of holes is provided in the gas introduction passage 113.
  • an inlet header is also provided at the upper part of the condenser evaporator 12 ⁇ to introduce nitrogen gas G ⁇ into the gas introduction path 113.
  • the supply amount of the nitrogen gas GN can be made uniform at the top and bottom.
  • the condensing evaporator 12 formed in this manner is, as in the conventional case, a partition wall 1 2 2 which serves as an upper column! 1 2 2a and a lower column 1 2 2b of the double rectification column 1 2 2. It is located in the upper part of c, that is, in the bottom space of the upper tower 122 a, and exchanges heat between liquefied oxygen LO from the upper tower 122 a and nitrogen gas GN from the lower tower 122 b. I have.
  • the supply of the liquefied oxygen LO to the condensing evaporator 120 is performed by flowing the liquefied oxygen LO from the lowermost tray 1 23 of the upper tower through the downflow pipe 124 and the liquefied oxygen LO circulating through the lifting pipe 1
  • the reaction is performed by supplying the liquefied oxygen receiver 101 provided above the condensing evaporator 120, respectively.
  • the liquefied oxygen LO supplied to the liquefied oxygen receiver 101 is supplied to each liquid medium flow path via the liquid supply pipes 86 provided on both sides of the condensing evaporator 120 connected to the LO via the respective liquid reservoirs 63. 6 Introduced in 1.
  • the liquefied oxygen LO in the liquid medium flow channel 61 partially evaporates to become oxygen gas G0, as in the above-described embodiment.
  • the gas-liquid mixed flow of the liquefied oxygen LO and the oxygen gas GO that has reached the outlet end 64 of the liquid medium flow path 61 is separated here, and the oxygen gas GO rises in the discharge path 121, and the liquefied oxygen LO Flows down the discharge path 1 21 and accumulates in the liquefied oxygen reservoir 1 26 below the condensing evaporator 1 20. Circulate to 2-5.
  • the nitrogen gas GN in the upper part of the lower tower 1 2 2 b is, except that a part of the nitrogen gas GN is collected as a product, the introduction section 1 2 9 of the inner circumference provided in the introduction pipe 1 28 formed of a double pipe. And is introduced from the inlet header 58 through the gas introduction passages 113 in the center of the nitrogen chamber 57 into the respective condensation passages 112.
  • the nitrogen gas G N introduced into the condensing flow path 112 is condensed into liquefied nitrogen L N in the same manner as in the previous embodiment, and flows toward the discharge paths 114, 114 on both sides.
  • This liquefied nitrogen LN flows down the discharge path 114, passes through the outlet header 59, passes through the outlet section 130 on the outer periphery of the inlet pipe 128, and is led out of the pipe 131, and a part thereof.
  • the remainder is the reflux liquid of the upper tower 122a and the lower tower 122b.
  • the non-condensable gas G X is derived from the purge nozzle 115 as in the above.
  • the double rectification column 1 2 2 The number of pipes for assembling into the product can be reduced, and the cost of manufacturing and assembly can be reduced. Can be made.
  • the operation of the condensing evaporator 120 can be performed by measuring the amount of liquefied oxygen L 0 stored in the liquefied oxygen reservoir 126 with a liquid level gauge 132 or the like.
  • a condensing evaporator 140 shown in FIG. 23 and FIG. 24 shows a seventh embodiment of the present invention.
  • a plurality of condensing evaporators 140 communicate with an oxygen chamber 56 on one side of the condensing evaporator 140. Are arranged in upper and lower stages.
  • one end of the liquid medium flow path 61 communicates with the liquid reservoir 63, and the other end end 64 is opened to serve as a gas outlet for the oxygen gas G0.
  • Each of the liquid reservoirs 3 except for the lowermost liquid reservoir is provided with an overflow pipe 1-4 so that liquefied oxygen L O 1
  • the remaining liquefied oxygen L 0 in the reservoir 63 flows down to the lower reservoir 63 sequentially through the overflow pipe 141 and flows into each liquid medium flow passage 61, and the lowermost From the liquid reservoir 63, it overflows from the side wall and flows downward. Since one end of the uppermost and lowermost liquid medium flow paths 14 2 and 14 3 is closed at one end, the heat transfer plate in this portion is between the liquid medium flow paths 14 2 and 14 3. It is preferable to prevent the stagnation of the oxygen gas G0 by using a perforated plate or the like communicating with the gas.
  • the oxygen chamber 56 of the condensing evaporator 15 of the eighth embodiment shown in FIG. 25 and FIG. 26 closes the uppermost and lowermost liquid medium channels 144, 144.
  • Slant bar-15 1, 15 2 are arranged, this part is communicated with the nitrogen chamber 57, eliminating the oxygen gas GO stagnation section, and forming a weir 88 on the upper part of the liquid reservoir 63.
  • the aforementioned The liquefied oxygen L 0 flows down from the weir 88 to the lower liquid reservoir 63 sequentially in place of the overflow pipe 14 1.
  • FIG. 27 shows the ninth embodiment, in which a manifold pipe 67 provided with a communication pipe 66 is provided as a means for supplying liquefied oxygen L0 to each liquid reservoir 63.
  • the container is 160.
  • 66 The cross-sectional area of the flow path is increased or decreased by an amount corresponding to the height of the liquid head.
  • an overflow from the liquid reservoir 63 and the communication pipe 66 may be combined.
  • FIGS. 28 and 29 show an example in which the condensing evaporator 140 shown in the seventh embodiment is installed in the double rectification tower 122.
  • Nitrogen gas riser on partition 1 2 2c separating upper tower 1 2 2a and lower tower 1 2 2b of rectification tower 1 2 2 Stored and installed.
  • a liquid reservoir 63 is provided between each condensing evaporator 140 and the nitrogen gas riser 104 so as to communicate integrally with each stage, and a liquid oxygen introduction pipe is provided in the uppermost liquid reservoir 63. 1 4 4 has been entered
  • Nitrogen gas GN goes up the nitrogen gas riser tube 104 from the lower tower 122 b and is introduced into the nitrogen chamber 57 from each inlet header 58 and the liquefied oxygen L 0 in the oxygen chamber 56 It is condensed and liquefied by heat exchange, collected at the outlet header 59, and led out of the lower pipe 13 1.
  • the liquefied oxygen LO that has flowed from the upper tower 1 2 a into the uppermost liquid reservoir 63 of the condensing evaporator 140 is partially part of the liquid medium flow path 6 1 of the oxygen chamber 56 as described above. And evaporates by exchanging heat with the nitrogen gas GN in the nitrogen chamber 57 to become oxygen gas G 0 and flows out of the liquid medium flow path... From the outlet end 6 4 to the upper column 1 2 2 a As part of the rising gas, part of the gas is extracted from piping 145 as product oxygen gas GO.
  • the boiling point does not rise due to the liquid pressure at the liquid depth of the liquefied oxygen L 0, the condensation temperature of the nitrogen gas GN is lowered, and the lower tower 1 22 b
  • the operating pressure of the compressor can be reduced, and the power cost of the raw material air compressor can be reduced.
  • the height of the condenser evaporator 140 can be increased, and the heat transfer area can be increased.Thus, a more efficient reactor can be stored within the diameter of the rectification tower, and the double rectification tower 122 can be manufactured. To facilitate.
  • the pump for liquid circulation or the thermosiphon reboiler is larger than the condensing evaporators shown in Embodiments 1 to 5.
  • the structure of the condensing evaporator itself is simplified and the safety is high.
  • the condensing evaporator of the present invention can obtain the same effect even when using another liquid medium and fluid other than evaporation and condensation by heat exchange between liquefied oxygen and nitrogen gas in air liquefaction separation. it can.
  • the condensing evaporator of the present invention is particularly suitable for a condensing evaporator of a large-sized air liquefaction separation apparatus having a large throughput.
  • the condensing evaporator can reduce the size of the entire apparatus, reduce operating power costs, and reduce the power consumption of products. Can be low ' ⁇ .

