JPH11337286A - プレ―ト―フィン熱交換器、その組立方法及びそれを含む低温空気分離装置、並びにダウンフロ―リボイラ― - Google Patents
プレ―ト―フィン熱交換器、その組立方法及びそれを含む低温空気分離装置、並びにダウンフロ―リボイラ―Info
- Publication number
- JPH11337286A JPH11337286A JP11112236A JP11223699A JPH11337286A JP H11337286 A JPH11337286 A JP H11337286A JP 11112236 A JP11112236 A JP 11112236A JP 11223699 A JP11223699 A JP 11223699A JP H11337286 A JPH11337286 A JP H11337286A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fin
- fins
- heat transfer
- heat exchanger
- substantially uniform
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
- F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
- F28F9/0268—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box in the form of multiple deflectors for channeling the heat exchange medium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P3/00—Liquid cooling
- F01P3/18—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
- F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
- F25J5/005—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger in a reboiler-condenser, e.g. within a column
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
- F28D9/0068—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements with means for changing flow direction of one heat exchange medium, e.g. using deflecting zones
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
- F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/04—Down-flowing type boiler-condenser, i.e. with evaporation of a falling liquid film
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
- F25J2290/32—Details on header or distribution passages of heat exchangers, e.g. of reboiler-condenser or plate heat exchangers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0033—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cryogenic applications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
- F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
- F28F2250/108—Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 特に低温の用途で使用するプレート−フィン
熱交換器又はダウンフローリボイラー／コンデンサー
（６）の最適化されたフィン設計を提供する。 【解決手段】 小さいフィン高さ、小さいフィン厚さ、
及び高いフィン密度を使用する最適なフィン設計を提供
されて、蒸発する流体と凝縮する流体、例えば低温液体
（酸素と窒素のようなもの）の間の伝熱効率を促進する
プレート−フィン熱交換器又はダウンフローリボイラー
／コンデンサー（６）とする。
熱交換器又はダウンフローリボイラー／コンデンサー
（６）の最適化されたフィン設計を提供する。 【解決手段】 小さいフィン高さ、小さいフィン厚さ、
及び高いフィン密度を使用する最適なフィン設計を提供
されて、蒸発する流体と凝縮する流体、例えば低温液体
（酸素と窒素のようなもの）の間の伝熱効率を促進する
プレート−フィン熱交換器又はダウンフローリボイラー
／コンデンサー（６）とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器、特に、気
体混合物の低温蒸留（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｄｉｓｔｉ
ｌｌａｔｉｏｎ）、例えば空気のその構成要素（すなわ
ち、窒素、酸素、アルゴン等）への蒸留のための方法
で、ダウンフローリボイラーとして使用するプレート−
フィン熱交換器に関する。
体混合物の低温蒸留（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｄｉｓｔｉ
ｌｌａｔｉｏｎ）、例えば空気のその構成要素（すなわ
ち、窒素、酸素、アルゴン等）への蒸留のための方法
で、ダウンフローリボイラーとして使用するプレート−
フィン熱交換器に関する。
【０００２】空気の低温分離は、液体と蒸気を向流接触
で蒸留塔に通すことによって行う。混合物の蒸気相はよ
り揮発性の成分（例えば窒素）の濃度を常に増加させな
がら上昇し、一方で混合物の液体相はより揮発性でない
成分（例えば酸素）の濃度を常に増加させながら下降す
る。
で蒸留塔に通すことによって行う。混合物の蒸気相はよ
り揮発性の成分（例えば窒素）の濃度を常に増加させな
がら上昇し、一方で混合物の液体相はより揮発性でない
成分（例えば酸素）の濃度を常に増加させながら下降す
る。
【０００３】低温蒸留によって空気をその成分に分離す
るための多くの方法が存在する。一般的な低温空気分離
ユニット１０を図１で簡単に示す。高圧供給空気１を高
圧蒸留塔２の塔底部に供給し、ここで空気を窒素に富む
蒸気５と酸素に富む液体３に分離する。酸素に富む液体
３を高圧蒸留塔２から低圧蒸留塔４に供給する。低圧蒸
留塔４は多数の区画に分けることができる。３つのその
ような区画（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）を例示として図１に示
す。
るための多くの方法が存在する。一般的な低温空気分離
ユニット１０を図１で簡単に示す。高圧供給空気１を高
圧蒸留塔２の塔底部に供給し、ここで空気を窒素に富む
蒸気５と酸素に富む液体３に分離する。酸素に富む液体
３を高圧蒸留塔２から低圧蒸留塔４に供給する。低圧蒸
留塔４は多数の区画に分けることができる。３つのその
ような区画（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）を例示として図１に示
す。
【０００４】窒素に富む蒸気５をコンデンサー又はリボ
イラー６に通して、ここで、低圧蒸留塔４に焚き上げを
行うための酸素に富む液体との熱交換によって、該窒素
に富む蒸気５を窒素に富む液体に凝縮させて高圧蒸留塔
２のための還流７Ａを提供する。窒素に富む液体は、部
分的に８Ａで取り出され、且つ部分的に高圧蒸留塔２の
ための還流７Ａとして使用し、並びに残留部８Ｂを低圧
蒸留塔４に液体還流として供給する。低圧蒸留塔４にお
いて液体供給物（３、８Ｂ）を、低温蒸留によって酸素
に富む成分と窒素に富む成分に分離する。窒素に富む成
分は蒸気９Ａとして取り出す。酸素に富む成分は他のも
う１つの蒸気９Ｂとして取り出す。あるいは、酸素に富
む成分は、リボイラー／コンデンサー６を取り囲む液溜
めから液体として取り出すことができる。廃棄物流れ１
１も低圧蒸留塔４から取り出される。
イラー６に通して、ここで、低圧蒸留塔４に焚き上げを
行うための酸素に富む液体との熱交換によって、該窒素
に富む蒸気５を窒素に富む液体に凝縮させて高圧蒸留塔
２のための還流７Ａを提供する。窒素に富む液体は、部
分的に８Ａで取り出され、且つ部分的に高圧蒸留塔２の
ための還流７Ａとして使用し、並びに残留部８Ｂを低圧
蒸留塔４に液体還流として供給する。低圧蒸留塔４にお
いて液体供給物（３、８Ｂ）を、低温蒸留によって酸素
に富む成分と窒素に富む成分に分離する。窒素に富む成
分は蒸気９Ａとして取り出す。酸素に富む成分は他のも
う１つの蒸気９Ｂとして取り出す。あるいは、酸素に富
む成分は、リボイラー／コンデンサー６を取り囲む液溜
めから液体として取り出すことができる。廃棄物流れ１
１も低圧蒸留塔４から取り出される。
【０００５】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】本発明
は、このような低温の方法においてリボイラー／コンデ
ンサー６として使用する特定のタイプのプレート−フィ
ン熱交換器に関する。そのような熱交換器は一般に「ダ
ウンフローリボイラー」又は「流下膜式気化器」と呼ば
れ、ここで熱は、１つの一連の流路内の沸騰又は蒸発す
る流れと他のもう１つの一連の流路内の凝縮する流れの
間で、間接的に交換される。「ダウンフロー」又は「流
下膜式」と言う用語は、蒸発する流れの流れの方向を言
う。凝縮する流れの便利な流れも下向きであるが、特定
の用途では、凝縮する流れの流れの方向は上向き又は蒸
発する流れの方向を横切る様式でよい。
は、このような低温の方法においてリボイラー／コンデ
ンサー６として使用する特定のタイプのプレート−フィ
ン熱交換器に関する。そのような熱交換器は一般に「ダ
ウンフローリボイラー」又は「流下膜式気化器」と呼ば
れ、ここで熱は、１つの一連の流路内の沸騰又は蒸発す
る流れと他のもう１つの一連の流路内の凝縮する流れの
間で、間接的に交換される。「ダウンフロー」又は「流
下膜式」と言う用語は、蒸発する流れの流れの方向を言
う。凝縮する流れの便利な流れも下向きであるが、特定
の用途では、凝縮する流れの流れの方向は上向き又は蒸
発する流れの方向を横切る様式でよい。
【０００６】このタイプの熱交換器は２つの蒸留塔を熱
的に結合することができ、ここでは窒素について図１に
示して説明したように、窒素又はアルゴンを含む凝縮す
る流れを１つの蒸留塔の塔頂において還流として使用
し、そして酸素を含む蒸発する流れをもう１つの他の蒸
留塔の塔底において焚き上げを行うものとして使用す
る。
的に結合することができ、ここでは窒素について図１に
示して説明したように、窒素又はアルゴンを含む凝縮す
る流れを１つの蒸留塔の塔頂において還流として使用
し、そして酸素を含む蒸発する流れをもう１つの他の蒸
留塔の塔底において焚き上げを行うものとして使用す
る。
【０００７】よりエネルギー効率の良い特に大きいサイ
ズの空気分離プラントを設計及び建設するための努力
は、蒸留塔、コンプレッサー、ポンプ及びエキスパンダ
ーの性能及び効率に多くの進歩と改良をもたらしてき
た。熱交換器、特にリボイラー／コンデンサーは、エネ
ルギー効率と性能を改良するための潜在的な領域であ
る。
ズの空気分離プラントを設計及び建設するための努力
は、蒸留塔、コンプレッサー、ポンプ及びエキスパンダ
ーの性能及び効率に多くの進歩と改良をもたらしてき
た。熱交換器、特にリボイラー／コンデンサーは、エネ
ルギー効率と性能を改良するための潜在的な領域であ
る。
【０００８】空気分離及び他の低温の用途では通常、プ
レート−フィンをロウ付けされたアルミニウムの熱交換
器をリボイラー／コンデンサーのために使用する。その
ような熱交換器の伝熱性能はフィンの寸法の変化に影響
を受けることがある。例えば、変化させることが出来る
３つの重要なパラメータは、フィン高さ、フィン厚さ及
びフィン密度（ｆｉｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。
レート−フィンをロウ付けされたアルミニウムの熱交換
器をリボイラー／コンデンサーのために使用する。その
ような熱交換器の伝熱性能はフィンの寸法の変化に影響
を受けることがある。例えば、変化させることが出来る
３つの重要なパラメータは、フィン高さ、フィン厚さ及
びフィン密度（ｆｉｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。
【０００９】ダウンフローリボイラーは低温工業におい
て長年使用されてきたが、プレート−フィン熱交換器の
製造者は、本発明で教示されるような最適化されたフィ
ン設計を提供されていない。解析及び実験を通して、本
発明の発明者は、空気分離プラントにおけるリボイラー
性能の最適化のためのフィンの最適な寸法に関するある
種の驚くべき意外な発見をした。これらの驚くべき意外
な発見を利用して、本発明の改良されたプレート−フィ
ン熱交換器を製造することができ、それを空気分離プラ
ントにおいてリボイラーとして利用すると、より効率的
な空気分離方法が得られる。
て長年使用されてきたが、プレート−フィン熱交換器の
製造者は、本発明で教示されるような最適化されたフィ
ン設計を提供されていない。解析及び実験を通して、本
発明の発明者は、空気分離プラントにおけるリボイラー
性能の最適化のためのフィンの最適な寸法に関するある
