(57)【要約】      （修正有）【課題】高温の流体と低温の流体との間において熱エネルギーを伝達する熱交換機等の熱伝達装置において、熱伝達装置の熱効率を高める一方で、小型の大きさと許容可能な圧力損失とを維持することができるシステム及び方法を提供する。【解決手段】熱伝達装置１８は、第１の流体１９と第２の流体３２とを分離させるように構成される複数個の熱伝達壁４６を含む。熱伝達増進システム４４は、１個以上の熱伝達壁４６に設けられる。この熱伝達増進システム４４は、前記１個以上の熱伝達壁４６に結合剤を用いて結合される複数個の微小乱流促進粒子を含む。【選択図】図１
2009109037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体（１９）と第２の流体（３２）とを分離させるように構成される少なくとも１個の熱伝達壁（４６）と；
前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）に設けられるとともに、前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）または該壁の部分に結合剤を用いて結合される複数個の微小乱流促進粒子（４８）からなる熱伝達増進システム（４４）とからなり、
前記熱伝達増進システム（４４）は、選択された変量の粒径、または粒子分布密度、または粒子部分の間隔、またはこれらを組み合わせたものを有する熱伝達装置（１８）。
【請求項２】
前記複数個の微小乱流促進粒子（４８）は、ニッケル、コバルト、アルミニウム、ケイ素、または鉄、または銅、またはこれらの合金、または前記材料のいずれかを含む複合材料からなる請求項１に記載の熱伝達装置（１８）。
【請求項３】
前記結合剤は、エポキシ、または金属箔、またははんだ、またはろう付け材料、または溶接材料、またはこれらを組み合わせたものからなる請求項１に記載の熱伝達装置（１８）。
【請求項４】
前記複数個の微小乱流促進粒子（４８）は、無作為に、または均一に前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）に前記結合剤を用いて結合される請求項１に記載の熱伝達装置（１８）。
【請求項５】
前記複数個の微小乱流促進粒子（４８）は、所定のパターンで前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）または該壁の部分に前記結合剤を用いて結合される請求項１に記載の熱伝達装置（１８）。
【請求項６】
前記複数個の微小乱流促進粒子（４８）は、部分的に前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）に前記結合剤を用いて設けられる請求項１に記載の熱伝達装置（１８）。
【請求項７】
前記複数個の微小乱流促進粒子（４８）は、前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）上において複数個のフィンまたは突起（６６）に前記結合剤を用いて結合される請求項１に記載の熱伝達装置（１８）。
【請求項８】
第１の流体（１９）と第２の流体（３２）とを分離させるように構成される少なくとも１個の熱伝達壁（４６）を設ける段階と；
複数個の微小乱流促進粒子（４８）を前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）または該壁の部分に結合剤を用いて結合させることによって、熱伝達増進システム（４４）を前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）に設ける段階と
を含む熱伝達装置（１８）の製造方法。
【請求項９】
