(57)【要約】【課題】フィンの接続部における着氷を抑制することが可能な伝熱管およびそれを備えた気化装置を提供することを目的とする。【解決手段】伝熱管１は、ＬＮＧなどの液体媒体と当該液体媒体よりも高温の海水などの加熱用水との間で熱交換を行うことにより当該液体媒体の気化を行う。伝熱管１は、液体媒体が通る流路７を内在する管状の本体部２と、本体部２の外周面から外方に向かって突出する複数のフィン３とを備える。複数のフィン３は、本体部２の周方向に互いに離間して配置される。流路７の最大半径をｒ、本体部２における液体媒体の気化時の圧力に耐え得るのに必要な最小肉厚をｔとしたときにおいて、隣接するフィン３の根元部分をつなぐ接続部６は、半径（ｒ＋ｔ）の曲率を有する円弧Ｃ１に接する直線部分１１を有する。【選択図】図１
2017150726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体媒体と当該液体媒体よりも高温の加熱用水との間で熱交換を行うことにより当該液体媒体の気化を行う伝熱管であって、
前記液体媒体が通る流路を内在する管状の本体部と、前記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、
前記複数のフィンは、前記本体部の周方向に互いに離間して配置され、
前記流路の最大半径をｒ、前記本体部における前記液体媒体の気化時の圧力に耐え得るのに必要な最小肉厚をｔとしたときにおいて、前記本体部において隣接する前記フィンの根元部分をつなぐ接続部の外面は、前記本体部の軸方向に垂直な断面において半径（ｒ＋ｔ）の曲率を有する円弧に接する少なくとも１つの直線部分を有する、
ことを特徴とする伝熱管。
【請求項２】
前記接続部の前記外面は、前記直線部分のみによって構成されている、
請求項１に記載の伝熱管。
【請求項３】
前記接続部の前記外面は、複数の前記直線部分によって構成されている、請求項２に記載の伝熱管。
【請求項４】
前記接続部の前記外面は、前記直線部分の端部から立ち上がる直線状の立ち上がり部を有し、
前記立ち上がり部は、隣接する前記フィンの間に延びて前記円弧に接する曲線に対して接するように配置されている、
請求項１に記載の伝熱管。
【請求項５】
前記接続部の前記外面は、前記直線部分の端部から立ち上がる直線状の立ち上がり部を有し、
前記立ち上がり部は、隣接する前記フィンの側面部の直線と前記直線部分とに接し、かつ、隣接する前記フィンの間に延びて前記円弧に接する第１曲線よりも曲率半径が小さい第２曲線に対して接するように配置されている、
請求項１に記載の伝熱管。
【請求項６】
前記本体部および前記フィンによって構成された基材の表面を覆うクラッド層をさらに備えている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の伝熱管。
【請求項７】
請求項１〜６記載の伝熱管を多数本有する、液体媒体の気化を行う気化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化ガスなどの低温流体である液体媒体の気化を行う伝熱管およびそれを備えた気化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＮＧ（液化天然ガス）など種々の液化ガスなどの低温流体である液体媒体の気化を行う伝熱管として、オープンラック型気化器の熱交換パネルを構成する伝熱管などが特許文献１などで知られている。この種の伝熱管によってＬＮＧの気化を行う場合、熱源としてＬＮＧよりも高温の海水などの加熱用水が使用される。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。
【０００３】
上記の特許文献１に記載された伝熱管５１は、図１４に示されるように、円管状の本体部５２および複数のフィン５３を有する基材５４と、犠牲陽極用の被膜５５とを有している。円管状の本体部５２は、その内部にＬＮＧの流通のための流路５７を有する。複数のフィン５３は、本体部５２の周方向に互いに間隔をあけた位置で、当該本体部５２の外周面から外方に向かって突出する。隣接するフィン５３の根元部分５３ａをつなぐ接続部５６の外面５８は、円筒状の本体部５２の中心Ｏ０へ向かって凹む円弧状に連続する円弧状部分６１で構成されている。
【０００４】
犠牲陽極用の被膜５５は、基材５４の表面の外周面を覆うことよって当該基材５４を海水による腐食を抑制する。この被膜５５は、押出成形を利用したクラッド成形によって基材５４の表面に形成される。すなわち、基材５４の材料となる基材ビレットおよび被膜５５の材料となる被膜ビレットを金型（ダイス）から同時に押し出すことによって、基材５４表面に被膜５５が形成された２層構造の伝熱管５１が形成される。
【０００５】