種の驚くべき意外な発見をした。これらの驚くべき意外
な発見を利用して、本発明の改良されたプレート−フィ
ン熱交換器を製造することができ、それを空気分離プラ
ントにおいてリボイラーとして利用すると、より効率的
な空気分離方法が得られる。
【００１０】ダウンフローリボイラーの大きさ、重量及
び／又は費用を最少にする最適なフィン設計を得ること
が望まれており、それはより効率的な及び／又は製造さ
れる製品の単位量当たりの費用がより安い空気分離プロ
セスをもたらす。
び／又は費用を最少にする最適なフィン設計を得ること
が望まれており、それはより効率的な及び／又は製造さ
れる製品の単位量当たりの費用がより安い空気分離プロ
セスをもたらす。
【００１１】更に、従来技術のリボイラーよりも小さく
より効率的なダウンフローリボイラーを利用するより効
率的な空気分離方法を得ることが望まれている。
より効率的なダウンフローリボイラーを利用するより効
率的な空気分離方法を得ることが望まれている。
【００１２】また更に、最適化されたフィン設計を利用
するプレート−フィン熱交換器又はダウンフローリボイ
ラーの組立方法を得ることが望まれている。
するプレート−フィン熱交換器又はダウンフローリボイ
ラーの組立方法を得ることが望まれている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、比較的小さい
フィン高さ、小さいフィン厚さ、及び高いフィン密度の
使用が、ダウンフローリボイラーとして使用するための
プレート−フィン熱交換器の最適なフィン設計を提供す
るという驚くべき意外な発見に基づいている。より詳し
くは、本発明は、以下で説明するような最適なフィンの
寸法を使用するプレート−フィン熱交換器又はダウンフ
ローリボイラーである。本発明はまた、そのようなプレ
ート−フィン熱交換器の組み立て方法、及びそのような
熱交換器又はダウンフローリボイラーを持つ低温空気分
離装置を含む。
フィン高さ、小さいフィン厚さ、及び高いフィン密度の
使用が、ダウンフローリボイラーとして使用するための
プレート−フィン熱交換器の最適なフィン設計を提供す
るという驚くべき意外な発見に基づいている。より詳し
くは、本発明は、以下で説明するような最適なフィンの
寸法を使用するプレート−フィン熱交換器又はダウンフ
ローリボイラーである。本発明はまた、そのようなプレ
ート−フィン熱交換器の組み立て方法、及びそのような
熱交換器又はダウンフローリボイラーを持つ低温空気分
離装置を含む。
【００１４】第１の態様では、プレート−フィン熱交換
器は、１インチ当たり２５フィン以上（１ｃｍ当たり
９．８４２５フィン以上）の実質的に均一なフィン密度
で隣接する分離シートの間に配置された複数のフィンを
持ち、それぞれのフィンは、０．２０インチ（５．０８
ｍｍ）以下の実質的に均一な高さを持つ。
器は、１インチ当たり２５フィン以上（１ｃｍ当たり
９．８４２５フィン以上）の実質的に均一なフィン密度
で隣接する分離シートの間に配置された複数のフィンを
持ち、それぞれのフィンは、０．２０インチ（５．０８
ｍｍ）以下の実質的に均一な高さを持つ。
【００１５】第２の態様では、プレート−フィン熱交換
器は、隣接する分離シートの間に配置された複数のフィ
ンを持ち、それぞれのフィンは０．２０インチ（５．０
８ｍｍ）以下の実質的に均一な高さ、及び０．００８イ
ンチ（０．２０３２ｍｍ）以下の実質的に均一な厚さを
持つ。
器は、隣接する分離シートの間に配置された複数のフィ
ンを持ち、それぞれのフィンは０．２０インチ（５．０
８ｍｍ）以下の実質的に均一な高さ、及び０．００８イ
ンチ（０．２０３２ｍｍ）以下の実質的に均一な厚さを
持つ。
【００１６】第３の態様では、プレート−フィン熱交換
器は、１インチ当たり２５フィン以上（１ｃｍ当たり
９．８４２５フィン以上）の実質的に均一なフィン密度
で、隣接する分離シートの間に配置された複数のフィン
を持ち、それぞれのフィンは、０．２０インチ（５．０
８ｍｍ）以下の実質的に均一な高さ、及び０．００８イ
ンチ（０．２０３２ｍｍ）以下の実質的に均一な厚さを
持つ。例えば、１つのそのような熱交換器では、フィン
密度が１インチ当たり３５〜４５フィン（１ｃｍ当たり
１３．７８０〜１７．７１７フィン）、フィン高さが
０．０５０〜０．１５０インチ（１．２７〜３．８１ｍ
ｍ）、そしてフィン厚さが０．００３〜０．００５イン
チ（０．０７６２〜０．１２７ｍｍ）である。より好ま
しくは、フィン密度が１インチ当たり約４０フィン（１
ｃｍ当たり約１５．７４８フィン）、フィン高さが約
０．１００インチ（約２．５４ｍｍ）、そしてフィン厚
さが約０．００４インチ（約０．１０１６ｍｍ）であ
る。１つの他のそのような熱交換器では、フィン密度が
１インチ当たり３５〜４５フィン（１ｃｍ当たり１３．
７８０〜１７．７１７フィン）、０．０５０〜０．１５
０インチ（１．２７〜３．８１ｍｍ）、及びフィン厚さ
が０．００７〜０．００９インチ（０．１７７８〜０．
２２８６ｍｍ）である。より好ましくは、フィン密度が
１インチ当たり約４０フィン（１ｃｍ当たり約１５．７
４８フィン）、フィン高さが約０．１００インチ（約
２．５４ｍｍ）、及びフィン厚さが約０．００８インチ
（約０．２０３２ｍｍ）である。
器は、１インチ当たり２５フィン以上（１ｃｍ当たり
９．８４２５フィン以上）の実質的に均一なフィン密度
で、隣接する分離シートの間に配置された複数のフィン
を持ち、それぞれのフィンは、０．２０インチ（５．０
８ｍｍ）以下の実質的に均一な高さ、及び０．００８イ
ンチ（０．２０３２ｍｍ）以下の実質的に均一な厚さを
持つ。例えば、１つのそのような熱交換器では、フィン
密度が１インチ当たり３５〜４５フィン（１ｃｍ当たり
１３．７８０〜１７．７１７フィン）、フィン高さが
０．０５０〜０．１５０インチ（１．２７〜３．８１ｍ
ｍ）、そしてフィン厚さが０．００３〜０．００５イン
チ（０．０７６２〜０．１２７ｍｍ）である。より好ま
しくは、フィン密度が１インチ当たり約４０フィン（１
ｃｍ当たり約１５．７４８フィン）、フィン高さが約
０．１００インチ（約２．５４ｍｍ）、そしてフィン厚
さが約０．００４インチ（約０．１０１６ｍｍ）であ
る。１つの他のそのような熱交換器では、フィン密度が
１インチ当たり３５〜４５フィン（１ｃｍ当たり１３．
７８０〜１７．７１７フィン）、０．０５０〜０．１５
０インチ（１．２７〜３．８１ｍｍ）、及びフィン厚さ
が０．００７〜０．００９インチ（０．１７７８〜０．
２２８６ｍｍ）である。より好ましくは、フィン密度が
１インチ当たり約４０フィン（１ｃｍ当たり約１５．７
４８フィン）、フィン高さが約０．１００インチ（約
２．５４ｍｍ）、及びフィン厚さが約０．００８インチ
（約０．２０３２ｍｍ）である。
【００１７】フィンは、平滑な（ｐｌａｉｎ）フィン、
孔の開いたフィン、鋸歯状の（ｓｅｒｒａｔｅｄ）フィ
ン、又はうねっている（ｗａｖｙ）（ヘリングボーン）
フィンでよい。典型的にフィンは、アルミニウム又はア
ルミニウム合金で作る。しかしながら、フィンは他の熱
伝導性の材料で作ってもよい。
孔の開いたフィン、鋸歯状の（ｓｅｒｒａｔｅｄ）フィ
ン、又はうねっている（ｗａｖｙ）（ヘリングボーン）
フィンでよい。典型的にフィンは、アルミニウム又はア
ルミニウム合金で作る。しかしながら、フィンは他の熱
伝導性の材料で作ってもよい。
【００１８】第４の態様はリボイラー又はコンデンサー
の用途のためのプレート−フィン熱交換器であって、該
熱交換器は、複数の平行分離シート及び隣接する分離シ
ートの間に配置された複数の波形フィン（ｃｏｒｒｕｇ
ａｔｅｄ ｆｉｎ）のアセンブリー、を含む平行六面体
状の本体（ｐａｒａｌｌｅｌｐｉｐｅｄａｌ ｂｏｄ
ｙ）を含む。前記フィンは、１インチ当たり２５フィン
以上（１ｃｍ当たり９．８４２５フィン以上）の実質的
に均一なフィン密度を持ち、それぞれのフィンは０．２
０インチ（５．０８ｍｍ）以下の実質的に均一な高さ、
及び０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）以下の実質
的に均一な厚さを持つ。例えば、１つのそのような熱交
換器では、フィン密度が１インチ当たり３５〜４５フィ
ン（１ｃｍ当たり１３．７８０〜１７．７１７フィ
ン）、フィン高さが０．０５０〜０．１５０インチ
（１．２７〜３．８１ｍｍ）、そしてフィン厚さが０．
００３〜０．００５インチ（０．０７６２〜０．１２７
ｍｍ）である。より好ましくは、フィン密度が１インチ
当たり約４０フィン（１ｃｍ当たり約１５．７４８フィ
ン）、フィン高さが約０．１００インチ（約２．５４ｍ
ｍ）、そしてフィン厚さが約０．００４インチ（約０．
１０１６ｍｍ）である。
の用途のためのプレート−フィン熱交換器であって、該
熱交換器は、複数の平行分離シート及び隣接する分離シ
ートの間に配置された複数の波形フィン（ｃｏｒｒｕｇ
ａｔｅｄ ｆｉｎ）のアセンブリー、を含む平行六面体
状の本体（ｐａｒａｌｌｅｌｐｉｐｅｄａｌ ｂｏｄ
ｙ）を含む。前記フィンは、１インチ当たり２５フィン
以上（１ｃｍ当たり９．８４２５フィン以上）の実質的
に均一なフィン密度を持ち、それぞれのフィンは０．２
０インチ（５．０８ｍｍ）以下の実質的に均一な高さ、
及び０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）以下の実質
的に均一な厚さを持つ。例えば、１つのそのような熱交
換器では、フィン密度が１インチ当たり３５〜４５フィ
ン（１ｃｍ当たり１３．７８０〜１７．７１７フィ
ン）、フィン高さが０．０５０〜０．１５０インチ
（１．２７〜３．８１ｍｍ）、そしてフィン厚さが０．
００３〜０．００５インチ（０．０７６２〜０．１２７
ｍｍ）である。より好ましくは、フィン密度が１インチ
当たり約４０フィン（１ｃｍ当たり約１５．７４８フィ
ン）、フィン高さが約０．１００インチ（約２．５４ｍ
ｍ）、そしてフィン厚さが約０．００４インチ（約０．
１０１６ｍｍ）である。
【００１９】本発明のもう１つの他の面は、本発明のプ
レート−フィン熱交換器を持つ低温空気分離装置であ
る。例えば、低温空気分離装置は上記第４の態様で説明
したような、リボイラー又はコンデンサーの用途のため
のプレート−フィン熱交換器を持つことができる。
レート−フィン熱交換器を持つ低温空気分離装置であ
る。例えば、低温空気分離装置は上記第４の態様で説明
したような、リボイラー又はコンデンサーの用途のため
のプレート−フィン熱交換器を持つことができる。
【００２０】本発明の更にもう１つの他の面では、上記
の態様で説明されたような本発明のプレート−フィン熱
交換器の組み立て方法を提供する。そのような熱交換器
を組み立てる方法は、以下の工程を含む。第１の工程で
は、２つの実質的に平行な分離シートを提供する。次の
工程では、細長いシートを波形にして、実質的に均一な
フィン密度を持つ複数のフィンを作り、それぞれのフィ
ンが実質的に均一な高さと実質的に均一な厚さを持つよ
うにする。最後の工程では、分離シートの間に波形にさ
れたフィンのシートを配置する。組み立て方法の１つの
態様では、フィン密度は１インチ当たり２５フィン（１
ｃｍ当たり９．８４２５フィン）以上、フィン高さは
０．２０インチ（５．０８ｍｍ）以下、及びフィン厚さ
は０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）又はそれ以下
である。
の態様で説明されたような本発明のプレート−フィン熱
交換器の組み立て方法を提供する。そのような熱交換器
を組み立てる方法は、以下の工程を含む。第１の工程で
は、２つの実質的に平行な分離シートを提供する。次の
工程では、細長いシートを波形にして、実質的に均一な
フィン密度を持つ複数のフィンを作り、それぞれのフィ
ンが実質的に均一な高さと実質的に均一な厚さを持つよ
うにする。最後の工程では、分離シートの間に波形にさ
れたフィンのシートを配置する。組み立て方法の１つの
態様では、フィン密度は１インチ当たり２５フィン（１
ｃｍ当たり９．８４２５フィン）以上、フィン高さは
０．２０インチ（５．０８ｍｍ）以下、及びフィン厚さ
は０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）又はそれ以下
である。
【００２１】本発明の態様を、添付の図を参照する例に
よって説明する。
よって説明する。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明は、ここで説明するような
最適なフィンの寸法を使用して沸騰する流体と凝縮する
流体、例えば低温液体（一例としては酸素及び窒素）の
間の伝熱効率を増加させるプレート−フィン熱交換器で
ある。空気分離設備におけるリボイラー／コンデンサー
としての熱交換器の使用を参照する。そのような参照は
好ましい使用効率を明らかにすることを意図するが、本
発明は、そのような熱交換の使用が必要とされる任意の
設備で使用できる。
最適なフィンの寸法を使用して沸騰する流体と凝縮する
流体、例えば低温液体（一例としては酸素及び窒素）の
間の伝熱効率を増加させるプレート−フィン熱交換器で
ある。空気分離設備におけるリボイラー／コンデンサー
としての熱交換器の使用を参照する。そのような参照は
好ましい使用効率を明らかにすることを意図するが、本
発明は、そのような熱交換の使用が必要とされる任意の
設備で使用できる。
【００２３】図２で示されるダウンフローリボイラー
は、第１の末端１２及び第２の末端１４を持つプレート
−フィン熱交換器６である。熱交換器６の本体１６は、
一般に平行六面体状の形状を持つ。熱交換器６は複数の
分離シートを含み、互いに交互に配置された多数の流路
（１８、２０）であって異なる流体を受け取るように第
１の流路群１８と第２の流路群２０に配列された多数の
流路を該分離シートが画定する。
は、第１の末端１２及び第２の末端１４を持つプレート
−フィン熱交換器６である。熱交換器６の本体１６は、
一般に平行六面体状の形状を持つ。熱交換器６は複数の
分離シートを含み、互いに交互に配置された多数の流路
（１８、２０）であって異なる流体を受け取るように第
１の流路群１８と第２の流路群２０に配列された多数の
流路を該分離シートが画定する。
