図面 (/)

技術 ヒートパイプ構造体及び蒸留装置

出願人 日揮株式会社
発明者 岡田剛棟上宏男多田正鈴木康夫
出願日 1998年4月30日 (23年9ヶ月経過) 出願番号 1998-121483
公開日 1999年11月16日 (22年3ヶ月経過) 公開番号 1999-316094
状態 未査定
技術分野 中間熱伝達媒体をもつ熱交換装置 蒸発、蒸留、凝縮、昇華、コールドトラップ
主要キーワード 半割パイプ ヒートパイプユニット エンドバー 送風フアン チューブ管 伝熱材料 伝熱能力 コルゲート板
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年11月16日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

伝熱効率が高く、構成が簡単で小型化及び軽量化が可能なヒートパイプ構造体及び蒸留装置を提供する。

解決手段

複数の平板状ヒートパイプユニット31、31、…を互いに平行に配置し、これらの平板状ヒートパイプユニット31、31、…それぞれの間に、互いに隣接する平板状ヒートパイプユニット31、31間の間隔を保持しかつ高温部低温部の2つの領域に仕切仕切部材24を配設し、平板状ヒートパイプユニット31を複数本ヒートパイプ素子並列に配置した構成としたことを特徴とする。

概要

背景

従来、蒸留塔付帯する空冷式熱交換器コンデンサー、液クーラー)として多用されているものに多管式熱交換器がある。しかしながら、従来の多管式熱交換器は、蒸留塔と別置することが一般的で、多大な設置面積と付帯配管を必要としているため、製造コストが高く、工期も長くなる等の問題点があり不利である。また、この多管式熱交換器を蒸留塔の塔頂に組み込もうとする場合、その外形寸法が大きく、また、その重量も大きなものとなることから、この多管式熱交換器を単に蒸留塔の上に積み重ねるという方法では、とうてい組み込むことができない。

そこで、この多管式熱交換器を、組み込む蒸留塔の塔頂の寸法に合わせて相似的に縮小した構造のものも考えられるが、この縮小した構造では、同時に伝熱面積も縮小するために伝熱面積が不足し、しかも縮小した分、空気側の圧力損失が大きくなるので、設計が困難であるという問題点があった。

従来の多管式熱交換器を蒸留塔の塔頂に組み込んだ構造としては、例えば、特公昭49−15547号公報に開示されている塔頂凝縮器がある。図7は、この塔頂凝縮器1を示す部分破断平面図、図8は、図7のA−A線に沿う断面図であり、個々に図示されていない直立フインチューブよりなるフインチューブ管束2は、蒸留塔の塔頂3の塔頂頂蓋3aの上方に等辺多角形に配置され、かつ塔頂3に対し共軸に塔頂3に隣接して配置されている。

前記管束2の上方にある蒸気分配室4が塔頂3に、管束2の下方にある凝縮物捕集室5が環状補集管6及び閉鎖弁7を介して凝集物取り出しに使用される導管8に接続されている。また、冷却空気強制通風のため底板11及びフッド12からなるケーシング、及び少なくとも1つのベンチレータ13を備えている。また、塔頂頂蓋3aから導出される、塔頂3に比しかなり小さい外径オートベーパ上昇管14がその上端から出るオートベーパ分配管15を有している。

この分配管15はほとんど直線的に走り、オートベーパ上昇管14に対し放射状に塔頂3の周縁を大きく超えてほぼ水平に拡がり、かつオートベーパ上昇管14とともに凝縮器1の支持構造を形成している。その際、各オートベーパ分配管15は、オートベーパ上昇管14と反対側の端部に接続固定するフインチューブ管束2の数に応ずる分岐管16を有し、共通の分配管15に属する管束2がすべて1平面に配置されている。

