JPH0730995B2 - プレ−トフイン式凝縮器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、上部から気体（凝縮されるガス）を導入して
凝縮させ、凝縮液を下部に導出する凝縮室を備えたプレ
ートフィン式凝縮器に関する。

〔従来の技術〕

従来、空気液化分離装置等に用いられるプレートフィン
式凝縮器は、特開昭56−56592号公報に示されるよう
に、多数の垂直方向平行な仕切板により仕切られて蒸発
室と凝縮室が交互に積層されており、各室内には垂直方
向に伝熱フィンが配設され流路を形成している。

前記蒸発室には蒸発する液体酸素等が、また凝縮室には
凝縮するガスである窒素ガス等がそれぞれ導入され、窒
素ガス等のガスは凝縮して液体窒素等の凝縮液となり凝
縮器の下部から導出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のプレートフィン式凝縮器の凝縮室
は、上部からガスを導入して凝縮させ下部に導出する間
に、凝縮した凝縮液が仕切板や伝熱フィン表面の伝熱面
を膜状に覆って伝熱抵抗となり、凝縮側の伝熱性能を低
下させていた。

特に大型の空気液化分離装置では、凝縮器の高さを高く
した凝縮器が種々考えられているが、この場合縦方向の
流路が長くなるため、凝縮器の下部では液膜が厚くなり
この流下液膜が凝縮伝熱上の伝熱抵抗となり凝縮器の伝
熱性能の低下度が大きくなる。

そこで前記特開昭56−56592号公報に示されるもので
は、凝縮室を上下方向に分割して凝縮室の流路長を短く
し、液膜を薄くしているが、凝縮器の高さを高くして三
段以上に分割した場合には気液の導入や導出のための配
管等が複雑になり、また上下の室を気密に仕切る等の手
間が掛かりその製作も面倒になる。

そこで本発明は、伝熱面に生じる液膜を薄くして熱交換
効率を向上させるとともに製作の容易なプレートフィン
式凝縮器を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的を達成するために本発明は、プレートフィ
ン式凝縮器において、凝縮室内に凝縮液を集合させる液
集合路を設けるとともに、該液集合路により集合された
凝縮液を流下させる液流下路を設けたことを特徴として
いる。

そして上記構成のプレートフィン式凝縮器においては、
液集合路が液流下路に向かって下り勾配を備えた有孔波
形フィンであることを特徴とするもの、液集合路が水力
方向に配置された伝熱フィンの一部又は全部を液流下路
に向かって下り高配を設けたものであることを特徴とす
るもの、液流下路が垂直方向に配置された伝熱フィンの
一部であることを特徴とするもの、液流下路がフィンの
ピッチの広い伝熱フィンを垂直方向に配置したものであ
ることを特徴とするもの、液流下路が垂直方向に配置さ
れた伝熱フィンの両側に形成された空間部であることを
特徴とするもの、液流下路が垂直方向に配置された伝熱
フィン間に形成された空間部であることを特徴とするも
の、および液流下路が凝縮器の外部に配置されているこ
とを特徴とするものをそれぞれ含むものである。

〔作 用〕

従って、凝縮室内において凝縮液を流路の伝熱面部分か
ら適宜排出して伝熱面の液膜を薄くすることによって流
下液膜による伝熱抵抗を減少させ、熱交換効率を向上さ
せることにより凝縮伝熱性能が向上する。また高さを高
くした高性能の凝縮器の製作が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。尚、
以下の説明中、符号a,b,c,dは、上段より下段に向かっ
て、各段ごとに付した符号を示し、第２実施例以下の説
明において重複する部分は図面においてのみ表示し、そ
の説明を省略する。

まず第１図は本発明の第１実施例を示すもので、プレー
トフィン式凝縮器１の凝縮室２は、上部及び両側のサイ
ドバー3,4と仕切板（図示せず）により縦長箱状に形成
され、上部には導入ノズル５を備えた入口ヘッダー６
が、また下部には不凝縮ガスＲの導出管７と導出ノズル
８を備えた出口ヘッダー９が設けられている。

凝縮室２には、上部に入口ヘッダー６に連通するガス分
配板10が設けられ、その下方に流路11、液集合路12及び
液流下路13が設けられている。

流路11は波形伝熱フィンの折曲線を垂直に配置してなる
もので、上下の液集合路12a,12bを挟んで３段に設けら
れており、中段の流路11bと下段の流路11cの両側のサイ
ドバー4,4の近傍をそれぞれ液流下路13a,13bとしてい
る。

