(57)【要約】【課題】凝縮蒸発器コアに設ける液溜と各液溜を連通させる手段を簡素な構成によってコンパクトに実現できる多段液溜式凝縮蒸発器を得る。【解決手段】本発明に係る多段液溜式凝縮蒸発器１は、凝縮通路１７と蒸発通路１９とを隣接に積層して形成される熱交換部３と熱交換部３の積み高さ方向の両側面に設けられた液体連通通路から形成される液体連通部からなる熱交換器コアと、熱交換器コアの幅方向に一段以上の液溜部７とを有していることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが通流して凝縮する上下に連通した凝縮通路と、前記ガスと熱交換して蒸発する液体が通流する複数段に仕切られた蒸発通路と、該蒸発通路に供給及び流出する液体を溜める一段以上からなる液溜部と、該液溜部の液体を上側の液溜部から下側の液溜部に流すための液体連通通路とを備えた多段液溜式凝縮蒸発器であって、プレートとフィンからなる前記凝縮通路と前記蒸発通路を隣接して積層して形成される熱交換部と該熱交換部の積み高さ方向の少なくとも片側に前記液体連通通路から形成される液体連通部からなる熱交換器コアと、前記熱交換器コアの幅方向の少なくとも片側の側面に前記蒸発通路の段数に対応して形成された一段以上の液溜部を有することを特徴とする多段液溜式凝縮蒸発器。
【請求項２】
前記蒸発通路には、各液溜部の液体を仕切られ各蒸発通路に導入するための蒸発導入流路と、上昇した気液２相流体を各液溜部に流出させるための蒸発流出流路とが形成され、前記液体連通通路には、各液溜部の液体を液体連通通路に導入するための連通導入流路と、下側の液溜部に液体を流出させるための連通流出流路とが形成されていることを特徴とする請求項１記載の多段液溜式凝縮蒸発器。
【請求項３】
前記連通導入流路の入口が蒸発流出流路の出口の位置よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の多段液溜式凝縮蒸発器。
【請求項４】
前記蒸発導入流路の入口の高さ位置と、前記連通流出流路の出口の高さ位置がずれて設けられていることを特徴とする請求項２に記載の多段液溜式凝縮蒸発器。
【請求項５】
前記各液溜部が閉空間となっており、該液溜部に流出された蒸発ガスを取り出すための蒸発ガス取出口が各液溜部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多段液溜式凝縮蒸発器。
【請求項６】
前記液溜部の中で、最上段の液溜部には、外部から液体を導入する液体導入口が設けられ、最下段の液溜部には液体を外部に排出するための液体排出口が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の多段液溜式凝縮蒸発器。
【請求項７】
前記液溜部が開放されており、前記各液溜部に流出された蒸発ガスを集めるガス集約容器をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多段液溜式凝縮蒸発器。
【請求項８】
前記液溜部が前熱交換器コア熱交換器コアの幅方向の前後両側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の多段液溜式凝縮蒸発器。
【請求項９】
前記液体連通通路が、前記熱交換器コアの積み高さ方向の両側面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の多段液溜式凝縮蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの蒸発区域に設けられた液溜内の液体を蒸発通路に導入して凝縮流路を流れる気体との熱交換によりサーモサイフォン作用を利用して蒸発させると共に、前記気体を凝縮させる多段液溜式凝縮蒸発器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液溜式凝縮蒸発器は、複式精留塔からなる空気液化分離装置の低圧蒸留塔（以下、「低圧塔」という）塔底からの液化酸素と、高圧蒸留塔（以下、「高圧塔」という）の塔頂からの窒素ガスとを、間接熱交換させることにより、液化酸素の一部を蒸発気化して低圧塔の上昇ガスを生成するとともに、窒素ガスを凝縮液化して両塔の還流液を生成するのに用いられている。
【０００３】