前記複数個の微小乱流促進粒子（４８）を所定のパターンで前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）または該壁の部分に前記結合剤を用いて結合させる段階を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数個の微小乱流促進粒子（４８）を部分的に前記少なくとも１個の熱伝達壁（４６）に前記結合剤を用いて結合させる段階を含む請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に熱伝達装置に関し、特に、熱伝達装置のさまざまな面上における熱伝達特性を向上させる熱伝達増進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器等の熱伝達装置は、高温の流体と低温の流体との間において熱エネルギーを伝達する装置である。熱は、熱伝達装置内において、管またはパネル等の複数の熱伝達面を介して高温の流体から低温の流体へと流れる。熱交換器は、並流形、向流形、直交流形、単流形または多流形等の異なる種類に分類されうる。流体処理プラントで用いられる熱交換器、たとえば天然ガス気化装置または天然ガス液化装置は、処理流体（たとえば液化天然ガス）側と熱源または熱交換器の放熱側との間における熱効率の向上またはその他の熱伝達特性の向上のために、いくつかの従来式熱伝達技術に依存している。
【０００３】
熱効率を高めるためのひとつの従来技術は、熱伝達面の表面積を増加させることを含む。表面積の増加は、たとえば複数個のフィン、凸部または凹部を熱伝達面に設けることによって達成され得、このことが、熱伝達装置の単位面積（基本表面積）毎の全熱流束の増加を招いて、その結果として熱伝達装置の大きさと費用との削減または前記装置の全容量の増加が果たされる。
【特許文献１】米国特許第６，２５４，９９７号公報
【特許文献２】米国特許第６，４６８，６６９号公報
【特許文献３】米国特許第６，５９８，７８１号公報
【特許文献４】米国特許第６，８４６，５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱効率を高めるまた他の従来技術は、熱伝達面に乱流促進体または邪魔板を設けることによって熱伝達係数を高めるものである。しかし、乱流促進体または邪魔板が設けられる結果として、熱伝達装置内における圧力損失の増加が引き起こされる。
【０００５】
したがって、熱伝達装置の熱効率を高める一方で、小型の大きさと許容可能な圧力損失とを維持することができるシステムおよび方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のひとつの例証的な実施例によれば、熱伝達装置は、第１の流体と第２の流体とを分離させるように構成される少なくとも１個の熱伝達壁を含む。熱伝達増進システムは、少なくとも１個の熱伝達壁に設けられる。この熱伝達増進システムは、少なくとも１個の熱伝達壁または該壁の部分に、結合剤を用いて結合される複数個の微小乱流促進粒子を含む。この熱伝達増進システムは、選択された変量の粒径または粒子分布密度または粒子部分の間隔またはこれらを組み合わせたものを有する。
【０００７】
本発明のまた他の例証的な実施例によれば、天然ガス熱交換器は、第１の流体と第２の流体とを分離させるように構成される少なくとも１個の熱伝達壁を含み、前記第１の流体は、天然ガス処理流体からなる。複数個の微小乱流促進粒子は、前記少なくとも１個の熱伝達壁または該壁の部分に、結合剤を用いて結合される。
【０００８】
本発明のまた別の例証的な実施例によれば、熱伝達装置を製造する方法は、第１の流体と第２の流体とを分離させるように構成される少なくとも１個の熱伝達壁を設ける段階を含む。熱伝達増進システムは、前記少なくとも１個の熱伝達壁に設けられる。複数個の微小乱流促進粒子は、前記少なくとも１個の熱伝達壁または該壁の部分に、結合剤を用いて結合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の前記およびその他の特徴、態様および利点は、全図面を通して同様の符号が同様の部分を表す添付図面を参照して、以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解されよう。
【００１０】
