(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体が通るようにされた第１の流路群を有する、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複数の流体流れの間接熱交換のためのプレート−フィン熱交換器であって、前記第１の流体が、前記第１の流路群の少なくとも一部において２相であり、前記第１の流路群の前記部分に複数のフィンが配置されており、前記フィンの少なくとも一部が、実質的に均一なフィン密度で隣接する分離シート間に配置されており、それぞれのフィンのフィン高さ及びフィン厚さが実質的に均一であり、ここでフィン厚さが０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２mm）であり、フィン高さが０．１０インチ（２．５４mm）又はそれ未満であり、且つフィン密度が４０インチ-1（１５．７４８cm-1）又はそれよりも大きい、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複数の流体流れの間接熱交換のためのプレート−フィン熱交換器。
【請求項２】
フィン厚さが０．００４〜０．００５インチ（０．１０１６〜０．１２７０mm）又は０．００７〜０．００８インチ（０．１７７８〜０．２０３２mm）、
フィン高さが０．０５０〜０．１００インチ（１．２７〜２．５４mm）、且つ
フィン密度が４０〜４５インチ-1（１５．７４８〜１７．７１７cm-1）、
である、請求項１に記載のプレート−フィン熱交換器。
【請求項３】
フィンが、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、又は他の熱的に伝導性の材料でできている、請求項１に記載のプレート−フィン熱交換器。
【請求項４】
前記フィンに孔があいている、又はフィンが平滑、鋸歯状若しくはうねっている、請求項１に記載のプレート−フィン熱交換器。
【請求項５】
複数の平行な分離シートと隣接する分離シート間に配置された複数の波形のフィンを有する平行六面体状の本体を含む、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リボイラー又はコンデンサーとして機能するプレート−フィン熱交換器であって、前記フィンの少なくとも一部が、実質的に均一なフィン密度で隣接する分離シート間に配置されており、それぞれのフィンのフィン高さ及びフィン厚さが実質的に均一であり、ここでフィン厚さが０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２mm）であり、フィン高さが０．１０インチ（２．５４mm）又はそれ未満であり、且つフィン密度が４０インチ-1（１５．７４８cm-1）又はそれよりも大きい、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。
【請求項６】
第１の流路群に導入される第１の流体及び第２の流路群に導入される第２の流体を受けるようにされた実質的に平行で垂直にのびる流路のアセンブリによって作られている一般に平行六面体状の本体を有する、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−フィン熱交換器であって、前記第１の流路群の流路と前記第２の流路群の流路とが交互の位置にあり、前記第１の流路群が、隣接する分離シート間に配置された複数のフィンを有し、前記フィンが、前記第１の流体を分散させるためのハードウェイフィン及びこの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とを含み、この伝熱フィンが、表面積が段々と減少する１又は複数の伝熱区画を作り、第１の伝熱区画の伝熱フィンのフィン密度、フィン厚さ及びフィン高さが実質的に均一であり、ここで、
伝熱フィン密度が、４０インチ-1（１５．７４８cm-1）又はそれよりも大きく、
伝熱フィン厚さが、０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２mm）であり、且つ
伝熱フィン高さが、０．１０インチ（２．５４mm）又はそれ未満である、
ことを特徴とする、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。
【請求項７】
伝熱フィン高さが、０．０５０〜０．１００インチ（１．２７〜２．５４mm）、
伝熱フィン厚さが、０．００４〜０．００５インチ（０．１０１６〜０．１２７０mm）、且つ
伝熱フィン密度が、４０〜４５インチ-1（１５．７４８〜１７．７１７cm-1）である、
請求項６に記載のプレート−フィン熱交換器。
【請求項８】
前記第１の伝熱区画に続く伝熱区画で、段々とフィン密度が減少している、請求項６に記載のプレート−フィン熱交換器。
【請求項９】
前記第１の伝熱区画に続く伝熱区画で、段々とフィン厚さが厚くなっている、請求項６に記載のプレート−フィン熱交換器。
【請求項１０】
第１の流路群に導入される第１の流体及び第２の流路群に導入される第２の流体を受けるようにされた実質的に平行で垂直にのびる流路のアセンブリによって作られている一般に平行六面体状の本体を有する、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−フィン熱交換器であって、前記第１の流路群の流路と前記第２の流路群の流路とが交互の位置にあり、前記第２の流路群が、隣接する分離シート間に配置された複数のフィンを有し、前記フィンが、第２の流路群に入る及び第２の流路群から出る第２の流体の流れを均一にする入口及び出口分散フィンと、この入口及び出口分散フィンの間の少なくとも１つの伝熱区画を作っている伝熱フィンとを含み、それぞれの伝熱区画の伝熱フィンのフィン厚さ、フィン密度及びフィン高さが実質的に均一であり、ここで、
伝熱フィン厚さが、０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２mm）であり、
伝熱フィン密度が、４０インチ-1（１５．７４８cm-1）又はそれよりも大きく、且つ
伝熱フィン高さが、０．１０インチ（２．５４mm）又はそれ未満である、
ことを特徴とする、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。
【請求項１１】
伝熱フィン高さが、０．０５０〜０．１００インチ（１．２７〜２．５４mm）、
伝熱フィン厚さが、０．００４〜０．００５インチ（０．１０１６〜０．１２７０mm）、且つ
伝熱フィン密度が、４０〜４５インチ-1（１５．７４８〜１７．７１７cm-1）である、
請求項１０に記載のプレート−フィン熱交換器。
【請求項１２】
液体酸素含有流れが、前記第２の流路郡中の窒素及び／又はアルゴン含有流れに対して平行に、前記第１の流路群中を通る、請求項６に記載のプレート−フィン熱交換器。
【請求項１３】
液体酸素含有流れが、前記第２の流路郡中の窒素及び／又はアルゴン含有流れに対して平行に、前記第１の流路群中を通る、請求項１０に記載のプレート−フィン熱交換器。
【請求項１４】
請求項１に記載のプレート−フィン熱交換器を有する低温空気分離設備。
【請求項１５】
実質的に平行な分離シートを提供すること、
長いシートを波形にして、フィン密度が実質的に均一な複数のフィンを作ること、ここでフィンの高さ及び厚さは実質的に均一であり、フィン厚さは０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２mm）、フィン高さは０．１０インチ（２．５４mm）又はそれ未満、且つフィン密度は４０インチ-1（１５．７４８cm-1）又はそれよりも大きい、及び
波形にした前記シートのフィンを、前記分離シートの間に配置すること、
を含む、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−フィン熱交換器の組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【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  ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）、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。