このような液溜式凝縮蒸発器としては、プレートフィン型の熱交換器コアを使用したものが通常用いられている。このプレートフィン型の熱交換器コアは、仕切板を介して隣接した凝縮通路と蒸発通路とからなる熱交換通路を多数有するものであって、液溜内に浸漬されており、気体で導入される凝縮流体（窒素ガス）が、液溜内の蒸発流体（液化酸素）との間接熱交換により、凝縮通路で凝縮液化して熱交換器コアの下方へ流れるとともに、熱交換器コアの下から蒸発通路に導入された液化酸素を一部蒸発気化させて熱交換器コアの上方へ流れるように形成されている。
【０００４】
蒸発通路内における下からの流入と上方への流れは、流体密度が蒸発により液溜内の密度よりも小さくなることで生じるサーモサイフォン効果によるものであるが、熱交換器コアは全体を液化酸素に浸漬して用いられるため、液化酸素の液ヘッドによってその沸点よりも低い温度で熱交換器コアに流入することになる。したがって、沸騰を開始するまでにある程度のコア高さを必要とするだけでなく、沸点までの温度上昇により凝縮流体の窒素ガスとの温度差が確保できなくなるので、窒素ガスの圧力が高くなり、運転費が増大してしまう。
【０００５】
液化酸素の液ヘッドに起因する上記問題を解消するため、蒸発区域を上下に複数に仕切り、各蒸発区域に液化酸素を溜める液溜を多段に設けることで、沸点上昇を抑制して効率を高めるようにした「多段浴凝縮器」が特許文献２に開示されている。液溜を多段にした場合、各蒸発区域に設けた液溜間を連通させて液化酸素を各液溜に供給するための手段が必要となる。この点、特許文献２においては、特許文献２における図１、図４に示されるように、熱交換器コアの幅方向の両面又は片面に液体を溜める液溜部と各液溜部を連通させて液体を各液溜に供給するための手段を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献２】特表２００３−５３５３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の多段浴凝縮器では、熱交換器コアの外側面に設ける液溜部や液体の連通手段が複雑になっており、その製作コストが高くなるという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、熱交換器コアに設ける液溜と各液溜を連通させる手段を簡素な構成によってコンパクトに実現できる多段液溜式凝縮蒸発器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者は、上記課題を解決するため、各液溜部を連通させて各液溜部に液体を供給する手段を熱交換器コアに組み込むことを考え、本発明はかかる考えに基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。
【００１０】
（１）本発明に係る多段液溜式凝縮蒸発器は、ガスが通流して凝縮する上下に連通した凝縮通路と、前記ガスと熱交換して蒸発する液体が通流する複数段に仕切られた蒸発通路と、該蒸発通路に供給及び流出する液体を溜める一段以上からなる液溜部と、該液溜部の液体を上側の液溜部から下側の液溜部に流すための液体連通通路とを備えた多段液溜式凝縮蒸発器であって、プレートとフィンからなる前記凝縮通路と前記蒸発通路を隣接して積層して形成される熱交換部と該熱交換部の積み高さ方向の少なくとも片側に前記液体連通通路から形成される液体連通部からなる熱交換器コアと、前記熱交換器コアの幅方向の少なくとも片側の側面に前記蒸発通路の段数に対応して形成された一段以上の液溜部とを有することを特徴とするものである。
【００１１】
（２）前記蒸発通路には、各液溜部の液体を仕切られ各蒸発通路に導入するための蒸発導入流路と、上昇した気液２相流体を各液溜部に流出させるための蒸発流出流路とが形成され、前記液体連通通路には、各液溜部の液体を液体連通通路に導入するための連通導入流路と、下側の液溜部に液体を流出させるための連通流出流路とが形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記連通導入流路の入口が蒸発流出流路の出口の位置よりも下方に設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
