(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸留カラムの頂部に設けられた凝縮管を冷媒液槽内の冷媒液に浸漬して、蒸留カラムから上昇した凝縮性ガスを凝縮すると共に生成した凝縮液を自然流下で蒸留カラムに環流させるようにしたコンデンサであって、
前記凝縮管に、第１の冷媒液槽の冷媒液に浸漬された大容量伝熱部と、前記第１の冷媒液槽と独立して液面を調整可能に仕切られた第２の冷媒液槽の冷媒液に浸漬された小容量伝熱部とを設け、
前記大容量伝熱部は、前記第１の冷媒液槽内の冷媒液が流通可能な上下方向の内管が複数設けられた拡径部を有することを特徴とするコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸留カラムの頂部に設けられた凝縮管を冷媒液槽内の冷媒液に浸漬し、蒸留カラムから上昇した凝縮性ガスを凝縮すると共に生成した凝縮液を自然流下で蒸留カラムに環流させるようにしたコンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蒸留カラムを多数集合させた構成の蒸留装置では、各蒸留カラムの頂部に設けられた凝縮管を冷媒液槽内の冷媒液に浸漬し、蒸留カラムから上昇した凝縮性ガスを凝縮すると共に生成した凝縮液を自然流下で蒸留カラムに環流させるようにした構成のコンデンサが採用されることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のコンデンサでは、冷媒液槽内での冷媒液の自然対流と凝縮管の円筒壁での熱交換に依存した単純な構成となっており、伝熱性能が高いとは言い難い。特に、凝縮性ガスとの温度差が小さい冷媒液では、凝縮に必要な伝熱性能が得られ難く、伝熱性能を高めることが望まれる。また、液面を調整することで伝熱量の制御が可能であるが、単に伝熱性能を高めただけでは伝熱量の精密な制御が困難となる。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、伝熱性能を向上させると同時に精密な熱量制御が可能なように構成されたコンデンサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、蒸留カラムの頂部に設けられた凝縮管を冷媒液槽内の冷媒液に浸漬して、蒸留カラムから上昇した凝縮性ガスを凝縮すると共に生成した凝縮液を自然流下で蒸留カラムに環流させるようにしたコンデンサにおいて、前記凝縮管に、第１の冷媒液槽に浸漬された大容量伝熱部と、前記第１の冷媒液槽と独立して液面を調整可能に仕切られた第２の冷媒液槽に浸漬された小容量伝熱部とを設け、前記大容量伝熱部は、前記第１の冷媒液槽内の冷媒液が流通可能な上下方向の内管が複数設けられた拡径部を有するものとした。
【０００６】
これによると、大容量の伝熱を確保しつつ、必要に応じて第２の冷媒液槽の液面を調整することで、精密な伝熱量の制御が可能となる。この場合、第１の冷媒液槽の液面の調整も可能であり、これにより幅の広い伝熱量制御が可能となる。
【０００７】
特に、前記大容量伝熱部は、前記第１の冷媒液槽内の冷媒液が流通可能な内管が複数設けられた拡径部を有するため、容量をさほど増大することなく大きな伝熱面積を確保し、高い伝熱性能を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明によるコンデンサが適用された蒸留装置の概略構成を示している。この蒸留装置は、常温以下の温度条件で蒸留操作を行うものであり、本発明によるコンデンサ１と、充填材が充填された複数の蒸留カラム２と、凝縮液を加熱蒸発させるリボイラ３とを１つの断熱容器４内に収容してなっている。これらコンデンサ１、蒸留カラム２並びにリボイラ３は図示しない支持部材を介して断熱容器４に支持される。
【００１０】
コンデンサ１では、各蒸留カラム２の上端に設けられた凝縮管５が冷媒液に浸漬され、蒸留カラム２から上昇した凝縮性ガスを凝縮するようになっている。凝縮管５内で生成した凝縮液は流下して蒸留カラム２に環流される。またここでは、リボイラ３において、リボイラ容器７に滞留する液が電源９により動作される電熱ヒータ８で加熱されるようになっている。被蒸留物は、蒸留カラム２の中段に送入され、凝縮管５の頂部から低沸点成分が、リボイラ容器７から高沸点成分がそれぞれ引き抜かれる。
【００１１】
コンデンサ１の凝縮管５には、第１の冷媒液槽としてのコンデンサ容器１０の冷媒液に浸漬された大容量伝熱部１１と、コンデンサ容器１０の冷媒液と独立して液面を調整可能に仕切られた第２の冷媒液槽としての液受けパン１２内の冷媒液に浸漬された小容量伝熱部１３とが設けられている。小容量伝熱部１３は、大容量伝熱部１１の上方に凝縮管５を単に延出させたものである。なお、ここでは大容量伝熱部１１を小容量伝熱部１３の下側に設けたが、これと逆の態様も可能である。
【００１２】
大容量伝熱部１１は、図２に詳しく示すように、コンデンサ容器１０内の冷媒液が流通可能な上下方向の内管１５が複数設けられた拡径部１６からなっている。この拡径部１６は、蒸留カラム２の組み付け作業等の関係から所定間隔を保持して配置される凝縮管５の間隙内で形成すれば、コンデンサ１に実質的な容積の増大はない。
【００１３】
凝縮管５の拡径部１６は、凝縮管５と同軸的な筒状部１７と、その端部開口を閉鎖する上下の端板１８・１９とからなっており、この上下の端板１８・１９間に架設された態様で内管１５が設けられ、内管１５の内部が上下の開口から液相中に開放されている。ここでは、内管１５が、図３に示すように、凝縮管５の軸線を中心にして周方向に複数本配設されている。内管１５には、図４に示すように、外周面から径方向に突出したフィン２０を設けると良い。
【００１４】
このように構成されたコンデンサ１の大容量伝熱部１１においては、図２中に矢印で示すように、内管１５内の冷媒液にサーモサイホン作用により上向流が発生し、内管１５が伝熱管として機能し、この内管１５の外面並びに拡径部１６の内面から凝縮性ガスに冷熱を伝達する。
【００１５】
さらに、冷媒液に、凝縮性ガスの凝縮点以下の沸点を有するもの、例えば凝縮性ガスがメタンである場合に冷媒に液化窒素や液化メタンを使用すると、凝縮性ガスとの熱交換により冷媒液が沸騰を起こし、この冷媒液の沸騰により発生する気泡の上昇により、内管１５内の冷媒液を上向きに押し上げるガスリフト効果が生じ、内管１５内の冷媒液流通量が増大する。これにより大容量の伝熱を実現することができる。
【００１６】
他方、小容量伝熱部１３においては、凝縮管５の円筒壁面のみで熱交換が行われ、その伝熱面積が小さいため、液受けパン１２内の冷媒液面Ａを調整することで、精密な伝熱量の制御が可能となる。
【００１７】
図２に示すように、拡径部１６が完全に浸漬されていると、伝熱量が内管１５内の気泡の上昇速度に支配される関係上、伝熱量の制御が困難である。これに対して、図５に示すように、コンデンサ容器１０内の冷媒液面Ｂから拡径部１６を一部露出させ、この拡径部１６の露出面における内管１５の開口部分から冷媒液面Ｂに至る範囲に濡れ壁Ｃを形成すると、伝熱量を大幅に増大することができる上に、冷媒液面Ｂの調整により濡れ壁Ｃの面積を増減することで伝熱量の制御が可能となり、これにより幅の広い伝熱量制御を行うことができる。なお、冷媒液面Ｂから拡径部１６を一部露出させて内管１５の上部開口を気相中に開放させても、冷媒液の沸騰によるガスリフト効果により内管１５の上部開口から冷媒液が溢れ出し、この冷媒液が拡径部１６の外面を伝って流下することによりここに濡れ壁Ｃが形成される。
【００１８】
【発明の効果】
このように本発明によれば、大容量の伝熱を確保しつつ、必要に応じて第２の冷媒液槽の液面を調整することで、精密な伝熱量の制御が可能となる。特に大容量伝熱部を、第１の冷媒液槽内の冷媒液が流通可能な内管が複数設けられた拡径部を有するものとすると、容量をさほど増大することなく大きな伝熱面積を確保することができ、高い伝熱性能と精密な熱量制御とを同時に実現する上で大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンデンサが適用された蒸留装置の概略構成を示す縦断面図。
【図２】図１に示したコンデンサの拡大縦断面図。
【図３】図１に示したコンデンサの拡大横断面図。
【図４】コンデンサにおける内管にフィンを設けた例を示す横断面図。
【図５】図１に示したコンデンサに濡れ壁を形成した状態を示す図２と同様の断面図。
【符号の説明】
１  コンデンサ
２  蒸留カラム
３  リボイラ
４  断熱容器
５  凝縮管
７  リボイラ容器
８  電熱ヒータ
９  電源
１０  コンデンサ容器
１１  大容量伝熱部
１２  液受けパン
１３  小容量伝熱部
１５  内管
１６  拡径部
１７  筒状部
１８・１９  端板
２０  フィン
Ａ・Ｂ  冷媒液面
Ｃ  濡れ壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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