【００２４】第１の流路群１８を、上部の囲い又は開口
した上部のパン状の装置２２から降りてくる流体を受け
取るように適合させる。流路１８は、熱交換器本体１６
の上部又は第１の末端１２と底部又は第２の末端１４で
開口している。側板（ｓｉｄｅ ｂａｒ）２４は、それ
ぞれの流路１８の垂直な端部を閉じている。典型的な側
板２４の一部を、図２の右側の拡大部分に示す。
した上部のパン状の装置２２から降りてくる流体を受け
取るように適合させる。流路１８は、熱交換器本体１６
の上部又は第１の末端１２と底部又は第２の末端１４で
開口している。側板（ｓｉｄｅ ｂａｒ）２４は、それ
ぞれの流路１８の垂直な端部を閉じている。典型的な側
板２４の一部を、図２の右側の拡大部分に示す。
【００２５】流路（１８、２０）のそれぞれは、フィン
が分離シートに対して実質的に垂直になるように隣接す
る分離シートとの間に配置された波形のシートによって
作られるフィンを含む。フィンは、流体の分配及び伝熱
のために流路内に設けられる。フィンと分離シートは典
型的にアルミニウム又はアルミニウム合金でできている
が、他の熱伝導性の材料で作ってもよい。
が分離シートに対して実質的に垂直になるように隣接す
る分離シートとの間に配置された波形のシートによって
作られるフィンを含む。フィンは、流体の分配及び伝熱
のために流路内に設けられる。フィンと分離シートは典
型的にアルミニウム又はアルミニウム合金でできている
が、他の熱伝導性の材料で作ってもよい。
【００２６】図２で示されるように、流路１８は、孔２
９を含む水平に配置されたフィン２７（拡大部に示す）
を備え付けられた上方部分を持つ。このタイプのフィン
は、ハードウェイ（ｈａｒｄｗａｙ）フィンと呼ばれ、
パン状の区画２２を通して流路１８に導入される流体の
均等な分布を促進する。
９を含む水平に配置されたフィン２７（拡大部に示す）
を備え付けられた上方部分を持つ。このタイプのフィン
は、ハードウェイ（ｈａｒｄｗａｙ）フィンと呼ばれ、
パン状の区画２２を通して流路１８に導入される流体の
均等な分布を促進する。
【００２７】流路１８の下部の区画は、垂直に配置され
た伝熱フィン２８（拡大した部分に示す）を含み、これ
はイージーウェイ（ｅａｓｙ−ｗａｙ）フィンと呼ばれ
ることがあり、矢印３０の方向で流体流れを受け取る。
図２で示される伝熱フィンは鋸歯状であるが、穴の開い
たフィン、平滑なフィン、ヘリングボーン（うねってい
る）タイプのフィン又は他の同様なタイプのフィンを使
用してもよい。
た伝熱フィン２８（拡大した部分に示す）を含み、これ
はイージーウェイ（ｅａｓｙ−ｗａｙ）フィンと呼ばれ
ることがあり、矢印３０の方向で流体流れを受け取る。
図２で示される伝熱フィンは鋸歯状であるが、穴の開い
たフィン、平滑なフィン、ヘリングボーン（うねってい
る）タイプのフィン又は他の同様なタイプのフィンを使
用してもよい。
【００２８】図５（Ａ）〜（Ｄ）はプレート−フィン熱
交換器で一般に使用される４つのタイプの伝熱フィン、
つまり平滑なフィン、穴の開いたフィン、鋸歯状のフィ
ン、及びうねっている（又はヘリングボーン）フィンを
示す。
交換器で一般に使用される４つのタイプの伝熱フィン、
つまり平滑なフィン、穴の開いたフィン、鋸歯状のフィ
ン、及びうねっている（又はヘリングボーン）フィンを
示す。
【００２９】図２で示される態様では、パン状の装置２
２に導入される沸騰又は蒸発する液体を、熱交換器６の
流路１８を通して下向きに流し、そして自由流下によっ
て熱交換器の底部端１４を通して出し、そして当該技術
分野で知られる装置（図示せず）によってプロセスの他
の部分のために集める。凝縮させるガスは、導管３３及
びヘッダー３２を経由させて熱交換器の流路２０に導入
して、そして水平−垂直分配器を通して矢印３４によっ
て示されるように導き、そして底部のヘッダー３５で回
収する。
２に導入される沸騰又は蒸発する液体を、熱交換器６の
流路１８を通して下向きに流し、そして自由流下によっ
て熱交換器の底部端１４を通して出し、そして当該技術
分野で知られる装置（図示せず）によってプロセスの他
の部分のために集める。凝縮させるガスは、導管３３及
びヘッダー３２を経由させて熱交換器の流路２０に導入
して、そして水平−垂直分配器を通して矢印３４によっ
て示されるように導き、そして底部のヘッダー３５で回
収する。
【００３０】図３（Ａ）は、沸騰／蒸発する流れを、矢
印１１０で示すようにしてパン状の装置２２を経由させ
て熱交換器に導入するダウンフローリボイラーとして使
用する熱交換器６（図２に示す）の概略図である。沸騰
／蒸発する流れは、矢印１１２で示されるようにして熱
交換器から取り出す。入って行く流れ１１０は、ハード
ウェイフィン２７によって流路１８にうまく分散させ
て、そして流下膜としてフィン２８で伝熱をさせる。２
８Ａ、２８Ｂ及び２８Ｃで示される伝熱フィンを配置さ
れた３つの区画は、漸進的に減少する表面積を持ち、そ
れは蒸発する流れの濡れ及び良い伝熱のために有益であ
る。このことは米国特許第５１２２１７４号明細書（Ｓ
ｕｎｄｅｒら）によって示されているとおりである。
印１１０で示すようにしてパン状の装置２２を経由させ
て熱交換器に導入するダウンフローリボイラーとして使
用する熱交換器６（図２に示す）の概略図である。沸騰
／蒸発する流れは、矢印１１２で示されるようにして熱
交換器から取り出す。入って行く流れ１１０は、ハード
ウェイフィン２７によって流路１８にうまく分散させ
て、そして流下膜としてフィン２８で伝熱をさせる。２
８Ａ、２８Ｂ及び２８Ｃで示される伝熱フィンを配置さ
れた３つの区画は、漸進的に減少する表面積を持ち、そ
れは蒸発する流れの濡れ及び良い伝熱のために有益であ
る。このことは米国特許第５１２２１７４号明細書（Ｓ
ｕｎｄｅｒら）によって示されているとおりである。
【００３１】図３（Ｂ）は、熱交換器６の凝縮する流れ
の流路の概略図であり、ここでは凝縮する流れ１１８
を、ヘッダー３２を経由して導入し、そしてヘッダー３
５を経由させて凝縮した流れ１２０として取り出す。こ
れらの流路は、部分的に水平であり部分的に垂直である
分配区画３４を持つ。凝縮伝熱の大部分は、図３（Ｂ）
で示されるフィン配置３６の垂直流下膜として起こる。
の流路の概略図であり、ここでは凝縮する流れ１１８
を、ヘッダー３２を経由して導入し、そしてヘッダー３
５を経由させて凝縮した流れ１２０として取り出す。こ
れらの流路は、部分的に水平であり部分的に垂直である
分配区画３４を持つ。凝縮伝熱の大部分は、図３（Ｂ）
で示されるフィン配置３６の垂直流下膜として起こる。
【００３２】図２、並びに図３（Ａ）及び（Ｂ）で説明
されるリボイラーでは、沸騰／蒸発する流れは酸素を含
む流体でよく、そして凝縮する流れは窒素及び／又はア
ルゴンを含む流体でよい。
されるリボイラーでは、沸騰／蒸発する流れは酸素を含
む流体でよく、そして凝縮する流れは窒素及び／又はア
ルゴンを含む流体でよい。
【００３３】本発明は、一般に垂直に配向するイージー
ウェイ熱交換フィン配置に関し、これは図３（Ａ）にお
いて蒸発する流れの流路内で２８として、そして図３
（Ｂ）において凝縮する流れの流路内で３６として描写
される。
ウェイ熱交換フィン配置に関し、これは図３（Ａ）にお
いて蒸発する流れの流路内で２８として、そして図３
（Ｂ）において凝縮する流れの流路内で３６として描写
される。
【００３４】図４は、蒸発する流れのフィン配置２８に
関して、そのようなプレート−フィン熱交換器内部の基
本的なサブアセンブリー２５の更なる詳細を示すが、そ
の原理は凝縮する流れのフィン配置３６に適用すること
もできる。プレート−フィン熱交換器は、波形のアルミ
ニウムシート２８の両側に配置されたアルミニウムの分
離シート（４０、４２）を含む複数のサブアセンブリー
２５を含み、該波形のアルミニウムシートは分離シート
に対して実質的に垂直な一連のフィンを形成する。それ
ぞれのサブアセンブリー２５は通常、図４に示すように
して、フィンシート２８によって隙間を空けた２つの分
離シート（４０、４２）と側板（２４Ａ、２４Ｂ）で囲
われる縁を共にロウ付けして作る。完全な熱交換器は、
複数のサブアセンブリー２５と並んで先に説明し図２に
示した他の部品を一緒にロウ付けすることによって組み
立てられる。
関して、そのようなプレート−フィン熱交換器内部の基
本的なサブアセンブリー２５の更なる詳細を示すが、そ
の原理は凝縮する流れのフィン配置３６に適用すること
もできる。プレート−フィン熱交換器は、波形のアルミ
ニウムシート２８の両側に配置されたアルミニウムの分
離シート（４０、４２）を含む複数のサブアセンブリー
２５を含み、該波形のアルミニウムシートは分離シート
に対して実質的に垂直な一連のフィンを形成する。それ
ぞれのサブアセンブリー２５は通常、図４に示すように
して、フィンシート２８によって隙間を空けた２つの分
離シート（４０、４２）と側板（２４Ａ、２４Ｂ）で囲
われる縁を共にロウ付けして作る。完全な熱交換器は、
複数のサブアセンブリー２５と並んで先に説明し図２に
示した他の部品を一緒にロウ付けすることによって組み
立てられる。
【００３５】図６は、分離シートの間のフィンの基本的
なアセンブリーを示す。流路Ａ及びＢの流れは分離シー
トによって互いに物理的に独立しているので、熱交換は
間接的にのみ行われる。所定の熱交換器は多くのそのよ
うな流路を持つことができ、ダウンフローリボイラーで
は一般に流れを交互に配置して、それぞれの凝縮流路に
対しておよそ１つの蒸発流路があるようにする。完全に
組み立てられてプレート−フィン熱交換器はもっと多く
の部品を持ち、該部品は、流路の末端部を密封する末端
板（ｅｎｄ−ｂａｒ）及び側板、２つの最も外側の流路
を覆うキャップシート、流路内のフィンを配置した分配
区画、外部のヘッダー及びノズルを含み、それらが熱交
換器の内側及び外側において均一な様式で個々の処理流
れを提供する。しかしながら、これらの特徴は、図３
（Ａ）及び（Ｂ）で示される熱交換器の区画２８及び区
画３６におけるフィン設計を最適化する本発明には関係
しない。
なアセンブリーを示す。流路Ａ及びＢの流れは分離シー
トによって互いに物理的に独立しているので、熱交換は
間接的にのみ行われる。所定の熱交換器は多くのそのよ
うな流路を持つことができ、ダウンフローリボイラーで
は一般に流れを交互に配置して、それぞれの凝縮流路に
対しておよそ１つの蒸発流路があるようにする。完全に
組み立てられてプレート−フィン熱交換器はもっと多く
の部品を持ち、該部品は、流路の末端部を密封する末端
板（ｅｎｄ−ｂａｒ）及び側板、２つの最も外側の流路
を覆うキャップシート、流路内のフィンを配置した分配
区画、外部のヘッダー及びノズルを含み、それらが熱交
換器の内側及び外側において均一な様式で個々の処理流
れを提供する。しかしながら、これらの特徴は、図３
（Ａ）及び（Ｂ）で示される熱交換器の区画２８及び区
画３６におけるフィン設計を最適化する本発明には関係
しない。
【００３６】最適なフィン設計そして最良のリボイラー
性能を達成する本発明の重要な特徴は、以下の解析に関
して最もよく説明される。本発明はより一般的に適用す
ることができるが、解析の説明を簡単にするために、蒸
発する流体と凝縮する流体をそれぞれ酸素と窒素である
とする。
性能を達成する本発明の重要な特徴は、以下の解析に関
して最もよく説明される。本発明はより一般的に適用す
ることができるが、解析の説明を簡単にするために、蒸
発する流体と凝縮する流体をそれぞれ酸素と窒素である
とする。
【００３７】プレート−フィン熱交換器において隣接す
る流路間の伝熱の関係を理解するのを助けるために、フ
ィンを配置された流路の幾何学構造の単純な描写を図７
に示す。ここでは流路はおおよそ方形であるとする。熱
交換器の最も外側の流路を除いて、流れＡのそれぞれの
流路は流れＢの１つの流路と熱交換をする。熱交換器内
にはそれぞれの流れのために典型的に７０〜１００の流
路があるので、この末端効果は小さく、無視することが
できる。
る流路間の伝熱の関係を理解するのを助けるために、フ
ィンを配置された流路の幾何学構造の単純な描写を図７
に示す。ここでは流路はおおよそ方形であるとする。熱
交換器の最も外側の流路を除いて、流れＡのそれぞれの
流路は流れＢの１つの流路と熱交換をする。熱交換器内
にはそれぞれの流れのために典型的に７０〜１００の流
路があるので、この末端効果は小さく、無視することが
できる。
【００３８】圧力降下を考慮しない場合の伝熱の程度 以下の理論的な解析では、蒸発する流れに割り当てられ
る体積に入る蒸発する液体の流量を所定の流量にして、
フィン高さ、フィン厚さ及びフィン密度を変化させるこ
とが伝熱に与える影響の比較を行う。この体積は、プレ
ート−フィン熱交換器の金属によって占められる空間を
含む。程度の比較をするために、この初期の見かけの速
度をそれぞれの幾何学形状のための有効速度に換算す
る。そして、伝熱領域と伝熱係数を評価する。展開と計
算例は蒸発側について示すが、同様な結果と結論を凝縮
側でも適用できる。
る体積に入る蒸発する液体の流量を所定の流量にして、
フィン高さ、フィン厚さ及びフィン密度を変化させるこ
とが伝熱に与える影響の比較を行う。この体積は、プレ
ート−フィン熱交換器の金属によって占められる空間を
含む。程度の比較をするために、この初期の見かけの速
度をそれぞれの幾何学形状のための有効速度に換算す
る。そして、伝熱領域と伝熱係数を評価する。展開と計
算例は蒸発側について示すが、同様な結果と結論を凝縮
側でも適用できる。
【００３９】流れＡの１つの流路を考慮すると、以下の
関係が存在し、ここで記号は表３〜４の「記号一覧表」
で定義される。 Ｗ＝１／ｆｐｉ−ｔf （１） Ｐ＝２・ｆｐｉ・Ｈ＋２・（１−ｆｐｉ・ｔf ） （２） Ａp ＝２・（１−ｆｐｉ・ｔf ） （３） Ａs ＝２・ｆｐｉ・Ｈ （４） 分離シートは第一の面積Ａp を与え、フィンは第２の面
積Ａs を与える。 Ａf ＝Ｈ・（１−ｆｐｉ・ｔf ） （５） Ｄeq＝４・Ａf ／Ｐ （６）
関係が存在し、ここで記号は表３〜４の「記号一覧表」