【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。
【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１１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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、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を持つ低温空気分離装置を含む。
【００１４】
第１の態様は、第１の流体が通るようにされた第１の流路群を有する、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複数の流体流れの間接熱交換のためのプレート−フィン熱交換器であって、前記第１の流体が、前記第１の流路群の少なくとも一部において２相であり、前記第１の流路群の前記部分に複数のフィンが配置されており、前記フィンの少なくとも一部が、実質的に均一なフィン密度で隣接する分離シート間に配置されており、それぞれのフィンのフィン高さ及びフィン厚さが実質的に均一であり、ここでフィン厚さが０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２mm）であり、フィン高さが０．１０インチ（２．５４mm）又はそれ未満であり、且つフィン密度が４０インチ-1（１５．７４８cm-1）又はそれよりも大きい、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複数の流体流れの間接熱交換のためのプレート−フィン熱交換器である。好ましくは、フィン厚さが０．００４〜０．００５インチ（０．１０１６〜０．１２７０mm）又は０．００７〜０．００８インチ（０．１７７８〜０．２０３２mm）、フィン高さが０．０５０〜０．１００インチ（１．２７〜２．５４mm）、且つフィン密度が４０〜４５インチ-1（１５．７４８〜１７．７１７cm-1）である。
【００１５】
第２の態様は、複数の平行な分離シートと隣接する分離シート間に配置された複数の波形のフィンを有する平行六面体状の本体を含む、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リボイラー又はコンデンサーとして機能するプレート−フィン熱交換器であって、前記フィンの少なくとも一部が、実質的に均一なフィン密度で隣接する分離シート間に配置されており、それぞれのフィンのフィン高さ及びフィン厚さが実質的に均一であり、ここでフィン厚さが０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２mm）であり、フィン高さが０．１０インチ（２．５４mm）又はそれ未満であり、且つフィン密度が４０インチ-1（１５．７４８cm-1）又はそれよりも大きい、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−フィン熱交換器である。
【００１６】
第３の態様は、第１の流路群に導入される第１の流体及び第２の流路群に導入される第２の流体を受けるようにされた実質的に平行で垂直にのびる流路のアセンブリによって作られている一般に平行六面体状の本体を有する、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−フィン熱交換器であって、前記第１の流路群の流路と前記第２の流路群の流路とが交互の位置にあり、前記第１の流路群が、隣接する分離シート間に配置された複数のフィンを有し、前記フィンが、前記第１の流体を分散させるためのハードウェイフィン及びこの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とを含み、この伝熱フィンが、表面積が段々と減少する１又は複数の伝熱区画を作り、第１の伝熱区画の伝熱フィンのフィン密度、フィン厚さ及びフィン高さが実質的に均一であり、ここで、伝熱フィン密度が、４０インチ-1（１５．７４８cm-1）又はそれよりも大きく、伝熱フィン厚さが、０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２mm）であり、且つ伝熱フィン高さが、０．１０インチ（２．５４mm）又はそれ未満であることを特徴とする、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４０〜４５フィン（１ｃｍ当たり約１５．７４８〜１７．７１７フィン）、フィン高さが約０．０５０〜０．１００インチ（約１．２７〜２．５４ｍｍ）、そしてフィン厚さが約０．００４〜０．００５インチ（約０．１０１６〜０．１２７０ｍｍ）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。
【００１８】
第４の態様は、第１の流路群に導入される第１の流体及び第２の流路群に導入される第２の流体を受けるようにされた実質的に平行で垂直にのびる流路のアセンブリによって作られている一般に平行六面体状の本体を有する、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−フィン熱交換器であって、前記第１の流路群の流路と前記第２の流路群の流路とが交互の位置にあり、前記第２の流路群が、隣接する分離シート間に配置された複数のフィンを有し、前記フィンが、第２の流路群に入る及び第２の流路群から出る第２の流体の流れを均一にする入口及び出口分散フィンと、この入口及び出口分散フィンの間の少なくとも１つの伝熱区画を作っている伝熱フィンとを含み、それぞれの伝熱区画の伝熱フィンのフィン厚さ、フィン密度及びフィン高さが実質的に均一であり、ここで、伝熱フィン厚さが、０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２mm）であり、伝熱フィン密度が、４０インチ-1（１５．７４８cm-1）又はそれよりも大きく、且つ伝熱フィン高さが、０．１０インチ（２．５４mm）又はそれ未満であることを特徴とする、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−フィン熱交換器である。好ましくは、フィン密度が１インチ当たり４０〜４５フィン（１ｃｍ当たり１５．７４８〜１７．７１７フィン）、フィン高さが０．０５０〜０．１００インチ（１．２７〜２．５４ｍｍ）、そしてフィン厚さが０．００４〜０．００５インチ（０．１０１６〜０．１２７ｍｍ）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の各態様で説明したような、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４０フィン（１ｃｍ当たり１５．７４８フィン）以上、フィン高さは０．１０インチ（２．５４ｍｍ）以下、及びフィン厚さは０．００４〜０．００８インチ（０．１０１６〜０．２０３２ｍｍ）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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００２６】
図２で示されるように、流路１８は、孔２９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。
【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。
【００２９】