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Description

明 細 書
凝 縮 蒸 発 器
〔技術分野〕
本発明は、 第一流体室の液媒と第二流体室の流体とで熱交換を行い、 第一 流体室の液媒を蒸発させる凝縮蒸発器に関する。
〔背景技術〕
空気液化分離装置の複精留塔に用いられている凝縮蒸発器は、 日本国特開 昭 5 6— 5 6 5 9 2号公報に示されるように、 垂直方向を多数の平行な仕切 板により仕切り、 第一流体室である酸素室と第二流体室である窒素室の二室 とを交互に隣接して設けた、 いわゆるプレートフィ ン式熱交 ¾器と呼ばれて いるものが多く用いられている。
このようなプレー卜フィ ン式の凝縮蒸発器の各酸素室は、 内部に垂直方向 に伝熱板を配設して上下方向の蒸発流路を多数形成するとともに、 該蒸発流 路の上下両端部を開口させて下端部を液化酸素の導入口とし、 上端部を酸素 ガスと液化酸素の混合流の導出口としている。 この酸素室は、 凝縮蒸発器全 体が複精留塔の上部塔の底部空間に溜まる液化酸素中に浸漬されることによ り液化酸素で満たされており、 酸素室内の液化酸素は、 隣接する窒素室の窒 素ガスと熱交換を行い、 その一部が蒸発して酸素ガスの気泡となり蒸発流路 を上昇する。 液化酸素は、 この酸素ガスの上昇力及び気液混合による密度差 により、 凝縮蒸発器の内外に循環流を形成している。
窒素室は、 四周が密閉された室内に酸素室と同様に垂直方向の伝熱板を配 設して上下方向の凝縮流路が多数形成されており、 該凝縮流路の上下に設け られたへッダーを介して複精留塔の下部塔に接続されている。 そして下部塔 上部の窒素ガスを上部のへッダ一から前記凝縮流路に下降流として導入し、 凝縮流路で隣接する蒸発流路の液化酸素と熱交換を行って凝縮した液化窒素 を下部のへッダ一から導出している。
しかしながら、 従来の凝縮蒸発器は、 上部塔の底部空間下部の液化酸素に 浸漬されて用いられるため、 液深の液圧による沸点上昇 （約 l °C Z m ) を生 じ、 凝縮蒸発器の下部は上部よりも沸点が高く、 その分窒素の凝縮温度との 温度差を縮めている。
通常、 凝縮蒸発器の窒素側と酸素側の温度差は、 凝縮蒸発器頂部で 1〜2 てとなっているので、 上記液化酸素の沸点上昇は凝縮蒸発器の性能上大きな 問題となっている。 即ち、 下部塔を 5 kgf/cilG (kgf は重量 kg， G はゲージ 圧である） で運転するためには、 凝縮蒸発器の高さを約 2 m以下にしないと 適正な能力を発揮できず、 能力を上げるためには、 凝縮蒸発器の高さを高く すると、 液化酸素の液深が増加して沸点が上昇するので下部塔の運転圧力を 高めなければならないから、 凝縮蒸発器の高さをそのままにして上部塔の径 を太く して凝縮蒸発器の配置基数を増さねばならず、 複精留塔の製作を面倒 にしていた。
また液化酸素の液深による沸点上昇は、 下部塔の運転圧力に影響を与えて いる。 即ち下部塔の運転圧力は、 下部塔頂部の飽和窒素ガスの凝縮温度を決 定しており、 この凝縮温度を下げるためには、 液化酸素の温度を下げる必要 がある。
一方空気分離装置の動力は、 原料空気の圧縮、 即ち下部塔圧力までの昇圧 にほとんど消費されているので、 下部塔をより低圧で運転することができれ ば動力費が削減できる。 しかし、 凝縮蒸発器を液化酸素中に浸漬する従来の 構造では、 必ず液へッ ドによる液化酸素の沸点上昇分は下部塔圧力の低減が 制限されてしまうと言う欠点がある。
さらに、 凝縮蒸発器を設置している上部塔底部の空間に液化酸素を溜めな ければ、 凝縮蒸発器の能力を十分に発揮できないため、 凝縮蒸発器が液化酸 素中に浸漬するまでは、 下部塔還流液となる液化窒素の凝縮液も、 また液化 酸素の蒸発による上部塔上昇ガスも充分発生しないから精留作用が開始され ず、 無駄な待ち時間 （起動時間） となり、 この間は動力費の損失となる。 ま た万一の場合に備えるための保安上の問題も大きい。
また、 酸素室の下部では、 蒸発流路を上昇する液化酸素を沸騰開始温度ま で伝熱効率の低い対流伝熱により加温しなければならず、 該流路の伝熱効率 を低下させていた。 さらに凝縮側の窒素室は、 その凝縮流路が垂直方向に形 成されており.、 窒素ガスが凝縮しながら流下するため、 該流路の下部では液 化窒素量が増加し、 厚い液膜となつて凝縮流路の伝熱面の表面を覆うので、 これが熱抵抗層となり伝熱性能を低下させていた。
〔発明の開示〕
本発明は、 熱交換効率に優れた凝縮蒸発器を提供することを目的とする。 特に高さ方向の形状的制限を無く して大型空気分離装置用精留塔の上下部塔 の一体構造化を可能とし、 液化酸素中に浸漬せずに熱交換でき、 液深による 液圧を減少して沸点の上昇を無く し、 原料空気圧縮圧を低下させて動力費を 削減し、 かつ起動時間を短縮できる凝縮蒸発器を提供することを目的とする。 本発明は、 多数の垂直な仕切板により第一流休室と第二流体室とを交互に 形成し、 前記第一流体室の液媒と、 前記第二流体室の流体とで熱交換を行う 凝縮蒸発器において、 前記第一流体室に上下多段に複数の伝熱板を配置して 液媒の流路を形成し、 該流路の一端は開放とし、 他端側に該流路と連通し、 上部を開放した複数の液溜を上下多段に設けるとともに、 液媒を各段の液溜 に供給させながら前記流路に導入して熱交換させるように構成したことを特 徵とする凝縮蒸発器を提供するものである。
〔図面の簡単な説明〕
第 1図及び第 2図は本発明の第〗実施例を示すものである。 第 1図は凝縮蒸発器の酸素室の断面図、
第 2図は第 1図の 2— 2線断面図である。
第 3図は同じく第 2実施例を示す凝縮蒸発器の酸素室の断面図である。 第 4図及び第 5図は同じく第 3実施例を示すものである。
第 4図は凝縮蒸発器の酸素室と液戻し室を示す縦断面図、
第 5図は凝縮蒸発器の横断面図である。
第 6図乃至第 9図は本発明の凝縮蒸発器の第 4実施例を示すものである。 第 6図は、 上半部は第 7図の 6— 6線断面、 下半部は第 7図の 7— 7線断 面を示す酸素室部分の断面正面図、
第 7図は断面平面図、
第 8図は一部切欠左側面図、
第 9図は一部切欠右側面図である。
第 1 0図及び第 1 1図は本発明の第 5実施例を示すものである。
第 1 0図は凝縮蒸堯'器の酸素室部分の断面図、
第 1 1図は同じく凝縮蒸発器プロックの側面図である。
第 1 2図及び第 1 3図は第 5実施例に示した凝縮蒸発器を精留塔に組込ん だ一実施例を示すものである。
第 1 2図は断面平面図、
第 1 3図は要部の斜視図である。'
第 1 4図乃至第 1 8図は本発明の凝縮蒸発器の第 6実施例を示すものであ る。
第 1 4図は凝縮蒸発器の酸素室を示す断面正面図、
第 1 5図は同じく窒素室を示す断面正面図、
第 1 6図は同じく一部切欠き側面図、
第 1 7図は同じく一部切欠き正面図、 第 1 8図は同じく断面平面図である。
第 1 9図乃至第 2 2図は第 6実施例に示す構成の凝縮蒸発器を複精留塔に 組込んだ状態を示すものである。
第 1 9図は複精留塔に組込んだ状態を示す断面正面図、
第 2 0図は酸素室を示す断面正面図、
第 2 1図は窒素室を示す断面正面図、
第 2 2図は複精留塔に組込んだ状態を示す断面平面図である。
第 2 3図及び第 2 4図は本発明の第 7実施例を示すものである。
第 2 3図は凝縮蒸発器の一部を切欠いて示す斜視図、
第 2 4図は第一流体室である酸素室の断面図である。
第 2 5図及び第 2 6図は本発明の第 8実施例を示すものである。
第 2 5図は酸素室の断面図、
第 2 6図は第 2 5図の 2 6— 2 6矢視図である。
第 2 7図は本発明の第 9実施例を示す酸素室の断面図である。
第 2 8図及び第 2 9図は第 7実施例に示す凝縮蒸発器を複精留塔に組込ん だ状態を示すものである。
第 2 8図は精留塔の要部断面図、