伝熱管５１を押出成形を行う場合、上記の基材ビレットおよび被膜ビレットが滑らかに金型から押し出されないと焼付きなどの不具合が生じるおそれがあり、伝熱管５１の品質の十分な確保が難しくなる。そこで、これらのビレットの滑らかな押し出しを可能にするために、従来では伝熱管の外形の断面形状が曲線で構成されることが多い。そのため、上記のように、隣接するフィン５３の根元部分５３ａをつなぐ接続部５６の外面５８は、円弧状に連続する円弧状部分６１を有するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２３７１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の伝熱管５１では、隣接するフィン５３の根元部分５３ａをつなぐ接続部５６の外面５８は、円弧状に連続する円弧状部分６１を有するので、当該接続部５６における表面積が狭くなっており、伝熱管５１の外面に着氷が生じやすいという問題がある。
【０００８】
すなわち、図１４に示されるように、円管状の本体部５２は、その流路５７を流れるＬＮＧなどの液体媒体が気化時の圧力に耐え得るのに必要な肉厚を確保する必要がある。そのため、本体部５２の流路５７の最大半径をｒ０、本体部５２における液体媒体の気化時の圧力に耐え得るのに必要な最小肉厚をｔ０としたときにおいて、接続部５６の円弧状部分６１の最も奥の部分は、中心Ｏ０とする半径（ｒ０＋ｔ０）の曲率を有する円弧Ｃ０に接する位置にあるようにしている。この場合、円弧状部分６１は、円弧Ｃ０に接する位置の両側から円弧状に立ち上がってフィン５３の側面に連続するので、接続部５６における海水と接することが可能な表面積が狭くなっている。
【０００９】
伝熱管５１の接続部５６の熱流束ｑ（＝Ｑ／Ａ：接続部５６の表面積Ａを単位時間当たりに通過する熱量Ｑ）を考えた場合、上記のように接続部５６の表面積Ａが狭くなると熱流束ｑは大きくなる。接続部５６の熱流束ｑが大きくなれば、接続部５６の円弧状部分６１に接する海水は、伝熱管５１内部を通るＬＮＧによって熱を奪われやすくなって局部的に冷えて凍りやすくなる。その結果、接続部５６で着氷が生じやすくなる。とくに、海水温度が低い条件下では、着氷がより生じやすくなる。
【００１０】
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、フィンの接続部における着氷を抑制することが可能な伝熱管およびそれを備えた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】
【００１１】
上記課題を解決するためのものとして、本発明の伝熱管は、液体媒体と当該液体媒体よりも高温の加熱用水との間で熱交換を行うことにより当該液体媒体の気化を行う伝熱管であって、前記液体媒体が通る流路を内在する管状の本体部と、前記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、前記複数のフィンは、前記本体部の周方向に互いに離間して配置され、前記流路の最大半径をｒ、前記本体部における前記液体媒体の気化時の圧力に耐え得るのに必要な最小肉厚をｔとしたときにおいて、前記本体部において隣接する前記フィンの根元部分をつなぐ接続部の外面は、前記本体部の軸方向に垂直な断面において半径（ｒ＋ｔ）の曲率を有する円弧に接する少なくとも１つの直線部分を有することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成では、本体部において隣接するフィンの根元部分をつなぐ接続部の外面は、前記本体部の軸方向に垂直な断面において上記の半径（ｒ＋ｔ）の曲率を有する円弧に接する少なくとも１つの直線部分を有している。これにより、本体部内部の流路を流れる液体媒体の気化時の圧力に耐え得る本体部の肉厚を確保しながらも、当該接続部の表面積は、従来の円弧状に連続する円弧状部分によって外面が構成された接続部を有する伝熱管よりも増加することが可能である。したがって、接続部における熱流束ｑ（＝Ｑ／Ａ：接続部の表面積Ａを単位時間当たりに通過する熱量Ｑ）が低くなる。そのため、伝熱管の流路に液体媒体を通しながら当該伝熱管の外面に沿って加熱用水を流すことによって当該液体媒体と加熱用水との間で熱交換を行うときに、接続部において加熱用水が冷えにくくなり、接続部における着氷が生じにくくなる。
【００１３】
前記接続部の前記外面は、前記直線部分のみによって構成されているのが好ましい。
【００１４】
かかる構成では、接続部の外面を直線部分のみによって構成し、曲線部分を含まないような構成にすることにより、接続部の表面積が従来の円弧状部分によって外面が構成された接続部の表面積よりもさらに増加するので、熱流束が更に弱まり、さらに着氷しにくくなる。
【００１５】
前記接続部の前記外面は、複数の前記直線部分によって構成されているのが好ましい。
【００１６】
かかる構成では、接続部の外面が１つの直線部分で構成された場合よりも接続部の表面積が大きくなるため、接続部における熱流束がより一層低くなるので、接続部における着氷がさらに生じにくくなる。
【００１７】
前記接続部の前記外面は、前記直線部分の端部から立ち上がる直線状の立ち上がり部を有し、前記立ち上がり部は、隣接する前記フィンの間に延びて前記円弧に接する曲線に対して接するように配置されていてもよい。
【００１８】
