(57)【要約】【課題】トラフから伝熱管の上部へ供給される加熱用液体の流量を増加しても、伝熱管の表面における液膜流れの剥離を抑制することが可能な気化装置を提供する。【解決手段】気化装置１は、液化ガスが導入される複数の伝熱管１１が立てた状態で並んで構成される伝熱管パネル２と、複数の伝熱管１１が並ぶ方向に延びるように伝熱管パネル２に沿って配置され、加熱用液体を各伝熱管の外表面に沿って連続的に流下させることにより、当該伝熱管１１の外表面に加熱用液体による液膜流れを形成するトラフ３とを備える。トラフ本体３ａから溢れ出てトラフエッジ３ｂに沿って伝熱管１１へ向けて流れる加熱用液体が伝熱管１１の外表面１１ａに流入するときの当該外表面に対する加熱用液体の流入角度θ２が４０°以下になるように、トラフエッジ３ｂの水平面に対する傾斜角度θ１、およびトラフエッジ３ｂの先端と伝熱管１１との距離Ｌが設定されている。【選択図】図４
2018009738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスと当該液化ガスよりも高温の加熱用液体との間で熱交換を行うことにより当該液化ガスを気化させる気化装置であって、
前記液化ガスが導入される複数の伝熱管が立てた状態で並んで構成される伝熱管パネルと、
前記複数の伝熱管が並ぶ方向に延びるように前記伝熱管パネルに沿って配置され、前記加熱用液体を各伝熱管の外表面に沿って連続的に流下させることにより、当該伝熱管の外表面に前記加熱用液体による液膜流れを形成するトラフとを備え、
前記トラフは、上面が開口された長尺の箱体からなるトラフ本体と、当該トラフ本体の上面開口の縁において前記トラフ本体の長手方向に延びるとともに前記伝熱管へ向けて突出するトラフエッジとを有し、
前記トラフ本体から溢れ出て前記トラフエッジに沿って前記伝熱管へ向けて流れる前記加熱用液体が前記伝熱管の外表面に流入するときの当該外表面に対する前記加熱用液体の流入角度θ２が４０°以下になるように、前記トラフエッジの水平面に対する傾斜角度θ１、および前記トラフエッジの先端と前記伝熱管との距離Ｌが設定されている、
ことを特徴とする、気化装置。
【請求項２】
前記加熱用液体が前記トラフエッジから前記伝熱管の外表面へ向けて流出する流出速度Ｕ、および重力加速度をｇとした場合において、
前記トラフエッジの前記傾斜角度をθ１、および前記トラフエッジと前記伝熱管との前記距離Ｌは、
【数１】
2018009738.tif 000011
の関係を満たすように設定される、
請求項１に記載の気化装置。
【請求項３】
前記トラフエッジの前記傾斜角度θ１は５０°以下である、
請求項１または２に記載の気化装置。
【請求項４】
前記加熱用液体が前記トラフエッジから前記伝熱管の外表面へ向けて流出する流出速度よりも速い速度で、前記液膜流れの上方から当該液膜流れに向けて追加の加熱用液体を流下させる高速流下部をさらに備えている、
請求項１に記載の気化装置。
【請求項５】
液化ガスと当該液化ガスよりも高温の加熱用液体との間で熱交換を行うことにより当該液化ガスを気化させる気化装置であって、
前記液化ガスが導入される複数の伝熱管が立てた状態で並んで構成される伝熱管パネルと、
前記複数の伝熱管が並ぶ方向に延びるように前記伝熱管パネルに沿って配置され、前記加熱用液体を各伝熱管の外表面に沿って連続的に流下させることにより、当該伝熱管の外表面に前記加熱用液体による液膜流れを形成するトラフであって、上面が開口された長尺の箱体からなるトラフ本体と、当該トラフ本体の上面開口の縁において前記トラフ本体の長手方向に延びるとともに前記伝熱管へ向けて突出するトラフエッジとを有するトラフと、
前記加熱用液体が前記トラフエッジから前記伝熱管の外表面へ向けて流出する流出速度よりも速い速度で、前記液膜流れの上方から当該液膜流れに向けて追加の加熱用液体を流下させる高速流下部と、
を備えている気化装置。
【請求項６】
前記高速流下部は、前記追加の加熱用液体を下方へ噴射する噴射口を有し、
前記噴射口は、前記複数の伝熱管が並ぶ方向に連続して延びる形状を有する、
請求項５に記載の気化装置。  
【請求項７】
前記高速流下部は、前記複数の伝熱管の外表面に沿って個別に前記追加の加熱用液体を下方へ噴射する複数の噴射口を有する、
請求項５に記載の気化装置。
【請求項８】
前記トラフに接続されたトラフ供給管と、
前記トラフ供給管を介して前記トラフへ前記加熱用液体を送るポンプと、
一端が前記トラフ供給管の途中に接続され、他端が前記高速流下部に接続された接続管と、
をさらに備えている、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の気化装置。
【請求項９】
前記トラフに接続されたトラフ供給管と、
前記トラフ供給管を介して前記トラフへ前記加熱用液体を送るポンプと、
前記ポンプから排出される前記加熱用液体の一部を前記加熱用液体の供給源へ戻すバイパスラインと、
一端が前記バイパスラインの途中に接続され、他端が前記高速流下部に接続された接続管と、