で定義される。 Ｗ＝１／ｆｐｉ−ｔf （１） Ｐ＝２・ｆｐｉ・Ｈ＋２・（１−ｆｐｉ・ｔf ） （２） Ａp ＝２・（１−ｆｐｉ・ｔf ） （３） Ａs ＝２・ｆｐｉ・Ｈ （４） 分離シートは第一の面積Ａp を与え、フィンは第２の面
積Ａs を与える。 Ａf ＝Ｈ・（１−ｆｐｉ・ｔf ） （５） Ｄeq＝４・Ａf ／Ｐ （６）
【００４０】熱交換器の蒸発側体積への等しい見かけ上
の流量Ｑで比較を行うので、以下のように相対性能を計
算するために有効流量に換算する。 Ｑeff ＝Ｑ・ [（Ｈ＋ｔp ）／Ｈ] ／（１−ｆｐｉ・ｔf ） （７） Γ＝（Ｑeff ・３６００／１７２８）・ｐ1 ・Ａf ／（Ｐ／１２） （８） Ｒｅ1 ＝４・Γ／μ1 （９） δ＝（３・μ1 ・Γ／ｐ1 2ｇ）1/3 （１０） ｈNus ＝ｋ1 ／δ （１１） ｈeff ＝ｈNus ・ΦRe （１２） ΦRe＝ａ・Ｒｅ1 b （１３）
の流量Ｑで比較を行うので、以下のように相対性能を計
算するために有効流量に換算する。 Ｑeff ＝Ｑ・ [（Ｈ＋ｔp ）／Ｈ] ／（１−ｆｐｉ・ｔf ） （７） Γ＝（Ｑeff ・３６００／１７２８）・ｐ1 ・Ａf ／（Ｐ／１２） （８） Ｒｅ1 ＝４・Γ／μ1 （９） δ＝（３・μ1 ・Γ／ｐ1 2ｇ）1/3 （１０） ｈNus ＝ｋ1 ／δ （１１） ｈeff ＝ｈNus ・ΦRe （１２） ΦRe＝ａ・Ｒｅ1 b （１３）
【００４１】流下する層流膜による伝熱のための基礎式
は、１９１６年にＮｕｓｓｅｌｔによって初めに導出さ
れた。これは式［１０］及び［１１］で示される。実際
には、液膜のレイノルズ数とプラントル数を含む補正係
数を使用してモデル化することができる波又は乱流によ
って、また同様に、流下膜を薄くしてモデル化すること
ができる並流蒸気流れによって発生する剪断応力によっ
て、より大きい値を得ることができる。同一の操作条件
下での２つの異なる幾何学形状の比を取ることによって
比較を行うので、最後の２つの項が事実上に削除でき、
レイノルズ数の項のみが残る。文献で報告されるいくつ
かの結果に基づいて、「ａ」項は０．７程度でありそし
て「ｂ」項は０．１程度である。この全体的な単純化
は、フィン効率の計算において小さい誤差を導く。これ
については以下で更に論ずるが、これは下位の位の効果
であり、従って無視される。更に、蒸発する流れの流量
が臨界値未満の場合、伝熱係数を低下させる乾いた斑点
（ｐａｔｃｈ）が現れる。これは以下で更に説明するよ
うに、ここで示される教示の適用可能性を蒸発側の一部
の部分にのみ制限する。しかしながら凝縮流路ではその
ような低下は起こらず、従ってここにおいて教示される
技術は凝縮側全体に適用される。 ｍＬ＝（Ｈ／２）・ [２ｈeff ／（ｔf ・ｋmetal ・１２）]0.5 （１４） η＝ｔａｎｈ（ｍＬ）／ｍＬ （１５） Ａtot ＝（Ａp ＋η・Ａs ）／１４４ （１６） Ａeff ＝Ａtot ／（Ｈ＋ｔp ） （１７） ｈＡxxx ＝ｈeff ・Ａeff （１８） [ｈＡ] * xxx ＝ｈＡxxx ／ｈＡref （１９）
は、１９１６年にＮｕｓｓｅｌｔによって初めに導出さ
れた。これは式［１０］及び［１１］で示される。実際
には、液膜のレイノルズ数とプラントル数を含む補正係
数を使用してモデル化することができる波又は乱流によ
って、また同様に、流下膜を薄くしてモデル化すること
ができる並流蒸気流れによって発生する剪断応力によっ
て、より大きい値を得ることができる。同一の操作条件
下での２つの異なる幾何学形状の比を取ることによって
比較を行うので、最後の２つの項が事実上に削除でき、
レイノルズ数の項のみが残る。文献で報告されるいくつ
かの結果に基づいて、「ａ」項は０．７程度でありそし
て「ｂ」項は０．１程度である。この全体的な単純化
は、フィン効率の計算において小さい誤差を導く。これ
については以下で更に論ずるが、これは下位の位の効果
であり、従って無視される。更に、蒸発する流れの流量
が臨界値未満の場合、伝熱係数を低下させる乾いた斑点
（ｐａｔｃｈ）が現れる。これは以下で更に説明するよ
うに、ここで示される教示の適用可能性を蒸発側の一部
の部分にのみ制限する。しかしながら凝縮流路ではその
ような低下は起こらず、従ってここにおいて教示される
技術は凝縮側全体に適用される。 ｍＬ＝（Ｈ／２）・ [２ｈeff ／（ｔf ・ｋmetal ・１２）]0.5 （１４） η＝ｔａｎｈ（ｍＬ）／ｍＬ （１５） Ａtot ＝（Ａp ＋η・Ａs ）／１４４ （１６） Ａeff ＝Ａtot ／（Ｈ＋ｔp ） （１７） ｈＡxxx ＝ｈeff ・Ａeff （１８） [ｈＡ] * xxx ＝ｈＡxxx ／ｈＡref （１９）
【００４２】計算例 以下の計算例は、２塔式空気分離プラントの主リボイラ
ー／コンデンサーに関する。蒸発する流れは、２５ｐｓ
ｉａ（１７２．３７５ｋＰａ）で９９．５％の純粋な酸
素を含んでいる。液体の物性は、密度＝７０ｌｂ／ｆｔ
3 （１．１２１４ｇ／ｃｍ3 ）、熱伝導度＝０．０８５
Ｂｔｕ／ｈ・ｆｔ・゜Ｆ（０．１２６４８ｋｃａｌ／ｈ
・ｍ・℃）及び動力学粘度＝０．４２ｌｂ／ｆｔ・ｈ
（６．２６４８８ｋｇ／ｍ・ｈ）である。アルミニウム
の熱伝導度は、１００Ｂｔｕ／ｈ・ｆｔ・゜Ｆ（１４
８．８ｋｃａｌ／ｈ・ｍ・℃）である。分離シートの厚
さは０．０４１インチ（１．０４１４ｍｍ）である。凝
縮測の流れはほぼ純粋な窒素である。しかしながら、以
下の計算は酸素流れ側のみに特有のものである。
ー／コンデンサーに関する。蒸発する流れは、２５ｐｓ
ｉａ（１７２．３７５ｋＰａ）で９９．５％の純粋な酸
素を含んでいる。液体の物性は、密度＝７０ｌｂ／ｆｔ
3 （１．１２１４ｇ／ｃｍ3 ）、熱伝導度＝０．０８５
Ｂｔｕ／ｈ・ｆｔ・゜Ｆ（０．１２６４８ｋｃａｌ／ｈ
・ｍ・℃）及び動力学粘度＝０．４２ｌｂ／ｆｔ・ｈ
（６．２６４８８ｋｇ／ｍ・ｈ）である。アルミニウム
の熱伝導度は、１００Ｂｔｕ／ｈ・ｆｔ・゜Ｆ（１４
８．８ｋｃａｌ／ｈ・ｍ・℃）である。分離シートの厚
さは０．０４１インチ（１．０４１４ｍｍ）である。凝
縮測の流れはほぼ純粋な窒素である。しかしながら、以
下の計算は酸素流れ側のみに特有のものである。
【００４３】ダウンフローリボイラーで典型的に使用さ
れるフィンの寸法の範囲は以下のようなものである。 Ｈ＝０．２０−０．３０ｉｎ（５．０８〜７．６２ｍ
ｍ） ｔf ＝０．００８−０．０１２ｉｎ（０．２０３２〜
０．３０４８ｍｍ） ｆｐｉ＝１５−２５ｉｎ-1（５．９０６〜９．８４２５
ｃｍ-1） これらの範囲は商業的な利用可能性によって部分的に制
限される。
れるフィンの寸法の範囲は以下のようなものである。 Ｈ＝０．２０−０．３０ｉｎ（５．０８〜７．６２ｍ
ｍ） ｔf ＝０．００８−０．０１２ｉｎ（０．２０３２〜
０．３０４８ｍｍ） ｆｐｉ＝１５−２５ｉｎ-1（５．９０６〜９．８４２５
ｃｍ-1） これらの範囲は商業的な利用可能性によって部分的に制
限される。
【００４４】本発明の教示を説明するために、以下に示
すように大変広い寸法の範囲にわたって計算例を示す。
以下の範囲の極値に帰着する多くの寸法の組み合わせ
は、現在商業的に利用されていない。 Ｈ＝０．１０−０．４０ｉｎ（２．５４〜１０．１６ｍ
ｍ） ｔf ＝０．００２−０．０１４ｉｎ（０．０５０８〜
０．３５５６ｍｍ） ｆｐｉ＝１０−４０ｉｎ-1（３．９３７〜１３．７７４
ｃｍ-1）
すように大変広い寸法の範囲にわたって計算例を示す。
以下の範囲の極値に帰着する多くの寸法の組み合わせ
は、現在商業的に利用されていない。 Ｈ＝０．１０−０．４０ｉｎ（２．５４〜１０．１６ｍ
ｍ） ｔf ＝０．００２−０．０１４ｉｎ（０．０５０８〜
０．３５５６ｍｍ） ｆｐｉ＝１０−４０ｉｎ-1（３．９３７〜１３．７７４
ｃｍ-1）
【００４５】図８は、０．００８インチ（０．２０３２
ｍｍ）の一定のフィン厚さｔf と２５ｉｎ -1 （９．８
４２５ｃｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、
［ｈＡ］* のフィン高さＨへの計算された依存性を示す
（図８においてインチ（ｉｎ）で表したフィン高さをミ
リメートル（ｍｍ）で表したフィン高さに換算するには
２５．４を掛ければよい）。基礎的な計算は、このフィ
ン高さの範囲における中央の点での液体レイノルズ数が
２つの異なる曲線のために１００と５００になるように
して、同じ見かけ上の酸素速度で行った。それぞれの曲
線で、液体のレイノルズ数は中央の点から離れた全ての
点で異なるが、この異差の効果はこの解析において説明
されている。体積当たりの程度の測定値、［ｈＡ］
* は、考慮された範囲全体においてフィン高さＨの減少
と共に単調に増加する。これは、ダウンフローリボイラ
ーではより低いフィン高さを使用することが有益である
ことを示唆する。
ｍｍ）の一定のフィン厚さｔf と２５ｉｎ -1 （９．８
４２５ｃｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、
［ｈＡ］* のフィン高さＨへの計算された依存性を示す
（図８においてインチ（ｉｎ）で表したフィン高さをミ
リメートル（ｍｍ）で表したフィン高さに換算するには
２５．４を掛ければよい）。基礎的な計算は、このフィ
ン高さの範囲における中央の点での液体レイノルズ数が
２つの異なる曲線のために１００と５００になるように
して、同じ見かけ上の酸素速度で行った。それぞれの曲
線で、液体のレイノルズ数は中央の点から離れた全ての
点で異なるが、この異差の効果はこの解析において説明
されている。体積当たりの程度の測定値、［ｈＡ］
* は、考慮された範囲全体においてフィン高さＨの減少
と共に単調に増加する。これは、ダウンフローリボイラ
ーではより低いフィン高さを使用することが有益である
ことを示唆する。
【００４６】図９は、０．２５インチ（６．３５ｍｍ）
の一定のフィン高さＨと２５ｉｎ - 1 （９．８４２５ｃ
ｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、［ｈＡ］*
のフィン厚さｔf への依存性を示す（図９においてイン
チ（ｉｎ）で表したフィン厚さｔf をミリメートル（ｍ
ｍ）で表したフィン厚さｔf に換算するには２５．４を
掛ければよい）。計算は、２つの異なる見かけ上の速度
で行い、中央の点での液体のレイノルズ数が１００と５
００になるようにする。示されるように、［ｈＡ］
* は、考慮された範囲全体においてフィン厚さの増加と
共に単調に増加する。これは、ダウンフローリボイラー
ではより大きいフィン厚さを使用することが有益である
ことを示唆する。
の一定のフィン高さＨと２５ｉｎ - 1 （９．８４２５ｃ
ｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、［ｈＡ］*
のフィン厚さｔf への依存性を示す（図９においてイン
チ（ｉｎ）で表したフィン厚さｔf をミリメートル（ｍ
ｍ）で表したフィン厚さｔf に換算するには２５．４を
掛ければよい）。計算は、２つの異なる見かけ上の速度
で行い、中央の点での液体のレイノルズ数が１００と５
００になるようにする。示されるように、［ｈＡ］
* は、考慮された範囲全体においてフィン厚さの増加と
共に単調に増加する。これは、ダウンフローリボイラー
ではより大きいフィン厚さを使用することが有益である
ことを示唆する。
【００４７】図１０は、０．２５インチ（６．３５ｍ
ｍ）の一定のフィン高さＨと０．００８インチ（０．２
０３２ｍｍ）の一定のフィン厚さｔf において、［ｈ
Ａ］* のフィン密度ｆｐｉへの依存性を示す（１インチ
当たり（ｉｎ-1）で表したフィン密度ｆｐｉを１センチ
メートル当たり（ｃｍ-1）で表したフィン密度ｆｐｉに
換算するには２．５４で割ればよい）。計算は、２つの
異なる見かけ上の速度で行い、中央の点での液体のレイ
ノルズ数が１００と５００になるようにする。示される
ように、［ｈＡ］* は、考慮された範囲全体においてフ
ィン密度の増加と共に単調に増加する。これは、ダウン
フローリボイラーでは１インチ（２．５４ｃｍ）当たり
により多いフィンを使用することが有益であることを示
唆する。
ｍ）の一定のフィン高さＨと０．００８インチ（０．２
０３２ｍｍ）の一定のフィン厚さｔf において、［ｈ
Ａ］* のフィン密度ｆｐｉへの依存性を示す（１インチ
当たり（ｉｎ-1）で表したフィン密度ｆｐｉを１センチ
メートル当たり（ｃｍ-1）で表したフィン密度ｆｐｉに
換算するには２．５４で割ればよい）。計算は、２つの
異なる見かけ上の速度で行い、中央の点での液体のレイ
ノルズ数が１００と５００になるようにする。示される
ように、［ｈＡ］* は、考慮された範囲全体においてフ
ィン密度の増加と共に単調に増加する。これは、ダウン
フローリボイラーでは１インチ（２．５４ｃｍ）当たり
により多いフィンを使用することが有益であることを示
唆する。
【００４８】圧力降下を考慮した伝熱の程度 以下の解析は、伝熱の程度への圧力降下の効果を包含す
る。ダウンフローリボイラーにおいて利用できる熱推進
力は、摩擦圧力降下によって減少する。伝熱特性は主に
液相によって決定されるが、圧力降下は主に蒸気相によ
って決定される。プレート−フィン流路を小さいパイプ
と同様であると考えると、摩擦圧力勾配は以下のように
表される。 Δｐ／Δｚ＝ [（２ｆ・ｐv Ｖ2 ）／ｇ・Ｄeq] ・ψ （２０）
る。ダウンフローリボイラーにおいて利用できる熱推進
力は、摩擦圧力降下によって減少する。伝熱特性は主に
液相によって決定されるが、圧力降下は主に蒸気相によ
って決定される。プレート−フィン流路を小さいパイプ
と同様であると考えると、摩擦圧力勾配は以下のように
表される。 Δｐ／Δｚ＝ [（２ｆ・ｐv Ｖ2 ）／ｇ・Ｄeq] ・ψ （２０）
【００４９】上記の式の大きさの釣り合いのための乗数
は示されていない。乱流下の摩擦係数ｆは、蒸気のレイ
ノルズ数又は速度の−０．２乗に比例することが知られ
ている。比較は、相対的な液体と蒸気の条件が同様なも
のである異なる熱交換器において任意の距離ｚにわたっ
て同様な操作条件下で行うので、式［２０］の依存関係
は実効液体流量に帰することができ、これは以下の結果
（異なるケース間の相対値を得るためだけに役立つ）を
もたらす。 Δｐ／Δｚ∝Ｑeff 1.8 ／Ｄeq （２１）
は示されていない。乱流下の摩擦係数ｆは、蒸気のレイ