かかる構成では、接続部の外面が上記の半径（ｒ＋ｔ）の曲率を有する円弧に接する直線部分と、当該直線部分の端部から立ち上がる直線状の立ち上がり部とを有し、当該立ち上がり部は、上記の円弧に接する曲線に接する位置にある。そのため、接続部の外面を１つの直線部分で構成された場合よりも接続部の外面の形状が円弧に接する曲線に近い形状になるので、伝熱管を押出成形しやすくなる。しかも、このような構成においても、従来の円弧状に連続する円弧状部分によって外面が構成された接続部を有する伝熱管よりも接続部の表面積が若干大きくなるので、接続部における熱流束が低減して着氷しにくくなる。
【００１９】
前記接続部の前記外面は、前記直線部分の端部から立ち上がる直線状の立ち上がり部を有し、前記立ち上がり部は、隣接する前記フィンの側面部の直線と前記直線部分とに接し、かつ、隣接する前記フィンの間に延びて前記円弧に接する第１曲線よりも曲率半径が小さい第２曲線に対して接するように配置されていてもよい。この場合も、上記と同様に、接続部の外面を１つの直線部分で構成された場合よりも接続部の外面の形状が円弧に接する第１曲線に近い形状になるので、伝熱管を押出成形しやすくなる。しかも、このような構成においても、従来の円弧状に連続する円弧状部分によって外面が構成された接続部を有する伝熱管よりも接続部の表面積が大きくなるので、接続部における熱流束が低減して着氷しにくくなる。
【００２０】
前記本体部および前記フィンによって構成された基材の表面を覆うクラッド層をさらに備えているのが好ましい。
【００２１】
本体部およびフィンによって構成された基材の表面を覆うクラッド層をクラッド成形によって形成した場合、クラッド成形の特性上、クラッド層の膜厚はフィンの先端部において最も厚くなる一方でフィンの根元部分および当該根元部分同士をつなぐ接続部において最も薄くなる。そのため、隣接するフィンと接続部とで囲まれた外部空間の断面積の減少を抑えることにより、当該外部空間を流れる加熱用水の流速を抑えることが可能になる。その結果、接続部におけるクラッド層の損耗を低減することが可能である。
【００２２】
本発明の気化装置は、液体媒体の気化を行うものであり、前記伝熱管を多数本有することを特徴とする。この気化装置は前記伝熱管を多数本有することにより、フィンの接続部における着氷を抑制しつつ液体媒体の気化を効率よく行うことが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の伝熱管によれば、フィンの接続部における着氷を抑制することができる。
【００２４】
また、本発明の気化装置によれば、前記伝熱管を多数本有することにより、フィンの接続部における着氷を抑制しつつ液体媒体の気化を効率よく行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る伝熱管を半径方向に切断した状態の斜視図である。
【図２】図１の接続部の拡大断面図である。
【図３】伝熱管の接続部の形状を模式的に示す図であって、（ａ）は図１の直線部分のみによって外面が構成された接続部を示す図、（ｂ）は従来例である図１４の円弧状に連続する円弧状部分で構成された外面を有する接続部を示す図である。
【図４】図１の接続部の拡大図である。
【図５】伝熱管の外部を流れる海水などの加熱用水の流速分布を示す図であって、（ａ）は図３（ａ）の接続部の場合の流速分布、（ｂ）は従来例である図３（ｂ）の接続部の場合の流速分布である。
【図６】本発明の実施形態に係る伝熱管および従来例の伝熱管におけるフィンの根元部分をつなぐ接続部からフィンの先端までの熱流束分布を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態に係る接続部の外面の一部が直線部分によって構成された形態を模式的に示す図である。
【図８】伝熱管の接続部に着氷が生じた場合の氷の成長過程を段階的に示す図であって、（ａ）は図１の隣接するフィンと接続部とで囲まれた外部空間における氷の成長を示す図、（ｂ）は従来例である図１４の隣接するフィンと接続部とで囲まれた外部空間における氷の成長を示す図である。
【図９】（ａ）は本発明のさらに他の実施形態に係る接続部の外面が複数の直線部分によって構成された形態における流路の最大半径および最小半径を示す図、（ｂ）は（ａ）の接続部の外面の拡大図である。
【図１０】（ａ）は本発明のさらに他の実施形態に係る接続部の外面が直線部分とその両端の立ち上がり部を有する形態における流路の最大半径および最小半径を示す図、（ｂ）は（ａ）の接続部の外面の拡大図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態に係る接続部の外面が直線部分とその両端の立ち上がり部を有し、立ち上がり部が曲率半径の小さい曲線に接する形態を示す接続部の外面の拡大図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る気化装置の一例であるオープンラック型気化器の構成を模式的に示す正面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【図１４】従来の曲線形状の外面で構成された接続部を有する伝熱管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の伝熱管の実施形態についてさらに詳細に説明する。