（４）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記蒸発導入流路の入口の高さ位置と、前記連通流出流路の出口の高さ位置がずれて設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記各液溜部が閉空間となっており、該液溜部に流出された蒸発ガスを取り出すための蒸発ガス取出口が各液溜部に設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記液溜部の中で、最上段の液溜部には、外部から液体を導入する液体導入口が設けられ、最下段の液溜部には液体を外部に排出するための液体排出口が設けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
（７）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記液溜部が開放されており、前記各液溜部に流出された蒸発ガスを集めるガス集約容器をさらに備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
（８）また、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のものにおいて、前記液溜部が前熱交換器コアの幅方向の前後両側に設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
（９）また、上記（１）乃至（８）のいずれかに記載のものにおいて、前記液体連通通路が、前記熱交換器コアの積み高さ方向の両側面に設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る多段液溜式凝縮蒸発器においては、プレートとフィンからなる前記凝縮通路と前記蒸発通路を隣接して積層し形成された熱交換部と、該熱交換部の積み高さ方向の少なくとも片側に前記液体連通通路で形成された液体連通部からなる熱交換器コアと、前記熱交換器コアの幅方向の少なくとも片側の側面に前記蒸発通路の段数に対応して形成された一段以上の液溜部とを有する構成としたので、配管で連通通路を構成した従来の凝縮器と比較して、構造が簡素でありコンパクト化が可能である。
また、上記のような構成にすることで、熱交換器コアとして一体的に製造することが可能となるので、製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器の斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器の一部を透視して示した斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器のコアの機能説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器の構成の説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器コアを構成する各通路の説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器コアの基本構造の説明図である（その１）。
【図７】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器コアの基本構造の説明図である（その２）。
【図８】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器を適用した空気液化分離装置の説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器の液溜部の他の態様の説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器の液溜部のさらに他の態様の説明図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器の液溜部の説明図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器の液溜部の他の態様の説明図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器のガス集約容器の説明図である（その１）。
【図１４】本発明の他の実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器のガス集約容器の説明図である（その２）。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器コアの他の態様の説明図である（その１）。