をさらに備えている、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の気化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温流体である液化ガスを気化させる気化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低温流体であるＬＮＧ（液化天然ガス）など種々の液化ガスを気化させる気化装置として、オープンラック型気化器が特許文献１などで知られている。
【０００３】
この種の気化器によってＬＮＧを気化させる場合、熱源としてＬＮＧよりも高温の海水などの加熱用液体が使用される。すなわち、ＬＮＧが伝熱管の内部に流入されるとともに海水が伝熱管の外面に沿って流されることにより、伝熱管を介してＬＮＧと海水との間で熱交換が行われる。これにより、ＬＮＧは、海水から受けた熱によって気化される。
【０００４】
上記の特許文献１に記載されたオープンラック型の気化器は、垂直方向に延びる多数の伝熱管を有するパネルと、当該パネルの両側に配置されたトラフとを有する。トラフは、上面が開口された長尺の箱体からなるトラフ本体と、当該トラフ本体の上面開口の縁においてトラフ本体の長手方向に延びるトラフエッジとを有する。オープンラック型の気化器では、海水を当該トラフに連続的に供給し、海水をトラフ本体の上面開口から溢れ出させてトラフエッジに沿って伝熱管へ向けて流し、伝熱管の表面に沿って流下させる。これにより、海水を伝熱管の表面に連続的に供給して当該表面に海水による液膜流れを形成しながら、伝熱管を介してＬＮＧと海水との間で熱交換を行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０―１０３８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の気化装置では、トラフにおいてトラフ本体の上面開口から溢れ出た海水をトラフエッジに沿って伝熱管へ向けて流し、伝熱管の上部から伝熱管の表面に沿って海水を流下させる。そのため、トラフから伝熱管の上部へ大流量の海水を連続的に供給した場合には、伝熱管の表面において、海水の流速の水平成分が大きくなって衝突時の抵抗が大きくなるとともに、液膜流れが海水の表面張力によって維持できなくなる。そのため、伝熱管の上部において後続の海水の一部が伝熱管の表面に沿って円滑に流れることができなくなって滞るおそれがある。その場合、海水によって形成される液膜流れが伝熱管の表面から剥離する、いわゆる液膜剥離が生じるおそれがある。このような液膜剥離が生じた場合、伝熱管の伝熱性能が低下するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、トラフから伝熱管の上部へ供給される加熱用液体の流量を増加しても、伝熱管の表面における液膜流れの剥離を抑制することが可能な気化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】
【０００８】
上記課題を解決するためのものとして、本発明の請求項１に係る気化装置は、液化ガスと当該液化ガスよりも高温の加熱用液体との間で熱交換を行うことにより当該液化ガスを気化させる気化装置であって、前記液化ガスが導入される複数の伝熱管が立てた状態で並んで構成される伝熱管パネルと、前記複数の伝熱管が並ぶ方向に延びるように前記伝熱管パネルに沿って配置され、前記加熱用液体を各伝熱管の外表面に沿って連続的に流下させることにより、当該伝熱管の外表面に前記加熱用液体による液膜流れを形成するトラフとを備え、前記トラフは、上面が開口された長尺の箱体からなるトラフ本体と、当該トラフ本体の上面開口の縁において前記トラフ本体の長手方向に延びるとともに前記伝熱管へ向けて突出するトラフエッジとを有し、前記トラフエッジの水平面に対する傾斜角度θ１、および前記トラフエッジの先端と前記伝熱管との距離Ｌは、前記トラフ本体から溢れ出て前記トラフエッジに沿って前記伝熱管へ向けて流れる前記加熱用液体が前記伝熱管の外表面に流入するときの当該外表面に対する流入角度θ２が４０°以下になるように、設定されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成では、トラフエッジの水平面に対する傾斜角度θ１および前記トラフエッジの先端と前記伝熱管との距離Ｌが上記のように設定される。これにより、トラフエッジから伝熱管へ向けて流れる加熱用液体が、伝熱管の外表面に流入するときの当該外表面に対する流入角度θ２は４０°以下になる。流入角度θ２が４０°以下になることにより、加熱用液体は伝熱管の外表面に接触するときには、加熱用液体の速度の垂直成分（すなわち落下速度）が十分速くかつ水平成分が小さくなっている。これにより、伝熱管の外表面に流速の速い液膜流れを形成することができる。したがって、後続の加熱用液体は液膜流れに円滑に合流することが可能になり、伝熱管の上部において、加熱用液体の滞りが生じることがなくなる。その結果、トラフから伝熱管の上部へ供給される加熱用液体の流量が増加した場合であっても、伝熱管の外表面における液膜流れの剥離を抑制することが可能である。そして、液膜剥離の抑制により、伝熱管の伝熱性能の低下を抑制することが可能になる。すなわち、大流量タイプの気化器として好適なものとすることが可能である。
【００１０】
前記加熱用液体が前記トラフエッジから前記伝熱管の外表面へ向けて流出する流出速度Ｕ、および重力加速度をｇとした場合において、前記トラフエッジの前記傾斜角度をθ１、および前記トラフエッジと前記伝熱管との前記距離Ｌは、
