JP2009150624A - 蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低温度レベルの熱源に適した蒸発器を提供する。
【解決手段】蒸発器（１０）は、チャンバ（２０）と、チャンバ（２０）内に配置され、熱を有する第１流体が流れる管（４０）とを備える。管（４０）の少なくとも一部の領域において管（４０）の軸方向における第２流体の供給量がさまざまである。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発器に関する。

一般に、被加熱流体が内部を流れる管を加熱する蒸発器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２４９４５０号公報

本発明は、比較的低温度レベルの熱源に適した蒸発器を提供することを目的とする。

本発明の態様に従えば、チャンバと、前記チャンバ内に配置され、熱を有する第１流体が流れる管と、前記管の外面に第２流体を供給する機構であり、前記管の少なくとも一部の領域において前記管の軸方向における前記第２流体の供給量がさまざまである前記機構と、を備える蒸発器が提供される。

この態様によれば、管の軸方向に沿った管の全体にわたり、管の単位長さあたりの第２流体の供給量が適正化され、その結果、熱利用効率の向上が図られる。被加熱媒体である第２流体が管の外を流れるから、管の軸方向に沿った部分的な第２流体の流量調整が比較的容易である。これらにより、比較的低温度レベルの熱源に適した蒸発器が提供される。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図面に付したＸ軸及びＹ軸は水平面内の直交する２軸であり、Ｚ軸は重力方向を示している。

図１は、蒸発器１０を示す断面模式図である。図１に示すように、蒸発器１０は、チャンバ２０と、熱交換チューブ４０と、散液機構６０とを備える。本実施形態において、蒸発器１０は、必要に応じて、ミストセパレータ８０などの他の要素を備えることができる。本実施形態において、被加熱媒体は水である。

本実施形態において、チューブ４０には、熱を有する流体を供給する不図示の供給源（熱源）が流体的に接続される。本実施形態において、チャンバ２０は、不図示の水の供給源に流体的に接続される。散液機構６０は、チューブ４０に向けて水を散布する。他の実施形態において、散液機構６０が、水の供給源に対して直接的に流体的に接続することができる。

蒸発器１０において、熱を有する流体がチューブ４０内を流れるとともに、散液機構６０からの水がチューブ４０の外表面に供給される。チューブ４０を介して熱流体の熱がチューブ４０の外面に付着した水に伝わる。チューブ４０の外面において、加熱された水が蒸発する。すなわち、チャンバ２０の内部空間において、チューブ４０の外で水が蒸発する。蒸気は、例えばチャンバ２０に設けられた開口２２から排出される。

このような形態の蒸発器１０は、被加熱媒体（水）が管内を流れる形態に比べて、水−蒸気の界面を広くできる。これは、比較的低温度レベルの熱源を用いた蒸発プロセスに有利である。

また、このような形態の蒸発器１０は、水又は蒸気の流れに対する圧力損失が小さいという利点を有する。水側の圧力損失に起因した蒸発温度の変化が抑制されることにより、ピンチ温度に対する懸念を抑え、蒸発プロセスの安定性の向上が図られる。

また、蒸発器１０では、被加熱媒体（水）がチューブ４０の外を流れるので、水側で発生したスケール（scale）による詰まりが生じにくい。

チャンバ２０の内部空間は、大気圧と同等にでき、これは、チャンバ２０の薄肉化・軽量化に有利である。本実施形態において、チャンバ２０の内圧は、例えば約０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）である。本実施形態において、チャンバ２０の内圧は、大気圧に比べて高く、又は低くすることもできる。負圧の場合、その内圧は、例えば、約０．０９、０．０８、０．０７、又は０．０６ＭＰａ以下にできる。高圧の場合、その内圧は、例えば、約０．１２、０．１４、０．１６、０．２、０．４、０．８、１．０、又は２．０ＭＰａ以上にできる。