第 2 9図は第 2 8図の 2 9— 2 9断面図である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、 本発明を、 蒸発する液媒を液化酸素、 凝縮する流体を窒素ガスとし た例につき、 図面に基づいて説明する。 尚、 以下の説明において各実施例に おける同一要素のものには、 図面に同一符号を付して詳細な説明を省略する c また液の流れ方向を実線矢印、 ガスの流れ方向を破線矢印で示す。
まず、 第 1図及び第 2図は本発明の第 1実施例を示すもので、 第 1図は第 1流体室である酸素室を示し、 第 2図は第 1図の 2— 2線断面図である。 凝縮蒸発器 5 0は、 上下のスラントバー 5 1 , 5 2及び左右両側のサイ ド バー 5 3 , 5 4により接合された多数の垂直方向平行な仕切板 5 5により第 一流体室である酸素室 5 6と第二流体室である窒素室 5 7とを交互に多数形 成したものである。 該酸素室 5 6と窒素室 5 7の上部には、 窒素ガス G Nを 窒素室 5 7に分配導入するための入口ヘッダー 5 8を設け、 下部には、 窒素 室 5 7で凝縮した液化窒素 L Nを集合導出するための出口ヘッダー 5 9を設 けている。
各窒素室 5 7は、 仕切板 5 5 , 5 5と該仕切板両側のサイ ドバー 5 3， 5 4とによって画成される。
各酸素室 5 6は、 仕切板 5 5 , 5 5と上下のスラントバ一5 1 , 5 2とに より画成されており、 その内部に伝熱 0を上下多段に配置して複数の液 媒流路 6 1を形成している。 この伝熱板 6 0は、 隣接する仕切板 5 5， 5 5 間を上下に区切るもので、 各段につき 1枚づっ用いても良いが通常は波形伝 熱フィ ンを用いる。 各液媒流路 6 1は、 酸素室 5 6の一端から他端に向けて 昇り勾配を有するように傾斜させて形成されている。 この液媒流路 6 1の下 部側となる入口端 6 2側には、 該流路 6 1と連通する複数の液溜 6 3が上下 多段に設けられている。 さらに液媒流路 6 1の上部側となる出口端 6 4側に は、 液媒流路 6 1と連通する複数の液受 6 5が、 最下段の液媒流路 6 1を除 いて、 前記液溜 6 3に対応して上下多段に設けられている。
上記液溜 6 3は、 上部を開放した箱状に形成されており、 その一側が酸素 室 5 6に開放されて一つの液溜 6 3に対し上下複数の液媒流路 6 1が連通し ている。 また各液溜 6 3には、 それぞれ連通管 6 6及びマ二ホールド管 6 7 からなる液分配手段 6 8が接続されており、 この液分配手段 6 8から各液溜 6 3に液化酸素 L Oが供給される。 各液溜 6 3は、 上部が開放されているた め、 それぞれ酸素室 5 6の気体側に圧力が開放され、 各液溜 6 3内の液深が 小さいため、 液化酸素 L Oの液圧の影響を低減している。 これにより、 液化 酸素 L 0の液深の液圧による沸点上昇がなく、 窒素ガス G Nの凝縮温度を低 下させて下部塔の運転圧力を低減でき、 原料空気圧縮機の動力費を大幅に低 減することができる。
—方、 前記液受 6 5は、 上記液溜 6 3と略同様に、 上部を開放した箱状に 形成されている。 液受 6 5は、 その一側が酸素室 5 6に開放されて、 一つの 液受 6 5に対し上下複数の液媒流路 6 1が連通している。 この液受 6 5と前 記液溜 6 3とは、 前記複数の液媒流路 6 1を 1プロックとしてそれぞれ設け られている。 液受 6 5と 1ブロック下の段に対応する液溜 6 3とは、 両者の 底部を接続する液戻し管 6 9により連通している。 上部に位置する液溜 6 3 から液媒流路 6 1に流入し、 該液媒流路 6 1内で蒸発しなかった液化酸素 L 0は、 この液戻し管 6 9により一段下の液溜 6 3に戻る。
このように形成された酸素室 5 6に導入される液化酸素 L 0は、 マ二ホー ルド管 6 7から各液溜 6 3に供給される。 各液溜 6 3内の液化酸素 L 0は、 対応する液媒流路 6 1に流入して伝熱板 6◦及び仕切板 5 5 , 5 5を介して 隣接する窒素室 5 7を流れる窒素ガス G Nと熱交換し、 その一部が蒸発して 酸素ガス G 0の気泡となる。 この酸素ガス G 0の気泡は、 液媒流路 6 1内の 液化酸素 L 0と共に液媒流路 6 1を上昇後、 出口端 6 4で液化酸素 L 0と分 離して上昇する。 一方液媒流路 6 1内で蒸発しなかった液化酸素 L 0は、 出 口端 6 4から流下して液受 6 5で^け止められ、 前記液戻し管 6 9を経て 1 ブロック下の液溜 6 3に流下する。 この液媒流路 6 1を流れる液化酸素 L O の量は、 ァセチレンの濃縮折出を防止するために気化量の 6倍以上の液量を 流す必要があるといわれている。
このように、 液化酸素 L Oは、 液受 6 5から液戻し管 6 9により順次下段 の液溜 6 3に流下しながら各液媒流路 6 1 に流入し、 蒸発， 流下を繰返して 流下していく。 ^して最下部の液媒流路 6 1で蒸発しなかつた液化酸素 L 0 は、 出口端 6 4から凝縮蒸発器 5 0の下方に流下していき、 複精留塔の上部 塔底部の液酸溜に溜る。 この液化酸素 L Oは、 その一部が必要に応じて製品 として採取され、 残部が液化酸素ポンプ、 あるいはサ一モサイフォンリボイ ラー等によって揚 _hされ、 アセチレン吸着器を通過して濃縮したアセチレン を除去され、 再び液分配手段 6 8により各液溜 6 3に循環供給される。 この 循環供給される液化酸素 L 0は、 各経路にアセチレン等の炭化水素類の析出 を防ぐために酸素室 5 6に供給される過剰の液化酸素 L Qの一部である。 こ の液化酸素量は、 上述のごとく、 酸素室 5 6の最下部の液媒流路 6 1から流 下する液化酸素 L 0のみであるため、 上記の循環量は非常に少量で良い。 上記各液媒流路 6 1の傾斜角度は、 接続する液溜 6 3の深さや液媒流路 6 1の長さ等により適宜に選定されるもので、 液媒流路 6 1を水平に設けるこ とも可能である力、 水平よりも昇り勾配に設けた方が、 蒸発生成した酸素ガ ス G 0の気泡がその浮上力で液媒流路 6 1から流出し易いとともに、 液化酸 素 L Oの流動を促進して熱伝達率を高めることができる。 また、 各液媒流路 6 1の上下のピッチは、 酸素ガス G Oが液化酸素 L Oを同伴するのに適した ピッチに設定されるもので、 このピッチが大き過ぎると酸素ガス G 0の浮上 力で液化酸素 L 0を同伴させることが困難になる。
即ち、 上記実施例のように、 液媒流路 6 1を昇り勾配に形成することによ り、 蒸発した酸素ガス G Oの気泡は、 その浮上力で液化酸素 L 0の流動を促 進して出口端 6 4から流出する。 このため、 液化酸素 L 0の蒸発が効果的に 行われ、 蒸発した酸素ガス G 0の滞留も生じないので凝縮蒸発器 5 Πの熱交 換効率を向上させることができる。 液化酸素 L 0の各液媒流路 6 1への流人 量は、 液溜 6 3の液深を調節すること、 あるいは液媒流路 6 〗の流路長ゃ傾 斜ぁるいは開口断面積を調節することにより行うことができる„ また前記液戻し管 6 9は、 上部を開放した樋状に形成してもよく、 液量に よっては複数本設けることもできる。 さらに凝縮蒸発器 5 0の両側を窒素室 とし、 該窒素室の側壁に、 樋状に形成した液戻し管を密着させて設けること により、 この部分でも窒素ガスと液化酸素とを熱交換させて液化酸素を蒸発 させることができる。
上記液分配手段 6 8は、 マ二ホールド管 6 7と連通管 6 6による以外に、 各液溜 6 3にオーバーフロー管ゃ堰を適宜の高さに設けて、 該オーバ一フロ 一管ゃ堰から順次下段の液溜 6 3に液化酸素 L◦を流下させるように形成す ることもできる。 さらにマ二ホールド管 6 7と液溜 6 3とを一体的に形成し てマ二ホールド管 6 7の内部と液溜 6 3内とを所定の口径の連通孔により連 通させ、 該連通孔から各液溜 6 3に液化酸素 L 0を供給させることもできる。 また各液溜 6 3に所定量の液化酸素 L 0を供給するためには、 マ二ホールド 管 6 7の上部に流量調節機構を設けたり、 連通管 6 6あるいは連通孔ゃォ一 バーフロー管の口径， 取付位置、 さらにオーバ一フロー管あるいは堰の高さ 等を調整することにより行うことができる。