【００１１】
【数１】
2018009738.tif 000003
の関係を満たすように設定されるのが好ましい。
【００１２】
かかる構成によれば、トラフから流出する加熱用液体の流量が増加するのに伴って流出速度Ｕが増加しても、前記傾斜角度をθ１、および前記距離Ｌが上記の関係を満たすように設定される。これにより、加熱用液体は、４０°以下の流入角度θ２で伝熱管の外表面に流入することが可能になる。その結果、トラフから伝熱管の上部へ供給される加熱用液体の流量を増加しても、伝熱管の外表面における液膜流れの剥離を確実に抑制することが可能である。
【００１３】
前記トラフエッジの前記傾斜角度θ１は５０°以下であるであるのが好ましい。
【００１４】
かかる構成によれば、トラフ本体から溢れ出る加熱用液体の流れがトラフエッジから剥離することを防ぎ、当該剥離に伴って生じる加熱用液体の一部がトラフエッジに沿って滴る現象を回避することが可能である。
【００１５】
なお、上記の気化装置は、前記加熱用液体が前記トラフエッジから前記伝熱管の外表面へ向けて流出する流出速度Ｕよりも速い速度で、前記液膜流れの上方から当該液膜流れに向けて追加の加熱用液体を流下させる高速流下部をさらに備えていてもよい。高速流下部を備えていれば、トラフエッジから流出する加熱用液体よりも速い追加の加熱用液体を、伝熱管の外表面に形成された液膜流れの上方から当該液膜流れに向けて流下させることで、当該液膜流れの流速を増加させることが可能である。これにより、後続の加熱用液体は増速後の液膜流れに円滑に合流することが可能になり、伝熱管の上部において、加熱用液体の滞りが生じることがなくなる。その結果、トラフから伝熱管の上部へ供給される加熱用液体の流量を増加しても、伝熱管の外表面における液膜流れの剥離を抑制することが可能である。
【００１６】
本発明の請求項４に係る気化装置は、液化ガスと当該液化ガスよりも高温の加熱用液体との間で熱交換を行うことにより当該液化ガスを気化させる気化装置であって、前記液化ガスが導入される複数の伝熱管が立てた状態で並んで構成される伝熱管パネルと、前記複数の伝熱管が並ぶ方向に延びるように前記伝熱管パネルに沿って配置され、前記加熱用液体を各伝熱管の外表面に沿って連続的に流下させることにより、当該伝熱管の外表面に前記加熱用液体による液膜流れを形成するトラフであって、上面が開口された長尺の箱体からなるトラフ本体と、当該トラフ本体の上面開口の縁において前記トラフ本体の長手方向に延びるとともに前記伝熱管へ向けて突出するトラフエッジとを有するトラフと、前記加熱用液体が前記トラフエッジから前記伝熱管の外表面へ向けて流出する流出速度Ｕよりも速い速度で、前記液膜流れの上方から当該液膜流れに向けて追加の加熱用液体を流下させる高速流下部とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、トラフエッジから流出する加熱用液体よりも速い追加の加熱用液体を、伝熱管の外表面に形成された液膜流れの上方から当該液膜流れに向けて流下させる。これにより、当該液膜流れの流速を増加させることが可能である。これにより、後続の加熱用液体は増速後の液膜流れに円滑に合流することが可能になり、伝熱管の上部において、加熱用液体の滞りが生じることがなくなる。その結果、トラフから伝熱管の上部へ供給される加熱用液体の流量を増加しても、伝熱管の外表面における液膜流れの剥離を抑制することが可能である。
【００１８】
前記高速流下部は、前記追加の加熱用液体を下方へ噴射する噴射口を有し、前記噴射口は、前記複数の伝熱管が並ぶ方向に連続して延びる形状を有するものであってもよい。
【００１９】
かかる構成によれば、上記の噴射口から追加の加熱用液体を下方へ噴射させることにより、追加の加熱用液体を複数の伝熱管が並ぶ方向に連続した膜状の状態で伝熱管の外表面に沿って流下させることが可能である。これにより、伝熱管の外表面がフィンを有する形状であっても、追加の加熱用液体を当該外表面の全体に確実に接触させることが可能である。
【００２０】
前記高速流下部は、前記複数の伝熱管の外表面に沿って個別に前記追加の加熱用液体を下方へ噴射する複数の噴射口を有するものであってもよい。
【００２１】
かかる構成によれば、複数の噴射口から複数の伝熱管の外表面に沿って個別に追加の加熱用液体を下方へ噴射させてそれぞれの外表面に沿って流下させることが可能である。これにより、伝熱管の外表面がフィンを有する形状であっても、追加の加熱用液体をそれぞれの伝熱管の外表面に確実に接触させることが可能である。
【００２２】
前記トラフに接続されたトラフ供給管と、前記トラフ供給管を介して前記トラフへ前記加熱用液体を送るポンプと、一端が前記トラフ供給管の途中に接続され、他端が前記高速流下部に接続された接続管とをさらに備えていてもよい。
【００２３】
かかる構成によれば、ポンプからトラフ供給管を介してトラフへ送られる加熱用液体のうちの一部を接続管を介して高速流下部へ送ることが可能になるので、１つのポンプからトラフおよび高速流下部へそれぞれ加熱用液体を分配することが可能になる。そのため、ポンプ動力を増加させることなく、高速流下部から供給される追加の加熱用液体によって液膜剥離を防ぐことが可能になり、加熱用液体の伝熱性能を向上させることが可能である。