上述した塔頂凝縮器1では、ベンチレータ13の吸込側は凝縮器1の内部空間に面しており、図9中矢印Xは外部から導入される新しい空気、矢印Yは凝縮器1内部空間から排出される排出空気を示している。この塔頂凝縮器1は、特に流入する冷却空気に対し小さい温度差を有する媒体凝縮する場合に適したものである。

また、従来の多管式熱交換器の問題点を解決するための他の構造の熱交換器としては、エチレン装置や空気深冷分離装置の蒸留塔に用いられているプレートフイン型熱交換器や、ガスケットプレート熱交換器がある。

概要

伝熱効率が高く、構成が簡単で小型化及び軽量化が可能なヒートパイプ構造体及び蒸留装置を提供する。

複数の平板状ヒートパイプユニット31、31、…を互いに平行に配置し、これらの平板状ヒートパイプユニット31、31、…それぞれの間に、互いに隣接する平板状ヒートパイプユニット31、31間の間隔を保持しかつ高温部低温部の2つの領域に仕切仕切部材24を配設し、平板状ヒートパイプユニット31を複数本ヒートパイプ素子並列に配置した構成としたことを特徴とする。

目的

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、伝熱効率が高く、構成が簡単で小型化及び軽量化が可能なヒートパイプ構造体及び蒸留装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

複数の平板状ヒートパイプユニットが、互いに平行に配置され、これらの平板状ヒートパイプユニットそれぞれの間には、互いに隣接する平板状ヒートパイプユニット間の間隔を保持しかつ高温部低温部の2つの領域に仕切仕切部材が配設され、前記平板状ヒートパイプユニットは、複数本ヒートパイプ素子並列に配置されていることを特徴とするヒートパイプ構造体。

請求項2

前記平板状ヒートパイプユニットは、板状の伝熱部材断面矩形波形状に折曲げられたコルゲート板とされ、該コルゲート板の両面にそれぞれ伝熱板接合されるとともに、該コルゲート板の両端部が押さえ部材により密封され、該コルゲート板の各溝部がヒートパイプ素子とされていることを特徴とする請求項1記載のヒートパイプ構造体。

請求項3

前記仕切部材で仕切られる低温部のヒートパイプユニット間に、伝熱性が高くかつ流路抵抗の小さいスペーサを兼ねた放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項1または2記載のヒートパイプ構造体。

請求項4

前記ヒートパイプ素子内には、該ヒートパイプ素子の高温部にて吸熱して気化し、該ヒートパイプ素子の低温部にて放熱凝縮する作動流体封入されていることを特徴とする請求項2記載のヒートパイプ構造体。

請求項5

流体を生成する蒸留塔塔頂に、前記流体を冷却凝縮するヒートパイプを備えたことを特徴とする蒸留装置

請求項6

前記ヒートパイプは、請求項1、2、3または4記載のヒートパイプ構造体であることを特徴とする請求項5記載の蒸留装置。

技術分野

0001

本発明は、ヒートパイプ構造体及び蒸留装置に関し、特に、伝熱効率が高く、構成が簡単で小型化及び軽量化が可能なヒートパイプ構造体及び蒸留装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、蒸留塔付帯する空冷式熱交換器コンデンサー、液クーラー)として多用されているものに多管式熱交換器がある。しかしながら、従来の多管式熱交換器は、蒸留塔と別置することが一般的で、多大な設置面積と付帯配管を必要としているため、製造コストが高く、工期も長くなる等の問題点があり不利である。また、この多管式熱交換器を蒸留塔の塔頂に組み込もうとする場合、その外形寸法が大きく、また、その重量も大きなものとなることから、この多管式熱交換器を単に蒸留塔の上に積み重ねるという方法では、とうてい組み込むことができない。

0003

そこで、この多管式熱交換器を、組み込む蒸留塔の塔頂の寸法に合わせて相似的に縮小した構造のものも考えられるが、この縮小した構造では、同時に伝熱面積も縮小するために伝熱面積が不足し、しかも縮小した分、空気側の圧力損失が大きくなるので、設計が困難であるという問題点があった。

0004

従来の多管式熱交換器を蒸留塔の塔頂に組み込んだ構造としては、例えば、特公昭49−15547号公報に開示されている塔頂凝縮器がある。図7は、この塔頂凝縮器1を示す部分破断平面図、図8は、図7のA−A線に沿う断面図であり、個々に図示されていない直立フインチューブよりなるフインチューブ管束2は、蒸留塔の塔頂3の塔頂頂蓋3aの上方に等辺多角形に配置され、かつ塔頂3に対し共軸に塔頂3に隣接して配置されている。

0005

前記管束2の上方にある蒸気分配室4が塔頂3に、管束2の下方にある凝縮物捕集室5が環状補集管6及び閉鎖弁7を介して凝集物取り出しに使用される導管8に接続されている。また、冷却空気強制通風のため底板11及びフッド12からなるケーシング、及び少なくとも1つのベンチレータ13を備えている。また、塔頂頂蓋3aから導出される、塔頂3に比しかなり小さい外径オートベーパ上昇管14がその上端から出るオートベーパ分配管15を有している。

0006

この分配管15はほとんど直線的に走り、オートベーパ上昇管14に対し放射状に塔頂3の周縁を大きく超えてほぼ水平に拡がり、かつオートベーパ上昇管14とともに凝縮器1の支持構造を形成している。その際、各オートベーパ分配管15は、オートベーパ上昇管14と反対側の端部に接続固定するフインチューブ管束2の数に応ずる分岐管16を有し、共通の分配管15に属する管束2がすべて1平面に配置されている。

0007

上述した塔頂凝縮器1では、ベンチレータ13の吸込側は凝縮器1の内部空間に面しており、図9中矢印Xは外部から導入される新しい空気、矢印Yは凝縮器1内部空間から排出される排出空気を示している。この塔頂凝縮器1は、特に流入する冷却空気に対し小さい温度差を有する媒体凝縮する場合に適したものである。

0008

また、従来の多管式熱交換器の問題点を解決するための他の構造の熱交換器としては、エチレン装置や空気深冷分離装置の蒸留塔に用いられているプレートフイン型熱交換器や、ガスケットプレート熱交換器がある。

発明が解決しようとする課題

0009

ところで、上述した従来の塔頂凝縮器では、その外形寸法及び重量が非常に大きなものとなるために、この外形寸法及び重量を支え得るような特別な条件を備えた減圧蒸留塔のような高さに対して直径が大きい蒸留塔にしか適用することができないという問題点があった。

0010

また、上述したプレートフイン型熱交換器を空冷式熱交換器として使用した場合、空気側の圧力損失が大きく、送風フアン動力が過大となり、製作上から大きさに制限があり、さらに、この熱交換器は、価格が高いために、双方の流体クリーンな液及びその蒸気の場合で、かつ操作温度マイナス数十℃以下という特殊な条件の場合でなければ、コスト的に成り立たない。

0011

さらに、上述したガスケット式プレート熱交換器を空冷式熱交換器として使用した場合、プロセス流体塔頂生成物)側及び空気側それぞれの流路面積を自由に取ることができず、空気側の圧力損失が大きく、かつ伝熱板締結しているエンドプレートの重量が大きく、蒸留塔の塔頂に組み込むには不利であるという問題点があった。

0012

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、伝熱効率が高く、構成が簡単で小型化及び軽量化が可能なヒートパイプ構造体及び蒸留装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0013

上記課題を解決するために、本発明は次の様なヒートパイプ構造体及び蒸留装置を提供する。すなわち、本発明の請求項1記載のヒートパイプ構造体は、複数の平板状ヒートパイプユニットを互いに平行に配置し、これらの平板状ヒートパイプユニットそれぞれの間に、互いに隣接する平板状ヒートパイプユニット間の間隔を保持しかつ高温部低温部の2つの領域に仕切仕切部材を配設し、前記平板状ヒートパイプユニットを、複数本ヒートパイプ素子並列に配置した構成としたことを特徴としている。

0014

請求項2記載のヒートパイプ構造体は、請求項1記載のヒートパイプ構造体において、前記平板状ヒートパイプユニットを、板状の伝熱部材断面矩形波形状に折曲げコルゲート板とし、該コルゲート板の両面にそれぞれ伝熱板を接合するとともに、該コルゲート板の両端部を押さえ部材により密封し、該コルゲート板の各溝部をヒートパイプ素子としたことを特徴としている。

0015

請求項3記載のヒートパイプ構造体は、請求項1または2記載のヒートパイプ構造体において、前記仕切部材で仕切られる低温部のヒートパイプユニット間に、伝熱性が高くかつ流路抵抗の小さいスペーサを兼ねた放熱部材を設けたことを特徴としている。

0016

請求項4記載のヒートパイプ構造体は、請求項2記載のヒートパイプ構造体において、前記ヒートパイプ素子内に、該ヒートパイプ素子の高温部にて吸熱して気化し、該ヒートパイプ素子の低温部にて放熱し凝縮する作動流体封入したことを特徴としている。

0017

請求項5記載の蒸留装置は、流体を生成する蒸留塔の塔頂に、前記流体を冷却凝縮するヒートパイプを備えたことを特徴としている。

0018

請求項6記載の蒸留装置は、請求項5記載の蒸留装置において、前記ヒートパイプを、請求項1、2、3または4記載のヒートパイプ構造体としたことを特徴としている。

発明を実施するための最良の形態

0019

本発明の各実施形態について図面に基づき説明する。
「第1の実施形態」図1は本発明の第1の実施形態の蒸留装置を示す一部破断正面図であり、図において、蒸留塔21の塔頂21aには、該蒸留塔21内で蒸発した塔頂生成物であるプロセス流体22を冷却凝縮する伝熱モジュール(ヒートパイプ構造体)23が塔頂21aを貫通するとともに、低温部23aが蒸留塔21の外部に、高温部23bが内部に位置するように貫通部を密閉状態で保持するパーティションバー(仕切部材)24により固定されている。

0020

そして、この蒸留塔21の塔頂21a内の伝熱モジュール23の高温部23bの下方には、冷却凝縮したプロセス流体22’を貯留する容器25及び棚板26が設けられ、該容器25は配管27及び調節弁28を介して外部に抜き出し可能に接続されている。

0021

伝熱モジュール23は、図2に示すように、複数個矩形板状のプレートフィン(平板状ヒートパイプユニット)31、31、…が、それぞれの主面31aが互いに平行になるように一列に配設され、低温部23aと高温部23bとを仕切るパーティションバー(仕切部材)24が、ブレージングろう付け)等により密閉状態で固定され、さらに、空気32の流路となる低温部23aの間隙には、流路抵抗が小さく、伝熱促進機能を有する複数個のコイル番線からなるスペーサを兼ねた放熱部材34、34、…が配設されている。

0022

このプレートフィン31は、図3に示すように、ステンレスアルミニウム等の薄板からなる矩形状の伝熱板が断面矩形の波形状に折曲げられてコルゲート板41とされ、該コルゲート板41の両面の短冊状の接合面42にそれぞれ伝熱性を有する仕切板(伝熱板)43がブレージング等により接合され、このコルゲート板41の両端部がエンドバー(押さえ部材)44、44により、このコルゲート板41の両側部がサイドバー45、45によりそれぞれ補強及び密封がなされ、コルゲート板41の各溝部がヒートパイプ素子46とされている。

0023

このヒートパイプ素子46内には、図4に示すように、ヒートパイプ素子46の下部(高温部)にてプロセス流体22より熱47を奪って気化し、この蒸気が上昇して該ヒートパイプ素子46の上部(低温部)にて冷却媒体である空気32により熱48が奪われて凝縮液化し、重力により下部に還流する作動流体49が封入されている。

0024

このプレートフィン31は、コルゲート板41の各溝部をヒートパイプ素子46とすることにより、密閉二相熱サイフォン型のヒートパイプとしたもので、その伝熱抵抗は、作動流体49を水、メタノール等のアルコール類プロパン等の炭化水素とした場合、hとして数千kcal/m2hCあるので、ヒートパイプを介して伝熱を行っても、プロセス流体22と空気32を直にパイプ熱交換するのと同等の機能を有する。また、作動流体49は、目的や操作条件に応じて適宜選択できるが、安全サイド等を考慮して水が好ましい。

0025

次に、この伝熱モジュール23の作動原理について図5に基づき説明する。蒸留塔21内で蒸発したプロセス流体22は、パーティションバー24で上昇が遮られるとともに、モジュール23の高温部23bにおいてプレートフィン主面31aに接触して作動流体49に熱を奪われることにより、冷却されて凝縮し液化したプロセス流体22’となり、図1に示す容器25内に適下する。

0026

一方、液状の作動流体49は、プレートフィン31の下部でプロセス流体22より熱を奪って気化し、この気化した作動流体49は、プレートフィン31内を上昇する間にパーティションバー24の上方のモジュール23の低温部23aにおいて、放熱部材34、34、…間を流動する空気32により熱が奪われて冷却され再度液化し、重力で還流する、という相変化を繰り返す。

0027

以上説明したように、本実施形態の蒸留装置によれば、蒸留塔21の塔頂21aにプロセス流体22を冷却凝縮する伝熱モジュール23を設けたので、熱交換器を別個に設けて配管で接続することが不要になり、設置用架台や付帯配管も不要となり、製造コストを低減し、工期を短縮することができる。

0028

また、構成が簡単であるとともに、ヒートパイプ素子密度を高くすることができるので、従来型の多管式熱交換器、プレートフィン型熱交換器、ガスケット式プレート熱交換器等に比べて同じ所要面積伝熱能力を高くとることができる。したがって、同じ熱交換所要量に対して小型化、軽量化を図ることができる。

0029

また、複数個の矩形板状のプレートフィン31、31、…を互いに平行になるように一列に配設するとともに、その間にコイル状番線からなる放熱部材34、34、…を配置したので、作動流体49のプロセス流体22及び空気32に対する接触面積を大きくとることができ、冷却効率を向上させることができる。また、空気32側の流路の面積や放熱部材の寸法及び配置密度を任意に設定することができるので、空気32側の圧力損失を小さくすることができる。

0030

なお、本実施形態では、コルゲート板41の断面形状を矩形の波形状としたが、本実施形態の形状に限定されることなく、様々な断面形状のものが使用可能である。また、コイル状番線からなる放熱部材34を用いたが、この放熱部材34は、伝熱性がありかつ空気32の流路抵抗が小さいものであればよく、良伝熱材料からなるパイプを縦に2分割して状とした半割パイプ等を用いても同様の効果を得ることができる。

0031

「第2の実施形態」図6は本発明の第2の実施形態の伝熱モジュール(ヒートパイプ構造体)を示す部分斜視図であり、本実施形態の伝熱モジュール51が上述した第1の実施形態の伝熱モジュール23と異なる点は、プレートフィン31のパーティションバー24より上方の両面に断面コの字型長尺部材からなる空気側拡張伝面53、53、…を水平に配設し、該プレートフィン31のパーティションバー24より下方の片面(もしくは両面)に断面コの字型の長尺部材からなるプロセス流体側拡張伝面54、54、…を垂直に配設した点である。

0032

本実施形態の伝熱モジュール51においても、上述した第1の実施形態の伝熱モジュール23と同様の効果を奏することができる。なお、空気側拡張伝面53、53、…やプロセス流体側拡張伝面54、54、…の形状は、上記の形状に限定されることなく、様々な形状のものが使用可能である。

発明の効果

0033

以上説明した様に、本発明のヒートパイプ構造体によれば、複数の平板状ヒートパイプユニットを互いに平行に配置し、これらの平板状ヒートパイプユニットそれぞれの間に、互いに隣接する平板状ヒートパイプユニット間の間隔を保持しかつ高温部と低温部の2つの領域に仕切る仕切部材を配設し、前記平板状ヒートパイプユニットを、複数本のヒートパイプ素子を並列に配置した構成としたので、従来の熱交換器に比べて伝熱能力を高めることができる。また、構成が簡単であるから、小型化及び軽量化を図ることができる。

0034

また、本発明の蒸留装置によれば、流体を生成する蒸留塔の塔頂に、前記流体を冷却凝縮するヒートパイプを備えたので、熱交換器独自の設置面積が不要になり、設置用の架台や付帯配管も不要となり、製造コストを低減し、工期を短縮することができる。また、ヒートパイプを蒸留塔と共に制作据え付けることができるので、ヒートパイプ自体を独自に設置する工程が不要となり、さらなる製造コストの低減、工期の短縮が可能になる。

図面の簡単な説明

0035

図1本発明の第1の実施形態の蒸留装置を示す一部破断正面図である。
図2本発明の第1の実施形態の伝熱モジュールを示す分解斜視図である。
図3本発明の第1の実施形態のプレートフィンを示す分解斜視図である。
図4本発明の第1の実施形態のヒートパイプ素子を示す断面図である。
図5本発明の第1の実施形態の伝熱モジュールの作動原理を示す斜視図である。
図6本発明の第2の実施形態の伝熱モジュールを示す部分斜視図である。
図7従来の塔頂凝縮器を示す部分破断平面図である。
図8図7のA−A線に沿う断面図である。

--

0036

1塔頂凝縮器
2フインチューブ管束
3塔頂
3a 塔頂頂蓋
4蒸気分配室
5凝縮物捕集室
6 環状補集管
7閉鎖弁
8導管
11底板
12フッド
13ベンチレータ
14オートベーパ上昇管
15 オートベーパ分配管
16分岐管
21蒸留塔
21a 塔頂
22プロセス流体
22’ 冷却凝縮したプロセス流体
23伝熱モジュール(ヒートパイプ構造体)
24パーティションバー(仕切部材)
25容器
26棚板
27配管
28調節弁
31プレートフィン(平板状ヒートパイプユニット)
31a 主面
32 空気
34放熱部材
41コルゲート板
42接合面
43仕切板(伝熱板)
44エンドバー(押さえ部材)
45サイドバー
46ヒートパイプ素子
47 熱
48 熱
49作動流体
51 伝熱モジュール
53 空気側拡張伝面
54 プロセス流体側拡張伝面

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 新光電気工業株式会社の「 ループ型ヒートパイプ及びその製造方法」が 公開されました。( 2021/09/27)

    【課題】作動流体の体積変化による変形を抑制できるループ型ヒートパイプ及びその製造方法を提供する。【解決手段】ループ型ヒートパイプは、一対の最外金属層と、前記一対の最外金属層の間に設けられた中間金属層か... 詳細

  • 日軽金アクト株式会社の「 コンクリートの冷却構造」が 公開されました。( 2021/09/27)

    【課題】コンクリートの水和熱による熱収縮亀裂やひび割れを防止するための冷却を効率よくかつ低コストで行うことのできる構造を提供する。【解決手段】コンクリート1に埋め込まれたシース2の内部に伝熱液4と共に... 詳細

  • 株式会社デンソーエアシステムズの「 沸騰冷却装置」が 公開されました。( 2021/09/27)

    【課題】沸騰冷却装置の凝縮部の放熱に、冷凍サイクル装置の冷媒配管を用いる際、熱の伝達を効率的に行う。【解決手段】冷凍サイクル装置とともに用いる沸騰冷却装置で、被冷却物と熱的に接触して被冷却物の熱を受け... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