上記のごとく、 液媒流路 6 1内で蒸発しなかった液化酸素 L 0を、 液媒流 路 6 1の出口端 6 4からそのまま凝縮蒸発器 5◦の下方に流下させずに出口 端 6 4に設けた液受 6 5で受けて、 該液受 6 5から入口端 6 2の液溜 6 3に 戻すことにより、 下方に流下する液化酸素量を大幅に減少できる。 即ち、 ァ セチレンの濃縮を防ぐために、 蒸発により気化した量以上の液化酸素 L 0を、 その段の液溜 6 3または液受 6 5に補給し、 下方に流下させれば良い。 これ により、 液化酸素 L 0を精留塔の上部塔底部から凝縮蒸発器 5 0の上力'に揚 上させるための液化酸素ポンプゃサーモサイフオンリボイラー等の揚上手段 を小型化できるため、 原料空気圧縮機の圧縮圧を下げることによる運転勤力 費の大幅な削減の上に、 これらの設備費や運転動力費の削減を図ることがで 次に第 3図は本発明の第 2実施例を示している。
この凝縮蒸発器 7 0の酸素室 5 6は、 上記実施例と同様に、 上下多段に複 数の液媒流路 6 1を形成するとともに、 各液媒流路 6 1の両端に、 それぞれ 液溜 6 3と液受 6 5とを上下多段に配設し、 さらに最上段の液媒流路 6 1の プロックには、 液化酸素 L 0の供給用となる液溜 7 1と液受 7 2が設けられ ている。 また液受 7 2の下方の各段の液受 6 5は、 その底部 6 5 a力《、 該液 受 6 5に流下する液化酸素 L 0を液媒流路 6 1に導入する液溜 3より下段 の液溜 6 3の上部に連通する液媒流路 6 1に連通している。 さらに液戻し管 6 は、 各液媒流路 6 1のプロックに対応する液受 6 5と液溜 6 3とを接続 している。 ' ·
従って、 複精留塔の上部塔の精留部から流下する液化酸素 L 0、 あるいは 上部塔の底部から液化酸素ポンプ、 あるいはサ一モサイフオンリボイラー等 により循環供給される液化酸素 L 0は、 まず最上段の液受 7 2に供耠された 後に最上段の液媒流路 6 1のプロックを流下して最上段の液溜 7 1に供給さ れる。 この時、 液媒流路 6 1を流下中に蒸発した酸素ガス G Oは、 該液媒流 路 6 1を液の流れと逆に上昇して液受 7 2から、 あるいは液と共に液溜 7 1 に流下して該液溜 7 1から分離上昇する。 最上段の液溜 7 1内の液化酸素 L 0は、 マ二ホールド管 6 7， 連通管 6 6を介して下方の液溜 6 3に流下し、 該液溜 6 3からそれぞれの液媒流路 6 1内に流入する。
液媒流路 6 1内で蒸発しなかった液化酸素 L Oは、 出口端 6 4で各液受 6 5に受止められ、 その一部が各液受 6 5から下段の液溜 6 3の上部に連通す る液媒流路 6】に流入し、 該流路 6 1の傾斜により流下して下段の液溜 6 3 内に流入する。 この流下中に蒸発した酸素ガス G Oは、 液化酸素 L Oと共に 液溜 6 3に流下して該液溜 6 3から分離上昇する。 液受 6 5に受止められた 液化酸素 L Oの内、 液媒流路 6 1に流入して下段の液溜 6 3に導入される以 外の液化酸素 L Oは、 前記液戻し管 6 9を経て元の液溜 6 3に戻されて循環 する。
最下段の液媒流路 6 1のプロックに対応する液溜 6 3と液受 6 5との間の 液化酸素 L Oは、 一部が蒸発しながら液溜 6 3から液媒流路 6 1， 液受 6 5， 液戻し管 6 9を経て液溜 6 3に戻る回路で循環している。 またアセチレン析 出を防止するために過剰に供給される液化酸素 L 0は、 この最下段の液溜 6 3あるいは液受 6 5からオーバーフローして上部塔底部に流下する。
このように、 液受 6 5から液溜 6 3に戻る液化酸素 L 0の一部を下段の液 溜 6 3の上部に連通する液媒流路 6 1に導入して流下させることにより、 上 記実施例の作用効果に加えて、 より少ない過剰の液化酸素量でアセチレンの 折出を防止することができる。
即ち、 もし液受 6 5を設けなければ、 液溜 6 3に連通する各液媒流路 6 1 には、 液溜 6 3の液面高さに対応して液化酸素 L 0が流入するため、 液溜 6 3の上部に連通する液媒流路 6 1には、 僅かしか液化酸素 L 0が流入しない。 そのため、 酸素ガス G 0の気泡が液媒流路 6 1を出口端 6 4に向かって液を 同伴して上昇せずに逆流することがある。 この逆流現象が生じると、 液媒流 路 6 1の出口端 6 4側に液化酸素 L 0が至らず該液媒流路 6 1内に乾き領域 を形成することがあり、 この部分にアセチレンが析出する虞がある。 この時， 本実施例のごとく、 液受 6 5の底部を下段の液溜 6 3の上部の液媒流路 6 1 と連通させることにより、 上記乾き領域を形成する虞の有る液媒流路 6 1 に 液化酸素 L Oを導入して流下させることにより、 液媒流路 6 1内の乾燥、 即 ちアセチレンの折出を防 [ヒすることができる。 さらにこのように形成するこ とにより、 液化酸素 L 0を順次下段に供給する液戻し管 6 9と同様の機能を 該液媒流路 6 1が果し、 液戻し管 6 9を別に設けずに形成することも可能と なる。 尚、 液戻しとして用いる液媒流路の数は、 処理量等により適宜設定す ることができる。
第 4図及び第 5図は、 本発明の第 3実施例を示すもので、 この実施例は、 酸素室と隣接して液戻し流路となる液戻し室を形成したものである。
この凝縮蒸発器 8 0の酸素室 5 6は、 前記両実施例と同様に、 仕切板 5 5 とスラントバー 5 1 , 5 2とにより画成した室内に伝熱扳 6 0を上下多段に 配置して複数の液媒流路 6 1を形成するとともに、 各液媒流路 6〗の両端に、 入口端 6 2側の液溜 6 3と出口端 6 4側の液受 6 5とを上部を開放ざせて上 下多段に配設したものである。 また、 液溜 6 3の底板 6 3 aと液受 6 5の底 板 6 5 aとに接続される伝熱扳部分には、 通常の伝熱板よりも厚手の扳材、 あるいは仕切り棒 8 1を配置して両底板 6 3 a , 6 5 aとの接続性を向上さ せ、 該接続部からの液漏れの低減を図っている。
そして最も外側に位置する酸素室 5 6の外側には、 さらに 1枚のサイ ドプ レート 8 2が設けられており、 該サイ ドプレート 8 2と酸素室 5 6を画成す る仕切板 5 5との間に、 液戻し室 8 3が形成されている。 この液戻し室 8 3 は、 第 4図の下半部に示すように、 その内部に前記液溜 6 3の底扳 6 3 aと 液受 6 5の底板 6 5 aとをそれぞれのプロックに対応して接続する複数の仕 切り棒 8 4が配設されており、 上下の仕切り棒 8 4とサイ ドプレート 8 2及 び仕切板 5 5とにより、 それぞれの液溜 6 3と液受 6 5に対応する液戻し流 路 8 5を画成している。
このように形成された液戻し流路 8 5も、 前述の実施例で示した液戻し管 6 9と同様に液受 6 5から液溜 6 3に向けて液化酸素 L 0を流下させるもの で、 該液戻し流路 8 5内で液化酸素 L 0が沸騰蒸発して液の流下を妨げない ように、 特に液化酸素 L 0の場合には、 前述のごとく炭化水素類の濃縮等の 問題があるので、 窒素室 5 7とは隣接しないように配置することが好ましい c 従って、 本実施例に示すように、 液戻し室 8 3を最も外側に位置する酸素 室 5 6よりも外側に形成する力、、 あるいは酸素室 5 6の間、 例えば第 5図に 符号 Aで示す位置の窒素室 5 7を上記のごとく形成した液戻し室として、 そ の両側を酸素室 5 6， 5 6となるように形成することが好ましい。 液戻し室 8 3を窒素室 5 7と隣接して配置することも可能であるが、 その場合には蒸 発した酸素ガス G Oの気泡による流れ抵抗を考慮して流路の幅寸法等を設定 する必要がある。
また液戻し流路 8 5内には、 流れの抵抗となるようなものをできるだけ配 置しないように形成することが好ましいが、 構造強度を向上させるために、 流れ抵抗の少ないコルゲーシヨンフィ ンゃスぺ一サ一等を配設することは可 能である。
