JPS589096Y2 - 低温液化ガス用空温式蒸発器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、主に酸素や窒素などの低温液化ガスを無尽蔵
にある熱源、即ち大気を利用して蒸発気化せしめる空温
式蒸発器の改良された構造に係るものである。

従来、この種の空温式蒸発器ではフィン管の管壁を介し
て、大気から低温液化ガス又は低温ガス（以下管内流体
という）へ直接熱通過させているが、この様な熱通過方
法では主に蒸発部（低温液化ガスの上昇部）のフィン管
外表面に氷結が発生成長するため急速に性能が低下し、
長時間の連続運転に対して限界が生じるため、所要蒸発
量より大きい定格蒸発容量の大型蒸発器を使用せざるを
得ないという欠点があった。

本考案は、熱通過方法に着目し、大気と管内流体との間
に伝熱媒体を介在させ、大気と大気側管外表面との温度
勾配を緩和することにより、上記欠点を解消し、効率的
な長時間連続運転を可能にする空温蒸発器を得んとする
ものである。

従来の空温式蒸発器の正面図を第１図、平面図を第２図
に示す。

第１，２図において、長手方向縦フィンが列設されたフ
ィン管１（所謂スターフィン管）を複数本平行に立てた
ものを、ベンド管２で連結して釦り、低温液化ガス導入
管３から入ってきた低温液化ガスはフィン管１とベンド
管２を上下に蛇行しながら、大気の加温により蒸発、更
に昇温されて出口管４より出て使用に供される。

これを管内流体の流れについてのみ示したフローチャー
トが第３図である。

第３図中、矢印は管内流体の流れを示す。

従来の空温式蒸発器の大気と管内流体との熱通過形態を
示したのが第４図である。

第４図で曲線は温度勾配を示し、Ｔｉは管内流体温度、
Ｔｏは管外大気温度、Ｔｗｏは管外表面温度、Ｔｗｊ
は管内表面温度、５は管壁である。

管内外表面温度Ｔｗｉ 、 Ｔｗｏは、管内外流体の
物性及び他の条件から決定される熱伝達率、及び伝熱面
積に依り決するので、管内流体が低温液化ガスと低温ガ
スとでは、当然温度勾配が異なってくる。

液体酸素又は液体窒素が管内にあり大気の加温により相
変化する場合、Ｔｉｆニー１８３℃又は１９６℃（大気
圧）と極めて低温であり、管外の大気は通常Ｔ ｏ 中
０℃〜３０℃であり、大気中の水分が氷結するに十分な
管外表面温度Ｔ ｗｏとなる。

そして氷結が始するとその断熱作用に依り、時間の経過
に伴い氷結域は拡大し、氷結層の厚みも増大し、その結
果蒸発器の性能が急速に低下することとなる。

大気条件にもよるが、はなはだしい場合には蒸発器の大
半が氷につつ１れてし捷うこともある。

尚従来の空温式蒸発器のより詳細については、実公昭５
１−２９５４６号公報を参照されたい。

次に本考案の実施例に従って具体的に説明する。

本考案では、従来品の上記欠点を考慮して、熱通過方法
の改善をはかったものである。

本考案の空温式蒸発器のフローチャートを第５図に示す
。

第５図中、矢印は管内液体の流れを示し実線と破線の重
複部は二重管構造となっている。

蒸発を経て昇温されたガスを蒸発部の二重管部に供給し
、低温液化ガスと大気との間に伝熱媒体として介在させ
、低温液化ガスと管壁を介して熱交換させる。

低温液化ガスと熱交換して熱量が減少したこの昇温ガス
は再び大気温度近く１で昇温され出口より出ていくもの
である。

この場合、もちろん所要蒸発量に応じて出口管直前から
蒸発部に供給する事もできるし、昇温ガス全部を戻さず
一部を戻してもよい。

又第５図に示される実線と破線の重複部は、設計上低温
液化ガスが蒸発するに十分の長さとなっているが、実際
には低温液化ガスの一部が気化ガスの流れに随伴する可
能性も有り、二重管構造部は第５図中に示されている重
複部、即ち蒸発部のみに限定される必要はない。