【図１６】本発明の他の実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器コアの他の態様の説明図である（その２）。
【図１７】本発明の他の実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器を適用した空気液化分離装置の説明図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器を適用した空気液化分離装置の他の態様の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［実施形態１］
本発明の一実施の形態に係る多段液溜式凝縮蒸発器１は、例えば、図１、２に示すように、上下方向に連なる４つ蒸発区域（上から順に第１蒸発区域９〜第４蒸発区域１５）から構成されている。ここで蒸発区域とは、ガスと液体とを熱交換させて液体を蒸発させる区域のことである。多段液溜式凝縮蒸発器１は、図３に示すように、熱交換部３と、熱交換部３の積み高さ方向の両側面に設けられた第１液体連通通路３５〜第３液体連通通路３９から形成される液体連通部４からなる熱交換器コア５と、熱交換器コア５の幅方向の両側に形成された複数段の液溜部７とを有している。
以下、各構成を詳細に説明する。なお、以下の説明では、多段液溜式凝縮蒸発器１が、窒素ガスと液体酸素とを熱交換させて、窒素ガスを凝縮するとともに液体酸素を蒸発させる空気液化分離装置の主凝縮蒸発器として用いられる場合を例に挙げて説明する。
【００２２】
＜熱交換部＞
熱交換部３は、内部に液体酸素と窒素ガスを流通させて互いに熱交換させて、窒素ガスを凝縮させるとともに液体酸素を蒸発させるためのものであり、凝縮通路１７と蒸発通路１９とが隣接して積層されている。
本実施の形態では、図３に示すように、熱交換部３は、４層の凝縮通路（Ａ）と５層の蒸発通路（Ｂ）を積層して形成されている。
【００２３】
凝縮通路１７と蒸発通路１９は、図６に示すような、プレート２５（チューブプレート）と、フィン２７（コルゲートフィン）と、サイドバー２９等を積層して形成される、いわゆるプレートフィン型のものである。プレート２５とフィン２７が流路を形成し、サイドバー２９は形成された流路を仕切ると共に補強の機能を有している。図３及び図５においてサイドバー２９を黒く塗り潰して表示している。プレート２５とフィン２７が積層されることで形成される流路は、フィン２７の向きが流路の方向となる。複数のフィン２７を、向きを変えて組み合わせることで種々の方向の流路を形成することができ、例えば図７に示すように、縦向きのフィン２７と横向きのフィン２７を組み合わせることで、横方向から縦方向へさらには縦方向から横方向に流れる流路を形成することができる。
【００２４】
凝縮通路１７は、縦向きのフィンを用いて形成されており、図３もしくは図５に示すように、流路が熱交換器コア５の上端面から下端面亘って連通するように形成されている。窒素ガスは、凝縮通路１９の上端からが流入して、凝縮通路内部を通過する間に冷却されて、下端から液体窒素として流出する。
【００２５】
蒸発通路１９は、図３及び図５に示すように、各蒸発区域ごとに独立して設けられており、図５に示すように、熱交換器コア５の幅方向に対して横向きのフィンと横向きのフィンに連通するように縦向きのフィンを配置することで形成されている。各蒸発通路１９の液溜部７に貯留された液体酸素は、下部の横向きフィンからなる蒸発導入流路１９ａから流入し、縦向のフィンに沿って蒸発しながら上昇し、気液２相流体の状態で上部の横向きフィンからなる蒸発流出流路１９ｂを通って液溜部７に戻される。
【００２６】
なお、熱交換器コア５の上端には、図２に示すように、複数の凝縮通路１７に窒素ガスを分配して供給するための窒素ガスヘッダ２１が設けられており、窒素ガスヘッダ２１には窒素ガス導入管２１ａが設けられている。
また、熱交換器コア５の下端には、図２に示すように、凝縮通路１７で凝縮された液体窒素を集液する液体窒素ヘッダ２３が設けられており、液体窒素ヘッダ２３に集液された液体窒素は図示しない液体窒素取出管から取り出せるようになっている。
【００２７】
＜液体連通部＞