さらに液戻し室 8 3は、 複数、 例えば両側と中間部等、 液化酸素 L Oの流 量等により複数室設けることができ、 前述の液戻し管等と組合せることもで きる。
また、 本実施例では、 凝縮蒸発器 8 0の両側に配置されるサイ ドプレート 8 2 , 8 2の両端を延伸して液溜 6 3及び液受 6 5の両側壁を構成しており、 一方のサイ ドブレート 8 2の液溜 6 3側には液分配手段である液供給管 8 6 が隣接して配置されるとともに、 各液溜 6 3に対応する連通孔 8 7が穿設さ れている。 こ 液供給管 8 6及び連通孔 8 7は、 液受 6 5側に設けて各液受 6 5に液化酸素 L Oを供給することもできる。 また液受 6 5の端部側壁には 堰 8 8が切欠形成されており、 ァセチレン等の炭化水素類の濃縮 防止.する ために所定量の液化酸素 L 0を下方に流下させるとともに、 各ブロックにお ける液量を一定に調節している。
このように凝縮蒸発器 8 ϋを形成することにより、 各流体室 5 6 , 5 7や 液戻し流路 8 5及び液溜ら 3ゃ液受 6 5を一休的に、 例えばアルミブレージ
-0 ング等により容易に製作することができ、 管や樋等が外部に露出しないので 取扱い性にも優れている。
次に第 6図乃至第 9図に示す凝縮蒸発器 9 0は、 酸素室 5 6に凝縮蒸発器 9 0の一側から他側に向かって登り勾配を有する第一液媒流路 6 1 aと、 凝 縮蒸発器 9 0の他側から一側に向かって前記第一液媒流路 6 1 aの勾配と逆 方向の登り勾配を有する第二液媒流路 6 1 bとを形成したもので、 凝縮蒸発 器 9 0の厚さ方向 （第 7図において上下方向） の一側 （第 7図において上半 分） に、 第 6図において右上がりとなる第一液媒流路 6 1 aが纏めて配置さ れ -他側 (第 7図において下半分） に、 第 6図において左上.がりとなる第二 液媒流路 6 1 bが纏めて配置されている。 これらの液媒流路 6 l a , 6 1 b は、 通常は波形伝熱フィ ンを傾斜させ t配置することにより形成されるもの で、 液媒流路 6 1 a , 6 1 bの一部には、 適当間隔毎に、 伝熱板より僅かに 板厚の厚い仕切棒 8 1が流路ブロックを区画するように配設されている。
このように形成された酸素室 5 6の端部には、 前記液媒流路 6 1 a , 6 1 bと連通する複数の液溜 6 3と液受 6 5が上下多段に設られている。 この液 溜 6 3と液受 6 5は、 上下複数の液媒流路 6 1 a， 6 l bを一つの流路ブロ ックとして設けられるもので、 それぞれの所定の位置に配置されるように屈 曲形成された 1枚の底板 9 1と、 該底板 9 1の 3方を囲繞するように設けら れた壁板 9 2とで形成されている。 この液溜 6 3と液受 6 5とは、 底扳 9 1 の上面で連通しており、 底扳 9 1の液受 6 5の部分を液溜 6 3の部分より高 く配置することにより、 液受 6 5内に流入した液化酸素 L 0を同一段の液溜 6 3に流下させるように形成している。
このように形成された酸素室 5 6に導入される液化酸素 L 0は、 液供給管 8 6から連通孔 8 7を介して第一液媒流路 6 1 a側の液溜 6 3に供給されて 第一液媒流路 6 1 a内に流入し、 第一液媒流路 6 1 a内で隣接する窒素室 5 7内の窒素ガス G Nと熱交換を行い一部が蒸発して酸素ガス G 0となる。 蒸 発しなかった液化酸素 L 0は、 前記酸素ガス G◦に同伴されて第一液媒流路 6 1 aの出口端から流出し、 第一液媒流路 6 1 aの端部に設けられた液受 6 5に流入する。 液受 6 5に流入した液化酸素 L 0は、 底板 9 1上を流れて隣 接する第二液媒流路 6 1 bの液溜 6 3内に流下し、 該液溜 6 3から第二液媒 流路 6 1 bに導入される。 この時、 一部の液化酸素 L 0は、 堰 8 8からォー バーフローして下段の液溜 6 3 , 液受 6 5あるいは凝縮蒸発器 9◦の下方に 流下する。
即ち、 液供給管 8 6から液溜 6 3に供給された液化酸素 L Oは、 該液溜 6 3から第一液媒流路 6 1 aに導入されて一部が蒸発しながら液受 6 5に至り、 該液受 6 5から第二液媒流路 6 1 bの液溜 6 3に流下して第二液媒流路 6 1 bに導入され、 該第二液媒流路 6 1 bの液受 6 5から元の液溜 6 3に戻る経 路で循環し、 各流路 6 l a , 6 1 bで蒸発した量、 及び堰 8 8からオーバー フローする量に見台う量の液化酸素 L 0が液供給管 8 6から液溜 6 3に補給 される。
このように、 液化酸素 L Oは、 各液媒流路 6 l a , 6 l b内で、 その一部 が蒸発しながら液受 6 5 , 液溜 6 3を介して同じ段の液媒流路 6 1 a , 6 1 bを循環するため、 凝縮蒸発器 9 0の下方に流下する液化酸素量を大幅に低 減させることができる。
また本実施例では、 上下の各液溜 6 3と液受 6 5を同じ大きさとして隣接 する液溜 6 3と液受 6 5とを底扳 9 1上で連通させているが、 各液溜 6 3と 液受 6 5の大きさを上下方向で変えたり、 液溜 6 3と液受 6 5をそれぞれ独 立した箱状に形成して、 両者を液供給川の連通路となる樋あるいは管により 接続しても良い。
次に第 1 0図及び第 1 1図は、 第 5実施例を示すもので、 複数の凝縮蒸発 器プロックを一体的に配列して凝縮蒸発器を構成した例を示すものであ-る。 この凝縮蒸発器 100の各凝縮蒸発器プロック 100 a, 100 b, 10 0 c , 100 dの間には、 複数の液溜 63が上下多段に設られている。 この 液溜 63は、 第 1 0図において、 液溜 63の左側に位置する凝縮蒸発器プロ ックに対しては液供給用の液溜となり、 右側に位置する凝縮蒸発器ブロック に対しては液受としての作用を有するとともに、 液供給流路の作用を有して いる。 これらの各液溜 ·63には、 それぞれ連通管 66を介してマ二ホールド 管 67が連設されており、 凝縮蒸発器 1◦ 0の上方に設けられた液化酸素受.―. 101に溜まる液化酸素 L 0が連通管 66を介して各液溜 3に供給される。 このように形成された酸素室 56に導入される液化酸素 L 0は、 マニホ一 ルド管 67から各液溜 63に供給されて各液媒流路 61に流入する。 液媒流 路 61内で蒸発しなかつた液化酸素 L 0は、 前記酸素ガス G 0に同伴されて それぞれの出口端 64から流出して隣接する次段の凝縮蒸発器プロック 10 0 a, 100 b, 100 c, ュ 00 dとの間に設けられた液溜 63に流下す る。 この液溜 63に流下した液化酸素 LOは、 一部がオーバーフローして凝 縮蒸発器 1 00の下方に流下するが、 大部分は前記マ二ホールド管 67から 供耠される液化酸素 L Oと共に、 次段の凝縮蒸発器ブロック 1 00 a, 1 〇 O b, 100 c, 10◦ dの液媒流路 61に流入する。
このように、 液化酸素 LOは、 各凝縮蒸発器プロック 100 a, 100 b, 1 00 c, 1 00 dの液媒流路 61内で、 その一部が蒸発しながら順次液溜 63を経て次段の凝縮蒸発器ブロックの各液媒流路 6〗 に流人する。 そして、 各凝縮蒸発器ブロック 1〔U〕 a , 1 00 b , 1 00 c , 1 00 dを直線状に 配列した場含には、 最終段の凝縮蒸発器プロック】 0 ϋ a， 1 00 b, 1 0 ϋ c, 100 dの各液媒流路 6 の出口端 64に設けた液受と第 1段目の凝 縮蒸発器ブロック 1 Γ! ϋ a , 1 00 b, 100 c , 1 00 dの液溜との間に , 樋あるいは管を設けることにより、 最終段の凝縮蒸発器プロック 1 00 a, 1 00 b, 1 00 c, 1 00 dの液媒流路 6 1から流出する液化酸素 L 0を 第 1段目の凝縮蒸発器ブロック 1 00 a, 1 00 b, 1 00 c , 1 00 dに 戻して循環させることができる。