【００２７】
図１〜２に示される伝熱管１は、オープンラック型気化器の熱交換パネルを構成する伝熱管であり、気化すべきＬＮＧなどの液体媒体と当該液体媒体よりも高温の加熱用水（例えば海水など）との間で熱交換を行うことにより当該液体媒体の気化を行うために用いられる。
【００２８】
伝熱管１は、管状の本体部２およびフィン３によって構成された基材４と、当該基材４の表面を覆うクラッド層５とを備えている。
【００２９】
基材４は、熱伝導性の良い材料からなり、例えばアルミ合金（ＪＩＳ３０００系、ＪＩＳ５０００系などのアルミニウム合金）などからなる。
【００３０】
管状の本体部２は、ＬＮＧなどの液体媒体が通る流路７を内在する。図１の流路７は、円形断面を有するが、本発明では流路の断面形状についてはとくに限定されない。
【００３１】
複数のフィン３は、本体部２の外周面から外方に向かって突出する。複数のフィン３は、本体部２の周方向に互いに離間して等間隔に配置されている。それぞれのフィン３は、本体部２の軸方向に延びている。フィン３の枚数については、本発明では限定されないが、例えば８〜１６枚程度である。
【００３２】
隣接するフィン３の根元部分３ａは、これら根元部分３ａの間に介在する本体部２の部分を介して接続される。すなわち、隣接するフィン３の根元部分３ａの間に介在する本体部２の部分は、これら根元部分３ａをつなぐ接続部６として機能する。接続部６の外面８は、伝熱管１の外側を向き、フィン３の根元部分３ａの間に連続して形成されている。外面８は、本体部２の軸方向に垂直な断面において少なくとも一部が直線部分１１を有していればよい。本実施形態の接続部６の外面８は、１つの直線部分１１のみによって構成され、曲線部分を含まないようにしている。この直線部分１１は、円弧Ｃ１に接する。円弧Ｃ１は、本体部２の中心Ｏ１を中心として、流路７の最大半径をｒ１、本体部２における液体媒体の気化時の圧力に耐え得るのに必要な最小肉厚をｔ１としたときにおいて、半径（ｒ１＋ｔ１）の曲率を有する。
【００３３】
クラッド層５は、基材４を海水から保護するために、基材４を構成する本体部２およびフィン３の表面全体を隙間なく覆っている。したがって、隣接するフィン３の間に位置する接続部６も、クラッド層５によって覆われる。
【００３４】
クラッド層５の材料は、本発明では限定されないが、クラッド層５は、例えば、基材４よりも優先的に腐食して基材４を保護する犠牲陽極として機能するために、基材４よりも電気化学的に腐食電位が低い材料（例えば、ＪＩＳ７０００系のアルミニウム合金など）が選択される。
【００３５】
クラッド層５は、クラッド成形によって形成される。すなわち、クラッド成形では、基材４の材料となる基材ビレットおよびクラッド層５の材料となる被膜ビレットを金型（ダイス）から同時に押し出すことによって、基材４の表面にクラッド層５が形成された２層構造の伝熱管１が形成される。
【００３６】
なお、本実施形態の接続部６の外面８は１つの直線部分１１のみによって構成されているが、この構成には、接続部６における直線部分１１とフィン３との接続部分において、クラッド成形時に金型からのビレットの押し出しが可能な程度に図１〜２に示されるように必要最小限の丸みをもたせたものも含まれる。
【００３７】
クラッド成形によって形成されるクラッド層５は、基材４の表面に塗装によって形成された膜（塗膜）と比べて非常に薄く形成することが可能である。クラッド層５は、押出成形の一種であるクラッド成形の特性上、とくにフィン３の先端よりも根元部分３ａおよび当該根元部分同士３ａをつなぐ接続部６の方が薄くなる。このようなクラッド層５の厚さは、接続部６の外面８の直線部分１１の長さに対して非常に小さくなるので、接続部６の表面積や外部空間９の断面積（すなわち、隣接するフィン３と接続部６とで囲まれた外部空間９の断面積）などに与える影響は小さい。
【００３８】
伝熱管１は、オープンラック型気化器の熱交換パネルを構成するために立てられた状態で配置される。図１２〜１３には、本発明の気化装置の一例として、図１〜２の伝熱管１を多数本有するオープンラック型の気化装置２０が示されている。多数本の伝熱管１は、垂直方向に立てられた状態で、これら伝熱管１の下端開口にそれぞれ連通する供給側ヘッダ部２３と、これら伝熱管１の上端開口にそれぞれ連通する集合側ヘッダ部２４とが組み合わされることによって、熱交換パネル２１が構成される。気化装置２０は、複数の熱交換パネル２１を備えている。具体的には、気化装置２０は、互いに間隔をあけて平行に並んで配置された複数の熱交換パネル２１と、隣接する熱交換パネル２１の間隙の上部に配置され、上端が開放された海水供給用のトラフ（堰）２７と、各熱交換パネル２１の供給側ヘッダ部２３にそれぞれ連通する供給側マニホールド２５と、各熱交換パネル２１の集合側ヘッダ部２４にそれぞれ連通する集合側マニホールド２６とを備えている。
【００３９】