前記液集合路12は、凝縮室２の中央部から両側のサイド
バー4,4に向け、下り勾配を設けて配置された有孔波形
伝熱フィン（パーフォレートフィン）からなるもので、
該フィンの通孔は、気体を通過させ、液体を僅かにしか
通過させない程度の小径形状とされている。

入口ヘッダー６から凝縮室２に導入された凝縮される窒
素ガス等のガスＧは、ガス分配板10により一段目の流路
11aに均一に分配され、隣接する蒸発室の液化酸素等の
冷媒と仕切板および伝熱フィンを介して熱交換を行い液
化酸素を蒸発させると同時に自身は一部が凝縮し凝縮液
Ｌとなる。

凝縮液Ｌは、表面張力により液集合路12aの通孔を通過
せずに勾配により流下して集合され、二段目の流路11b
の両側の液流下路13a,13aに流下する。

一段目の流路11aで凝縮しなかったガスＧは、液集合路1
2aの通孔を通過して二段目の流路11bに流下し、再び隣
接する蒸発室の冷媒と熱交換を行い、一部が凝縮して凝
縮液Ｌとなり、下段の液集合路12bにて集合され、液流
下路13b,13bに流下する。

三段目の流路11cで凝縮室２に導入されたガスＧのほと
んど全量が凝縮し、上段で凝縮した凝縮液Ｌと共に出口
ヘッダー９に流下してノズル８より導出される。

また凝縮室２内で凝縮しない希ガス等の不凝縮ガスＲ
は、出口ヘッダー９の導出管７から排出される。

このように、流路11で凝縮した凝縮液Ｌは、液集合路12
によりサイドバー４近傍に設けられた液流下路13に集合
されて流下するため、流路11の伝熱面の液膜が厚くなる
のを防止でき、ガスＧの凝縮が効率よく行われる。

また凝縮液Ｌの流下を容易にするため、液流下路13とな
る部分の波形伝熱フィンのピッチを広くしてもよい。ま
た本実施例では液集合路12a,12bを介して流路11を三段
に構成したがこれは三段に限らず四段以上の複数段でも
良いことは勿論である。

第２図は本発明の第２実施例を示すもので、ガスの流路
21が四段に、また液集合路22が三段に交互に配置されて
おり、凝縮液Ｌの量がガスＧに比べて多くなる下段ほど
流路長が短くされている。

また二段目以下の各流路21b,21c,21d及び各液集合路22
a,22b,22cと両サイドバー4,4との間には伝熱板を配置せ
ずに空間部が形成されて液流下路23,23とされ、凝縮液
Ｌの流下を容易としている。

液流下路23を流下した凝縮液Ｌと最下段の流路21dで凝
縮した凝縮液Ｌは、下部サイドバー24上の液集合路25に
より集合して、下部両側に配置された出口ヘッダー26,2
6に設けられた液導出ノズル８から導出される。

不凝縮ガスＲは出口ヘッダー26の導出管７と液流下路23
の上部に設けられたヘッダー27から排出される。

第３図は本発明の第３実施例を示すもので、凝縮室２の
中央部に液流下路を設けた例である。即ち二段目及び三
段目の流路31b,31cの中央部の波形伝熱フィンのピッチ
を広くし、また四段目の流路31dの中央部には波形伝熱
フィンを配置せずに、下段になるにつれて広くなる空間
部を形成し、両側のサイドバー4,4側から中央部に向け
て下り勾配を設けられた液集合路32により集合される凝
縮液Ｌの液流下路33としている。

凝縮液Ｌは、下部の液集合部34により中央部に集合さ
れ、下部のサイドバー35,35の間に設けられた出口ヘッ
ダー36から導出される。

また不凝縮ガスＲは中段の液集合路32bの両側に設けら
れたヘッダー37,37から導出される。

第２図及び第３図に示すように、液流下路23,33を空間
状とすることにより凝縮液Ｌの流下を促進し、流路21,3
1での凝縮液Ｌの滞留をさらに少なく出来る。

また液流下路33を下方ほど広く形成したことにより、流
路31の凝縮液Ｌを凝縮室２から速やかに導出できるの
で、流路31の伝熱面積を有効に活用できる。

第４図は本発明の第４実施例を示すもので、有孔波形伝
熱フィンを用いて流路41とし、流路41自体に両側のサイ
ドバー4,4に向かう下り勾配を設けて液集合路を兼用さ
せ、流路41とサイドバー4,4の間の空間部を液流下路42
としている。