ノルズ数又は速度の−０．２乗に比例することが知られ
ている。比較は、相対的な液体と蒸気の条件が同様なも
のである異なる熱交換器において任意の距離ｚにわたっ
て同様な操作条件下で行うので、式［２０］の依存関係
は実効液体流量に帰することができ、これは以下の結果
（異なるケース間の相対値を得るためだけに役立つ）を
もたらす。 Δｐ／Δｚ∝Ｑeff 1.8 ／Ｄeq （２１）
【００５０】更に、ダウンフローリボイラー内の流れの
温度及び圧力は互いに独立ではない。蒸発側流れと凝縮
側流れの両方が、それらの温度対圧力の飽和関係に従
う。基本的な熱力学から以下の式が示される。 ΔＴ／Δｚ∝（Ｔ2 ／ｐ）・（Δｐ／Δｚ） （２２）
温度及び圧力は互いに独立ではない。蒸発側流れと凝縮
側流れの両方が、それらの温度対圧力の飽和関係に従
う。基本的な熱力学から以下の式が示される。 ΔＴ／Δｚ∝（Ｔ2 ／ｐ）・（Δｐ／Δｚ） （２２）
【００５１】更に、摩擦圧力降下を考慮しない熱交換器
の熱的な推進力がδＴであり、ΔＴの低下が圧力降下に
よって起こる場合、利用できる平均推進力ｄＴの平均は
およそ以下のとおりであるとする。 ｄＴ＝δＴ−（ΔＴ／２） （２３）
の熱的な推進力がδＴであり、ΔＴの低下が圧力降下に
よって起こる場合、利用できる平均推進力ｄＴの平均は
およそ以下のとおりであるとする。 ｄＴ＝δＴ−（ΔＴ／２） （２３）
【００５２】式［２０〜２３］から、同じ見かけ上の状
態で操作する２つの異なる幾何学形状での利用できる熱
的な推進力は以下のように表すことができるようにな
る。 ｄＴ／ｄＴref ＝ [１−（ΔＴ／２・δＴ）] ／ [１−（ΔＴ／２・δＴ）ref ] （２４） ここで （ΔＴ／ΔＴref ）＝ [Ｑeff 1.8 ／Ｄeq] ／ [Ｑeff 1.8 ／Ｄeq] ref （２５）
態で操作する２つの異なる幾何学形状での利用できる熱
的な推進力は以下のように表すことができるようにな
る。 ｄＴ／ｄＴref ＝ [１−（ΔＴ／２・δＴ）] ／ [１−（ΔＴ／２・δＴ）ref ] （２４） ここで （ΔＴ／ΔＴref ）＝ [Ｑeff 1.8 ／Ｄeq] ／ [Ｑeff 1.8 ／Ｄeq] ref （２５）
【００５３】圧力降下の存在下での伝熱の程度を評価す
るために、以下の表現を利用する。 ｈＡｄＴxxx ＝ｈeff ・Ａeff ・ｄＴ （２６） [ｈＡｄＴ] * xxx ＝ｈＡｄＴxxx ／ｈＡｄＴref （２７）
るために、以下の表現を利用する。 ｈＡｄＴxxx ＝ｈeff ・Ａeff ・ｄＴ （２６） [ｈＡｄＴ] * xxx ＝ｈＡｄＴxxx ／ｈＡｄＴref （２７）
【００５４】計算例 ［ｈＡｄＴ］* のいくつかの計算例を、図８〜１０に示
す。これらの計算のために、式［２４］の［１−（ΔＴ
／２* δＴ）ref ］の項がそれぞれの曲線の範囲内にお
いて０．９（基準条件において）であるとする。
す。これらの計算のために、式［２４］の［１−（ΔＴ
／２* δＴ）ref ］の項がそれぞれの曲線の範囲内にお
いて０．９（基準条件において）であるとする。
【００５５】図８は、０．００８インチ（０．２０３２
ｍｍ）の一定のフィン厚さｔf と２５ｉｎ -1 （９．８
４２５ｃｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、
［ｈＡｄＴ］* のフィン高さＨへの依存性を示す（図８
においてインチ（ｉｎ）で表したフィン高さをミリメー
トル（ｍｍ）で表したフィン高さに換算するには２５．
４を掛ければよい）。これらの計算は、このフィン高さ
の範囲の中央の点での液体のレイノルズ数が２つの異な
る曲線について１００と５００になるようにして、同じ
見かけ上の酸素速度で行った。それぞれの曲線で、液体
のレイノルズ数は中央の点から離れた全ての点で異なる
が、この異差の効果はこの解析において説明されてい
る。体積当たりの程度の尺度である［ｈＡｄＴ］* は、
フィン高さＨの減少と共に増加する。しかしながら先に
説明した［ｈＡ］* 曲線とは明らかに違って、考慮され
た領域全体では単調ではない傾向がある。むしろ、考慮
された範囲の低い方の端部近くで最適値が示される。こ
れは、ダウンフローリボイラーでは比較的低いフィン高
さを使用することが有益であることを示唆する。
ｍｍ）の一定のフィン厚さｔf と２５ｉｎ -1 （９．８
４２５ｃｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、
［ｈＡｄＴ］* のフィン高さＨへの依存性を示す（図８
においてインチ（ｉｎ）で表したフィン高さをミリメー
トル（ｍｍ）で表したフィン高さに換算するには２５．
４を掛ければよい）。これらの計算は、このフィン高さ
の範囲の中央の点での液体のレイノルズ数が２つの異な
る曲線について１００と５００になるようにして、同じ
見かけ上の酸素速度で行った。それぞれの曲線で、液体
のレイノルズ数は中央の点から離れた全ての点で異なる
が、この異差の効果はこの解析において説明されてい
る。体積当たりの程度の尺度である［ｈＡｄＴ］* は、
フィン高さＨの減少と共に増加する。しかしながら先に
説明した［ｈＡ］* 曲線とは明らかに違って、考慮され
た領域全体では単調ではない傾向がある。むしろ、考慮
された範囲の低い方の端部近くで最適値が示される。こ
れは、ダウンフローリボイラーでは比較的低いフィン高
さを使用することが有益であることを示唆する。
【００５６】図９は、０．２５インチ（６．３５ｍｍ）
の一定のフィン高さＨと２５ｉｎ - 1 （９．８４２５ｃ
ｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、［ｈＡｄ
Ｔ］*のフィン厚さｔf への依存性を示す（図９におい
てインチ（ｉｎ）で表したフィン厚さｔf をミリメート
ル（ｍｍ）で表したフィン厚さｔf に換算するには２
５．４を掛ければよい）。計算は、２つの異なる見かけ
上の速度で行い、中央の点での液体のレイノルズ数が１
００と５００になるようにする。示されるように、［ｈ
ＡｄＴ］* は、フィン厚さ増加と共に増加する。しかし
ながら先に説明した［ｈＡ］* 曲線とは明らかに違っ
て、考慮された領域全体では単調ではない傾向がある。
むしろ、考慮された範囲の大きい方の端部近くで最適値
が示される。これは、ダウンフローリボイラーではこの
大きい方の範囲のフィン厚さを使用することが有益であ
ることを示唆する。
の一定のフィン高さＨと２５ｉｎ - 1 （９．８４２５ｃ
ｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、［ｈＡｄ
Ｔ］*のフィン厚さｔf への依存性を示す（図９におい
てインチ（ｉｎ）で表したフィン厚さｔf をミリメート
ル（ｍｍ）で表したフィン厚さｔf に換算するには２
５．４を掛ければよい）。計算は、２つの異なる見かけ
上の速度で行い、中央の点での液体のレイノルズ数が１
００と５００になるようにする。示されるように、［ｈ
ＡｄＴ］* は、フィン厚さ増加と共に増加する。しかし
ながら先に説明した［ｈＡ］* 曲線とは明らかに違っ
て、考慮された領域全体では単調ではない傾向がある。
むしろ、考慮された範囲の大きい方の端部近くで最適値
が示される。これは、ダウンフローリボイラーではこの
大きい方の範囲のフィン厚さを使用することが有益であ
ることを示唆する。
【００５７】図１０は、０．２５インチ（６．３５ｍ
ｍ）の一定のフィン高さＨと０．００８インチ（０．２
０３２ｍｍ）の一定のフィン厚さｔf において、［ｈＡ
ｄＴ］ * のフィン密度ｆｐｉへの依存性を示す（１イン
チ当たり（ｉｎ-1）で表したフィン密度ｆｐｉを１セン
チメートル当たり（ｃｍ-1）で表したフィン密度ｆｐｉ
に換算するには２．５４で割ればよい）。計算は、２つ
の異なる見かけ上の速度で行い、中央の点での液体のレ
イノルズ数が１００と５００になるようにする。示され
るように、［ｈＡｄＴ］* は、考慮された範囲全体にお
いてなおフィン密度の増加と共に単調に増加するが、
［ｈＡ］* 曲線と比較すると増加の速度はいくらか減少
している。これは、ダウンフローリボイラーでは高いフ
ィン密度を利用することが有益であることを示唆する。
ｍ）の一定のフィン高さＨと０．００８インチ（０．２
０３２ｍｍ）の一定のフィン厚さｔf において、［ｈＡ
ｄＴ］ * のフィン密度ｆｐｉへの依存性を示す（１イン
チ当たり（ｉｎ-1）で表したフィン密度ｆｐｉを１セン
チメートル当たり（ｃｍ-1）で表したフィン密度ｆｐｉ
に換算するには２．５４で割ればよい）。計算は、２つ
の異なる見かけ上の速度で行い、中央の点での液体のレ
イノルズ数が１００と５００になるようにする。示され
るように、［ｈＡｄＴ］* は、考慮された範囲全体にお
いてなおフィン密度の増加と共に単調に増加するが、
［ｈＡ］* 曲線と比較すると増加の速度はいくらか減少
している。これは、ダウンフローリボイラーでは高いフ
ィン密度を利用することが有益であることを示唆する。
【００５８】良好な解の評価 効率的なダウンフローリボイラーを設計するために、フ
ィンのパラメータの３つ全て（Ｈ、ｔf 及びｆｐｉ）に
ついて最適化された組み合わせを探すことが必要であ
る。図８〜１０で示される上記の計算の結果は、低いフ
ィン高さ、中間から大きいフィン厚さ、及び高いフィン
密度の選択が伝熱の程度を増加させることを示す。圧力
降下の影響を含めると、３つのパラメータは、高い伝熱
の程度を得るために極端な値から離れることが期待され
る。３つそれぞれの範囲の反対の端部のパラメータの組
み合わせによって、最も悪い伝熱の程度が予想される。
ィンのパラメータの３つ全て（Ｈ、ｔf 及びｆｐｉ）に
ついて最適化された組み合わせを探すことが必要であ
る。図８〜１０で示される上記の計算の結果は、低いフ
ィン高さ、中間から大きいフィン厚さ、及び高いフィン
密度の選択が伝熱の程度を増加させることを示す。圧力
降下の影響を含めると、３つのパラメータは、高い伝熱
の程度を得るために極端な値から離れることが期待され
る。３つそれぞれの範囲の反対の端部のパラメータの組
み合わせによって、最も悪い伝熱の程度が予想される。
【００５９】［ｈＡｄＴ］* 及び［ｈＡ］* の計算例を
表１に示す。
表１に示す。
【表１】 表１において、Ｈ（ｉｎ）とｔf （ｉｎ）はそれぞれ２
５．４を掛けることによってＨ（ｍｍ）とｔf （ｍｍ）
に換算され、ｆｐｉ（ｉｎ -1 ）は２．５４で割ること
によってｆｐｉ（ｃｍ-1）に換算される。
５．４を掛けることによってＨ（ｍｍ）とｔf （ｍｍ）
に換算され、ｆｐｉ（ｉｎ -1 ）は２．５４で割ること
によってｆｐｉ（ｃｍ-1）に換算される。
【００６０】これら３つのパラメータのうちの２つ、フ
ィン高さＨ及びフィン密度ｆｐｉは、それらのもともと
の範囲全体で考える。しかしながら第３のパラメータ、
フィン厚さｔf は、以下の２つの理由で先の例で使用し
た範囲よりもわずかに狭い範囲で考える。第１に、どう
やってすいフィンを形成しプレート−フィン熱交換器に
ろう付けできるかには現実的な限界がある。第２に、３
つのパラメータが同時に広い範囲にわたって変化する
と、遙かに多くの極端な処理の組み合わせが発生する。
中央の点に関するシンメトリーを維持するために、０．
００４〜０．０１２インチ（０．１０１６〜０．３０４
８ｍｍ）の範囲を計算のために使用した。
ィン高さＨ及びフィン密度ｆｐｉは、それらのもともと
の範囲全体で考える。しかしながら第３のパラメータ、
フィン厚さｔf は、以下の２つの理由で先の例で使用し
た範囲よりもわずかに狭い範囲で考える。第１に、どう
やってすいフィンを形成しプレート−フィン熱交換器に
ろう付けできるかには現実的な限界がある。第２に、３
つのパラメータが同時に広い範囲にわたって変化する
と、遙かに多くの極端な処理の組み合わせが発生する。
中央の点に関するシンメトリーを維持するために、０．
００４〜０．０１２インチ（０．１０１６〜０．３０４
８ｍｍ）の範囲を計算のために使用した。
【００６１】液体のレイノルズ数が中央の基準点で１０
０、３００又は５００であるそれぞれのケースにおいて
一定の見かけ上の速度で計算を行った。表１に示すよう
に、大きいフィン高さＨ、小さいフィン厚さｔf 及び低
いフィン密度ｆｐｉ（ケース１９）で最も悪い組み合わ
せが起こる。最も良い性能のための組み合わせは、予想
外に、低いフィン高さ、小〜中間のフィン厚さ、及び高
いフィン密度（ケース３及び６）である。小さいフィン
厚さが伝熱の程度に影響を与える低いフィン効率をもた
らすという事実を考慮すると、これは意外である。圧力
降下を考慮すると、最も良い性能は非常に薄いフィンで
得られる。
０、３００又は５００であるそれぞれのケースにおいて
一定の見かけ上の速度で計算を行った。表１に示すよう
に、大きいフィン高さＨ、小さいフィン厚さｔf 及び低
いフィン密度ｆｐｉ（ケース１９）で最も悪い組み合わ
せが起こる。最も良い性能のための組み合わせは、予想
外に、低いフィン高さ、小〜中間のフィン厚さ、及び高
いフィン密度（ケース３及び６）である。小さいフィン
厚さが伝熱の程度に影響を与える低いフィン効率をもた
らすという事実を考慮すると、これは意外である。圧力
降下を考慮すると、最も良い性能は非常に薄いフィンで
得られる。
【００６２】計算結果及び制限の要約 上記の解析は、低いフィン高さ、小さいフィン厚さ、及
び高いフィン密度の使用がダウンフローリボイラーとし
て使用するためにプレート−フィン熱交換器の最適なフ
ィン設計であるという予想外の結果を説明した。しかし
ながら、以下で説明するようにいくらかの制限が適用さ
れる。
び高いフィン密度の使用がダウンフローリボイラーとし
て使用するためにプレート−フィン熱交換器の最適なフ
ィン設計であるという予想外の結果を説明した。しかし
ながら、以下で説明するようにいくらかの制限が適用さ
れる。
【００６３】長さ、幅、及び高さに関するダウンフロー
リボイラーの全体の形状は、所定の空気分離プラントに
おいてリボイラーを取り付けるのに利用できる空間によ
ってしばしば制限される。このため、ここで教示される
フィンの使用は、熱交換器全体では行えないことがあ
る。（利益が最大になる場面で本発明を使用できるよう