この気化装置２０では、垂直に立てられた多数本の伝熱管１に対しては、供給側のマニホールド２５およびヘッダ部２３を介して、各伝熱管１の内部の流路７に下方からＬＮＧが導入される。それとともに、伝熱管１の外面に沿って上方からトラフ２７を介して海水が流下される。これにより、当該伝熱管１を介して、伝熱管１の内部を上昇するＬＮＧと伝熱管１の外部を下降する海水との間で熱交換が行われることにより、当該ＬＮＧの気化が行われる。気化されたＬＮＧは、集合側のヘッダ部２４およびマニホールド２６を介して、気化装置２０から外部の他の設備に送られる。
【００４０】
上記のように構成された伝熱管１では、図１〜２および図３（ａ）に示されるように、本体部２において隣接するフィン３の根元部分をつなぐ接続部６は、上記の半径（ｒ１＋ｔ１）の曲率を有する円弧Ｃ１に接する少なくとも１つの直線部分１１を有している。これにより、本体部２内部の流路７を流れる液体媒体の気化時の圧力に耐え得る本体部２の肉厚を確保しながらも、当該接続部６の表面積は、従来の円弧状に連続する円弧状部分６１によって外面５８が構成された接続部５６を有する伝熱管５１（図３（ｂ）および図１４参照）よりも増加することが可能である。
【００４１】
例えば、図４の接続部６の模式図に示されるように、本実施形態の外面８が直線部分１１を有する接続部６に対して上記の従来の接続部５６（図１４参照）の外面５８を構成する円弧状部分６１を重ね合わせたものを想定する。円弧状部分６１の起点となるフィン根元部分５３ａをつなぐ区間を考えた場合、従来の接続部５６の表面積は、円弧状部分６１の表面積になる。一方、本実施形態の接続部６の表面積は、フィン根元部分５３ａをつないで円弧状部分６１の外側を囲む部分の表面積となり、円弧状部分６１の表面積よりも大きくなることが分かる。
【００４２】
したがって、接続部６における熱流束ｑ（＝Ｑ／Ａ：接続部６の表面積Ａを単位時間当たりに通過する熱量Ｑ）が低くなる。そのため、伝熱管１の流路７にＬＮＧなどの液体媒体を通しながら当該伝熱管１の外面に沿って海水などの加熱用水を流すことによって当該液体媒体と加熱用水との間で熱交換を行うときに、接続部６において加熱用水が冷えにくくなり、接続部６における着氷が生じにくくなる。そのため、海水温度が低い条件下においても、着氷を抑制しながらＬＮＧの気化が可能になる。
【００４３】
以下、本実施形態の伝熱管１の着氷抑制効果を、図５〜６を用いて検証する。
【００４４】
上記の図３（ａ）に示される本実施形態の伝熱管１の接続部６と比較例として図３（ｂ）に示される従来の伝熱管５１の接続部５６との形状の違いによって、伝熱管の外面を流れるＬＮＧ加熱用の海水の流速の分布は、図５（ａ）、（ｂ）に示されるように大きく異なる。ここで、図５（ａ）は図３（ａ）の接続部６の場合の外部空間９における流速分布、図５（ｂ）は図３（ｂ）の接続部５６の場合の外部空間５９における流速分布を示し、各図の色が濃い部分ほど流速が速いことを示す。これらの流速分布は、海水が十分安定した領域（具体的には、垂直に立てられた伝熱管の外面に沿って海水を流下開始した位置から３m程度下方の位置）における伝熱管表面の海水流速分布をコンピュータシミュレーションによって調べたものである。
【００４５】
図５（ｂ）に示される従来の伝熱管では、接続部５６の円弧状部分６１に沿って流速分布を示す色の濃さが均一であるので、円弧状の接続部５６における海水の速度勾配が一定であることがわかる。それに対して、図５（ａ）に示され本実施形態の伝熱管では、接続部６の直線部分１１とつながるフィン３の根元部分３ａの付近の色が部分的に薄いので、直線部分１１を有する接続部６における海水の速度勾配が緩くなっていることがわかる。
【００４６】
図６のグラフには、従来の伝熱管と本発明の実施形態に係る伝熱管におけるフィンの根元部分をつなぐ接続部からフィンの先端にかけての熱流束分布が示される。図６のグラフの横軸は、伝熱管における規格化された径方向の長さ（単位は無次元）が示され、縦軸は、熱流束（Ｗ／ｍ２・Ｋ）が示される。この図６のグラフでは、接続部中央の位置はグラフの曲線Ｌ０〜Ｌ２の左端に対応し、フィン先端の位置は曲線Ｌ０〜Ｌ２の右端に対応している。
【００４７】
ここで、図６において、曲線Ｌ０〜Ｌ２はフィン効率を考慮した伝熱管の接続部からフィン先端までの外面における熱流束を示すものである。曲線Ｌ０は比較例として従来の図１４に示される接続部５６の外面５８が曲線（すなわち、円弧状に連続する円弧状部分６１）で構成された伝熱管についての熱流束分布、曲線Ｌ１は本発明の実施例としての図１に示される接続部６の外面８が直線部分１１のみで構成された伝熱管についての熱流束分布、曲線Ｌ２は本発明の他の実施例としての図７に示される接続部６の外面８が部分的に直線部分１１で構成された伝熱管（すなわち、接続部６の外面８が直線部分１１とその両側の曲線部分１２とを有する伝熱管）についての熱流束分布をそれぞれ示す。
なお、フィン効率は、フィン３の根元の熱流束と先端の熱流束の比である。
【００４８】