第１液体連通通路３５〜第３液体連通通路３９は液体連通部４を形成するためのものであり、熱交換部３の積み高さ方向両側面に設けられている。第２液体連通通路３７は、図３に示すように、熱交換部３の側面にプレート３１とフィンでＤ層内に形成され、第１液体連通通路と第３液体連通通路はさらにその外側のＣ層内にフィン及びプレート３１を設けることで形成されている。
【００２８】
図５は第１液体連通通路３５〜第３液体連通通路３９のフィン構成の一例を示したものであり、蒸発通路と同様に、縦向きのフィンと横向きのフィンとを組み合わせている。
なお、図５においては簡略化のため縦向きのフィンを表す線の一部を省略している。第１液体連通通路３５〜第３液体連通通路３９のフィンは、液体酸素をスムーズに流下させるために圧力損失が少ないフィン（例えばピッチが粗いフィン）を用いることが望ましい。
【００２９】
第１液体連通通路３５は、第１蒸発区域９から第２蒸発区域１１への連通通路であり、第３液体連通通路３９は第３蒸発区域１３から第４蒸発区域１５への連通通路で、同じＣ層内で形成している。また、第２液体連通通路３７は、第２蒸発区域１１から第３蒸発区域１３への連通通路であり、Ｄ層内に形成している。
なお、液体連通部４を構成するＣ層、Ｄ層には通路として機能しない部位（ダミー通路）が形成されており、このダミー通路の部分は図３、図５において網掛けで示している。
【００３０】
第１及び第３液体連通通路３５、３９の上部には第１及び第３蒸発区域９、１３の各液溜部７の液体酸素が導入される横向きフィンからなる連通導入流路３５ａ、３９ａが形成され、第１及び第３液体連通通路３５、３９の下部には第２及び第４蒸発区域１１、１５の各液溜部７に液体酸素を導出させる横向きフィンからなる連通流出流路３５ｂ、３９ｂが形成されている。
同様に、第２液体連通通路３７の上部には第２連通導入流路３７ａが形成され、第２液体連通通路３７の下部には第２連通流出流路３７ｂが形成されている。
【００３１】
以上のように、熱交換部３の側面にプレート３１とフィンを配置することで第１液体連通通路３５〜第３液体連通通路３９からなる液体連通部を形成することができるので、従来のように配管で連通通路を構成した従来の凝縮器と比較して、構造が簡素でありコンパクト化が可能である。
また、上記のような構成にすることで、液体連通部４と熱交換部３をプレートフィン型熱交換器コア５として一体的に製造することが可能である。具体的には、熱交換器コア５を構成する熱交換部３と液体連通部４のプレート２５、フィン２７やサイドバー２９の組み立てを行い（図６参照）、組み立てたものを加熱炉に入れて真空ロウ付けして製造することができる。
【００３２】
また、第１液体連通通路３５から第３液体連通通路３９の連通通路部４を、熱交換部３の内側ではなく外側面に設けているので、凝縮通路１７の流体との熱交換を避けることができる。
【００３３】
なお、図３及び図４に示す例では、液体連通部４を熱交換部３の両側に設けているが片側だけでもよい。もっとも、両側に設けた方が、液体酸素の流下がスムーズである。
【００３４】
液体酸素の処理量の全ては第１蒸発区域９の液溜部７に供給され、各蒸発区域での蒸発量はほぼ等しいので、連通通路を流れる流量は、第１液体連通通路３５、第２液体連通通路３７、第３液体連通通路３９の順で小さくなる。よって各連通通路の入口（連通導入流路）開口部の大きさを変えて、流体抵抗を同じにすることで、各液溜の液ヘッドが均一になるようにする。
【００３５】
＜液溜部＞
液溜部７は、熱交換器コア５の幅方向の少なくとも片側の面に蒸発区域毎に設けられている。本例では、図１及び図２に示すように、蒸発区域毎に熱交換器コア５の幅方向の両側の面に設けられている。なお、図５では片側の液溜部７の図示を省略している。
【００３６】
第１蒸発区域９の液溜部７には外部から液体酸素を導入するための液体導入口４１が設けられており、第４蒸発区域１５の液溜部７には液体酸素を取り出すための液体排出口４３が設けられている。（図２参照）
また、液溜部７は酸素ガスを集約するための役割を兼ねており、各液溜部７には酸素ガスを取り出すための蒸発ガス取出口７ａが設けられている。（図２参照）
【００３７】
〔多段液溜式凝縮蒸発器の動作説明〕
上記のように構成された多段液溜式凝縮蒸発器１を用いて窒素ガスと液体酸素とを熱交換する方法を、多段液溜式凝縮蒸発器１の動作と共に説明する。
第１蒸発区域９の液溜部７には外部から液体酸素が液体導入口４１を介して導入され、貯留される。他方、凝縮通路１７には窒素ガスが窒素ガスヘッダ２１を介して導入される。
【００３８】
