(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブプレート間に複数のコルゲーションフィンが、コルゲーション方向に直角な流体流通方向に所定の隙間をあけて配列されたプレートフィン型熱交換器において、流体流通方向に配列されたコルゲーションフィン間に形成された前記隙間に、流体流通方向上流のコルゲーションフィン側から流通方向下流を見たときに端面の板厚みのみが現れるように流体流通方向に平行な薄板材を流通方向に直交する方向に折り曲げて構成された異形材スペーサーを、当該異形材スペーサーの両端面のみが前記隙間を挟む上下流コルゲーションフィンの各端面と交差状態で接触するように配置したプレートフィン型熱交換器。
【請求項２】
前記異形材スペーサーは、チューブプレートに対向配置され隙間に相当する幅寸法を有する平坦面形状の構造主体部と、構造主体部の隙間長手両端側にあってチューブプレートに当接する脚部とを有する請求項１に記載のプレートフィン型熱交換器。
【請求項３】
異形材スペーサーの流体流通方向に直交する断面が、略Ｈ字型、略Ｎ字型、略Ｖ字型、略Ｕ字型、略Ｏ字型、略Δ字型のうちのいずれかである請求項１に記載のプレートフィン型熱交換器。
【請求項４】
プレートフィン型熱交換器が、流体流通方向に配列されたコルゲーションフィン間の隙間が２〜１０ｍｍに設定されるリボイラー・コンデンサーである請求項１に記載のプレートフィン型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プレートフィン型熱交換器の改良、特に、空気分離装置に使用されるリボイラー・コンデンサーの用途に最適で、炭化水素成分の凝集が発生しないプレートフィン型熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気分離(air liquefaction)製造工程は、大気を吸入してから圧縮→冷却→膨張→液化分離の工程を繰返して、液体酸素及び液体窒素を製造する。
【０００３】
プロセスとしては、空気濾過器を経て取入れた空気を圧縮機にて昇圧し、水洗冷却器、フロン冷却器により0℃まで冷却した後、吸着器により空気中の水分および炭酸ガスを除去し、空気深冷器に送られる。次に液化分離器では熱交換器により冷却された後、精留塔に入り、ここで空気は精留され、液体酸素と窒素ガスに分けられる。
【０００４】
また、精留塔、上塔下部の液体酸素あるいは液体空気室に浸漬配置されたリボイラー・コンデンサーにおいて、液体酸素又は液体空気の蒸発潜熱で気体窒素を凝縮する。ここで、該リボイラー・コンデンサーには、熱交換効率にすぐれたプレートフィン型熱交換器が使用されている。
【０００５】
一般にプレートフィン型熱交換器は、複数のアルミニウム製チューブプレート間にアルミニウム製コルゲーションフィン（以下コルゲーションフィンパッド或いはフィンパッドはこのコルゲーションフィンを意味する）を挟み、プレート間の外周部にスペーサーバーを配置して通路高さを確保して、積層配置されるチューブプレート間に複数の流体通路を形成した構成からなる。
【０００６】
また、通路内のコルゲーションフィンパッドは、通常、所要幅寸法の帯材料を用いて長手方向をコルゲーション方向として成形される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記のリボイラー・コンデンサーは、例えば通路幅が1m、長さが3mと大型の流体通路を有するため、通路内のコルゲーションフィンパッドは、コルゲーション方向(フィンパッド長さ)を通路幅方向として、フィンパッド幅が例えば50cmであれば、通路長さ方向にコルゲーションのうねり方向を合わせて6枚のコルゲーションフィンパッドを配置している。
【０００８】
リボイラー・コンデンサーにおいて、蒸発する液体酸素あるいは液体空気には時として微量の炭化水素成分(hydrocarbon）が存在し、酸素が蒸発する際、前記のフィンパッドの継ぎ目、特に流体流通方向に配列されたフィンパッド間に炭化水素成分の凝集を生じることがある。
【０００９】
この炭化水素成分の凝集はある条件の下で爆発を生じ、コンデンサーの破損あるいは装置全体の破損に至ることがある。この凝集を防止するため、流体流通方向に配列されたフィンパッド同士の間に一定の隙間、例えば２〜１０ｍｍ程度を確保し、炭化水素成分が通り抜けやすい構造とすることが望まれている。