【００２４】
前記トラフに接続されたトラフ供給管と、前記トラフ供給管を介して前記トラフへ前記加熱用液体を送るポンプと、前記ポンプから排出される前記加熱用液体の一部を前記加熱用液体の供給源へ戻すバイパスラインと、一端が前記バイパスラインの途中に接続され、他端が前記高速流下部に接続された接続管と、をさらに備えていてもよい。
【００２５】
かかる構成によれば、バイパスラインを介して加熱用液体の供給源へ戻される加熱用液体の一部を接続管を介して高速流下部へ送ることが可能になる。そのため、ポンプ動力を増加させることなく、高速流下部から供給される追加の加熱用液体によって液膜剥離を防ぐことが可能になり、加熱用液体の伝熱性能を向上させることが可能である。しかも、この構成では、バイパスラインから接続管を介して高速流下部に加熱用液体が供給される。そのため、ポンプからトラフ供給管を介してトラフへ送られる加熱用液体の流量は、バイパスラインを介して高速流下部へ送られる加熱用液体によって減少されないので、トラフから伝熱管へ流下させる加熱用液体の伝熱性能の低下が生じない。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明の気化装置によれば、トラフから伝熱管の上部へ供給される加熱用液体の流量を増加しても、伝熱管の表面における液膜流れの剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る気化装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の伝熱管パネルおよびその周辺部を当該伝熱管パネルの正面側から見た図である。
【図３】（ａ）は図１のトラフおよび伝熱管の配置を示す図、（ｂ）は伝熱管高さと海水側熱伝達効率ｈｏの関係を示すグラフである。
【図４】トラフから海水が伝熱管の外表面に供給される様子を示す説明図である。
【図５】（ａ）は図１のトラフエッジの傾斜角度θ１を大きくすることにより海水の流入角度および流速を増加させることを示す説明図、（ｂ）は図１のトラフエッジと伝熱管の距離Ｌを大きくすることにより海水の流入角度および流速を増加させることを示す説明図、（ｃ）は従来のトラフエッジにおいて液膜剥離が生じる状態を示す図、および（ｄ）は比較例としてトラフエッジの傾斜角度を過度に大きくした場合にトラフエッジに沿って海水が滴る状態を示す図である。
【図６】トラフ流量と流出速度と流入角度との関係を示すグラフである。
【図７】海水の伝熱管表面への流入角度θ２と液膜飛散の有無との関係を示す表である。
【図８】本発明の第１実施形態および比較例の場合における伝熱管上端からの距離Ｈと海水の熱伝達率ｈｏとの関係を示すグラフである。
【図９】海水のトラフエッジの傾斜角度θ１と液膜剥離および液滴りの有無との関係を示す表である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る気化装置であって、高速流下部として噴射ノズルを備えた気化装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図１１】（ａ）は図１０の噴射ノズルから噴射される追加の海水Ｑによって液膜流れＷの流速を増加させる状態を示す説明図、（ｂ）は各伝熱管に噴射ノズルが配置されていることを示す図である。
【図１２】（ａ）は第２実施形態の変形例として、図１０の噴射ノズルの代わりにスパージ管を用いて追加の海水Ｑを噴射する状態を示す説明図、（ｂ）は各伝熱管に対応して噴射口が個別に配置されていることを示す図、（ｃ）は他の変形例として、スパージ管の噴射口が複数の伝熱管１１が並ぶ方向に連続して延びるスリット形状であることを示す図である。
【図１３】第２実施形態のさらに他の変形例として、噴射ノズルが接続管を介してバイパスラインに接続された気化装置の全体構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の気化装置の実施形態についてさらに詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る気化装置１は、液化ガスであるＬＮＧを当該ＬＮＧよりも高温の加熱用液体である海水との間で熱交換を行うことにより当該ＬＮＧを気化させるオープンラック型の気化装置である。
【００２９】
なお、気化装置１によって気化される液化ガスはＬＮＧ以外のもの（例えば液化窒素など）でもよい。また、加熱用液体は、海水以外の液体、例えば水（具体的には工業用水など）やエチレングリコール水溶液などでもよい。
【００３０】
気化装置１は、図１に示されるように、伝熱管パネル２と、トラフ３と、ポンプ５と、トラフ３に接続されたトラフ供給管６とを備えている。
【００３１】
伝熱管パネル２は、図２に示されるように、ＬＮＧが導入される複数の伝熱管１１が立てた状態で並んで構成される。具体的には、伝熱管パネル２は、垂直方向に立てられた多数本の伝熱管１１と、これら伝熱管１１の下端開口にそれぞれ連通する供給側ヘッダ１２と、これら伝熱管１１の上端開口にそれぞれ連通する集合側ヘッダ１３とを備える。気化装置１では、複数の伝熱管パネル２が互いに間隔をあけて並べられ、各伝熱管パネル２について供給側ヘッダ１２が供給側マニホールド１４に接続され、集合側ヘッダ１３が集合側マニホールド１５に接続される。