に、更なる基準を以下で開示する。）蒸発する膜が垂直
な表面を降下するにつれて、その液体レイノルズ数は連
続的に減少し、一方で同時にその蒸気レイノルズ数は増
加する。膜が非常に薄くなると蒸発する膜は乾いた斑点
を作り、伝熱の低下を起こす傾向があることが良く知ら
れている。このために、ここで示される技術は、ダウン
フローリボイラーの伝熱区画の蒸発側の入口近く及び上
部で最も有益である。これは図３（Ａ）のフィン配置２
８Ａによって表される区画である。更に下部の領域（フ
ィン配置２８Ｂ、２８Ｃ）では、フィン密度（ｆｐｉ）
は漸進的に減少させてもよい。更に、機械的及び熱的理
由の両方のために、フィン厚さ（ｔf ）は、フィン密度
（ｆｐｉ）のこの減少と同時に増加させてもよい。プレ
ート−フィン熱交換器の形状寸法はフィン高さの容易な
変更を可能にしないので、最適な設計は熱交換器の長さ
方向全体（２７、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）での低いフ
ィン高さ（Ｈ）を維持しよう。
リボイラーの全体の形状は、所定の空気分離プラントに
おいてリボイラーを取り付けるのに利用できる空間によ
ってしばしば制限される。このため、ここで教示される
フィンの使用は、熱交換器全体では行えないことがあ
る。（利益が最大になる場面で本発明を使用できるよう
に、更なる基準を以下で開示する。）蒸発する膜が垂直
な表面を降下するにつれて、その液体レイノルズ数は連
続的に減少し、一方で同時にその蒸気レイノルズ数は増
加する。膜が非常に薄くなると蒸発する膜は乾いた斑点
を作り、伝熱の低下を起こす傾向があることが良く知ら
れている。このために、ここで示される技術は、ダウン
フローリボイラーの伝熱区画の蒸発側の入口近く及び上
部で最も有益である。これは図３（Ａ）のフィン配置２
８Ａによって表される区画である。更に下部の領域（フ
ィン配置２８Ｂ、２８Ｃ）では、フィン密度（ｆｐｉ）
は漸進的に減少させてもよい。更に、機械的及び熱的理
由の両方のために、フィン厚さ（ｔf ）は、フィン密度
（ｆｐｉ）のこの減少と同時に増加させてもよい。プレ
ート−フィン熱交換器の形状寸法はフィン高さの容易な
変更を可能にしないので、最適な設計は熱交換器の長さ
方向全体（２７、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）での低いフ
ィン高さ（Ｈ）を維持しよう。
【００６４】上記の説明は、フィンを配置された３つの
区画２８Ａ、２８Ｂ及び２８Ｃに関してされてはいる
が、本発明の最も一般的な適用は、フィンを配置された
１又はそれ以上のタイプの区画を含むことができる蒸発
側の流路の初めの伝熱区画に対してのものであることに
注目すべきである。
区画２８Ａ、２８Ｂ及び２８Ｃに関してされてはいる
が、本発明の最も一般的な適用は、フィンを配置された
１又はそれ以上のタイプの区画を含むことができる蒸発
側の流路の初めの伝熱区画に対してのものであることに
注目すべきである。
【００６５】上記の計算は蒸発側の流れに関して示した
が、同様な計算は凝縮側の流れについて同じ結論を導
く。言い換えると、低いフィン高さ、小さいフィン厚
さ、及び高いフィン密度は、凝縮側流路のためにも有益
である。また、乾いた斑点による伝熱の低下減少が凝縮
では起こらないので、ここで教示される技術は凝縮側流
れの流路（３０）全体に適用することができる。しかし
ながら、熱交換器の空間が厳しく制限される場合、フィ
ン密度を、上部の入口近くで低く底部の出口にむかって
の高くなっていくように、蒸発側のそれと反対の様式で
変化させることができる。
が、同様な計算は凝縮側の流れについて同じ結論を導
く。言い換えると、低いフィン高さ、小さいフィン厚
さ、及び高いフィン密度は、凝縮側流路のためにも有益
である。また、乾いた斑点による伝熱の低下減少が凝縮
では起こらないので、ここで教示される技術は凝縮側流
れの流路（３０）全体に適用することができる。しかし
ながら、熱交換器の空間が厳しく制限される場合、フィ
ン密度を、上部の入口近くで低く底部の出口にむかって
の高くなっていくように、蒸発側のそれと反対の様式で
変化させることができる。
【００６６】実験結果 上記の解析の有効性を試験するために、２つのダウンフ
ローリボイラーを作り試験した。これらの熱交換器のい
くつかの寸法は以下に示す。
ローリボイラーを作り試験した。これらの熱交換器のい
くつかの寸法は以下に示す。
【表２】 表２において、インチ（ｉｎ）で示される値は２５．４
を掛けることによってミリメートル（ｍｍ）に換算さ
れ、ｆｐｉ（ｉｎ -1 ）は２．５４で割ることによって
ｆｐｉ（ｃｍ-1）に換算される。
を掛けることによってミリメートル（ｍｍ）に換算さ
れ、ｆｐｉ（ｉｎ -1 ）は２．５４で割ることによって
ｆｐｉ（ｃｍ-1）に換算される。
【００６７】本発明の試作品のフィンの寸法の３つ全て
を、従来技術のものに比べて、ダウンフローリボイラー
に最適なものとして本発明によって教示される方向に変
えた。従って、従来技術のリボイラーのフィン寸法と比
べて、より低いフィン高さ、より高いフィン密度、及び
より小さいフィン厚さをこの試作品で使用した。これら
の値は上記の計算例で示される極値ではないが、以下に
示すように実質的な性能の改良が証明された。上記の伝
熱フィンの寸法の違いを除くと、これら２つの熱交換器
は他の全ての特徴が同様なものである。これは、伝熱フ
ィンの特定のタイプ及び他の全ての細部、例えば分配フ
ィン、ヘッダー、ノズル等を含む。実験は、閉鎖系ルー
プにおいて凝縮する窒素に対して蒸発する窒素を使用し
て行った。この結果を図１１及び１２に示す。
を、従来技術のものに比べて、ダウンフローリボイラー
に最適なものとして本発明によって教示される方向に変
えた。従って、従来技術のリボイラーのフィン寸法と比
べて、より低いフィン高さ、より高いフィン密度、及び
より小さいフィン厚さをこの試作品で使用した。これら
の値は上記の計算例で示される極値ではないが、以下に
示すように実質的な性能の改良が証明された。上記の伝
熱フィンの寸法の違いを除くと、これら２つの熱交換器
は他の全ての特徴が同様なものである。これは、伝熱フ
ィンの特定のタイプ及び他の全ての細部、例えば分配フ
ィン、ヘッダー、ノズル等を含む。実験は、閉鎖系ルー
プにおいて凝縮する窒素に対して蒸発する窒素を使用し
て行った。この結果を図１１及び１２に示す。
【００６８】図１１は、従来技術のリボイラーの性能特
性を示す。負荷と外部熱推進力の関係をリボイラー出口
での特性の関数として示す。該特性は、蒸発側の合計流
量に対する蒸気分の率に該当する。図１２は、本発明の
リボイラーについての同様なプロットを表す。同等の熱
推進力条件では、本発明は約１．５倍多く（単位体積当
たり）の負荷を達成する。言い換えると、負荷を同じに
すると、従来技術のリボイラーと比べて、本発明は上記
の比の逆数（すなわち２／３）倍のより少ない外部熱推
進力を必要とする。これらの結果は、上記の解析と矛盾
しない。
性を示す。負荷と外部熱推進力の関係をリボイラー出口
での特性の関数として示す。該特性は、蒸発側の合計流
量に対する蒸気分の率に該当する。図１２は、本発明の
リボイラーについての同様なプロットを表す。同等の熱
推進力条件では、本発明は約１．５倍多く（単位体積当
たり）の負荷を達成する。言い換えると、負荷を同じに
すると、従来技術のリボイラーと比べて、本発明は上記
の比の逆数（すなわち２／３）倍のより少ない外部熱推
進力を必要とする。これらの結果は、上記の解析と矛盾
しない。
【００６９】
【表３】
【００７０】
【表４】 ここで、 １ｆｔ2 ／ｉｎ3 ＝５６．６９ｃｍ2 ／ｃｍ3 、 １ｉｎ2 ／ｉｎ＝２．５４ｃｍ2 ／ｃｍ、 １ｆｔ2 ／ｉｎ＝３６５．７６ｃｍ2 ／ｃｍ、 １゜Ｆ＝５／９℃（差を使用する場合）、 １ｉｎ-1＝０．３９３７ｃｍ-1、 １ｆｔ／ｈ2 ＝２．３５２×１０-6ｃｍ／ｓ2 、 １ｉｎ＝２．５４ｃｍ、 １Ｂｔｕ／ｈ・゜Ｆ＝０．４５３６Ｋｃａｌ／ｈ・℃、 １Ｂｔｕ／ｈ・ｆｔ2 ・゜Ｆ＝２．７１２５Ｋｃａｌ／
ｈ・ｍ2 、 １Ｂｔｕ／ｈ・ｆｔ・゜Ｆ＝１．４８８Ｋｃａｌ／ｈ・
ｍ・℃、 １ｉｎ／ｉｎ＝１ｃｍ／ｃｍ、 １ｌｂｆ／ｉｎ2 ＝０．６８９Ｎ／ｃｍ2 、 １ｉｎ3 ／ｓ・ｉｎ2 ＝２．５４ｃｍ3 ／ｓ・ｃｍ2 、 １ｆｔ／ｈ＝３０．４８ｃｍ／ｈ、 １ｆｔ＝３０．４８ｃｍ、 １ｌｂ／ｆｔ・ｈ＝１４．８８ｇ／ｃｍ・ｈ、及び、 １ｌｂ／ｆｔ3 ＝１．６０２×１０-2ｇ／ｃｍ3 、 である。
ｈ・ｍ2 、 １Ｂｔｕ／ｈ・ｆｔ・゜Ｆ＝１．４８８Ｋｃａｌ／ｈ・
ｍ・℃、 １ｉｎ／ｉｎ＝１ｃｍ／ｃｍ、 １ｌｂｆ／ｉｎ2 ＝０．６８９Ｎ／ｃｍ2 、 １ｉｎ3 ／ｓ・ｉｎ2 ＝２．５４ｃｍ3 ／ｓ・ｃｍ2 、 １ｆｔ／ｈ＝３０．４８ｃｍ／ｈ、 １ｆｔ＝３０．４８ｃｍ、 １ｌｂ／ｆｔ・ｈ＝１４．８８ｇ／ｃｍ・ｈ、及び、 １ｌｂ／ｆｔ3 ＝１．６０２×１０-2ｇ／ｃｍ3 、 である。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気分離装置の正面概略図である。
【図２】拡大されたハードウェイフィン配置とイージー
ウェイフィン配置の詳細図を含むダウンフローリボイラ
ーの等角図である。
ウェイフィン配置の詳細図を含むダウンフローリボイラ
ーの等角図である。
【図３】ダウンフローリボイラーとして使用される熱交
換器における蒸発する流れの流路（Ａ）及び凝縮する流
れの流路（Ｂ）の概略図である。
換器における蒸発する流れの流路（Ａ）及び凝縮する流
れの流路（Ｂ）の概略図である。
【図４】プレート−フィン熱交換器の基本的な要素又は
サブアセンブリーの分解斜視図である。
サブアセンブリーの分解斜視図である。
【図５】プレート−フィン熱交換器で典型的に使用され
る４つのタイプのフィンを説明する図である。
る４つのタイプのフィンを説明する図である。
【図６】分離シートの間のフィンの基本的なアセンブリ
ーと、分離シートによって物理的に互いに独立している
流路Ａ及びＢ内の流体流れを示す概略図である。
ーと、分離シートによって物理的に互いに独立している
流路Ａ及びＢ内の流体流れを示す概略図である。
【図７】流路はほぼ方形であるという仮定に基づいて、
フィンを配置した流路の単純化した形状を説明する概略
図である。
フィンを配置した流路の単純化した形状を説明する概略
図である。
【図８】０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）の一定
のフィン厚さｔf と２５ｉｎ - 1 （９．８４２５ｃ
ｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、［ｈＡ］*
及び［ｈＡｄＴ］* のフィン高さＨへの依存性を示すグ
ラフである。
のフィン厚さｔf と２５ｉｎ - 1 （９．８４２５ｃ
ｍ-1）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、［ｈＡ］*
及び［ｈＡｄＴ］* のフィン高さＨへの依存性を示すグ
ラフである。
【図９】０．２５インチ（６．３５ｍｍ）の一定のフィ
ン高さＨと２５ｉｎ -1 （９．８４２５ｃｍ-1）の一定
のフィン密度ｆｐｉにおいて、［ｈＡ］* 及び［ｈＡｄ
Ｔ］* のフィン厚さｔf への依存性を示すグラフであ
る。
ン高さＨと２５ｉｎ -1 （９．８４２５ｃｍ-1）の一定
のフィン密度ｆｐｉにおいて、［ｈＡ］* 及び［ｈＡｄ
Ｔ］* のフィン厚さｔf への依存性を示すグラフであ
る。
【図１０】０．２５インチ（６．３５ｍｍ）の一定のフ
ィン高さＨと０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）の
一定のフィン厚さｔf において、［ｈＡ］* 及び［ｈＡ
ｄＴ］* のフィン密度ｆｐｉへの依存性を示すグラフで
ある。
ィン高さＨと０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）の
一定のフィン厚さｔf において、［ｈＡ］* 及び［ｈＡ
ｄＴ］* のフィン密度ｆｐｉへの依存性を示すグラフで
ある。
【図１１】相対熱推進力と単位リボイラー体積当たりの
相耐熱負荷をプロットすることによって従来技術のリボ
イラーの性能特性を示すグラフである。
相耐熱負荷をプロットすることによって従来技術のリボ
イラーの性能特性を示すグラフである。
【図１２】相対熱推進力と単位リボイラー体積当たりの
相耐熱負荷をプロットすることによって本発明のリボイ
ラーの性能特性を示すグラフである。
相耐熱負荷をプロットすることによって本発明のリボイ
ラーの性能特性を示すグラフである。
２…高圧塔 ４…低圧塔 ６…プレート−フィン熱交換器 １０…空気分離ユニット １２…第１の末端 １４…第２の末端 １６…本体 １８、２０…管路 ２２…パン状の装置 ２７…水平に配置されたフィン ２９…孔 ３２、３５…ヘッダー ３３…導管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック アラン ホートン アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18049, エモース，コモンウェルス ドライブ 4621
Claims (16)
- 【請求項１】 隣接する分離シートの間に実質的に均一
なフィン密度で配置された複数のフィンを持つプレート
−フィン熱交換器であって、それぞれのフィンが実質的
に均一な高さを持ち、 フィン高さが０．２０インチ（５．０８ｍｍ）以下であ
り、且つフィン密度が２５ｉｎ-1（９．８４２５ｃ
ｍ-1）以上である、プレート−フィン熱交換器。 - 【請求項２】 それぞれのフィンが０．００８インチ
（０．２０３２ｍｍ）以下の実質的に均一な厚さを持つ
請求項１に記載のプレート−フィン熱交換器。 - 【請求項３】 隣接する分離シートの間に配置された複
数のフィンを持つプレート−フィン熱交換器であって、
それぞれのフィンが実質的に均一な高さと実質的に均一
な厚さを持ち、 フィン高さが０．２０インチ（５．０８ｍｍ）以下であ
り、且つフィン厚さが０．００８インチ（０．２０３２