【００１０】
そこで、流体流通方向に配列されたフィンパッド間に所要のスペーサーを配置して隙間を確保することが想定されるが、スペーサーが熱交換器の組立ての際に変形したり、フィンパッドのコルゲーション形状を変形させたりすることなく、設定どおりの隙間を形成でき、さらにはスペーサー自体が新たな炭化水素成分の凝集原因とならないことが要求される。
【００１１】
この発明は、かかるプレートフィン型のリボイラー・コンデンサーなどの用途において、被熱交換流体中の炭化水素成分などの所要成分が通路内の流体流通方向に接続配置したフィンパッド間に凝集するのを防止するため、フィンパッド間に所定の隙間を設定どおりに形成できる構成の提供を目的としている。また、この発明は、プレートフィン型熱交換器の製造に際して、組立てが容易で確実にフィンパッド間に所定の隙間を設けることが可能な構成からなるプレートフィン型熱交換器の提供を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、通路内の流体流通方向に配列されたフィンパッド間に所定の隙間を設定どおりに形成できるスペーサーの構造について種々検討した結果、このフィンパッド間に、主要部がチューブプレートに対向配置される水平板の如く、流体流通方向上流のコルゲーションフィン側から流通方向下流を見たときに端面の板厚みのみが現れる異形材スペーサーを配置することにより、目的が達成できることを知見し、この発明を完成した。
【００１３】
すなわち、この発明は、チューブプレート間に複数のコルゲーションフィンが、コルゲーション方向に直角な流体流通方向に所定の隙間をあけて配列されたプレートフィン型熱交換器において、流体流通方向に配列されたコルゲーションフィン間に形成された前記隙間に、流体流通方向上流のコルゲーションフィン側から流通方向下流を見たときに端面の板厚みのみが現れるように流体流通方向に平行な薄板材を流通方向に直交する方向に折り曲げて構成された異形材スペーサーを、当該異形材スペーサーの両端面のみが前記隙間を挟む上下流コルゲーションフィンの各端面と交差状態で接触するように配置したことを特徴とするプレートフィン型熱交換器である。
【００１４】
またこの発明は、上記の構成において、異形スペーサーの構造主体部がチューブプレートに対向配置される平坦面からなり、その構造主体部の隙間長手両端側に、チューブプレートに当接する脚部が設けられる構成、あるいは異形材スペーサーの流体流通方向に直交する断面が、略Ｈ字型、略Ｎ字型、略Ｖ字型、略Ｕ字型、略Ｏ字型、略Δ字型などのいずれかである構成、を併せて提案する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明によるプレートフィン型熱交換器の実施形態を図面に基づいて詳述する。図１Ａは、流体通路を上面から見た説明図で、図の手前から上側に流体が流れるとすると、符号の１と３がフィンパッド、すなわちコルゲーションフィンで２がフィンパッド間の隙間部ｇである。当該隙間部２内にこの発明による異形スペーサー５を挿入する。図１Ｂは、フィンパッド３の端面を上流のフィンパッド１側から見た説明図であり、符号の４がチューブプレートである。
【００１６】
図１Ａ、図１Ｂに示す異形スペーサー５は、チューブプレート４に対向配置される平坦面の構造主体部６と上下のチューブプレート４，４に当接する脚部７とから構成される。すなわち、隙間部２に相当する幅寸法を有する薄板材の長手両端側の中央にスリットを入れてそれぞれ逆方向に折り曲げた構成からなり、フィンパッド１，３間に流体流通方向上流のフィンパッド１側から流通方向下流を見たときに端面の板厚みのみが現れるように配置され、かつ流体流通方向に直交する断面が略Ｈ字型である。
【００１７】
断面が略H字型の異形スペーサー5は、熱交換器の製造時に当該隙間部2内に通路幅方向に1〜2個が挿入されて、チューブプレート4の表面に成膜されたろう材を溶融させて一体にろう付けする際に、前記脚部7の先端がチューブプレート4,4にろう付け固定される。
【００１８】