この二重管構造部における二重管の断面図を第６図に示
す。

第６図において内管部６には低温液化ガス又は低温ガス
が流れ、外管部７には昇温された蒸発ガスが流れ、外管
の外側は大気８である。

内管の回りには全周にわたって昇温された蒸発ガスのた
めの通路が形成されることが肝要であり、従って原則的
には内管と外管とは接触してないことが必要である。

但し内管の外周面または／および外管の内周面にフィン
を形成するとともに、該フィンの先端を相手Ｏ管の周面
に接触させて、両管が相互に支持させる程度は許容され
ることであり、これにより構造物としての安定性を達成
することは好ましいことである。

この二重管構造部における熱通過形態を第７図に示す。

第７図で、Ｔｊは管内流体温度、Ｔｏは管外大気温度、
Ｔｓは伝熱媒体温度、Ｔｗｌｏは大気側管外表面温度、
Ｔｗｌｓは伝熱媒体側管内表面温度、Ｔｗ２ｓは伝熱媒
体側管外表面温度、Ｔｗ２ｊは管内流体側管内表面温度
、外管壁９、内管壁１０である。

ここで大気側管外表面温度Ｔｗ１ｏは、昇温ガスを流す
ことにより、従来より温度勾配が緩和され管外大気温度
Ｔｏに比較的近くなる。

即ち従来の蒸発器の様に、大気と管内流体とを管壁を介
して直接熱交換させるのでなく、伝熱媒体を介在させる
ことにより、管外大気と管外表面とＣ８度勾配を緩和さ
せ、大気→伝熱媒体→管内流体と熱通過させ、氷結の発
生、成長を著しく防止するものである。

第８図は、同一定格蒸発容量の従来蒸発器１１と本考案
蒸発器１２との蒸発容量Ｑと連続使用時間Ｈとの関係を
表わすグラフである。

第８図から、運転開始直後の微少時間Ｈｏ迄は、本考案
の蒸発器の二重管構造部に依シ蒸発容量が従来蒸発器に
比べ小さいが、Ｈｏ以後従来蒸発器では氷結に依る熱抵
抗が時間の経過と共に単調増加しそれに伴い蒸発容量が
極度に単調減少している。

−古本考案の蒸発器では、二重管構造による効果が極め
て顕著に働らき、時間の経過に伴う蒸発容量の減少は著
しく少ないゆるやかなカーブとなっている。

たとえば蒸発量Ｑ１に対して従来蒸発器では連続使用時
間がＨｌであるのに対し、本考案の蒸発器ではＨ２（＞
Ｈｌ ）と著しく増加しているのが分る。

このことは長時間連続運転をする場合、従来の蒸発器で
は氷結に依る極度の蒸発容量減少を予め見込んで定格蒸
発容量の大きい大型の蒸発器を使用せざるを得なかった
が、本考案に依る蒸発器では、二重管の外管部に伝熱媒
体を介在させることにより、氷結の発生、成長が著しく
防止され、長時間連続使用時の所要蒸発量に対し、小型
の蒸発器でその目的を十分に遠戚できることを示し、エ
ネルギーの有効利用、種々のコストダウンがはかれ、産
業上その価値は極めて大であると言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸発器の正面図、第２図は第１図の平面
図、第３図は従来の蒸発器のフローチャート、第４図は
従来の蒸発器の熱通過形態図、第５図は本考案の蒸発器
のフローチャート、第６図は二重管の断面図、第７図は
本考案の蒸発器の熱通過形態図、第８図は従来の蒸発器
と本考案の蒸発器の性能を示すグラフである。 １・・・フィン管、２・・・ベンド管、３・・・導入管
、４・・・出口管、５・・・管壁、６・・・内管、７・
・・外管、８・・・大気、９・・・外管壁、１０・・・
内管壁、１１・・・従来蒸発器、１２・・・本考案蒸発
器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 長手力向縦フィンが列設されたアルミニウム若しくは、
   アルミニウム合金製押出しフィン管を、多数本縦位置に
   平行配置し、低温液化ガス導入管を、該液化ガスの蒸発
   部となる低温液化ガス上昇部のフィン管の下端に接続し
   、該上昇部のフィン管の上端を蒸発ガス下降部のフィン
   管の上端に接続し、以降も蒸発ガス加温用流体通路が順
   次上下に蛇行するようにフィン管が接続されている低温
   液化ガス用空温式蒸発器において、前記上昇部のフィン
   管は内管と外管とからなる二重管で形成し、内管部は低
   温液化ガスの通路となし、外管部は前記加温された蒸発
   ガスの少くとも一部を流通させる通路となるように前記
   蒸発ガス加温用流体通路に接続したことを特徴とする低
   温液化ガス用空温式蒸発器。