ｍｍ）以下である、プレート−フィン熱交換器。 - 【請求項４】 隣接する分離シートの間に実質的に均一
なフィン密度で配置された複数のフィンを持つプレート
−フィン熱交換器であって、それぞれのフィンが実質的
に均一な高さと実質的に均一な厚さを持ち、 フィン厚さが０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）又
はそれ以下であり、 フィン高さが０．２０インチ（５．０８ｍｍ）以下であ
り、且つフィン密度が２５ｉｎ-1（９．８４２５ｃ
ｍ-1）以上である、プレート−フィン熱交換器。 - 【請求項５】 フィン厚さが０．００３〜０．００５イ
ンチ（０．０７６２〜０．１２７ｍｍ）又は０．００７
〜０．００９インチ（０．１７７８〜０．２２８６ｍ
ｍ）であり、 フィン高さが０．０５０〜０．１５０インチ（１．２７
〜３．８１ｍｍ）であり、且つフィン密度が３５〜４５
ｉｎ-1（１３．７８０〜１７．７１７ｃｍ-1）である、
請求項４に記載のプレート−フィン熱交換器。 - 【請求項６】 フィンがアルミニウム若しくはアルミニ
ウム合金、又は他の熱伝導性の材料で作られている請求
項４に記載のプレート−フィン熱交換器。 - 【請求項７】 フィンに穴が開いている、又はフィンが
平滑、鋸歯状若しくはうねっている請求項４に記載のプ
レート−フィン熱交換器。 - 【請求項８】 リボイラー又はコンデンサーの用途のた
めのプレート−フィン熱交換器であって、複数の平行分
離シートと隣接する該分離シートの間に実質的に均一な
フィン密度で配置された複数の波形フィンとのアセンブ
リーを含む、平行六面体状の本体を含み、各フィンが実
質的に均一な高さと実質的に均一な厚さを持ち、 フィン厚さが０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）以
下であり、 フィン高さが０．２０インチ（５．０８ｍｍ）以下であ
り、且つフィン密度が２５ｉｎ-1（９．８４２５ｃ
ｍ-1）以上である、プレート−フィン熱交換器。 - 【請求項９】 請求項８に記載のプレート−フィン熱交
換器を持つ低温空気分離装置。 - 【請求項１０】 プレート−フィン熱交換器の組み立て
方法であって、 実質的に平行な２つの分離シート提供する工程、 細長いシートを波形にして、実質的に均一なフィン密度
を持つ複数のフィンであって、それぞれのフィンが実質
的に均一な高さと実質的に均一な厚さを持ち、 フィン厚さが０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）以
下であり、 フィン高さが０．２０インチ（５．０８ｍｍ）以下であ
り、且つフィン密度が２５ｉｎ-1（９．８４２５ｃ
ｍ-1）以上であるものを作る工程、及び波形にされたフ
ィンの前記シートを前記分離シートの間に配置する工
程、を含むプレート−フィン熱交換器の組み立て方法。 - 【請求項１１】 第１の流路群に導入される第１の流体
と第２の流路群に導入される第２の流体を受け取るよう
にされた実質的に平行な垂直に延びる流路のアセンブリ
ーによって作られる一般的に平行六面体状の本体を持
ち、該第２の流路群の流路の位置が該第１の流路群の流
路の位置と交互になっており、 （ａ）該第１の流路群が隣接する分離シートの間に配置
された複数のフィンを持ち、該フィンが、第１の流体の
流体分配のためのハードウェイフィンと該ハードウェイ
フィンの下流のイージーウェイ伝熱フィンを含み、該伝
熱フィンが表面積を漸進的に減少させる１又はそれ以上
の伝熱区画を作り、第１の伝熱区画の伝熱フィンが実質
的に均一なフィン密度と実質的に均一な高さを持つ、又
は（ｂ）該第２の流路群が隣接する分離シートの間に配
置された複数のフィンを持ち、該フィンが、第２の流路
群に入る第２の流体及び第２の流路群から出る第２の流
体の均一な流れのための入口及び出口の分配フィン並び
に入口及び出口の分配フィンの間の少なくとも１つの伝
熱区画を作る伝熱フィンを含み、それぞれの伝熱区画の
伝熱フィンが実質的に均一なフィン密度と実質的に均一
な高さを持つ、ダウンフローリボイラーであって、 伝熱フィン密度が２５ｉｎ-1（９．８４２５ｃｍ-1）以
上であり、且つ伝熱フィン高さが０．２０インチ（５．
０８ｍｍ）以下である、ことを特徴とするダウンフロー
リボイラー。 - 【請求項１２】 第１の流路群に導入される第１の流体
と第２の流路群に導入される第２の流体を受け取るよう
にされた実質的に平行な垂直に延びる流路のアセンブリ
ーによって作られる一般的に平行六面体状の本体を持
ち、該第２の流路群の流路の位置が該第１の流路群の流
路の位置と交互になっており、 （ａ）該第１の流路群が隣接する分離シートの間に配置
された複数のフィンを持ち、該フィンが第１の流体の流
体分配のためのハードウェイフィンと該ハードウェイフ
ィンの下流のイージーウェイ伝熱フィンを含み、該伝熱
フィンが表面積を漸進的に減少させる１又はそれ以上の
伝熱区画を作り、第１の伝熱区画の伝熱フィンが実質的
に均一な高さと実質的に均一な厚さを持つ、又は（ｂ）
該第２の流路群が隣接する分離シートの間に配置された
複数のフィンを持ち、該フィンが、第２の流路群に入る
第２の流体及び第２の流路群から出る第２の流体の均一
な流れのための入口及び出口の分配フィン並びに入口及
び出口の分配フィンの間の少なくとも１つの伝熱区画を
作る伝熱フィンを含み、それぞれの伝熱区画の伝熱フィ
ンが実質的に均一な高さと実質的に均一な厚さを持つ、
ダウンフローリボイラーであって、 伝熱フィン高さが０．２０インチ（５．０８ｍｍ）以下
であり、且つ伝熱フィン厚さが０．００８インチ（０．
２０３２ｍｍ）以下である、ことを特徴とするダウンフ
ローリボイラー。 - 【請求項１３】 前記第１の前記伝熱区画又は前記それ
ぞれの伝熱区画の伝熱フィンが０．００８インチ（０．
２０３２ｍｍ）以下の実質的に均一な厚さを持つことを
更に特徴とする請求項１１に記載のダウンフローリボイ
ラー。 - 【請求項１４】 伝熱フィン高さが０．０５０〜０．１
５０インチ（１．２７〜３．８１ｍｍ）であり、 伝熱フィン厚さが０．００３〜０．００５インチ（０．
０７６２〜０．１２７ｍｍ）であり、且つフィン密度が
３５〜４５ｉｎ-1（１３．７８０〜１７．７１７ｃ
ｍ-1）である、請求項１３に記載のダウンフローリボイ
ラー。 - 【請求項１５】 前記第１の伝熱区画の後に続く伝熱区
画が、漸進的に減少するフィン密度又は漸進的に増加す
るフィン厚さを持つ請求項１３に記載のダウンフローリ
ボイラー。 - 【請求項１６】 空気分離プラントの塔に設置された請
求項１３に記載のダウンフローリボイラーであって、第
２の流路群の窒素及び／又はアルゴンを含む流れに対し
て並流で、液体酸素を含む流れを第１の流路群に通すダ
ウンフローリボイラー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US6291898A | 1998-04-20 | 1998-04-20 | |
| US09/062918 | 1998-04-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337286A true JPH11337286A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3561175B2 JP3561175B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=22045707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11223699A Expired - Fee Related JP3561175B2 (ja) | 1998-04-20 | 1999-04-20 | ２塔式空気分離プラントのダウンフローリボイラーにおけるプレート−フィン熱交換器、その組立方法及びそれを有する低温空気分離装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0952419A1 (ja) |
| JP (1) | JP3561175B2 (ja) |
| KR (1) | KR100321217B1 (ja) |
| CN (1) | CN1160538C (ja) |
| CA (1) | CA2268999C (ja) |
| TW (1) | TW464757B (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005090868A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Denso Corp | 熱交換器 |
| JP2009511849A (ja) * | 2005-10-06 | 2009-03-19 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 熱交換器での気化及び／又は凝縮方法 |
| JP2010502432A (ja) * | 2006-09-05 | 2010-01-28 | ヴェロシス インコーポレイテッド | マイクロチャネル合成及び分離の統合 |
| JP2013542394A (ja) * | 2010-09-29 | 2013-11-21 | エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド | 熱交換器用の有孔フィン |
| KR20150074082A (ko) * | 2012-10-16 | 2015-07-01 | 더 아벨 파운데이션, 인크. | 매니폴드를 포함한 열교환기 |
| JP2016535233A (ja) * | 2013-08-29 | 2016-11-10 | リンデ アクチエンゲゼルシャフトＬｉｎｄｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | はんだが被覆された担体によって接続された複数の熱交換器ブロックを備えたプレート式熱交換器の製造方法 |
| US10844848B2 (en) | 2010-01-21 | 2020-11-24 | The Abell Foundation, Inc. | Ocean thermal energy conversion power plant |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4592125B2 (ja) * | 1998-10-05 | 2010-12-01 | 大陽日酸株式会社 | 流下液膜式凝縮蒸発器 |
| FR2809805B1 (fr) * | 2000-05-31 | 2004-06-11 | Nordon Cryogenie Snc | Procede d'echange de chaleur dans un echangeur de chaleur a plaques brassees et echangeur de chaleur correspondant |
| FR2812559B1 (fr) * | 2000-08-02 | 2002-10-25 | Richard Giannitrapani | Procede et dispositif de distillation pour notamment le dessalement de l'eau de mer ou pour la concentration de liquides alimentaires |
| FR2824895B1 (fr) * | 2001-05-18 | 2005-12-16 | Air Liquide | Ailette ondulee a persiennes pour echangeur de chaleur a plaques, et echangeur a plaques muni de telles ailettes |
| US6936364B2 (en) | 2001-10-24 | 2005-08-30 | Modine Manufacturing Company | Method and apparatus for vaporizing fuel for a reformer fuel cell system |
| FR2834783B1 (fr) * | 2002-01-17 | 2004-06-11 | Air Liquide | Ailette d'echange thermique, son procede de fabrication et echangeur de chaleur correspondant |
| US6953009B2 (en) | 2002-05-14 | 2005-10-11 | Modine Manufacturing Company | Method and apparatus for vaporizing fuel for a reformer fuel cell system |
| US6834515B2 (en) * | 2002-09-13 | 2004-12-28 | Air Products And Chemicals, Inc. | Plate-fin exchangers with textured surfaces |
| US7063047B2 (en) | 2003-09-16 | 2006-06-20 | Modine Manufacturing Company | Fuel vaporizer for a reformer type fuel cell system |
| US7093649B2 (en) * | 2004-02-10 | 2006-08-22 | Peter Dawson | Flat heat exchanger plate and bulk material heat exchanger using the same |
| DE102009050500B4 (de) | 2009-10-23 | 2011-06-30 | Voith Patent GmbH, 89522 | Wärmeübertragerplatte und Verdampfer mit einer solchen |