液溜部７に貯留された液体酸素は、ヘッド圧によって蒸発導入流路１９ａから蒸発通路１９内に流入して、液溜部７内と蒸発通路１９内とで液面が同一高さになる。
この状態で凝縮通路１７内を窒素ガスが通過すると、該窒素ガスと蒸発通路１９内の液体酸素とで熱交換が行われ、液体酸素の一部が蒸発気化して酸素ガスとなり蒸発通路１９内の液体酸素は気液混合状態（気液２相流体）となる。そして、液溜部７内の液体酸素との密度に差が生じ、蒸発通路１９内で上昇流が発生し、蒸発導出流路１９ｂから気液２相流体として導出される。導出された蒸発酸素ガスは、液溜部７の蒸発ガス取出口７ａから取り出される一方で、蒸発しなかった液体酸素は液溜部７に戻り、液溜部７と蒸発通路１９との間で循環流が形成される（サーモサイフォン作用）。
【００３９】
液溜部７の液面が第１連通導入流路３５ａの高さ以上になると、液体酸素は第１連通導入流路３５ａから第１連通流路３５に流入して、第１連通流路出口３５ｂから導出されて第２蒸発区域の液溜部７に貯留される。
第２蒸発区域１１において液溜部７に液体酸素が貯留されると、第１蒸発区域９と同様に、液体酸素は蒸発導入流路１９ａから蒸発通路１９に流入して蒸発導出流路１９ｂから気液２相流体で導出されるとともに、液溜部７の液面が第２連通導入流路３７ａの高さ以上になると、液体酸素は第２連通流路３７に流入し、第２連通流路出口３７ｂを介して下段の第３蒸発区域１３の液溜部７に導入される。
第３蒸発区域１３から第４蒸発区域１５への液体酸素の流れも同様である。第４蒸発区域１５の液溜部７に貯留された液体酸素は、液面が一定になるように液体排出口４３を介して取り出される。
【００４０】
一方、窒素ガスは、凝縮通路１７を通過する間、隣接する蒸発通路１９内の液体酸素と熱交換をし、凝縮（液化）されて凝縮通路１７の下端から流下し、液体窒素ヘッダ２３、液体窒素取出管を介して取り出される。
【００４１】
上記の動作説明から分かるように、液溜部７には蒸発導出流路１９ｂから気液２相流体が導出されるので、この導出を阻害しないように液溜部７の液面は蒸発導出流路１９ｂよりも下方にあることが好ましい。このため、各蒸発区域における連通導入流路（第１連通導入流路３５ａ、第２連通導入流路３７ａ及び第３連通導入流路３９ａ）の高さは蒸発導出流路１９ｂよりも下方になるように設定するのが好ましい。
【００４２】
液溜部７において、液体酸素は、蒸発導入流路１９ａ付近では液溜部７から熱交換器コア５の内部方向に流れ、連通流出流路（第１連通流路出口３５ｂ、第２連通流路出口３７ｂ及び第３連通流路出口３９ｂ）付近では熱交換器コア５から液溜部７方向へ流れている。そのため、蒸発導入流路１９ａと連通流出流路が近い場合、逆方向の流れが干渉しあい淀みが発生することが懸念されるので、蒸発導入流路１９ａと連通流出流路は、できるだけ離して配置することが望ましく、例えば蒸発導入流路１９ａの高さ位置と連通流出流路の高さ位置をずらして設けるようにすればよい。
もっとも、蒸発導入流路１９ａの高さ位置が連通流出流路の高さ位置よりも低いことがより好ましい。こうすることで、起動時などで液溜部７に貯留された液体酸素の量が少なくても、液体酸素が蒸発導入流路１９ａに流入することができる。
【００４３】
〔多段液溜式凝縮蒸発器の使用例〕
次に、以上のように構成された多段液溜式凝縮蒸発器１を空気液化分離装置５１の主凝縮蒸発器として用いた例を図８に示す。
図８は、高圧塔５３と低圧塔５５が別体になっているものであり、主凝縮蒸発器として図１に示すものを用いている。図８において図１と同一のものには同一の符号を付している。高圧塔５３内は例えば6.0bar、低圧塔５５内は1.4barで運転される。高圧塔５３では原料空気が供給され、蒸留により、塔底に酸素富化液化空気、塔頂に窒素ガスが製造される。この窒素ガスの全量あるいは一部が多段液溜式凝縮蒸発器１に供給され、凝縮液化し、還流液として高圧塔と低圧塔の塔頂に供給される。
【００４４】
低圧塔５５では、主に高圧塔塔底の酸素富化液化空気を原料として蒸留により、塔頂で低圧窒素ガス、塔底に液体酸素が製造され、この液体酸素が多段液溜式凝縮蒸発器１に供給され、蒸発気化し、低圧塔上昇ガスとして塔底に戻される。
【００４５】
上記の説明では、液溜部７の一例として、図１、図２及び図５に示すように、各蒸発区域ごとにドーム状に形成したものであったが、例えば、図９に示すように、液溜部７の内部を仕切り板４５で区画するようにしてもよい。あるいは、図１０に示すように、各蒸発区域の各液溜部７において蒸発導入流路１９ａと連通流出流路及び蒸発導出流路１９ｂと連通導入流路（図５参照）を個別に覆うドーム形状のヘッダを用いて、該各ヘッダ同士を接続管５９で連結するように構成してもよい。こうすることで、液溜部７をコンパクト化することができる。