以下に詳細に説明するように、本発明の実施例は、第１の流体と第２の流体とを分離させるように構成される複数個の熱伝達壁を有する熱伝達装置である。本発明の例証的な実施例にしたがった例証的な熱伝達増進システムは、１個以上の熱伝達壁に設けられる。この熱伝達増進システムは、結合剤を用いて１個以上の熱伝達壁に結合される複数個の微小乱流促進粒子を含む。これらの微小乱流促進粒子は、球形状の粒子または要件によって異なる形状の粒子を含みうる。本発明の実施例にしたがった例証的な技術を用いて、これらの微小乱流促進粒子を無作為に、または所定のパターンで熱伝達面に結合させる。この熱伝達増進システムは、微小乱流促進粒子を用いて、たとえば液化天然ガス熱交換器内の複数個の管またはパネル等の熱伝達面の熱効率を高める。粒径と分布密度と間隔とパターンとを変化させて、所望の熱増強効果を達成することができる。「微小乱流促進粒子分布密度」は、微小乱流促進粒子による濡れ表面積の平均増加率として示されうる。ひとつの実施例において、平均増加率は、５０％である。微小乱流促進粒子は、熱伝達壁を介した第１の流体と第２の流体との間における熱伝達を高める作用をする。熱伝達装置における付加的な圧力損失は最小限である。以下に、一般に図１〜１２を参照して、本発明の特定の実施例を説明する。
【００１１】
図１を参照すると、本発明の例証的な実施例にしたがった例証的なシステム１０（たとえば液化天然ガス（ＬＮＧ）システム）が図示されている。この図示された実施例において、システム１０は、オープンラック式気化器である。図示されたシステム１０は、ＬＮＧタンク１４に結合されるＬＮＧポンプ１２を含む。このＬＮＧポンプ１２は、さらにまた、管１６を介してパネル（熱交換器）１８に結合される。パネル１８は、互いに近接して配置される複数本の熱伝達管２０を含む。ＬＮＧポンプ１２は、第１の流体または処理液１９（すなわち液化天然ガス）をＬＮＧタンク１４からパネル１８に管１６を介して供給するように構成される。弁２２は、管１６に設けられるとともに、管１６を通って流れる液化天然ガスの量を制御するように構成される。システム１０は、さらに、取水タンク２６に結合されるまた他のポンプ２４を含む。このポンプ２４は、さらにまた、管３０を介してヘッダ２８に結合される。ポンプ２４は、第２の液体（すなわち海水）３２を取水タンク２６からヘッダ２８に管３０を介して供給するように構成される。ヘッダ２８を用いて、海水３２がパネル１８の複数本の管２０上に吹き付けられる。暖かい海水は、管２０の外面に沿って流れる一方で、液化天然ガスは、管２０を通って流れるとともに気化せしめられる。
【００１２】
熱伝達装置としてのパネル１８は、液化天然ガス１９を取り入れるように構成される入口側３４と、供給管３８を介して天然ガスを排出するように構成される出口側３６とを含む。入口側３４は、気化部４０を含み、出口側３６は、加熱部４２を含む。この例証的なシステム１０は、大気圧の海水３２を熱源として用いて、低温の流体（液化天然ガス）を気化または加熱して大気温度のガスにする。液化天然ガスは、パネル１８の気化部４０において、海水を用いて気化せしめられる。気化した天然ガスは、その後、さらに加熱部４２において、より高温に加熱された後に供給管３８を介して排出される。ある一定の例証的な実施例では、アルミニウム−亜鉛合金がパネル１８上に溶射されて、パネル１８を海水３２による腐食に対して保護する。本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システム４４は、パネル１８の複数本の管２０の複数個の熱伝達壁４６に設けられる。ある一定の例証的な実施例において、この熱伝達増進システム４４は、結合剤を用いて管２０の１個以上の熱伝達壁４６に結合される複数個の微小乱流促進金属粒子を含む。前記例証的な実施例によれば、「微小乱流促進粒子」は、単一の微小乱流促進粒子、または１個以上の乱流促進粒子が凝集して、該凝集体の内部に液流を浸透させない１個の複合微小乱流促進粒子となったものとして示されうる。さらにまた、「微小乱流促進粒子の粒径」は、単一または凝集体状の微小乱流促進粒子の平均高さまたは直径として示されうることに注意されたい。「粒子間隔」は、１個の粒子の中心から隣接する粒子の中心までの局所的または部分的な平均距離を粒径の比として表したものとして示されうる。
【００１３】
さらに他の例証的な実施例において、パネル１８は、平行配列に配置された複数枚のパネルを含みうる。暖かい海水は、これらのパネルの外面に沿って流れる一方で、液化天然ガスは、前記パネルを通って流れるとともに気化せしめられる。ＬＮＧ気化器が図示されているが、ある一定のその他の例証的な実施例では、前記熱伝達増進システム４４は、熱伝達率の向上が望まれる液化装置、中間冷却器、電気式または電子式熱管理装置等にも適用されうる。同様に、ある一定のその他の例証的な実施例においては、前記システム４４は、並流形、向流形、直交流形および混合流形熱交換器等のさまざまな種類の熱交換器に適用可能とされうる。本発明の前記例証的な実施例にしたがった乱流促進を利用して、燃焼器ライナ、燃焼器ドーム、静翼または動翼、またはガスタービンのシュラウドを含むさまざまな構成要素を加工処理することができる。さらにまた、この例証的な乱流促進技術を利用して、フランジ、ケーシングおよびリングを含むシュラウド隙間制御部分を加工処理することができる。
【００１４】
微小乱流促進粒子は、熱伝達壁４６の表面積と熱伝達係数とを増加させて、その結果として、熱伝達率を増加させるとともに、その他の増加方法と比べて相対圧力損失を減少させる。熱伝達壁の加工処理は、要件と所望の熱増強効果レベルの違いとに合わせて行なわれうる。以下に、一般に図１〜１２を参照して、本発明の特定の実施例を説明する。
【００１５】
図２を参照すると、図１の態様にしたがった熱伝達管２０が図示されている。この図示された実施例において、熱伝達増進システム４４は、管２０の熱伝達壁４６の外面４１と内面４３とに設けられる。前記のように、このシステム４４は、結合剤を用いて管２０の表面４１、４３に結合される複数個の微小乱流促進粒子を含む。ある一定の例証的な実施例において、これらの複数個の微小乱流促進粒子は、ニッケル、コバルト、アルミニウム、ケイ素または鉄、またはこれらの合金、または前記のいずれかを含む複合材料を含みうる。結合剤は、エポキシまたは金属箔またははんだまたはろう付け材料または溶接材料またはこれらを組み合わせたものを含みうる。前記に列挙された微小乱流促進粒子および結合剤の材料に限定されるわけではなく、熱伝達特性を向上させるのに適するその他の金属材料または合金も考えられることに注意されたい。結合剤の量と種類とにより、一般にシステム４４において熱伝達壁への微小乱流促進粒子の十分な付着強さが保証される。
【００１６】
図示された実施例では、微小乱流促進粒子は、管２０の表面４１、４３に無作為に施される。ある一定のその他の実施例においては、これらの微小乱流促進粒子は、パネルの気化部および加熱部の熱伝達壁に無作為または部分的に設けられうる。ある一定のその他の実施例では、微小乱流促進粒子は、管２０の１個以上の熱伝達壁に均一に結合される。ある一定のその他の実施例においては、微小乱流促進粒子は、管２０の１個以上の熱伝達壁に所定のパターンで結合される。微小乱流促進粒子の配設は、熱交換器の異なる部分において、該部分の熱ポテンシャルによって変動せしめられうる。本発明の前記の例証的な実施例によれば、熱伝達の向上は、主として管の微小乱流促進化表面積の増加による。微小乱流促進粒子は、さらにまた、熱伝達面に沿った流体の流動特性を層流から乱流へといったように改変することによって熱伝達を増進させうる。より高い熱伝達特性を有する熱伝達面に沿った流体流には、チャネル形の流体流と衝突形の流体流とが含まれうることに注意されたい。
【００１７】
図３を参照すると、本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システム４４が図示されている。このシステム４４は、熱伝達管の熱伝達壁４６に所定のパターンで設けられる複数個の突起４８を含む。これらの複数個の突起は、共同で、熱伝達壁４６を介した熱伝達を高めるのに有効である粗面のような外観を有する「乱流促進部」を形成する。これらの突起は、略球形の形状を有して図示されているが、所望の粗度および表面積特性を満たし、以って所望の熱伝達増進を達成することができるその他の形状も考えられうる。図示された実施例において、突起４８は、３つの行５０、５２、５４と４つの列５６、５８、６０および６２とに沿って熱伝達壁４６に設けられる。ある一定の例証的な例では、各突起４８の高さ「ｈ」は、９ミル（０．００９インチ）である。この高さ「ｈ」の値は、限定的な値と解釈されるべきではなく、熱伝達要件によって変動しうることに注意されたい。各突起４８は、互いに密接に詰められた１個以上の微小乱流促進粒子を含む。これらの突起４８は、結合剤を用いて熱伝達壁４６に結合される。この場合も、図示された例は、単に例証的な実施例にすぎず、粒子の粒径、分布密度、間隔およびパターンを変動させて所望の熱増強効果を達成しうることに注意されたい。粒子の粒径は、前記突起によってもたらされる所望の表面粗度および表面積に基づいて判断される。微小乱流促進粒子は、熱伝達壁４６を介した第１の流体と第２の流体との間における熱伝達の増進を容易にする。熱伝達装置内における付加的な圧力損失は、システム４４を用いない場合に対して最小限となる。