| CN102650491B (zh) * | 2012-05-10 | 2013-10-16 | 西安交通大学 | 空分板翅型膜式主冷液体分布器 |
| US9651315B2 (en) | 2012-09-26 | 2017-05-16 | Hangzhou Sanhua Research Institute Co., Ltd. | Fin of heat exchanger and heat exchanger |
| CN102865759A (zh) * | 2012-09-29 | 2013-01-09 | 河南开元空分集团有限公司 | 整体式主冷热虹吸蒸发器 |
| US20140352933A1 (en) * | 2013-05-28 | 2014-12-04 | Hamilton Sundstrand Corporation | Core assembly for a heat exchanger and method of assembling |
| CN104390499A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-03-04 | 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 | 锯齿形多孔波纹翅片型板翅换热器 |
| CN104390500A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-03-04 | 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 | 锯齿形波纹翅片板翅换热器 |
| US10160545B2 (en) * | 2015-10-19 | 2018-12-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Ram air heat exchanger |
| EP3159648B1 (de) * | 2015-10-20 | 2018-09-19 | Linde Aktiengesellschaft | Plattenwärmetauscher-kondensatorverdampfer und verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft |
| US20180112913A1 (en) * | 2016-10-20 | 2018-04-26 | Linde Aktiengesellschaft | Plate heat exchanger condenser-evaporator and process for low-temperature air separation |
| CN107328272B (zh) * | 2017-08-22 | 2023-08-22 | 无锡马山永红换热器有限公司 | 高效板翅式水冷却器 |
| PL3517878T3 (pl) * | 2018-01-25 | 2021-05-04 | Air Products And Chemicals, Inc. | Dystrybutor dla płytowo-żebrowego wymiennika ciepła |
| CN109405354A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-03-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 降膜式换热器及空调机组 |
| CN112337129A (zh) * | 2019-08-08 | 2021-02-09 | 东莞巨正源科技有限公司 | 釜式再沸器及丙烷丙烯分离塔 |
| IL311830A (en) * | 2021-10-01 | 2024-05-01 | Evapco Inc | Direct exchange heat filling |
| IT202200015354A1 (it) * | 2022-07-21 | 2024-01-21 | Nuovo Pignone Tecnologie Srl | Uno scambiatore di calore con un distributore di vapore-liquido |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4715433A (en) * | 1986-06-09 | 1987-12-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Reboiler-condenser with doubly-enhanced plates |
| US5122174A (en) * | 1991-03-01 | 1992-06-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Boiling process and a heat exchanger for use in the process |
| US5730209A (en) * | 1995-04-28 | 1998-03-24 | Air Products And Chemicals, Inc. | Defrost and liquid distribution for plate-fin heat exchangers |
-
1999
- 1999-04-13 CA CA002268999A patent/CA2268999C/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-04-15 EP EP99302930A patent/EP0952419A1/en not_active Ceased
- 1999-04-15 TW TW088106035A patent/TW464757B/zh not_active IP Right Cessation
- 1999-04-19 KR KR1019990013741A patent/KR100321217B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1999-04-20 JP JP11223699A patent/JP3561175B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-04-20 CN CNB991051734A patent/CN1160538C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005090868A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Denso Corp | 熱交換器 |
| JP2009511849A (ja) * | 2005-10-06 | 2009-03-19 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 熱交換器での気化及び／又は凝縮方法 |
| JP2010502432A (ja) * | 2006-09-05 | 2010-01-28 | ヴェロシス インコーポレイテッド | マイクロチャネル合成及び分離の統合 |
| US10844848B2 (en) | 2010-01-21 | 2020-11-24 | The Abell Foundation, Inc. | Ocean thermal energy conversion power plant |
| US11371490B2 (en) | 2010-01-21 | 2022-06-28 | The Abell Foundation, Inc. | Ocean thermal energy conversion power plant |
| US11859597B2 (en) | 2010-01-21 | 2024-01-02 | The Abell Foundation, Inc. | Ocean thermal energy conversion power plant |
| US12258947B2 (en) | 2010-01-21 | 2025-03-25 | The Abell Foundation, Inc. | Ocean thermal energy conversion power plant |
| JP2013542394A (ja) * | 2010-09-29 | 2013-11-21 | エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド | 熱交換器用の有孔フィン |
| KR20150074082A (ko) * | 2012-10-16 | 2015-07-01 | 더 아벨 파운데이션, 인크. | 매니폴드를 포함한 열교환기 |
| KR20200127055A (ko) * | 2012-10-16 | 2020-11-09 | 더 아벨 파운데이션, 인크. | 매니폴드를 포함한 열교환기 |
| JP2016535233A (ja) * | 2013-08-29 | 2016-11-10 | リンデ アクチエンゲゼルシャフトＬｉｎｄｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | はんだが被覆された担体によって接続された複数の熱交換器ブロックを備えたプレート式熱交換器の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1233730A (zh) | 1999-11-03 |
| JP3561175B2 (ja) | 2004-09-02 |
| CN1160538C (zh) | 2004-08-04 |
| KR100321217B1 (ko) | 2002-11-18 |
| TW464757B (en) | 2001-11-21 |
| CA2268999A1 (en) | 1999-10-20 |
| CA2268999C (en) | 2002-11-19 |
| KR19990083296A (ko) | 1999-11-25 |
| EP0952419A1 (en) | 1999-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3561175B2 (ja) | ２塔式空気分離プラントのダウンフローリボイラーにおけるプレート−フィン熱交換器、その組立方法及びそれを有する低温空気分離装置 | |
| US4715433A (en) | Reboiler-condenser with doubly-enhanced plates | |
| JP4125674B2 (ja) | 流体混合物を蒸発並びにリボイラーするためのシステム | |
| EP0275029B1 (en) | Multi-zone boiling process and apparatus | |
| EP1398593B1 (en) | Plate-fin exchangers with textured surfaces | |
| US20120090354A1 (en) | Plate Heat Exchanger with Exchanging Structure Forming Several Channels in a Passage | |
| US3983191A (en) | Brazed plate-type heat exchanger for nonadiabatic rectification | |
| KR910002111B1 (ko) | 이중 영역에 의한 비등방법과 열교환기 | |
| CN1321313C (zh) | 热交换翅片及其制造方法 | |
| EP0501471B1 (en) | Boiling process and a heat exchanger for use in the process | |
| JPH05280881A (ja) | プレート式間接熱交換器 | |
| CN100478639C (zh) | 用于热交换器的翅片和具有这种翅片的热交换器 | |
| JP3319174B2 (ja) | 充填物及び空気分離装置 | |
| US4899808A (en) | Condensing surface for heat exchanger with fins arranged to drip condensate onto one side only | |
| US5722258A (en) | Apparatus for combined heat and mass transfer | |
| JP2001133173A (ja) | 熱サイホン蒸発凝縮器及び空気蒸留装置 | |
| CN101258374A (zh) | 用于低温空气分离系统的主冷凝器 | |
| US12196503B2 (en) | Heat exchanger comprising at least one heat exchange structure with a striated surface | |
| Kuznetsov et al. | Boiling Heat Transfer with Freon R-21 in Vertical Downflow for Assembly of Minichannels with Inclined Texture | |
| JP5592188B2 (ja) | 熱交換型蒸留装置 | |
| JPH0783801B2 (ja) | 蒸発装置及び蒸発装置を備えた一酸化炭素の深冷分離装置 | |
| JPH03118801A (ja) | 蒸発装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040326 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040527 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |