(57)【要約】  この発明は、第２流体を用いて熱を交換することによって液体を気化するための熱交換器に関する。この熱交換器は、その間に多数の平らな通路（１７、１８）を規定する複数の平行な垂直プレート（４）、および外部へつながる上記複数の通路をふさぐ複数の横バー（７）、の組立体で形成された平行六面体の本体と、第１の組の複数の通路（１７）内へ液体を送り、残りの複数の通路（１８）内へ上記第２流体を送るための手段と、上記第１の組の複数の通路（１７）の全長にわたった良好な分配によって、これら複数の通路（１７）の水平方向の全長を横切り、これら複数の通路（１７）の上端で、液体を分配するための挿入要素（１、３）と、を有し、少なくとも１つの上記横バーは、その長さの殆どに沿って丸くされた輪郭、およびその長さの部分び平らな輪郭を有し、上記挿入要素の１つのエッジは、輪郭が平らな上記バーの長さの部分に係合する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２流体を用いて熱を交換することによって液体を気化するための熱交換器であって、
その間に多数の平らな通路（１７、１８）を規定する複数の平行な垂直プレート（４）、および外部へつながる上記複数の通路をふさぐ複数の横バー（７）、の組立体で形成された平行六面体の本体と、
第１の組の複数の通路（１７）内へ液体を送り、残りの複数の通路（１８）内へ上記第２流体を送るための手段と、
上記第１の組の複数の通路（１７）の全長にわたった良好な分配によって、これら複数の通路（１７）の水平方向の全長を超えて、これら複数の通路（１７）の上端で、液体を分配するための詰め物要素（１、３）と、を有し、
少なくとも１つの上記横バーは、その長さの殆どを超えて当該熱交換器の内側に向けて丸くされた輪郭を有し、その長さの部分を超えて平らな輪郭を有し、上記詰め物要素の１つのエッジは、輪郭が平らなその長さの部分に接触することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上記詰め物要素（１、３）は、上記複数の横バー７の少なくとも１つ内へフィットされる請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
上記詰め物要素は、実質的に同一で、水平母線を有し、随意に部分垂直オフセットを有する波状起伏の形や寸法を有する少なくとも２つの波形部材（１、３）からなり、これら少なくとも２つの波形部材は、互いに接触し、好ましくは、上記波形部材の間に隙間を残すことなく、上記波状突起の複数のエッジが完全に接合するように互いに接触する、請求項１或いは２に記載の熱交換器。
【請求項４】
上記２つの波形部材（１、３）は、互いに浸透し合うことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
上記２つの波形部材（１、３）は、少なくとも１つの切り抜きを有し、上記２つの波形部材の上記切り抜きは、適合する形を有し、随意に：
ａ）各切り抜きが、Ｌ型にされた切り抜きを有し、１つの波形部材にとって、この波形部材の頂部が、幅Ｌを有する残りの波形部材より細い幅ｌを有し、他の波形部材にとって、底部が、幅Ｌを有する残りの波形部材より細い幅ｌを有し、ｌおよびＬを足した値が上記複数の通路の幅を足した値に等しく、或いは
ｂ）上記各波形部材にある上記切り抜きが、ジグザグ形状を有する、
請求項２に記載の熱交換器。
【請求項６】
少なくとも２つの波形部材（１、３）、好ましくは少なくとも３つの波形部材は重ねられ、各波形部材は、これらの波形部材が重なるように、上記複数の通路の幅を足した値の半分より大きく、上記複数の通路の幅を足した値より少ない幅を有する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
上記複数の波形部材（１、３）は、複数のクリップ、複数の固定キー、および／或いは複数のスプリング（１３、２３）によって互いに取り付けられている、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
上記複数の波形部材（１、３）は、互いにフィットされ、および／或いは互いの中にフィットされることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
上記詰め物要素の下に配置された垂直母線を有する複数の波形部材を有する、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
蒸留によって空気を分離するための装備であって、
比較的高い圧力で動作する第１の蒸留カラムと、
比較的低い圧力で動作する第２の蒸留カラムと、
上記第２のカラムの容器液体を上記第１のカラムのヘッドガスと熱交換関係に置くことができる熱交換器と、を有し、
上記熱交換器が、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に規定されたものであり、当該装備が、上記容器液体を上記熱交換器へフィードするための供給手段、ガスを流す上記熱交換器の複数の通路を供給する手段を有する、ことを特徴とする装備。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、垂直プレートタイプの熱交換器による、第２流体を伴う熱の交換による液体の気化に関する。特に、空気蒸留設備に適用する。
【０００２】
二重カラムタイプの空気蒸留設備において、低圧カラムの容器内にある液体酸素は、中圧カラムのヘッドから引き出された窒素ガスを用いた熱交換によって気化される。低圧カラムの所定の動作圧力のため、中圧カラムの動作圧力を負わせる熱交換器の構造によって、酸素と窒素との間の温度差が必要になる。それゆえに、中圧カラム内へ注入されて処理される空気の圧縮に関連する費用を減少するため、この温度差を可能な限り小さくすることが望ましい。
【０００３】
これらの状態変化交換器のために現在使用されている技術は、大きな交換面領域を提供する非常にコンパクトな部材を得ることができるろう付けされた複数のプレートやフィンを備えたアルミニウム交換器の技術である。これらの交換器は、その間に波形やフィンが挿入された複数のプレートからなり、そして、多くの気化“通路”や液化“通路”を形成する。真っ直ぐの、孔が開けられた、或いは部分的にオフセットされた（ぎざぎざにされた）波形部材のように、種々のタイプの波形部材がある。
【０００４】
降下的なフィルム気化モードで作動する気化器の場合、この装置の一部が、複数の気化通路内でのおよび交換波形の複数のチャネルの間における液体の分配へ献身的にされる。
【０００５】
各気化器に特有の分配は、ＦＲ−Ａ−２５４７８９８に開示された原理に従って月並みに実行され、複数の気化通路が、複数の液化通路の頂部を通って供給される。そして、酸素が、複数の気化通路内への一次分配を保証する複数の孔の列を通過する。そして、酸素が、二次分配（複数のチャネルの間の液体の分割）と呼ばれるより純度の高い分配を保証する水平母線を有する複数の波形のバンドを通って流れる。
【０００６】
気化された液体酸素は、溶けた形の不純物を含む。主な不純物は、酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、炭化水素（Ｃ２、Ｃ３、など）である。動作状況によっては、これら不純物は、気化通路内に（固体の形で、或いは液体の形で）堆積される。破裂のいかなるリスクをも回避するため、これら固体或いは液体堆積物の形成を産業上コントロールすることが重要である。
【０００７】
堆積物の形成における重要な要素の１つは、チャネルあたりの液体の流量（或いは、濡らされる外辺部のメーターあたり表現された）である。特に、チャネルあたりの液体の流れが壁を濡らすのに十分である場合には、乾燥した気化によって堆積物の形成がある。
【０００８】
このタイプの気化器（フィルム気化器）において、液体酸素の分配は、その動作（行いおよび安全）において、実質的な役割を果たす。それゆえに、各チャネル内において、全ての状況下で、良好な液体の分配を確保することが必要である。このため、この液体の分配は、チャネル間で十分に均一でなければならない。不均一な液体の分配は、交換器の底部において著しく、波形部材の悪い濡れを引き起こし、乾燥気化による堆積の形成を引き起こす。困難性は、通路に対するまたは本体に対するチャネルの数（５５０チャネル／通路、５５０００チャネル／本体）を考える全てのチャネルにおいて、同等の液体の流量を保証することにある。
【０００９】
この液体分配の質は、分配器の良いデザインや寸法に依存する。
【００１０】
いわゆる２次分配（複数のチャネル間での液体の分割）は、水平母線および部分的なオフセットを有する波形バンドを使用する。
【００１１】
各気化通路内へのこの波形部材の配置は、２つの欠点を有する：
・使用された複数の横バー（図１Ａ）のプロファイルのため、２つのオリフィス（自由空間）３１の通路の両側の存在。
【００１２】
・２つの波形マットの間の交差点におけるクリアランス３１の可能性。特に、いくつかの波形バンドが、通路の幅の全体をカバーするため並べて配置されることができる（図２）。
【００１３】
これらの欠点は、水平母線（“ハードウェイ”）を有するこのバンドにおける液体のための複数の選択的な通路があることを意味し、ちょうど下に位置した複数のチャネルへの液体の供給過剰を生じ、しかし、より重要に、後者の周辺の複数のチャネルへの液体の供給不足を生じる。
【００１４】
図１Ａは、従来技術によるところの交換器の部分を上方から見た図である。バー７は、外側の１つが矩形の断面を有し内側の１つがシヌソイドのエッジを有する２つの層からなるＵ−形にされた部分片を有する。図１Ｂにおいて、上記交換器の同じ部分が前方から見られる。
【００１５】
水平母線１を有する波形部材は、バー７によって閉塞された交換器通路を規定する２つのプレート３５の間にある。
【００１６】
複数の波形部材と複数のバーとの間の複数のクリアランス３１は、従来技術によるところの交換器のために図２に示されている。
【００１７】
この発明によると、このバーは、好ましくは、２つの層からなる。しかし、内側層は、バー７の形に応じたＵ字形断面片が除去された切り抜き３３或いは平面を有し、上記波形部材１、３の上記バー７への装着を可能にする。
【００１８】
この発明の１つの主題によると、熱交換器は、第２流体を用いて熱を交換することによって液体を気化するために設けられ、その間に多数の平らな通路を規定する複数の平行な垂直プレート、および外部へつながる上記複数の通路をふさぐ複数の横バー、の組立体で形成された平行六面体の本体と、第１の組の複数の通路内へ液体を送り、残りの複数の通路内へ上記第２流体を送るための手段と、上記第１の組の複数の通路の全長にわたった良好な分配によって、これら複数の通路の水平方向の全長を超えて、これら複数の通路の上端で、液体を分配するための詰め物要素と、を有し、少なくとも１つの上記横バーは、その長さの殆どを超えて当該熱交換器の内側に向けて丸くされた輪郭を有し、その長さの部分を超えて平らな輪郭を有し、上記詰め物要素の１つのエッジは、輪郭が平らなその長さの部分に接触することを特徴とする。
【００１９】
他の随意の主題によると：上記詰め物要素は、上記複数の横バーの少なくとも１つ内へフィットされる；
上記詰め物要素は、実質的に同一で、水平母線を有し、随意に部分垂直オフセットを有する波状起伏の形や寸法を有する少なくとも２つの波形部材からなり、これら少なくとも２つの波形部材は、互いに接触し、好ましくは、上記波形部材の間に隙間を残すことなく、上記波状突起の複数のエッジが完全に接合するように互いに接触する；
上記２つの波形部材は、互いに浸透し合う；
上記２つの波形部材は、少なくとも１つの切り抜きを有し、上記２つの波形部材の上記切り抜きは、適合する形を有し、随意に：
ａ）各切り抜きが、Ｌ型にされた切り抜きを有し、１つの波形部材にとって、この波形部材の頂部が、幅Ｌを有する残りの波形部材より細い幅ｌを有し、他の波形部材にとって、底部が、幅Ｌを有する残りの波形部材より細い幅ｌを有し、ｌおよびＬを足した値が上記複数の通路の幅を足した値に等しく、或いは
ｂ）上記各波形部材にある上記切り抜きが、ジグザグ形状を有する、
請求項２に記載の熱交換器。
【００２０】
少なくとも２つの波形部材、好ましくは少なくとも３つの波形部材は重ねられ、各波形部材は、これらの波形部材が重なるように、上記複数の通路の幅を足した値の半分より大きく、上記複数の通路の幅を足した値より少ない幅を有する。
【００２１】
上記複数の波形部材は、複数のクリップ、複数の固定キー、および／或いは複数のスプリングによって互いに取り付けられている。
【００２２】
上記複数の波形部材は、互いにフィットされ、および／或いは互いの中にフィットされる。
【００２３】