【００１８】
前記の例証的な実施例によれば、前記パターンには、熱伝達壁４６に施される微小乱流促進粒子の相対的な粒径／間隔に関する所定の制限が含まれうる。ある一定の例証的な実施例では、微小乱流促進粒子の平均高さを「Ｈ」とし、微小乱流促進粒子の平均直径を「Ｄ」とすると、互いに隣接する微小乱流促進粒子間の間隔は、平均直径（Ｄ）の２〜８倍の範囲内とされうる。ある一定の例では、微小乱流促進粒子の高さ（Ｈ）は、微小乱流促進粒子の平均直径（Ｄ）の１〜６倍の範囲内とされうる。
【００１９】
図４を参照すると、オープンラック式気化器の押出成形の熱伝達管６４の例証的な実施例が図示されている。この図示された実施例において、熱伝達管６４は、熱伝達壁７０の外面６８上に設けられる複数個のフィン６６を有する押出管である。これらのフィン６６には、平形のフィン、または穴あき形のフィン、またはヘリングボーン形のフィン、またはのこ歯形のフィン、またはこれらを組み合わせたものが含まれうる。本発明のある一定の実施例にしたがった例証的な熱伝達増進システム４４は、熱伝達壁７０の外面６８上に設けられる複数個のフィン６６に設けられる。この熱伝達増進システム４４は、結合剤を用いて前記複数個のフィン６６に結合される複数個の微小乱流促進粒子を含む。これらの微小乱流促進粒子と結合剤とは、吹付け、またはスラリー塗装、または火炎溶射、または浸漬塗装、またはこれらを組み合わせたもの等の技術を用いて、フィン６６に施される。結合剤が熱的に養生されて結合強さが達成されうる場合もある（たとえば、はんだ、ろう付け）。微小乱流促進粒子は、熱伝達壁７０の微小乱流促進化表面積と熱伝達係数とを増加させ、その結果として熱伝達率の向上と相対圧力損失の減少とが果たされる。
【００２０】
図５は、本発明のまた他の態様にしたがった熱伝達装置７６（熱交換器）の斜視図である。この熱伝達装置７６は、処理流体および加熱／冷却流体がそれぞれ交互に配置されるチャネル８０、８２内において流動する波形パネル７８を含む。本発明の態様にしたがった前記例証的な熱伝達増進システム４４が設けられるとともに、結合剤を用いて前記波形パネル７８の片側または両側に結合される複数個の微小乱流促進粒子７９を含む。これらの乱流促進粒子７９と結合剤とは、吹付け、またはスラリー、または浸漬塗装、またはスプリンクリング、または火炎溶射、またはロール塗布、またはこれらを組み合わせたもの等の技術を用いて前記波形パネル７８に施されるとともに、然る後に養生を行なうために熱処理される。微小乱流促進粒子７９は、波形パネル７８の微小乱流促進化表面積と熱伝達係数とを増加させ、その結果として熱伝達率の向上と相対圧力損失の減少とが果たされる。この場合も、図示された例は、単に例証的な実施例にすぎず、粒子の粒径、間隔およびパターンを変動させて所望の熱増強効果を達成しうることに注意されたい。
【００２１】
図６を参照すると、＊本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システム４４が図示されている。この図示された実施例において、処理流体および／または加熱／冷却流体の流動方向は、平面状の熱伝達板８３に対して矢印８１により示されている。熱伝達板８３は、入口部分８５と中間部分８９と出口部分９３とを含む。システム４４は、結合剤を用いて熱伝達板８３の片側または両側に結合される複数個の微小乱流促進粒子７９を含む。図示された実施例において、微小乱流促進粒子の分布は、入口部分８５と中間部分８９とに集中する。板８３の出口部分９３は、平滑に維持される。微小乱流促進粒子７９は、入口部分８５において互いに密接に詰められる一方で、中間部分８９では、微小乱流促進粒子間の間隔はより大きくなっている。微小乱流促進粒子７９は、熱伝達板８３の微小乱流促進化表面積と熱伝達係数とを増加させ、その結果として熱伝達率の向上と相対圧力損失の減少とが果たされる。
【００２２】