従って、 前述のごとく各液媒流路 6 1に過剰に供給されて液媒流路の出口 端から流下する液化酸素 L 0は、 順次隣接する同一段の凝縮蒸発器プロック 1 00 a, 1 00 b, 1 00 c , 1 ◦◦ dの液媒流路 6 1に供給されるので、 凝縮蒸発器 1 00の下方に流下する液化酸素量を大幅に低減させることがで きる。
このように、 凝縮蒸発器 1 00を複数の凝縮蒸発器プロック 1 ◦ 0 a, 1 00 b, 1 00 c, 1 ◦ 0 dに分割して、 それぞれの液媒流路 6 1を短く形 成することにより、 蒸発した酸素ガス G 0と液化酸素 L 0との分離を効率良 く行うことができるので、 熱交換効率を向上させることができる。
また本実施例では、 各凝縮蒸発器ブロック 1 00 a , 1 00 b, 1 00 c , 1 00 dの各液溜 63を同一レベルで同じ大きさとして順次次段の凝縮蒸発 器ブロック 1 00 a, 1 00 b, 1 00 c, 1 00 dに送給している力《、 各 液溜 63のレベルを上下方向で変えたり、 大きさを変えたりすることもでき る。 即ち、 各液溜 63の大きさを上段程大きく して堰等からオーバーフロー した液化酸素 L 0を上部塔底部液酸溜まで流下させることにより、 ァセチレ ンの濃縮を防ぐことができる。 さらに前記各凝縮蒸発器プロック 1 00 a, 1 00 b, 1 00 c , ] 0 0 dの両側にそれぞれ液溜と液受とを配設し、 両 者を液供給流路となる樋あるいは管により接続しても良い。
次に第 1 2図及び第 1 3図は、 上記構成の凝縮蒸発器 1 0 0を円筒形の容 器、 例えば精留塔の内部に組込んだ一実施例を示すものである。
この凝縮蒸発器 1 00は、 上記実施例と略同様に形成した凝縮蒸発器プロ ック 100 a, 100 b, 100 c, 1◦ 0 dを精留塔の上部塔 1◦ 2内の 同一円周上に 4基配列し、 各凝縮蒸発器ブロック 10◦ a, 100 b, 10 0 c, 100 d間を液供給流路となる幅広の樋 103により接続したもので ある。 即ち、 各凝縮蒸発器プロック 10◦ a, 100 b, 100 c, 100 dの液媒流路 61の出口端 64から流出した液化酸素 L Oは、 液受 65に受 けられた後、 樋 103により案内されて次段の凝縮蒸発器プロック 1 00 a, 100 b, 100 c, 100 dの液溜 63に供給される。 また液溜 63の側 壁には堰 88が切欠形成されており、 液溜 63に供耠される余剰の液化酸素 LOを、 この堰 88から順次下段の液溜 63に流下する。 従って、 マ二ホー ルド管 67から連通管 66を介して供給される液化酸素 L 0は、 各凝縮蒸発 器ブロック 100 a, 100 b, 100 c, 100 dで一部が蒸発しながら、 第 12図において反時計方向に流れ、 さらにその一部が炭化水素濃縮防止用 の液化酸素として順次下段の液溜 63を経て凝縮蒸発器 1◦ 0の下方に流下 する。
—方、 液化酸素 L Oと熱交換を行う窒素ガス GNは、 上部塔 102の中央 部に配設した窒素ガス上昇管 104及び分配管 105から、 各凝縮蒸発器ブ ロック 100 a， 100 b, 100 c, 100 dの上部に設けた入口ヘッダ 一 58を経て窒素室 57に導入され、 凝縮して下部の出口ヘッダ一 （図示せ ず） から導出される。
このように、 凝縮蒸発器プロック 100 a, 1 00 b, 100 c, 100 dを同一円周上に配列することにより、 液化酸素 L 0を容易に循環させるこ とができ、 さらに同一構造の凝縮蒸発器ブロック 1 ◦ 0 a， 1 00 b, 1 0 0 c , 1 00 dを配列することができるので、 製造組立ても容易に行うこと ができる。
第 14図 7 至第 18図は、 木発明の第 6実施例を示すもので、 この凝縮蒸 発器 1 1 0は、 上記のごとく伝熱板 6 0を上下多段に配設して液媒流路 6¾1 を形成するとともに、 該液媒流路 6 1に一側の液溜 6 3から液化酸素 L 0を 導人するように形成した酸素室 5 6に仕切板 5 5を介して隣接配置される窒 素室 5 7の好ましい形態を示すものである。 各窒素室 5 7は、 四周をスラン トバー 5 1 , 5 2及びサイ ドバ一5 3 , 5 4により閉塞し、 室内にコルゲ一 シヨ ンフィ ン等の伝熱板 1 1 1を配設して両端が開放された多数のガス流路 である凝縮流路 1 1 2を形成するとともに、 該凝縮流路 1 1 2の両側に連接 させて、 それぞれガス導入路 1 1 3と排出路 1 1 4とを設けている。
上記凝縮流路 1 1 2は、 該凝縮流路 1 1 2内で凝縮した液化窒素 L Nを凝 縮流路 1 1 2から導出流下させるために、 ガス導入路 1 1 3から排出路 1 1 4に向かう水平方向に対して適宜な下り'勾配が設けられている。 また窒素室 5 7の両側部のガス導入路 1 1 3と排出路 1 1 4には、 それぞれ入口ヘッダ 一 5 8及び出口へッダー 5 9を連接して窒素ガス G Nを窒素室 5 7に導入す るとともに、 凝縮流路 1 1 2で凝縮した液化窒素 L Nを排出するように形成 している。 - 窒素ガス G Nは、 前記入口ヘッダー 5 8及びガス導入路 1 1 3を経て各凝 縮流路 1 1 2に導入される。 凝縮流路 1 1 2に導入された窒素ガス G Nは、 隣接する酸素室 5 6の液化酸素 L 0と熱交換を行つて凝縮し、 液化窒素 L N となり凝縮流路 1 1 2の下り勾配により排出路 1 1 4に向かって流れ、 排出 路 1 1 4から出口ヘッダー 5 9を経て排出される。 また窒素ガス G N中の非 凝縮ガス G Xは、 排出路 1 1 4の上部に設けられたパージノズル 1 1 5から 排出される。
このように、 窒素室 5 7に下り勾配を有する多数の凝縮流路 1 1 2を形成 し、 窒素ガス G Nを該凝縮流路 1 1 2の一端から導入して他端から導出する ことにより、 窒素室 5 7の上下方向の各凝縮流路 1 1 2に導入する窒素ガス 量や該流路 1 1 2内で凝縮する液化窒素量を略同一とできるので、 境膜伝熱 係数を凝縮蒸発器 1 1 0の上下方向で略同一とすることができる。
従って、 酸素室 5 6下部の液化酸素 L 0とも十分な熱交換を行うことがで きるので、 凝縮蒸発による伝熱性能を最大限に発揮させることができる。 特 に大型の背の高い凝縮蒸発器では、 凝縮流路 1 1 2の長さを従来に比べて大 幅に短くすることができ、 各凝縮流路 1 1 2の排出路 1 1 4近傍に形成され る液化窒素 L Nの液膜の厚さを薄くすることができるから、 伝熱性能の低下 を最小限とすることができる。 さらに凝縮流路 1 1 2の断面積及び開口面積 を増大させることができるため、 凝縮流路靳面積当たりの凝縮量や流動抵抗 が減少し、 熱交換効率をさらに向上させることができる。 また排出路 1 1 4 に開口する凝縮流路 1 1 2の開口端の一部に伝熱扳 1 1 1の一部を突出させ た液切り部を設けることにより、 上方の凝縮流路 1 1 2から流下する液化窒 素 L Nを排出路 1 1 4に案内し、 下方の凝縮流路 1 1 2の開口端が液膜で塞 がれることを防止することができる。
また上記ガス導入路 1 1 3と排出路 1 1 4には、 耐圧性向上のための捕強 材等を適宜設けることができるが、 いずれもガスや液の流れ抵抗が低いもの で、 かつガスの均一な分配や液の排出性等を考慮して材料や配置を選定する 必要がある。
酸素室 5 6は、 前述の各実施例と同様の構造を採用することができ、 液媒 供耠機構， 液戻し機構も同様に第 1 4図乃至第 1 8図に示したものに限らず、 前己各実施例に示したものを採用することができる。
このように酸素室 5 6と窒素室 5 7とを形成することにより、 酸素室 5 6 側の液圧による液化酸素 L 0の沸点上昇と、 窒素室 5 7側の液膜厚の増加に よる伝熱特性の低下とを最小限とすることができるので、 凝縮蒸発器 1 1 ϋ の全伝熱面積を高伝熱特性を有する沸騰凝縮伝熱に利用することができる。 また上下方向での伝熱性能を略同一とすることができるので、 凝縮蒸発器 1 1 0の高さを自由に設定することが可能となり、 処理能力の増大を高さを高 くすることで対応でき、 塔径を増大させることなく大型の複精留塔を製作す ることができる。 さらに、 伝熱特性向上により、 凝縮側流体と蒸発側流休と の間の温度差を小さくすることができるので、 凝縮側ガスの飽和圧力を低く することができ、 ガス流体の圧力、 即ち原料ガスを圧縮するための圧縮機の 動力費を低減できる。
次に第 1 9図乃至第 2 2図に基づいて、 上記構成の凝縮蒸発器を複精留塔 に組込んだ一実施例を説明する。
まず本実施冽に示す凝縮蒸発器 1 2 0は、 前記実施例で示した凝縮蒸発器 1 1◦を 2基対向させて組合わせたごとく形成している。 即ち酸素室 5 6は、 第 2 0図に示すように凝縮蒸発器 1 2 0の両側部に液溜 6 3を配設するとと もに、 中央部に酸素ガス及び液化酸素の排出路 1 2 1を形成している。 また 窒素室 5 7は、 第 2 1図に示すように、 対向する凝縮流路 1 1 2 , 1 1 2間 ― の中央部にガス導入路 1 1 3を形成するとともに、 両凝縮流路 1 1 2， 1 1 2の外側にそれぞれ排出路 1 1 4を設け、 両路 1 1 3 , 1 1 4にそれぞれへ ッダ一 5 8， 5 9を連設している。 またガス導入路 1 1 3には、 多数の孔を 穿設した孔あきコルゲーシヨンフィ ン等の補強材 1 1 3 aを設けている。 尚、 凝縮蒸発器 1 2◦の高さが高い場合には、 凝縮蒸発器 1 2 ϋの上部にも入口 へッダーを設けてガス導入路 1 1 3に窒素ガス G Νを導入することにより、 窒素ガス G Nの供給量を上下で均一化させることができる。
このように形成された凝縮蒸発器 1 2ひは、 従来と同様に、 複精留塔 1 2 2の上部塔 !1 2 2 aと下部塔 1 2 2 bとを仕^る隔壁 1 2 2 cの上部、 即ち 上部塔 1 2 2 aの底部空間内に配置されており、 上部塔 1 2 2 aからの液化 酸素 L Oと下部塔 1 2 2 bからの窒素ガス G Nとを熱交換させている。 この凝縮蒸発器 1 2 0への液化酸素 L Oの供給は、 上部塔最下段卜レイ 1 2 3からの液化酸素 L Oを流下管 1 2 4により、 また循環する液化酸素 L O を液揚上管 1 2 5により、 それぞれ凝縮蒸発器 1 2 0の上部に設けた液化酸 素受 1 0 1に供耠することにより行われる。 液化酸素受 1 0 1に供給された 液化酸素 L Oは、 これに連接する凝縮蒸発器 1 2 0の両側に設けられた液供 給管 8 6から各液溜 6 3を経て各液媒流路 6 1に導入される。 液媒流路 6 1 内の液化酸素 L Oは、 前記実施例と同様に、 その一部が蒸発して酸素ガス G 0となる。 液媒流路 6 1の出口端 6 4に至った液化酸素 L Oと酸素ガス G O の気液混合流は、 ここで分離して酸素ガス G Oは排出路 1 2 1を上昇し、 液 化酸素 L Oは排出路 1 2 1を流下して凝縮蒸発器 1 2 0の下方の液化酸素溜 1 2 6に溜り、 管 1 2 7から導出されて一部が製品となる他は前記液揚上管 1 2 5に循環する。
—方下部塔 1 2 2 b上部の窒素ガス G Nは、 一部が製品として採取される 以外は、 二重管で形成された導入管 1 2 8に設けられた内周の導入部 1 2 9 を上昇して前記入口ヘッダー 5 8から窒素室 5 7中央部のガス導入路 1 1 3 を経て各凝縮流路 1 1 2に導入される。 凝縮流路 1 1 2に導入された窒素ガ ス G Nは、 前記実施例と同様に凝縮して液化窒素 L Nとなり、 両側の排出路 1 1 4 , 1 1 4に向かって流れる。 この液化窒素 L Nは、 排出路 1 1 4を流 下して出口ヘッダー 5 9を経て前記導入管 1 2 8の外周の導出部 1 3 0を通 つて管 1 3 1から導出され、 一部が製品として採取されるほか、 残部が上部 塔 1 2 2 a及び下部塔 1 2 2 bの還流液となる。 また非凝縮ガス G Xは、 前 記同様、 パージノズル 1 1 5から導出される。
このように、 前記実施例に示した凝縮蒸発器 1 1 0の 2基分の液媒流路 6 1や凝縮流路 1 1 2を対向させて配置することにより、 複精留塔 1 2 2等に 組込む際の配管を少なくすることができ、 製造， 組立て等のコストを低減さ せることができる。
また凝縮蒸発器 1 2 0の運転は、 液面計 1 3 2等で液化酸素溜 1 2 6に溜 る液化酸素 L 0の量を計測することにより行うことができる。
第 2 3図及び第 2 4図に示す凝縮蒸発器 1 4 0は、 木発明の第 7実施例を 示すもので、 凝縮蒸発器 1 4 0の一側部に酸素室 5 6に連通する複数の液溜 6 3を上下多段に配設したものである。
この酸素室 5 6は、 液媒流路 6 1の一端を前記液溜 6 3と連通させ、 他端 の出口端 6 4を開放して酸素ガス G 0のガス出口としている。 また最下段の 液溜を除く各液溜ら 3には、 オーバーフロー管 1—4- を設けて液化酸素 L O 一
を順次下段の液溜 6 3に流下ざせ 飞、る。
最上部の液溜 6 3に導入された液化酸素 L Oの一部は、 前記液媒流路 6 1 に流入し、 その一部が蒸発して酸素ガス G Oの気泡となり、 液化酸素 L Oと 共に液媒流路 6 1を上昇後、 出口端 6 4で液化酸素 L Oと分離して上昇し、 蒸発しなかつた液化酸素 L 0は、 そのまま凝縮蒸発器 1 4 0の下方に流下す
また、 液溜 6 3内の残部の液化酸素 L 0は、 オーバ一フロー管 1 4 1 によ り順次下段の液溜 6 3に流下して各液媒流路 6 1 に流入し、 最下段の液溜 6 3からは側壁からオーバーフローして下方に流下する。 尚、 最上部及び最下 部の液媒流路 1 4 2 , 1 4 3は一端が閉じているので、 この部分の伝熱板と しては液媒流路 1 4 2 , 1 4 3間が連通している有孔板等を用いて酸素ガス G 0の滞留を防止することが好ましい。
第 2 5図及び第 2 6図に示す第 8実施例の凝縮蒸発器 1 5 Πの酸素室 5 6 は、 前記の最上部及び最下部の液媒流路 1 4 2， 1 4 3を閉じるスラン トバ - 1 5 1 , 1 5 2を配置して、 この部分を窒素室 5 7と連通させ、 酸素ガス G Oの滞留部を無くすとともに、 液溜 6 3の上部に堰 8 8を形成して、 前述 のオーバ一フロー管 1 4 1に代えて該堰 8 8から順次下段の液溜 6 3に液化 酸素 L 0を流下させている。
第 2 7図は、 第 9実施例を示すもので、 各液溜 6 3への液化酸素 L 0の供 給手段として、 連通管 6 6を備えたマ二ホールド管 6 7を設けた凝縮蒸発器 1 6 0である。 マ二ホールド管 6 7内の液ヘッ ドによって、 各液溜 6 3への 液化酸素 L 0の供給量が異なるのを防止し、 均等に液化酸素 L 0を配分洪給 するために、 連通管 6 6の流路断面積は、 液へッ ドの高低相当分だけ増減さ せている。 さらに液溜 6 3への液媒供給手段として、 液溜 6 3からのォ一バ 一フローと連通管 6 6とを組合せて構成することもできる。
第 2 8図及び第 2 9図は、 前記第 7実施例に示す凝縮蒸発器 1 4 0を複精 留塔 1 2 2に設置した例を示すもので、 凝縮蒸発器 1 4 0は、 複精留塔 1 2 2の上部塔 1 2 2 aと下部塔 1 2 2 bを仕切る隔板 1 2 2 c上の窒素ガス上 昇管 1 0 4を中心とした円周上に 4基並列に収納設置されている。 各凝縮蒸 発器 1 4 0と窒素ガス上昇管 1 0 4との間には各段一体に連通する液溜 6 3 が配設され、 最上部の液溜 6 3には液化酸素の導入管 1 4 4が揷入されてい る
窒素ガス G Nは下部塔 1 2 2 bから窒素ガス上昇管 1 0 4を上昇して各入 口へッダ— 5 8から窒素室 5 7に導入され、 酸素室 5 6の液化酸素 L 0と熱 交換して凝縮液化し、 出口ヘッダー 5 9に集められて下部の管 1 3 1から導 出される。