【００３２】
本発明では、伝熱管１１の形状はとくに限定されるものではないが、例えば、ＬＮＧが通る流路を内在する管状の本体部と、本体部の外周面から外方に向かって突出する複数のフィンとを備えたものなどが採用される。
【００３３】
トラフ３は、図１〜２に示されるように、上面が開口された長尺の箱体であり、いわゆる樋の形状を有する。具体的には、トラフ３は、上面が開口された長尺の箱体からなるトラフ本体３ａと、当該トラフ本体の上面開口の縁においてトラフ本体３ａの長手方向に延びるとともに伝熱管１１へ向けて突出するトラフエッジ３ｂとを有する。
【００３４】
トラフ３は、各伝熱管パネル２の両側において、複数の伝熱管１１が並ぶ方向に延びるように伝熱管パネル２に沿って配置される。各トラフ３には、海からポンプ５を用いてトラフ供給管６を介して海水が供給される。トラフ供給管６は、ポンプ５の出口に接続された主管６ａと、当該主管６ａを通して送られる海水を各トラフ３に分配する分配部６ｂを有する。
【００３５】
トラフ３は、トラフ供給管６を介して供給された海水を上面開口から溢れ出させ、海水を各伝熱管１１の外表面１１ａに沿って連続的に流下させる（図１の海水Ｆ参照）。これにより、当該伝熱管１１の外表面１１ａに海水による液膜流れＷ（図３〜５参照）が形成される。
【００３６】
この気化装置１では、垂直に立てられた多数本の伝熱管１１に対しては、供給側のマニホールド１４およびヘッダ１２を介して、各伝熱管１１の内部に下側からＬＮＧが導入される。それとともに、伝熱管１１の外表面１１ａに沿って上方からトラフ３を介して海水が流下される。これにより、当該伝熱管１１を介して、伝熱管１１の内部を上昇するＬＮＧと伝熱管１１の外部を下降する海水との間で熱交換が行われる。これにより、当該ＬＮＧが気化する。ＬＮＧから気化したＮＧ（天然ガス）は、集合側ヘッダ１３およびマニホールド１５を介して、気化装置１から外部の他の設備に送られる。
【００３７】
また、本実施形態の気化装置１は、ポンプ５から排出される海水の一部を海水の供給源へ戻すバイパスライン８と、当該バイパスライン８を開閉するバイパス弁９とをさらに備えている。バイパスライン８は、ポンプ５の出口側のトラフ供給管６の主管６ａと海水の供給源である海との間を連通している。バイパスライン８を流れる海水の流量を調整することによって、ポンプ５からトラフ供給管６を介してトラフ３へ送られる海水の流量を調整することが可能である。しかも、気化装置１から出る排水をバイパスライン８を通過する海水と混合することによって、当該排水を温度調整した後に海へ戻すことが可能である。
【００３８】
図３（ａ）は、伝熱管１１の外表面１１ａを流下する液膜流れＷの各高さ位置での速さを示す図である。図３（ｂ）は、伝熱管１１の高さ方向における海水側の熱伝達率ｈｏの分布を示すグラフを示す。図３（ｂ）に示されるように、トラフ３から流下された海水は伝熱管１１上部から助走区間および安定区間を経て、伝熱管１１の下端に到達する。具体的には、トラフ３から流下されると、海水は重力によりその流速が徐々に加速される。これに伴い、熱伝達率も上昇し、液膜厚さも薄くなる。この領域が一般的に助走区間と呼ばれている。助走区間で加速された後、ある速度以上になると、液膜厚さは一定値になり安定する（この領域を安定区間と呼ぶ）。
【００３９】
ここで、トラフ３から伝熱管１１の上部へ大流量の海水を連続的に供給した場合には、伝熱管１１の外表面１１ａの助走区間では、海水の流速の水平成分が大きくなって衝突時の抵抗が大きくなるとともに、液膜流れが海水の表面張力によって維持できなくなる。そのため、伝熱管１１の上部において後続の海水の一部が伝熱管１１の外表面に沿って円滑に流れることができなくなって滞るおそれがある。その場合、海水によって形成される液膜流れＷが伝熱管１１の外表面から剥離する、いわゆる液膜剥離が生じるおそれがある。例えば、図５（ｃ）に示されるように、液膜流れＷが剥離することによって、伝熱管１１から離れて飛散する水滴Ｐ１が生じる。このような水滴Ｐ１はＬＮＧと熱交換を行わないため、水滴Ｐ１の増加によって、海水の伝熱性能は低下するおそれがある。
【００４０】
そこで、第１実施形態の気化装置では、上記の液膜剥離を抑制するために、図４に示されるように、海水Ｆが伝熱管１１の外表面１１ａに流入するときの当該外表面１１ａに対する流入角度θ２を小さくするような構造にしている。
【００４１】
具体的には、トラフエッジ３ｂの水平面に対する傾斜角度θ１、およびトラフエッジ３ｂの先端３ｂ１と伝熱管１１との間の水平方向の距離Ｌは、トラフ本体３ａから溢れ出てトラフエッジ３ｂに沿って伝熱管１１へ向けて流れる海水Ｆが伝熱管１１の外表面１１ａに流入するときの当該外表面１１ａに対する流入角度θ２が液膜剥離を抑制可能な角度である４０°以下になるように、設定されている。
【００４２】
より具体的には、図４および図５（ａ）に示されるように、トラフエッジ３ｂの水平面に対する傾斜角度θ１を従来の気化装置の場合の傾斜角度（３０°程度）よりも大きくなるように設定して、流入角度θ２が４０°以下になるようにする。または、同図４および図５（ｂ）に示されるように、トラフエッジ３ｂの先端と伝熱管１１との距離Ｌを従来の気化装置の場合よりも大きくなるように設定して、流入角度θ２が４０°以下になるようにする。または、これらの傾斜角度θ１および距離Ｌの両方を従来の気化装置の場合よりも大きく設定する。