随意に、垂直母線を有する複数の波形部材は上記詰め物要素の下に配置される。
【００２４】
この発明の他の主題によると、蒸留によって空気を分離するための装備は、比較的高い圧力で動作する第１の蒸留カラムと、比較的低い圧力で動作する第２の蒸留カラムと、上記第２のカラムの容器液体を上記第１のカラムのヘッドガスと熱交換関係に置くことができる熱交換器と、を有し、上記熱交換器が、上述したように規定され、当該装備が、上記容器液体を上記熱交換器へフィードするための供給手段、ガスを流す上記熱交換器の複数の通路を供給する手段を有する。
【００２５】
空気を分離するためのこの種の設備は、公知の部分で、二重カラム装置と呼ばれる分離装置と一致する。この二重カラム装置は、“Tieftemperaturtechnik[Low-temperature technology]”或いはKerryによる“Industrial Gas Handbook”のような従来のワークから良く知られている。
【００２６】
これは、図３Ａおよび図３Ｂに見られるように、それ自体は平らな波形部材１のエッジがその表面の全てでバーの表面に接触することを可能にする。
【００２７】
提案された解決は、現在使用されている水平母線（“ハードウェイ”）を有する波形部材が部分的にオフセット（“ギザギザにされた”）した領域内にある自由空間を除去或いは大きく減少することを目指す。このため、水平母線（“ハードウェイ”）を有する部分的にオフセット（“ギザギザにされた”）した波形部材の高さを超える横バーの輪郭を除去することが提案されている。さらに、水平母線（“ハードウェイ”）を有する部分的にオフセット（“ギザギザにされた”）した波形マットの間の交差点が、単一の波形バンドが通路の全幅を超えて使用されることなく、端と端を接して配置されたことの注意が与えられなければならない。
【００２８】
２つの小さな液体分配モデルに対する液体窒素を用いたテストは、水平母線（“ハードウェイ”）を有する部分的にオフセット（“ギザギザにされた”）した波形部材を除いて、液体の分配に視覚的に差異を生じさせることを可能にする。第１のモデルは、２つの従来の横バー（丸くされた輪郭を有する）が備え付けられ、第２のモデルは、平らな輪郭を得るためにその空間がアルミニウムで満たされた２つの横バーが備え付けられる。このとき、液体窒素の流量は、約０．７リットル／ｈ／チャネルであり、従来の使用された流量より僅かに少ない。
【００２９】
その観測結果は以下のようである：
・モデル、従来技術によるところの丸くされた輪郭を有する複数のバー：流量の殆どが複数の横バーの自由オリフィスを通って流れる（図４Ａ）。
【００３０】
・モデル、本発明によるところの平らな輪郭でふさがれた複数のバー：流量が均一に見え、液体のレベル（黒で図示された）が水平母線（“ハードウェイ”）を有する部分的にオフセット（“ギザギザにされた”）した波形部材の上方に観測される（図４Ｂ）。
【００３１】
輪郭を描かれた複数の横バーのための複数の孔が２０ｍｍ幅の空間を超える液体の供給不足を引き起こすことを仮定する。この幅は、１メーターの通路に対して２×２０、すなわち４０ｍｍ、すなわち複数のチャネルの４％が供給不足と一致する。水平母線（“ハードウェイ”）を有する部分的にオフセット（“ギザギザにされた”）した波形マットの間に隙間がある場合、他の複数のチャネルがここに追加されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【００３３】
本発明は、図面を参照して詳細に説明される。図３Ａは、この発明によるところの交換器の部分を上方から見て示してある。図１２Ｂを除く、図３Ｂからの全ての図面は、この発明によるところの交換器を前方から見た外皮切断図を示す。図１２Ｂは、この発明によるところの交換器の詰め物要素を側方から見て示す。
【００３４】
図５において、交換器は、複数の通路をブロックする複数のバー５、７によって分割された平行な複数のプレートの組立体からなる。これら複数のプレートは、それらの間に、多数の平らな通路を規定している。空気分離装置内での液体酸素の分配のため、詰め物要素が複数の通路の頂部に配置される。この詰め物要素は、第１および第２の波形部材１、３からなり、各波形部座が複数の水平母線（液体酸素の流れに関して“ハードウェイ”と呼ばれる配置）を有する穴が開けられていないアルミニウムシートである。一定の間隔で、複数の波形部材１、３の水平な或いは非水平な各小面２５が、波のピッチの１／４によって上方にオフセットした裂け目（図示せず）を備えている。波形部材の母線に沿って計られた複数の裂け目の幅は、同じ小面に配置された２つの隣接する裂け目から互いに分かれた距離と同じオーダーである。