図７を参照すると、本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システム４４が図示されている。前記の実施例で説明したように、熱伝達板８３は、入口部分８５と中間部分８９と出口部分９３とを含む。このシステム４４は、結合剤を用いて熱伝達板８３の片側または両側に結合される複数個の微小乱流促進粒子７９を含む。図示された実施例において、微小乱流促進粒子の分布は、入口部分８５と中間部分８９とに集中する。板８３の出口部分９３は、平滑に維持される。図示された実施例では、入口部分８５の微小乱流促進粒子７９の粒径は、中間部分８９の粒子の粒径より大きい。
【００２３】
図８を参照すると、本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システム４４が図示されている。この図示された実施例において、熱伝達板８３は、入口部分８５と中間部分８９と出口部分９３とを含む。このシステム４４は、結合剤を用いて熱伝達板８３の片側または両側に結合される複数個の微小乱流促進粒子７９を含む。図示された実施例では、微小乱流促進粒子の分布は、入口部分８５と出口部分９３とに集中する。中間部分８９は、平滑に維持される。図示された実施例において、入口部分８５の微小乱流促進粒子７９の粒径は、出口部分９３の粒子の粒径より大きい。出口部分９３における粒子の分布密度は、入口部分８５における分布密度より高い（すなわち、微小乱流促進粒子７９は、出口部分９３では密接に詰められる一方で、入口部分８５における微小乱流促進粒子間の間隔は、より大きくなっている）。粒子の分布密度は、さらにまた、粒子の形状、または密集規模、または粒径、またはこれらを組み合わせたものと創出される濡れ表面積／乱流化とにより特徴付けられる。
【００２４】
図９を参照すると、本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システム４４が図示されている。この図示された実施例において、熱伝達板８３は、上側部分９５と中間部分９７と下側部分９９とを含む。このシステム４４は、結合剤を用いて熱伝達板８３の片側または両側に結合される複数個の微小乱流促進粒子７９を含む。図示された実施例では、微小乱流促進粒子の分布は、上側部分９５と下側部分９９とに集中する。中間部分９７は、平滑に維持される。この図示された実施例において、入口部分８５の微小乱流促進粒子７９の粒径は、出口部分９３の粒子の粒径より大きい。図示された実施例および前記の実施例においては、平面状の熱伝達板８３が図示されているが、システム４４は、立体状、湾曲状、凹状、凸状、多湾曲状、交差状またはこれらを組み合わせたものを含むその他の表面にも適することに注意されたい。前記の実施例は、使用される熱伝達装置の種類と、さらにまた熱力学分布とによって選択されうることに注意されたい。
【００２５】
図１０を参照すると、本発明の例証的な実施例にしたがった衝突形の流体流に関する噴流のレイノルズ数（ｘ軸）の変化と熱伝達増進（ｙ軸）との関係を表すグラフが図示されている。当業者には周知のように、レイノルズ数は、慣性力と粘性力との比であり、流れが層流であるか乱流であるかを判断するのに用いられる。熱伝達増進は、微小乱流促進化面の熱伝達係数と平滑面の熱伝達係数との比である。
【００２６】
図示されているグラフに、異なる表面粗度を有する２つの熱伝達壁に関する噴流のレイノルズ数の変化と熱伝達増進との関係が示されている。曲線８４は、０．３５ミル（すなわち０．０００３５インチ）の平均表面粗度（Ｒａ）を有する熱伝達壁に関する噴流のレイノルズ数の変化と熱伝達増進との関係を表す。曲線８６は、１．１４ミル（０．００１１４インチ）の平均表面粗度（Ｒａ）を有する熱伝達壁に関する噴流のレイノルズ数の変化と熱伝達増進との関係を表す。熱伝達壁を横切る方向の熱伝達率は、平均表面粗度の増加に伴って増加することが観察されうる。図示されたグラフは、単に例証的な実施例にすぎず、噴流のレイノルズ数の変化と熱伝達増進との関係は、所望の熱増強効果を達成するために適用される粒子の粒径、間隔およびパターンによって変動しうる。ある一定の例証的な実施例において、平均表面粗度の値は、無作為の表面に関しては一般に実際の粒径の７〜１２分の１であり、無作為でない表面に関しては粒子の間隔に依存する。
【００２７】