【００４３】
ここで、図６に示されるように、トラフエッジ３ｂの傾斜角度θ１が従来の傾斜角度（３０°程度）にしておいた状態で、トラフ流量（すなわち、トラフエッジ３ｂから流出する海水の流量）が増加すると、トラフエッジ３ｂから流出する海水の流出速度Ｕが増加する。それに伴って、上記の流入角度θ２が増加することがわかる。
【００４４】
また、図７には、上記の傾斜角度θ１＝３０°および上記の距離Ｌ＝０．５Ｄ（Ｄは伝熱管１１の最大外径）とした状態において、トラフ流量を最大８ｔ／ｈまで増加したときの流入角度θ２と液膜剥離の有無との関係が示されている。図７によれば、流入角度θ２が４０°を超えると液膜剥離が生じることが確認されている。  したがって、流入角度θ２を４０°以下に抑えれば上記の液膜剥離（具体的には、水滴Ｐ１（図５（ｃ）参照）の飛散）を抑制することが分かる。
【００４５】
また、これらの図６〜７によれば、従来の傾斜角度（３０°程度）トラフエッジ３ｂの場合では、トラフ流量が増加して５ｔ／ｈ以上になったときには流入角度θ２が４０°を超えると液膜剥離が生じるので、５ｔ／ｈ以上増やせないことが分かる。
【００４６】
第１実施形態の気化装置１では、上記の傾斜角度θ１および距離Ｌの設定によって、流入角度θ２を４０°以下に抑えるようにして、液膜剥離を抑制するようにしている。
【００４７】
例えば、図４に示されるように、海水がトラフエッジ３ｂから伝熱管１１の外表面１１ａへ向けて流出する流出速度Ｕとした場合、上記の傾斜角度θ１および距離Ｌは、流入角度θ２≦４０°の条件下では、流出速度Ｕとの関係において以下のようにして設定される。なお、ｇは重力加速度を示す。
【００４８】
【数２】
2018009738.tif 000004
【００４９】
【数３】
2018009738.tif 000005
【００５０】
【数４】
2018009738.tif 000006
【００５１】
【数５】
2018009738.tif 000007
以上の結果から、上記の傾斜角度θ１および距離Ｌは、式（５）の関係を満たすように設定される。
【００５２】
上記のように流入角度θ２を４０°以下に抑えるにより、海水は伝熱管１１の外表面１１ａに接触するときには、海水の速度の垂直成分（すなわち落下速度）が十分速くかつ水平成分が小さくなる。そのため、伝熱管１１の外表面１１ａに形成される液膜流れＷの流速は液膜形成当初から速くなる。したがって、図４に示されるように、その結果、トラフ３から伝熱管１１の上部へ供給される海水の流量が増加した場合であっても、伝熱管１１の外表面１１ａにおける液膜流れＷの剥離（図５（ｃ）の水滴Ｐ１参照）を抑制することが可能である。そして、液膜剥離の抑制により、伝熱管の伝熱性能の低下を抑制することが可能になる。すなわち、大流量タイプの気化器として好適なものとすることが可能である。
【００５３】
言い換えれば、トラフ３から流出する海水の流量が増加するのに伴って流出速度Ｕが増加しても、傾斜角度をθ１、および距離Ｌが上記の式（５）
【００５４】
【数６】
2018009738.tif 000008
を満たすように設定されることにより、海水は、４０°以下の流入角度θ２で伝熱管１１の外表面１１ａに形成される液膜流れＷに流入することが可能になる。これにより、トラフ３から伝熱管１１の上部へ供給される海水の流量を増加しても、伝熱管１１の外表面１１ａにおける液膜流れＷの剥離を確実に抑制することが可能である。
【００５５】
ここで、上記の式（３）を以下の式（６）に変形すれば、流入角度θ２は、傾斜角度θ１、距離Ｌ、および流出速度Ｕから求めることが可能である。
【００５６】
【数７】
2018009738.tif 000009
また、流出速度Ｕは、トラフ供給流量Ｑ、トラフ液膜厚さｔ（すなわち、トラフエッジ３ｂ上における液膜の厚さ）、トラフ長手方向長さＸとした場合、流出速度Ｕは、以下の式（７）から求めることが可能である。トラフ液膜厚さｔは、実際に計測することによって求められる。
【００５７】
【数８】
2018009738.tif 000010
上記のように、流入角度θ２が４０°以下になれば、伝熱管１１の外表面１１ａに形成される液膜流れＷの流速は最初から十分速くなっているので、伝熱管１１の外表面１１ａにおいて液膜流れＷの助走区間を短縮することが可能である。その結果、海水の熱伝達率の低下を抑制することが可能である。
【００５８】
ここで、海水の熱伝達率の低下を抑える効果を検証した実験結果を図８に示す。図８は、規格化した伝熱管上端からの距離Ｈと、平均熱伝達率（例えば、伝熱管の全長における海水の熱伝達率の平均値）で規格化された熱伝達率ｈ０との関係を示す。図８では、トラフ流量が６ｔ／ｈおよび８ｔ／ｈの大流量の場合において、第１実施形態と比較例とで熱伝達率ｈ０を比較する。第１実施形態は、流入角度θ２が４０°以下になるようにトラフ３の傾斜角度θ１を４５°に設定した場合である。比較例は、流入角度の調整をしなかった場合（従来通りのトラフの傾斜角度θ１（＝３０°）の場合）である。図８より、第１実施形態では、トラフの傾斜角度θ１を従来よりも大きくすることによって、トラフ流量が大流量の場合でも、伝熱管１１の上端から液膜剥離を抑制できるので、海水の熱伝達率の低下を抑制していることが分かる。図８において、第１実施形態の実験結果では、伝熱管上端からの距離Ｈが０．２５から０．４になるにしたがって熱伝達率が低下しているが、距離Ｈの全範囲において、比較例の実験結果よりも熱伝達率が改善（実験では１０％程度の向上）されていることがわかる。
【００５９】
上記のように海水の熱伝達率の低下を抑制することによって、伝熱管１１の外表面１１ａにおける着氷量を低減することが可能である。その理由は以下のとおりである。ＬＮＧの冷熱量を一定とした場合、海水と伝熱管１１の外表面１１ａとの温度差に海水の熱伝達率を乗じたものが当該ＬＮＧの冷熱量に等しくなるので、海水の熱伝達率が低下すれば、それに反比例して海水と伝熱管１１の外表面１１ａとの温度差が大きくなる。そのため、海水温度が低い状態では伝熱管１１の外表面１１ａで海水が凍りやすいので、着氷量が増大するおそれがある。しかし、本実施形態では、上記のように海水の熱伝達率の低下を抑えることによって、伝熱管１１の外表面１１ａにおける着氷量を低減することが可能である。
【００６０】
トラフエッジ３ｂの傾斜角度θ１は、過度に大きくなると、図５（ｄ）に示すように、トラフ本体３ａから溢れ出る海水の流れＦａがトラフエッジ３ｂから剥離するとともに、海水の一部がトラフエッジ３ｂに沿って水滴Ｐ２となって滴るおそれがある。水滴Ｐ２の発生は、海水の伝熱性能を低下する原因になる。
【００６１】
そこで、本発明者らは、トラフエッジ３ｂの傾斜角度θ１と液膜剥離の有無との関係を調べた。その結果、図９のように、傾斜角度θ１が５０°を超えると液膜剥離が発生するとともに、液滴りも生じることがわかる。
【００６２】
したがって、トラフエッジ３ｂの傾斜角度θ１は、５０°以下に設定するのが好ましい。これにより、トラフ本体３ａから溢れ出る海水の流れがトラフエッジ３ｂから剥離することを防ぎ、当該剥離に伴って生じる海水の一部がトラフエッジ３ｂに沿って滴る現象（図５（ｄ）の水滴Ｐ２参照）を回避することが可能である。
【００６３】
なお、上記の気化装置１は、海水がトラフエッジ３ｂから伝熱管１１の外表面１１ａへ向けて流出する流出速度Ｕよりも速い速度で、液膜流れＷの上方から当該液膜流れＷに向けて追加の海水Ｑを流下させる高速流下部（図１０の噴射ノズル１５など）をさらに備えていてもよい。高速流下部については後述される。
【００６４】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、伝熱管１１の表面における液膜剥離を防ぐために、トラフ３から伝熱管１１へ流下する海水の流入角度θ２を４０°以下になるように、トラフエッジ３ｂの傾斜角度θ１、およびトラフエッジ３ｂと伝熱管１１との距離Ｌが設定されている。
しかし、液膜剥離を防ぐ他の方法として、以下の第２実施形態のように、伝熱管１１の外表面１１ａの液膜流れＷの流速を、高速に流下する流体を用いて増加させることが考えらえられる。
【００６５】
すなわち、本発明の第２実施形態に係る気化装置は、図１０および図１１（ａ）〜（ｂ）に示されるように、伝熱管１１の外表面１１ａを流れる液膜流れＷへ向けて追加の海水Ｑ（加熱用液体）を流下させる複数の噴射ノズル１５と、当該噴射ノズル１５とトラフ供給管６とを接続する接続管１７とを備えている。複数の噴射ノズル１５によって、高速流下部が構成される。
【００６６】
図１０の気化装置は、その他の構成は、図１に示される気化装置と概ね共通している。ただし、上記の第１実施形態のように、トラフエッジ３ｂの水平面に対する傾斜角度θ１、およびトラフエッジ３ｂの先端３ｂ１と伝熱管１１との距離Ｌは、流入角度θ２が４０°以下になるように設定されることには限定されない。
【００６７】
複数の噴射ノズル１５は、伝熱管パネル２の両側において、それぞれの伝熱管１１の上端部付近に配置される。噴射ノズル１５のそれぞれは、下向きの噴射口１５ａを有しており、各伝熱管１１の外表面１１ａに沿って下方へ追加の海水Ｑを噴射する。噴射ノズル１５は、トラフエッジ３ｂから伝熱管１１の外表面１１ａへ向けて流出する海水Ｆの流出速度Ｕよりも速い速度で、追加の海水Ｑを噴射する。噴射ノズル１１は、伝熱管１１の外表面１１ａに形成される液膜流れＷの上方から当該液膜流れＷに向けて追加の海水Ｑを流下させる。
【００６８】
接続管１７は、一端がトラフ供給管６（具体的にはその分配部６ｂ）の途中に接続され、他端が噴射ノズル１５に接続されている。これにより、トラフ供給管６を介してトラフ３へ供給される海水の一部を噴射ノズル１５へ送ることが可能になる。
【００６９】
図１０〜１１に示される気化装置は、伝熱管１１の外表面１１ａにおける液膜流れＷへ向けて追加の海水Ｑを流下させる噴射ノズル１５を備えている。そのため、トラフエッジ３ｂから流出する海水よりも速い追加の海水Ｑを、伝熱管１１の外表面１１ａに形成された液膜流れＷの上方から当該液膜流れＷに向けて流下させることで、当該液膜流れＷの流速を増加させることが可能である。これにより、トラフ３から供給される後続の海水Ｆは増速後の液膜流れＷに円滑に合流することが可能になり、伝熱管１１の上部において、海水の滞りが生じることがなくなる。その結果、トラフ３から伝熱管１１の上部へ供給される海水の流量を増加しても、伝熱管１１の外表面１１ａにおける液膜流れＷの剥離を抑制することが可能である。
【００７０】
なお、追加の海水Ｑの流下する方向は、垂直方向に限定されるものではなく、追加の海水Ｑが液膜流れＷに合流可能な角度（例えば、液膜流れＷの向きに対して６０°以内の傾斜角度）であればよい。
【００７１】
また、複数の噴射ノズル１５のそれぞれの噴射口１５ａから複数の伝熱管１１の外表面１１ａに沿って個別に追加の海水Ｑを下方へ噴射させてそれぞれの外表面１１ａに沿って流下させることが可能である。これにより、伝熱管１１の外表面１１ａの形状が複雑（例えば、管状の本体部および複数のフィンを備えた伝熱管の場合など）であっても、追加の海水Ｑをそれぞれの伝熱管１１の外表面１１ａに確実に接触させることが可能である。
【００７２】
しかも、図１０に示される気化装置は、ポンプ５からトラフ供給管６を介してトラフ３へ送られる海水のうちの一部を接続管１７を介して噴射ノズル１５へ送ることが可能になる。そのため、１つのポンプ５からトラフ３および噴射ノズル１５へそれぞれ海水を分配することが可能になる。そのため、ポンプ動力を増加させることなく、噴射ノズル１５から供給される追加の海水Ｑによって液膜剥離を防ぐことが可能になり、海水の伝熱性能を向上させることが可能である。
【００７３】
なお、図１０〜１１に示される気化装置では、複数の噴射ノズル１５によって高速流下部が構成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、高速流下部は他の構成であってもよい。例えば、図１２（ａ）、（ｂ）に示されるようなスパージ管１６によって高速流下部が構成されてもよい。
【００７４】
スパージ管１６は、複数の伝熱管１１が並ぶ方向Ｙに延びるように伝熱管パネル２に沿って水平方向に配置された管状部材である。スパージ管１６は、その下面において各伝熱管１１の外表面１１ａに沿って下向きに追加の海水Ｑを供給する複数の噴射口１６ａを有する。
【００７５】
このようなスパージ管１６を用いた場合、複数の噴射口１６ａから複数の伝熱管１１の外表面１１ａに沿って個別に追加の海水Ｑを下方へ噴射させてそれぞれの外表面１１ａに沿って流下させることが可能である。これにより、伝熱管１１の外表面１１ａがフィンを有する形状であっても、追加の海水Ｑをそれぞれの伝熱管１１の外表面１１ａに確実に接触させることが可能である。
【００７６】
また、第２実施形態のさらに他の変形例として、スパージ管１６の噴射口１６ａは、図１２（ｃ）に示されるように、噴射口１６ａは、複数の伝熱管１１が並ぶ方向Ｙに連続して延びるスリット形状を有してもよい。この場合、スリット形状の噴射口１６ａから追加の海水Ｑを下方へ噴射させることにより、追加の海水Ｑを複数の伝熱管１１が並ぶ方向Ｙに連続した膜状の状態で伝熱管１１の外表面１１ａに沿って流下させることが可能である。これにより、伝熱管１１の外表面１１ａがフィンを有する形状であっても、追加の海水Ｑを当該外表面１１ａの全体に確実に接触させることが可能である。
【００７７】
第２実施形態のさらに他の変形例として、図１３に示されるように、上記の噴射ノズル１５などで構成された高速流下部に接続される接続管１７は、バイパスライン８に接続されてもよい。すなわち、接続管１７の一端がバイパスライン８の途中に接続され、当該接続管１７の他端が噴射ノズル１５に接続されてもよい。このような構成では、バイパスライン８を介して海水の供給源（すなわち海）へ戻される海水の一部を接続管１７を介して噴射ノズル１５へ送ることが可能になる。そのため、ポンプ動力を増加させることなく、噴射ノズル１５から供給される追加の海水Ｑによって液膜剥離を防ぐことが可能になり、海水の伝熱性能を向上させることが可能である。しかも、この構成では、バイパスライン８から接続管１７を介して噴射ノズル１５に海水が供給される。そのため、ポンプ５からトラフ供給管６を介してトラフ３へ送られる海水の流量は、バイパスライン８を介して噴射ノズル１５へ送られる海水によって減少されないので、トラフ３から伝熱管１１へ流下させる海水の伝熱性能の低下が生じない。
【符号の説明】
【００７８】
１  気化装置
２  伝熱管パネル
３  トラフ
３ａ  トラフ本体
３ｂ  トラフエッジ
５  ポンプ
６  トラフ供給管
８  バイパスライン
１１  伝熱管
１５  噴射ノズル（高速流下部）
１６  スパージ管（高速流下部）
１７  接続管
【図１】
2018009738.tif 000012
【図２】
2018009738.tif 000013
【図３】
2018009738.tif 000014
【図４】
2018009738.tif 000015
【図５】
2018009738.tif 000016
【図６】
2018009738.tif 000017
【図７】
2018009738.tif 000018
【図８】
2018009738.tif 000019
【図９】
2018009738.tif 000020
【図１０】
2018009738.tif 000021
【図１１】
2018009738.tif 000022
【図１２】
2018009738.tif 000023
【図１３】
2018009738.tif 000024