【００３５】
液体酸素は、詰め物要素の上方に配置された複数の孔を通過する。この際、液体酸素は、上記複数の孔を通る流れの断面によって、および上記詰め物要素の上の液体の高さによって決められた流量で通過する。それゆえ、これら複数の孔は、全ての通路に沿った液体酸素のおおざっぱな再分配を保証し、この再分配された液体酸素が、各通路の全長を越えて液体酸素のための良好な分配を保証する複数の波形部材１、３を超えて相殺する。この液体酸素は、それゆえ、液体酸素に割り当てられた複数の通路の全ての壁を完全に均一な方法で流れ落ちることによって、換言すれば、これらの壁に連続した降下的なフィルムを形成することによって、垂直母線を有する低い波形部材に近付く。
【００３６】
同時に、ガス状の窒素が、複数の分配波形部材を通って交換器に到達し、そして、他の複数の通路に沿って下方に流れる。そうすることで、窒素ガスが、隣接する複数の通路（図示せず）内にある液体酸素へ熱を段々に伝達し、酸素を気化して、同時に、窒素を液化する。
【００３７】
２つの波形１、３は、形や寸法に関して同じ構造を有するべきであり、液体の漏れを防止するため、それらのエッジが互いに完全に接触するように配置される。
【００３８】
交換器の全幅をカバーするのに十分に長い複数の波形を製造することは現時点では不可能である。それゆえに、２つの波形部材１、３を使用することが必要である。
【００３９】
複数のバー７は、複数の切り抜きが形成され、波形部材１が左側でバーの開口部に入り、波形部材３が右側でバーの開口部に入る。このため、複数の波形部材によって形成された詰め物要素の全長は、複数のバーの２つの内側エッジの間の距離より大きくなければならない。
【００４０】
水平母線（“ハードウェイ”）を有する複数の波形部材１、３は、接合部が互いに対向する。しかし、複数の波形部材の公差と複数のバーの公差との間の調節を可能にするため、各サイドバー７において隙間が必要とされることから、複数の波形部材がろう付けの間に移動する危険性がある。
【００４１】
図６に見られるように、複数の波形部材は、上部バー５に取り付けられた複数のパーツ１１のロックキーによって互いに取り付けられることができる。
【００４２】
図７は、クリップ１３によって互いに接合された複数の波形部材を示す。
【００４３】
図８において、２つの波形部材は、２つの切り抜きが完全に接合し且つ複数の波形部材の間に隙間が無いように、厚さ方向にジグザグに切断されている。
【００４４】
良いシールを可能にするため、幅広の波形部材を使用してそれらを重ねることが可能である。図５において、３つの重ねられた波形部材１、３、および１７があり、その波形部材３および１７が交換器の一方のエッジに接触し、波形部材１が他方のエッジに接触する。各波形部材は、２つの波状起伏からなり、複数の通路の全幅の半分と全ての間の値と等しい同じ幅を有する。この方法で、複数の波形部材は、６つの波状突起の厚さを有する中央部分を形成するように重なる。
【００４５】
複数の波形部材１、３は、図６に見ることができるように、複数のバー５と各波形部材との間に配置されたくさび２１によって互いに固定されることができる。
【００４６】
図１１において、２つの波形部材１、３が互いに嵌合されて入れ子状にされたものを見ることができる。
【００４７】
図１２Ａおよび１２Ｂは、部分的にオフセットした複数の波形部材の切り抜き内へフィットされた複数のクリップ１３を見ることができる図７の詳細を示す。
【００４８】
図１３は、部分的にオフセットした各波形部材のいくつかの切り抜き内へフィットした複数のスプリング２３によって取り付けられた複数の波形部材１、３を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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