図１１を参照すると、本発明の例証的な実施例にしたがって熱伝達装置、たとえば熱交換器に熱伝達増進システムを設けるのに用いられる例証的な技術が図示されている。この図示されている例証的な技術は、熱交換器の熱伝達管８８に結合剤を吹き付ける段階を含む。結合剤は、エポキシ、または金属箔、またははんだ、またはろう付け材料、または溶接材料、またはこれらを組み合わせたものを含みうる。微小乱流促進粒子８７は、熱伝達管８８に施される結合剤の上に散布される。熱伝達管８８に施される結合剤の上に微小乱流促進粒子を施すためのその他の例証的な技術も考えられることに注意されたい。微小乱流促進粒子８７は、無作為に、または所定のパターンで熱伝達管８８の熱伝達面に結合せしめられる。複数個の微小乱流促進粒子には、ニッケル、またはコバルト、またはアルミニウム、またはケイ素、または鉄、または銅、またはこれらを組み合わせたものが含まれうる。さらにまた、粒子の粒径、間隔およびパターンを変化させて所望の熱増強効果を達成することができる。ある一定の例証的な実施例においては、熱伝達管８８を回転させて、該熱伝達管８８に施された結合剤の上に微小乱流促進粒子８７が施されうる。ある一定のその他の例証的な実施例では、微小乱流促進粒子８７は、熱伝達管８８に施される結合剤の上に異なる角度から施されうる。熱伝達管８８は、その後、熱処理用の炉９０に通されて、微小乱流促進粒子８７の養生が行なわれる。
【００２８】
図１２に、本発明の例証的な実施例にしたがって熱伝達装置９４、たとえば中間冷却器に熱伝達増強システムを設けるのに用いられる例証的な技術が図示されている。この例証的な技術は、フィルム状の高伝導性エポキシ等の結合剤９１を中間冷却器９４の熱伝達面９２に吹き付けるか、または塗布する段階を含む。前記の実施例で説明したように、複数個の微小乱流促進粒子９６は、無作為に、または所定のパターンで、中間冷却器９４の熱伝達面９２に施される結合剤の上に吹き付けられる。これらの微小乱流促進粒子９６は、その後、養生のために熱処理されうる。ある一定のその他の例証的な実施例では、アルミニウム箔またははんだ箔等の結合剤が中間冷却器の熱伝達面９２に施される。その後、複数個の微小乱流促進粒子９６が、無作為に、または所定のパターンで、熱伝達面９２に施されたアルミニウム箔またははんだ箔の上に吹き付けられる。前記箔と粒子とは、その後、熱処理されて、前記粒子が熱伝達面９２に結合される。ある一定のその他の例証的な実施例においては、ろう付け合金等の結合剤が中間冷却器９４の熱伝達面９２に浸漬塗装されうる。その後、複数個の微小乱流促進粒子９６が、無作為に、または所定のパターンで、熱伝達面９２に施されたろう付け合金の上に吹き付けられる。前記ろう付け合金と粒子とは、その後、熱処理されて、前記粒子が熱伝達面９２に結合される。
【００２９】
前記例証的な技術のある一定の例証的な実施例においては、結合剤と微小乱流促進粒子とが、同時に熱伝達面９２に施されるとともに、その後、熱処理されて、結合剤と粒子とが熱伝達面に結合される。結合剤と微小乱流促進粒子との塗布は、吹き付け、またはスクリーン印刷、またはロール塗装、またはこれらを組み合わせたもの等の技術によって行なわれうる。熱伝達面上における結合剤のパターン配置は、パターン化マスキング、またはスクリーン印刷、またはロール塗装、またはこれらを組み合わせたものにより行なわれうる。ある一定の例証的な実施例では、微小乱流促進粒子は、スクリーン印刷技術により、スクリーンを介して熱伝達面９２にパターン配置される。代案または追加として、結合剤は、スクリーンを介して熱伝達面に施される。スクリーンを除去すると、その結果として、熱伝達面上に所定のパターンが形成される。本発明の態様にしたがったパターンは、複数個の「クラスター」をなす粒子（１個以上の粒子）として形成され得、前記クラスターは、一般に、スクリーン内の開口の間隔に対応するピッチだけ互いに離間する。余分な粒子は、取り除かれて、その結果として所望の粒子パターンが得られる。結合剤は、噴霧器、または刷毛、またはスキージ、またはこて、またはシートとして、またはこれらを組み合わせたものを用いて施されうる。ある一定の例証的な実施例では、さらにまた、微小乱流促進粒子が、スクリーン印刷により熱伝達面上にパターン配置されうる。結合剤と粒子とは、熱処理、または紫外線、またはスプレー活性剤、またはこれらを組み合わせたものにより養生されうる。ある一定のその他の例証的な実施例において、微小乱流促進粒子と結合剤とを有する事前乱流促進化シートが熱伝達面に結合されうる。