—方、 上部塔 1 2 2 aから凝縮蒸発器 1 4 0の最上段の液溜 6 3に流入し た液化酸素 L Oは、 前述のごとく一部が酸素室 5 6の液媒流路 6 1に流入し、 窒素室 5 7の窒素ガス G Nと熱交換して蒸発し、 酸素ガス G 0となり液媒流 - . 路 6 1を流れて出口端 6 4から流出し、 上部塔 1 2 2 aの上昇ガスになると ともに、 一部は製品酸素ガス G Oとして配管 1 4 5から採取される。 蒸発し ない過剰の液化酸素 L Oは、 液媒流路 6 1の出口端 6 4から流下し、 隔板 1 2 2 c上に溜まり、 管 1 2 7から導出され、 その一部は製品として採取され、 他は液化酸素ポンプ、 あるいはサーモサイフォンリボイラー等によって揚上 され、 上部の管 1 2 5から再び液溜 6 3に循環される。
このように、 液化酸素 L Oを流下させながら熱交換させることにより、 液 化酸素 L 0の液深の液圧による沸点上昇がなく、 窒素ガス G Nの凝縮温度を 低下させて下部塔 1 2 2 bの運転圧力を低減でき、 原料空気圧縮機の動力費 を低減することができる。 また凝縮蒸発器 1 4 0の高さを高く し、 伝熱面積 を大きくできるので、 より能力の高いものを精留塔の径内に収納することが でき、 複精留塔 1 2 2の製作を容易にする。 さらに起動時に上部塔 1 2 2 a を流下してきた液化ガスを流入させると同時に凝縮と蒸発を生じるので、 起 動時間が大幅に短縮され、 この間の動力費を削減できる。 また、 実施例 7乃 至実施例 に示した凝縮蒸発器は、 前記実施例 1乃至実施例 5に示した凝縮 蒸発器に比べて液循環用のポンプあるいはサ一モサイホンリボイラーが大型 化するが、 凝縮蒸発器自体の構造はシンプルになり、 安全性も高い。
尚、 本発明の凝縮蒸発器は、 空気液化分離における液化酸素と窒素ガスと の熱交換による蒸発と凝縮以外の、 他の液媒と流体を用いた場合も同様の作 用効果を得ることができる。
〔産業上の利用可能性〕
本発明の凝縮蒸発器は、 処理量の多い大型の空気液化分離装置の凝縮蒸発 器に特に好適なもので、 装置全体の小型化や運転動力費の低減が図れ、 製品 の動力原 .位を低'减させることができる。

Claims

請求の範囲
1 . 多数の垂直な仕切板により交互に画成される第一流体室及び第二流体 室と、 該第一流体室の液媒と、 該第二流体室の流体とで熱交換を行う凝縮蒸 発器において、 該第一流体室に上下多段に伝熱板を配置して複数の液媒流路 を形成し、 該流路の一端は開放とし、 他端側に該流路と連通し、 上部を開放 した複数の液溜を上下多段に設けるとともに、 液媒を各段の液溜に供給しな がら前記流路に導入して熱交換させるように構成したことを特徵とする凝縮
2. 前記液溜は、 上下方向に連続して設けられた複数の液媒流路を 1つの 流路プロックとして設けたことを特徴とする請求項 1記載の凝縮蒸発器。
3 . 多数の垂直な仕切板により交互に画成させる第一流体室及び第二流体 室と、 該第一流休室の液媒と、 該第二流体室の流体とで熱交換を行う凝縮蒸 発器において、 該第一流体室に上下多段に伝熱板を配置して複数の液媒流路 を形成し、 該流路の一端は開放とし、 他端側に該流路と連通し、 上部を開放 した複数の液溜を上下多段に設けるとともに、 前記液媒流路の開放側の端部 に、 該液媒流路と連通し、 液媒流路の端部から流下する液媒を受ける複数の 液受を上下多段に設け、 該液受内の液媒を前記液溜に戻す液戻し流路を設け、 液媒を各段の液溜及び Z又は液受に供給しながら前記流路に導入して熱交換 させ ことを特徴とする凝縮蒸発器。
4. 前記液媒流路は、 前記液溜側の一端から他端の開放側の先端に向かう 登り勾配を有していることを特徴とする請求項 1又は 3記載の凝縮蒸発器。
5 . 前記液溜及び液受は、 上下方向に連続して設けられた複数の液媒流路 を 1つの流路ブロックとして設けたことを特徴とする請求項 3記載の凝縮蒸 σ ο
6. 前記第一流体室に配置された伝熱板の所定間隔毎に、 該伝熱板と平行 に複数の仕切棒を配設して、 該仕切棒により前記流路を上下複数の流路から なる流路ブロックに区画するとともに、 該流路プロック毎にそれぞれ液溜及 び 又は液受を設け、 該液溜及び Z又は液受の底板と前記 ί土切棒の端部とを 接続したことを特徴とする請求項 3記載の凝縮蒸発器。
7. 前記各流路ブロック内の上部側に位置する液媒流路を、 前記液受から 液溜に液媒を戻す液戻し流路としたことを特徴とする請求項 5又は 6記載の 凝縮蒸発器。
8. 前記液戻し流路は、 前記液受と液溜との間を接続する管またはその一 部を上方に開放した樋であることを特徴とする請求項 3記載の凝縮蒸発器。
9. 前記液戻し流路は、 前記第一流休室間もしくは最も外側に位置する第 一流体室の外側に隣接して形成される室内に、 前記液受の底板と前記液溜の 底板との間を連接する仕切り棒を配置して画成した流路により形成したこと を特徴とする請求項 3記載の凝縮蒸発器。
10. 前記上下多段に配設された液溜及び/又は液受に沿って液供給管を配 設し、 該液供給管と各液溜及び Ζ又は液受とを該液溜及び 又'は液受の側壁 に設けた液媒供給孔で連通させたことを特徴とする請求項 3記載の凝縮蒸発
11 . 多数の垂直な仕切板により交互に画成される第一流体室及び第二流体 室と、 該第一流体室の液媒と、 該第二流体室の流体とで熱交換を行う凝縮蒸 発器において、 該第一流体室に上下多段に伝熱扳を配置して、 凝縮蒸発器の 一側から他側に向かって登り勾配を有する第一液媒流路と、 凝縮蒸発器の他 側から一側に向かって前記第一液媒流路の勾配と逆方向の登り勾配を有する 第二液媒流路とを形成し、 前記第一液媒流路及び第二液媒流路のそれぞれの 下端側に、 各液媒流路に連通し、 かつ上部が開放された複数の液溜を上下多 段に設けるとともに、 両液媒流路の上端側に、 各液媒流路に連通し、 上部が 開放した複数の液受を上下多段に設け、 一方の液媒流路端から前記液受に流 下した液媒を他方の液媒流路の液溜に供給するようにしたことを特徴とする
12. 前記第液媒一流路と第二液媒流路を、 第一液媒流路群と第二液媒流路 群とにまとめて配置したことを特徵とする請求項 1 1記載の凝縮蒸発器。
13. 多数の垂直な仕切板により交互に画成される第一流体室及び第二流体 室と、 該第一流体室に上下多段に伝熱板を配置して複数の液媒流路を形成し、 該液媒流路の一端側に該流路と連通した複数の液溜を上下多段に設け、 液媒 を各段の液溜に供耠しながら前記液媒流路に導入して前記第二流体室の流体 と熱交換させる凝縮蒸発器プロックを複数列配設し、 前記液媒流路の他端側 に該流路と連通し、 該流路の端部から流下する液媒を受ける複数の液受を上 下多段に設け、 さらに液媒を該液受から他の凝縮蒸発器プロックの液溜に流 入させる液供給流路を設けたことを特徴とする凝縮蒸発器。
14. 前記凝縮蒸発器ブロックは、 同一円周上に配列されていること'を特徴 とする請求項 1 3記載の凝縮蒸発器。
15. 前記液供耠流路は、 前記液受と液溜との間に設けられた管またはその 一部を上方に開放した樋であることを特徴とする請求項 1 3記載の凝縮蒸発 iitro
16. 多数の垂直な仕切板により交互に画成される第一流体室及び第二流体 室と、 該第一流休室の液媒と、 該第二流体室のガス流体とで熱交換を行う凝 縮蒸発器において、 該第一流休室に上下多段に伝熱扳を配置して複数の液媒 流路を形成し、 該液媒流路の一端に、 該液媒流路に連通して液媒を導入する 複数の液溜を、 上部を開放させて上下多段に設けるとともに、 前記液媒流路 の他端側を開放し、 一方前記第二流体室に、 ガス流 ί本の流れ方向に向かって 水平に対して下り勾配を有するように伝熱板を配置して複数のガス流路を形 成し、 該ガス流路の入口側に連接してガス導入路を、 またガス流路の出口側 に連接して排出路をそれぞれ設けたことを特徴とする凝縮蒸発器。
17 . 前記液媒流路の開放側の先端に連接して液媒蒸発ガス及び未蒸発液媒 の排出路を設けたことを特徴とする請求項 1 6記載の凝縮蒸発器。
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