【００４６】
［実施形態２］
上記の説明では、液溜部７は液体酸素を貯留する役割と酸素ガスを集約するための役割を有しているものを例に挙げたが、液溜部７は必ずしも酸素ガスを集約する役割を有さなくともよい。このようなものの一例を図１１及び図１２に示す。図１１は図１に示すものの変形例を図示したものであり、図１２は図１０に示すものの変形例を図示したものであり、いずれも液溜部７の上部が開放した開放型の多段液溜式凝縮蒸発器６０である。
なお、図１１及び図１２において、図１及び図１０と同様のものには同一の符号を付している。
【００４７】
開放型の多段液溜式凝縮蒸発器６０の場合、図１３に示すように、多段液溜式凝縮蒸発器６０全体を覆うガス集約容器６１に入れて、ガス集約容器６１で酸素ガスを集約するようにすればよい。
【００４８】
また、図１１及び図１２に示すものの場合、最下段の蒸発区域では液溜部７を設けずに、図１４に示すように、ガス集約容器６１で液体酸素を貯留するようにしてもよい。この場合、最下段の蒸発区域では、図１５に示すように、蒸発導入流路１９ａを熱交換器コア３の下端面に設けて、液体窒素ヘッダ２３を例えば図１６に示すように熱交換コア器３の下端部側面に設けるとなおよい。
【００４９】
以上のような、開放型の多段液溜式凝縮蒸発器６０を主凝縮蒸発器として用いた空気液化分離装置６３を図１７に示す。
空気液化分離装置６３は、図８に示す空気液化分離装置５１の変形例であり、主凝縮蒸発器として図１５に示すものを用いている。図１７において図８と同一のものには同一の符号を付している。この場合、多段液溜式凝縮蒸発器６０はガス集約容器６１に格納し、ガス集約容器６１の上部から酸素ガスを取出管６１ａを介して取出して低圧塔５５に供給し、一方、下部から液体酸素が製品として取り出される。
【００５０】
さらに開放型の多段液溜式凝縮蒸発器６０を用いた空気液化分離装置の他の態様として、図１８に空気液化分離装置６５を示す。空気液化分離装置６５は、高圧塔５３と低圧塔５５が一体に構成されたものを示したものであり、低圧塔５５の下部に多段液溜式凝縮蒸発器６０が格納されている。図１８において図８及び図１７と同一のものには同一の符号を付している。この場合、低圧塔５５の下部がガス集約容器の役割（液体酸素の貯留及び酸素ガスの集約）を有している。
【００５１】
なお、上記の実施形態１及び実施形態２では、蒸発区域が４段であるので、第１液体連通通路３５〜第３液体連通通路３９を形成した例を示したが、蒸発区域の数に応じて液体連通流路の数や形状等は適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
Ａ〜Ｄ  層
１  多段液溜式凝縮蒸発器（実施形態１）
３  熱交換部
４  液体連通部
５  熱交換器コア
７  液溜部
７ａ  蒸発ガス取出口
９  第１蒸発区域
１１  第２蒸発区域
１３  第３蒸発区域
１５  第４蒸発区域
１７  凝縮通路
１９  蒸発通路
１９ａ  蒸発導入流路
１９ｂ  蒸発導出流路
２１  窒素ガスヘッダ
２１ａ  窒素ガス導入管
２３  液体窒素ヘッダ
２５  プレート
２７  フィン
２９  サイドバー
３１  通路形成プレート
３５  第１液体連通通路
３５ａ  第１連通導入流路
３５ｂ  第１連通流出流路
３７  第２液体連通通路
３７ａ  第２連通導入流路
３７ｂ  第２連通流出流路
３９  第３液体連通通路
３９ａ  第３連通導入流路
３９ｂ  第３連通流出流路
４１  液体導入口
４３  液体排出口
４５  仕切り板
５１  空気液化分離装置
５３  高圧塔
５５  低圧塔
５９  接続管
６０  多段液溜式凝縮蒸発器（実施形態２）
６１  ガス集約容器
６１ａ  取出管
６３  空気液化分離装置（他の態様）
６５  空気液化分離装置（さらに他の態様）
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２】
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【図３】
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