【００３０】
本発明のある一定の特徴のみを本明細書において図示し、かつ説明したが、当業者には多くの改変および変更が考えられよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、このような全ての改変および変更を本発明の真の精神の範囲内に含まれるものとして包含することを意図していることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達装置、たとえば液化天然ガス熱交換器を有するシステムの線図である。
【図２】図１の実施例の態様にしたがった熱伝達増進システムを有する熱交換管の斜視図である。
【図３】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システムの線図である。
【図４】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システムを有する複数個のフィンを備えた熱伝達装置の線図である。
【図５】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システムを備えた波形パネルを有する熱伝達装置の斜視図である。
【図６】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システムの線図である。
【図７】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システムの線図である。
【図８】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システムの線図である。
【図９】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システムの線図である。
【図１０】噴流のレイノルズ数の変化と本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進との関係を表すグラフである。
【図１１】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システムを熱伝達装置、たとえば熱交換器に設けるために用いられる例証的な技術を示す線図である。
【図１２】本発明の例証的な実施例にしたがった熱伝達増進システムを熱伝達装置、たとえば中間冷却器に設けるために用いられる例証的な技術を示す線図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  システム
１２  ＬＮＧポンプ
１４  ＬＮＧタンク
１６  管
１８  パネル
１９  処理液
２０  熱伝達管
２２  弁
２４  また他のポンプ
２６  取水タンク
２８  ヘッダ
３０  管
３２  第２の液体
３４  入口側
３６  出口側
３８  供給管
４０  気化部
４１  外面
４２  加熱部
４３  内面
４４  熱伝達増進システム
４６  熱伝達壁
４８  突起
５０  行
５２  行
５４  行
５６  列
５８  列
６０  列
６２  列
６４  押出成形の熱伝達管
６６  フィン
６８  外面
７０  熱伝達壁
７４  内面
７６  熱伝達装置
７８  波形パネル
７９  微小乱流促進粒子
８０  チャネル
８１  流動方向
８２  チャネル
８３  熱伝達板
８４  曲線
８５  入口部分
８６  曲線
８７  微小乱流促進粒子
８９  中間部分
８８  熱伝達管
９０  炉
９１  結合剤
９２  熱伝達面
９３  出口部分
９４  熱伝達装置
９５  上側部分
９６  微小乱流促進粒子
９７  中間部分
９９  下側部分
【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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【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１２】
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【外国語明細書】
2009109037000001.pdf