凝縮液Ｌの多くなる下部の流路41dは、勾配を上部の流
路41aと変えているが、上下とも同じ勾配としてもよ
く、一部分のみに勾配を設けてもよい。41a,…41dの長
さおよび勾配はガスによる圧力損失と生成した液による
伝熱抵抗との関係による最良のものを定める。また製作
上の便宜を考慮して決める。

入口ヘッダー６から分配板10を通って流路41aに導入さ
れたガスＧは有孔波形伝熱フィンの通孔を通過して順次
下方の流路41b,41c,41dに流入しつつ、その一部が凝縮
して凝縮液Ｌとなる。

凝縮液Ｌは、各流路41ごとにその一部が液流下路42に流
下して流路41上から排出されるので、流路41の伝熱面上
に次第に凝縮液Ｌが溜まり液膜が増すのを防止できる。

液流下路42を流下した凝縮液Ｌおよび液集合路43により
集合された凝縮液Ｌは、前記第２実施例と同様に、下部
両側に配置された出口ヘッダー44から導出され、不凝縮
ガスＲは出口ヘッダー44の導出管７と、液流下路42の上
部に設けられたヘッダー45から導出される。

第５図は本発明の第５実施例を示すもので、流路51の間
に設けられた液集合路52には、両側のサイドバー４に向
かう下り勾配を有するスラントバー53が設けられてお
り、凝縮液Ｌと共にガスＧを両側に設けられたヘッダー
54に導出している。また、スライドバー53の下方には、
ガスＧを流路51に戻すための分配板57が設けられてい
る。

一段目の流路51aで凝縮した凝縮液Ｌは、ヘッダー54aで
ガスＧと分離され、液流下路55となる管56内に流下して
下方に導出される。

またガスＧは凝縮室２内に戻され、分配板57aにより下
段の流路51bに均一に導入される。

また各ヘッダー54と液流下路55となる管56には上方に不
凝縮ガスＲの導出管7,58,59がそれぞれ設けられてい
る。

三段目の流路51cで凝縮した凝縮液Ｌは、液集合路60で
集合し、出口ヘッダー61から導管８を経て液流下路55に
導出される。なお、前記スライトバー53は開口や切欠き
を有し、上下の伝熱フィン間を流体が連通するものであ
っても良い。また液集合フィン52に孔無しフィンを使用
する場合は上記スライトバー53は省略しても良い。

このように、液流下路55を凝縮室２と別に設ければ、ガ
スＧの流路51となる凝縮室２内の有効伝熱面積を減少さ
せることがない。

上記各実施例に示すごとく、伝熱面となる流路長や液集
合路の勾配の角度あるいは流路の段数、さらに液流下路
の構造等を各種組合せて、凝縮させるガスの種類や量な
どの条件により最適な凝縮器を容易に製作でき、また凝
縮されるガスの導入、導出は凝縮器の高さを高くして、
段数が増加した場合でも数少ないノズルの接続で済むた
め、精留塔等への組込みも容易である。

尚、蒸発室側の冷媒は必ずしも全量蒸発する必要は無
く、凝縮室側のガスを凝縮させるものであればよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、プレートフィン式凝縮器
において、凝縮室内に凝縮液を集合させ、伝熱フィン部
から凝縮液を適宜排出する液集合路を設けるとともに、
該液集合路により集合された凝縮液を流下させる液流下
路を設けたから、凝縮室内の伝熱面に凝縮液化して流下
する凝縮液の液膜が流下するにつれて厚くなり、熱交換
効率が低下するのを防止でき、凝縮器の高さを高くした
場合でも効率の良い凝縮器の製作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すもので、第１図はプレートフ
ィン式凝縮器の第１実施例を示す断面図、第２図は同第
２実施例を示す断面図、第３図は同第３実施例を示す断
面図、第４図は同第４実施例を示す断面図、第５図は同
第５実施例を示す断面図である。 １……プレートフィン式凝縮器、２……凝縮室、3,4…
…サイドバー、6,9……ヘッダー、11……流路、12……
液集合路、13……液流下路、Ｇ……凝縮されたガス、Ｌ
……凝縮液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−56592（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−148594（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭40−18206（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭50−1704（ＪＰ，Ｂ１) 特公 平４−14209（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下方向に伝熱フィンを配設した凝縮室を
   備え、該凝縮室の上部から気体を導入して凝縮させ、凝
   縮液を下部に導出するプレートフィン式凝縮器におい
   て、前記凝縮室内に前記凝縮液を集合させる液集合路を
   設けるとともに、該液集合路により集合された凝縮液を
   流下させる液流下路を設けたことを特徴とするプレート
   フィン式凝縮器。