図２で示される態様では、パン状の装置２２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。２８Ａ、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（Ｓｕｎｄｅｒ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３５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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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）
【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／ｐ１２ｇ）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）
【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、２５ｐｓｉａ（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／ｆｔ３  （１．１２１４ｇ／ｃｍ３  ）、熱伝導度＝０．０８５Ｂｔｕ／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（１４８．８ｋｃａｌ／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（５．０８〜７．６２ｍｍ）
ｔｆ  ＝０．００８−０．０１２ｉｎ（０．２０３２〜０．３０４８ｍｍ）
ｆｐｉ＝１５−２５ｉｎ−１（５．９０６〜９．８４２５ｃｍ−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（２．５４〜１０．１６ｍｍ）
ｔｆ  ＝０．００２−０．０１４ｉｎ（０．０５０８〜０．３５５６ｍｍ）
ｆｐｉ＝１０−４０ｉｎ−１（３．９３７〜１３．７７４ｃｍ−１）
【００４５】
図８は、０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）の一定のフィン厚さｔｆ  と２５ｉｎ  −１  （９．８４２５ｃｍ−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  （９．８４２５ｃｍ−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（ｍｍ）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（６．３５ｍｍ）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］＊  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）
【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）
【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）
【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）
【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。
0003561175.tif 000002
【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）
【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。
【００５５】
図８は、０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）の一定のフィン厚さｔｆ  と２５ｉｎ  −１  （９．８４２５ｃｍ−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  （９．８４２５ｃｍ−１）の一定のフィン密度ｆｐｉにおいて、［ｈＡｄＴ］＊  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５００になるようにする。示されるように、［ｈＡｄＴ］＊  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（６．３５ｍｍ）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、［ｈＡｄＴ］＊  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。
【００５９】
［ｈＡｄＴ］＊  及び［ｈＡ］＊  の計算例を表１に示す。
【表１】
0003561175.tif 000003
表１において、Ｈ（ｉｎ）とｔｆ  （ｉｎ）はそれぞれ２５．４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、う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する程度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（０．１０１６〜０．３０４８ｍｍ）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１００、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。
【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２８Ａ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。
【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。
【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。
【表２】
0003561175.tif 000004
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。
【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。
【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。
【００６９】
【表３】
0003561175.tif 000005
【００７０】
【表４】
0003561175.tif 000006
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図８】０．００８インチ（０．２０３２ｍｍ）の一定のフィン厚さｔｆ  と２５ｉｎ  −１  （９．８４２５ｃｍ−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［ｈＡｄＴ］＊  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［ｈＡｄＴ］＊  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。
【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。
【符号の説明】
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
【図１】
0003561175.tif 000007
【図２】
0003561175.tif 000008
【図３】
0003561175.tif 000009
【図４】
0003561175.tif 000010
【図５】
0003561175.tif 000011
【図６】
0003561175.tif 000012
【図７】
0003561175.tif 000013
【図８】
0003561175.tif 000014
【図９】
0003561175.tif 000015
【図１０】
0003561175.tif 000016
【図１１】
0003561175.tif 000017
【図１２】
0003561175.tif 000018