図６のグラフより、曲線Ｌ１、Ｌ２に示されるように、図１に示される接続部６の外面８が直線部分１１のみで構成された伝熱管または図７に示される接続部６の外面８が部分的に直線部分１１で構成された伝熱管の場合、従来の図１４に示される接続部５６の外面５８が曲線で構成された伝熱管の場合（曲線Ｌ０）と比較して、接続部６の熱流束がフィンの根元付近（図６のグラフの矢印Ｅで示される位置付近）において抑制されていることがわかる。このフィンの根元付近における熱流束の低下は、上記の図５（ａ）に示されるように、図１に示される伝熱管のフィン３の根元部分３ａ付近における海水の速度勾配が緩やかになっている所に対応していることからも裏付けられる。すなわち、図５（ａ）を見れば、当該根元部分３ａ付近においては、海水とＬＮＧとの間の熱交換量が部分的に抑制され、それにより、熱流束の低下が生じると考えられる。
【００４９】
図６において曲線Ｌ１に示されるように、接続部６の外面８が直線部分１１のみで構成された伝熱管の場合には最も熱流束が抑制される。
【００５０】
以上のように、図５〜６を用いた上記の検証では、接続部６が少なくとも一部に直線部分１１を有することによって着氷抑制効果が得られることが確認できた。
【００５１】
図８（ａ）、（ｂ）には、本実施形態の伝熱管および比較例として従来の伝熱管において着氷が生じた場合の氷の成長過程の概要がそれぞれ示されている。図８（ｂ）の（ｉ）〜(ｉｉｉ)の過程に示されるように、従来の図１４に示される接続部５６の外面５８が曲線（すなわち円弧状部分６１）で構成された伝熱管では、接続部５６の中央を起点に生じた氷Ｇは接続部５６の外面５８の円弧状に連続する円弧状部分６１に沿って、徐々に成長する。そのため、隣接するフィン５３と接続部５６とで囲まれた外部空間５９が氷Ｇによって埋まりやすく、着氷による伝熱管の伝熱性能の低下が生じやすい。一方、図８（ａ）の（ｉ）〜(ｉｉｉ)の過程に示されるように、本実施形態の図１に示される接続部６の外面８が直線部分１１のみで構成された伝熱管では、接続部６を起点に生じた氷Ｇは直線部分１１の両端部におけるフィン３の根元部分３ａにおいて熱流束が低くなっているので（図６の曲線Ｌ１における矢印Ｅで示された位置付近の熱流束を参照）、氷Ｇの成長が抑制される。
【００５２】
また、図８（ａ）の本実施形態における隣接するフィン３と接続部６とで囲まれた外部空間９の断面積は、図８（ｂ）に示される従来における隣接するフィン５３と接続部５６とで囲まれた外部空間５９の断面積よりもが大きいため、伝熱管１の接続部６が氷で埋まりにくく、着氷による性能低下がおきにくい。
【００５３】
上記のように、本実施形態の伝熱管１では、図１〜２に示されるように、流路７の最大半径をｒ、本体部２におけるＬＮＧなどの液体媒体の気化時の圧力に耐え得るのに必要な最小肉厚をｔとしたときにおいて、隣接するフィン３の根元部分をつなぐ接続部６の外面８は、本体部２の軸方向に垂直な断面において半径（ｒ＋ｔ）の曲率を有する円弧Ｃ１に接する少なくとも１つの直線部分１１を有している。これにより、本体部２の流路７を流れる気化時の圧力に耐え得る本体部２の肉厚を確保しながらも、当該接続部６の表面積は、従来の図１４に示される円弧状に連続する円弧状部分６１によって外面５８が構成された接続部５６を有する伝熱管５１よりも増加することが可能である。したがって、接続部６における熱流束ｑ（＝Ｑ／Ａ：接続部６の表面積Ａを単位時間当たりに通過する熱量Ｑ）が低くなる。そのため、伝熱管１の流路７にＬＮＧなどの液体媒体を通しながら当該伝熱管１の外面に沿って海水などの加熱用水を流すことによって当該液体媒体と加熱用水との間で熱交換を行うときに、接続部６において加熱用水が冷えにくくなり、接続部６における着氷が生じにくくなる。
【００５４】
また、上記のような直線部分１１によって外面８が構成された接続部６は、従来の円弧状部分６１によって外面５８が構成された接続部５６（図４および図１４参照）よりも表面積が大きくなる。そのため、接続部６において熱流束が低下した分を考慮しても、伝熱管１の全体における液体媒体と加熱用水との間の熱交換量の低下を抑制することが可能である。
【００５５】
しかも、図８（ａ）に示されるように、接続部６において着氷が生じた場合も、隣接するフィン３と接続部６とで囲まれた外部空間９の断面積が図１４に示される隣接するフィン５３と接続部５６とで囲まれた外部空間５９の断面積よりも大きくなっているので、外部空間９が着氷で埋没することによる伝熱管１の伝熱性能の低下を抑制することが可能である。
【００５６】
また、図４に示されるように、接続部６の外面８が直線部分１１を有することにより、従来の接続部５６において円弧状部分６１を有する外面５８を構成する材料（アルミニウム合金など）を削減することが可能である。例えば、本実施形態の図１に示される接続部６の外面８が直線部分１１のみで構成された伝熱管１では、従来の図１４に示される接続部５６の外面５８が円弧状部分６１で構成された伝熱管５１よりも、２％以上の材料を低減できることが本発明者の検証によって確認されている。
【００５７】
また、図４に示されるように、本実施形態の伝熱管１では、隣接するフィン３と接続部６とで囲まれた外部空間９の断面積が従来の伝熱管における外部空間の断面積（すなわち、図４の円弧状部分６１とフィン３の対向する面で囲まれた外部空間の面積）よりも大きいので、従来の円弧状部分６１の外面５８を有する接続部５６（図１４参照）よりも、接続部６における加熱用水の流速が遅くなる。そのため、接続部６における本体部２およびフィン３の加熱用水との接触による劣化や腐食（エロージョン）などの不具合を抑えることが可能である。
【００５８】
また、上記実施形態のように本体部２およびフィン３がクラッド層５で覆われた形態では、外部空間９の流速抑制はクラッド層５の損耗を抑制する効果もある。クラッド層５の損耗量は反応面（すなわちクラッド層５における海水と接触する面）に供給される酸素量に依存する。この酸素量は海水の流速が増加するほど増加する。したがって、反応面に供給される酸素量が伝熱管１の腐食の進行度合いを決める要因（律速）となる。そのため、海水の流速低減はクラッド層５の膜厚が薄い接続部６の損耗を抑制する効果がある。これにより、本体部２およびフィン３の表面を覆うクラッド層５の寿命が延びる。または、クラッド層５の代わりに、被膜としてアルミニウム合金材料などを本体部２およびフィン３の表面に溶射する場合には、溶射寿命を長期化することが可能である。
【００５９】
また、本実施形態の伝熱管１では、接続部６の外面８は、図１〜２に示されるように、１つの直線部分１１のみによって構成されている。このように、接続部６の外面８を直線部分１１のみによって構成し、曲線部分を含まないような構成にすることにより、接続部６の表面積が従来の円弧状部分６１によって外面５８が構成された接続部５６（図１４参照）の表面積よりもさらに増加するので、熱流束が更に弱まり、さらに着氷しにくくなる。しかも、上記実施形態のように接続部６の外面８を直線部分１１のみで構成することにより、従来の接続部５６の外面５８において円弧状部分６１を構成する部分の材料をさらに削減することが可能である。
【００６０】
さらに、本実施形態の伝熱管１では、本体部２およびフィン３によって構成された基材４の表面を覆うクラッド層５は、上記のようにクラッド成形によって形成される。クラッド成形によって形成された伝熱管１は、クラッド成形の特性上、クラッド層５の膜厚はフィン３の先端部において最も厚くなる一方でフィン３の根元部分３ａおよび当該根元部分３ａ同士をつなぐ接続部６において最も薄くなる。そのため、隣接するフィン３と接続部６とで囲まれた外部空間９（図２参照）の断面積の減少を抑えることにより、当該接続部６を流れる加熱用水の流速を抑えることが可能になる。その結果、接続部６におけるクラッド層５の損耗を低減することが可能である。
【００６１】
本実施形態の気化装置２０は、上記実施形態の伝熱管１を多数本有している。そのため、フィン３の接続部６における着氷を抑制しつつ液体媒体の気化を効率よく行うことが可能である。
【００６２】
なお、本発明の伝熱管は、本体部２およびフィン３の表面を覆う上記のクラッド層５などの被膜についてはとくに限定されない。よって、上記のクラッド層５の代わりに基材４の表面を一定の厚さの塗膜で覆った構成であってもよい。なお、このような塗膜で覆う場合では、塗膜の厚みによって隣接するフィン３と接続部６とで囲まれた外部空間９の断面積の減少の度合いが大きくなるので、接続部６における流速が上昇して塗膜が損耗しやすくなると考えられる。したがって、上記のようにクラッド層５で基材４を覆う方が、接続部６の流速抑制およびそれによる基材を覆うクラッド層５の損耗防止の観点から好ましい。なお、上記のようなクラッド層５などの被膜は無くてもよい。その場合であっても、上述の着氷抑制効果を奏することが可能である。
【００６３】
上記の接続部６の外面８は、直線部分１１のみによって構成された構成の一例として、図１〜２に示されるように、１つの直線部分１１のみによって構成された例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の変形例として図９（ａ）、（ｂ）に示されるように複数の直線部分１１によって構成されてもよい。図９（ｂ）の複数（この図では２つ）の直線部分１１は、上記の半径（ｒ１＋ｔ１）の曲率を有する円弧Ｃ１にそれぞれ接する。直線部分１１の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上でもよい。
【００６４】
このように、図９に示される接続部６の外面８が複数（具体的には２本）の直線部分１１で構成された伝熱管１の表面積は、図１４に示される従来の伝熱管５１の表面積に比べて１１％以上増加し、図１に示される接続部６の外面８が１つの直線部分１１のみで構成された伝熱管１の表面積の増加分（８％以上）よりもさらに増加することが本発明者の検証によって確認されている。伝熱管１の表面積が増加すると、伝熱管１の表面の熱流束は低減されるので、接続部６を構成する直線部分１１の数を増加させるほど、更なる着氷抑制効果が得られる。また、接続部６の熱流束の低減した分を伝熱管１の表面積の増加分で補うことができるため、全体の交換熱量についても従来の伝熱管と同等な量を確保することが可能である。
【００６５】
以上のように、図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、接続部６の外面８が複数の直線部分１１によって構成されることにより、接続部６の外面８が１つの直線部分１１で構成された場合（図１参照）よりも接続部６の表面積が大きくなる。そのため、接続部６における熱流束がより一層低くなるので、接続部６における着氷がさらに生じにくくなる。しかも、接続部６において熱流束が低下した分を考慮しても、伝熱管１の全体における液体媒体と加熱用水との間の熱交換量の低下を抑制することが可能である。また、接続部６の外面８を複数の直線部分１１で構成することにより、従来の接続部において円弧状部分の外面を構成する部分の材料をより一層削減することが可能である。
【００６６】
なお、接続部６の外面８は、一部だけ直線部分１１を有する構成にしてもよく、例えば、接続部６の外面８は、上記の図７に示されるように直線部分１１とその両側に延びる一対の曲線部分１２で構成されてもよい。
【００６７】
または、本発明の他の変形例として、図１０（ａ）、（ｂ）に示されるように、接続部６の外面８は、一部だけ直線部分１１を有する構成として、直線部分１１の端部から立ち上がる一対の直線状の立ち上がり部１３を有してもよい。この立ち上がり部１３は、隣接するフィン３の間に延びて円弧Ｃ１に接する曲線Ｓに対して接するように配置されている。すなわち、図１０（ａ）、（ｂ）に示される接続部６の外面８は、隣接するフィン３の根元に延びる円弧Ｃ１に接する直線部分１１と、その直線部分１１の両端部から延びて当該円弧Ｃ１に接する曲線Ｓに対して接する一対の直線状の立ち上がり部１３とによって構成されている。このような直線状の立ち上がり部１３は、少なくとも１つあればよく、直線部分１の一端から曲線Ｓに沿って、複数の直線状の立ち上がり部１３が互いに角度を変えながら連続して形成されてもよい。
【００６８】
このような図１０（ａ）、（ｂ）に示される接続部６の外面８が直線部分１１および直線状の立ち上がり部１３で構成された伝熱管１の表面積は、従来の図１４に示される伝熱管５１の表面積よりもわずかに増加することが本発明の検証によって確認されている。したがって、この図１０（ａ）、（ｂ）に示される伝熱管１も、上記実施形態の伝熱管１と同様に着氷抑制効果などの効果が得られることがわかる。上記のように図１０（ａ）、（ｂ）に示される伝熱管１では、接続部６が上記の半径（ｒ１＋ｔ１）の曲率を有する円弧Ｃ１に接する直線部分１１と、当該直線部分１１の端部から立ち上がる直線状の立ち上がり部１３とを有し、当該立ち上がり部１３は、上記の円弧Ｃ１に接する曲線Ｓに接する位置にある。そのため、接続部６の外面８を１つの直線部分１１で構成された場合よりもフィン３の接続部６の形状が円弧Ｃ１に接する曲線Ｓに近い形状になるので、伝熱管１を押出成形しやすくなる。しかも、このような構成においても、従来の図１４に示される円弧状に連続する円弧状部分６１によって外面５８が構成された接続部５６を有する伝熱管５１よりも接続部６の表面積が若干大きくなるので、接続部６における熱流束が低減して着氷しにくくなる。
【００６９】
さらに、なお、図１０（ｂ）に示される立ち上がり部１３は、曲線Ｓよりも曲率半径の小さい他の曲線に接するようにしてもよい。具体的には、図１１に示されるように、接続部６の外面８は、隣接するフィン３の根元に延びる円弧Ｃ１に接する直線部分１１と、その直線部分１１の端部から延びて、フィン３の側面部の直線と直線部分１１とに接する第２曲線Ｓ’（ただし、第２曲線Ｓ’は第１曲線Ｓよりも曲率半径が小さい）に対して接する一対の直線状の立ち上がり部１３’とによって構成されているようにしてもよい。この場合も、上記の図１０（ｂ）と同様に、接続部６の外面８を１つの直線部分１１で構成された場合よりもフィン３の接続部６の形状が円弧Ｃ１に接する第１曲線Ｓに近い形状になるので、伝熱管１を押出成形しやすくなる。しかも、このような構成においても、従来の図１４に示される円弧状に連続する円弧状部分６１によって外面５８が構成された接続部５６を有する伝熱管５１よりも接続部６の表面積が大きくなるので、接続部６における熱流束が低減して着氷しにくくなる。
【符号の説明】
【００７０】
１  伝熱管
２  本体部
３  フィン
３ａ  根元部分
４  基材
５  クラッド層
６  接続部
７  流路
１１  直線部分
１３  立ち上がり部
Ｃ１  円弧
Ｓ  曲線
【図１】
2017150726.tif 000003
【図２】
2017150726.tif 000004
【図３】
2017150726.tif 000005
【図４】
2017150726.tif 000006
【図５】
2017150726.tif 000007
【図６】
2017150726.tif 000008
【図７】
2017150726.tif 000009
【図８】
2017150726.tif 000010
【図９】
2017150726.tif 000011
【図１０】
2017150726.tif 000012
【図１１】
2017150726.tif 000013
【図１２】
2017150726.tif 000014
【図１３】
2017150726.tif 000015
【図１４】
2017150726.tif 000016