また異形スペーサー５は、流れを疎外することがないように、構造主体部６に貫通孔６ａを設けることも好ましい。さらにフィンパッド１，３の隙間部２側端面、すなわち隙間部２を挟む上下流フィンパッド１，３の各端面との接触部は、両端面のみ、より具体的には隙間部２を挟む上下流フィンパッド１，３の各端面と交差した両端面のみであるが、できるだけフィンパッド１，３との接触面積を減らすほうが、異物などの凝集が発生し難くなる。
【００１９】
例えば、図2A〜Cに示すように、脚部8を形成するためのスリットを大きくして当該脚部8を自体を小さくしたり、図2Aに示すように構造主体部6の長辺側を凹状円弧6bに切り欠くことによって、異形スペーサー9の隙間部2側のフィンパッド1,3端面との接触部面積を著しく減少させることができる。また、図2Bのごとく凸状円弧6cで切り欠いたり、あるいは図2Cのごとく凹状円弧6bと凸状円弧6cを組み合せて切り欠いた構成とすることができる。
【００２０】
また、図3に示すごとく、チューブプレートへの当接面積を大きくするため、フィンパッド間の隙間部長さgに相当する幅で所要長さの短冊材料を隙間部高さh相当部分が柱になるように略キャップ状(略U字型)に折り曲げ、さらに前記柱部分の板幅を切り欠いて細くした構成とすることができる。
【００２１】
異形スペーサーの形状は、流体流通方向に直交する断面形状で表して図１Ｂに示すごとく脚７が傾斜した略Ｈ字型のほか、図４Ａの脚を構造主体部６に直交するように曲げた構成が採用できる。また、図４Ｂのごとく、脚を一方側のみに折り曲げた高さが低い、浅溝型の略Ｕ字型を採用できる。
【００２２】
またさらに、異形スペーサーの形状は、流体流通方向に直交する断面形状で表して図４Ｃのごとく略Ｎ字型、図２Ｄのごとく略Ｖ字型、図４Ｅのごとく略Δ字型、図４Ｆのごとく略Ｏ字型等の断面形状を適宜採用できる。これらと併せて前述の図２に示す切り欠きの手段によって異形スペーサーの隙間部２側のフィンパッド１，３端面との接触部面積を減少させることが望ましい。
【００２３】
【実施例】
リボイラー・コンデンサーとして、通路幅が1m、長さが約2.5mの流体通路を有する構成を作製するため、幅50cmのフィンパッドを5枚、通路長手方向に5mmの間隔を開けて配置し、この5mmの隙間に挿入する異形材スペーサーとして、図1A,B並びに図2Aに示す2種の構成のものを用い、各隙間に2個ずつ配置し、さらに要求される通路段数を積層して全体をブレージングにて一体化した。
【００２４】
完成したリボイラー・コンデンサーの当該隙間箇所をへき開して確認したところ、設定された5mmの間隔が正確に確保され、また異形材スペーサーによるフィンやチューブプレートの変形や損傷は皆無であった。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によるプレートフィン型熱交換器は、リボイラー・コンデンサーなどの用途において、被熱交換流体中の炭化水素成分などの所要成分が通路内に接続配置したフィンパッド間に凝集するのを防止できる。また、プレートフィン型熱交換器の製造に際して、所要断面形状の異形スペーサーを挿入するだけで、組立てが容易で確実にフィンパッド間に所定の隙間を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による異形スペーサーの構成を示す説明図であり、Ａは流体通路を上面から見た説明図、ＢはＡのフィンパッド３の端面を上流のフィンパッド１側から見た説明図、Ｃは流体通路を上面から見た説明図である。
【図２】  Ａ，Ｂ，Ｃはこの発明による異形スペーサーの他の構成を示す説明図である。
【図３】  この発明による異形材スペーサーの他の構成を示す斜視説明図である。
【図４】  Ａ〜Ｆはこの発明による異形材スペーサーの流体流通方向に直交する断面形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１，３  フィンパッド（コルゲーションフィン）
2   隙間部
4   チューブプレート
５，９  異形スペーサー
6   構造主体部
６ａ  貫通孔
６ｂ  凹状円弧
６ｃ  凸状円弧
７，８  脚部
ｇ  隙間部長さ
ｈ  隙間部高さ
【図１】
0004567142.tif 000002
【図２】
0004567142.tif 000003
【図３】
0004567142.tif 000004
【図４】
0004567142.tif 000005