チャンバ２０の外形は、丸みを帯びた角を必要に応じて有する、概略的な筒形状を有することができる。本実施形態において、筒形状を有するチャンバ２０の軸方向は重力方向（Ｚ方向）に実質的に一致する。チャンバ２０の周面に、周方向に延びる波形あるいは凹凸を設けることにより、高い耐圧強度を有するチャンバ２０を、比較的薄い材料を用いて形成することが可能である。薄い材料で形成されたチャンバ２０は、装置コスト低減に有利である。例えば、チャンバ２０の構成部材の厚さは、１０ｍｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、又は１ｍｍ以下である。他の実施形態において、チャンバ２０の横断面形状は、円状、楕円状、矩形状、又は他の形状を有することができる。

チューブ４０は、チャンバ２０内に、チャンバ２０の軸方向（重力方向）に沿って多段の層状に配置される。チャンバ２０内には、ヘッダパイプ４２，４４が設けられている。ヘッダパイプ４２，４４は、チャンバ２０の軸方向に沿って延びた筒形状を有し、互いに離間して配置されている。

各層のチューブ４０の一端が第１ヘッダパイプ４２に流体的に接続され、各層のチューブ４０の他端が第２ヘッダパイプ４４に流体的に接続されている。第１ヘッダパイプ４２に供給された高温の熱流体が分岐し、各層のチューブ４０を流れる。チューブ４０からの熱流体が第２ヘッダパイプ４４で合流する。チューブ４０の構成部材としては、高い熱伝導率を有する金属チューブ（例えば、銅チューブ、アルミニウムチューブ）が好ましく用いられる。

また、チューブ４０は、表面が滑らかな素チューブ、表面に網状の部材が配設された網付チューブ、多数の溝が表面に形成された溝付チューブ、多数のフィンが表面に設けられたフィンチューブのいずれでもよい。網、溝、及びフィンなどがチューブ４０の表面に設けられることにより、チューブ４０における表面積の拡大、及び熱交換の促進が図られる。また、チューブ４０の表面に対して熱交換に適した処理を施してもよい。チューブ４０の表面の少なくとも１部を親液処理してもよく、撥液処理してもよい。例えば、チューブ４０の表面のうち、上方領域を親液処理し、下方領域を撥液処理してもよい。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄは、チューブ４０の構成例を模式的に示す平面図である。図２Ａ〜２Ｄにおいて、Ｘ方向及びＹ方向を含む面（ＸＹ平面）は水平面に実質的に一致する。

図２Ａにおいて、チューブ４０は、Ｘ方向に沿って延びかつＹ方向に沿って互いに並ぶ複数の線要素５１と、線要素５１同士を流体的につなぐ屈曲要素５３とを有する。線要素５１は、互いに実質的平行でもよく、互いに非平行でもよい。図２Ａにおいて、チャンバ２０は、矩形の断面形状を有する。第１ヘッダパイプ４２は、チャンバ２０における１つの角に隣接して配置される。第２ヘッダパイプ４４は、第１ヘッダパイプ４２に隣接する角と対向するチャンバ２０における別の角に隣接して配置される。例えば、折り曲げ加工あるいは溶接加工を用いることにより、線要素５１及び屈曲要素５３を有するチューブを形成することができる。重力方向（Ｚ方向）の各層において、チューブ４０は、同様の形状を有することができる。

図２Ｂにおいて、チャンバ２０は、円形の断面形状を有する。チューブ４０は、図２Ａと同様に、Ｘ方向に沿って延びかつＹ方向に沿って互いに並ぶ複数の線要素５５と、線要素５１同士を流体的につなぐ屈曲要素５７とを有する。線要素５１は、互いに実質的平行でもよく、互いに非平行でもよい。第１ヘッダパイプ４２は、チャンバ２０の内周面に隣接して配置される。第２ヘッダパイプ４４は、第１ヘッダパイプ４２に対向する、チャンバ２０の内周面に隣接する位置に配置される。例えば、折り曲げ加工あるいは溶接加工を用いることにより、線要素５５及び屈曲要素５７を有するチューブを形成することができる。図２Ｂにおいて、第１ヘッダパイプ４２と第２ヘッダパイプ４４とを結ぶ線は、チューブ４０の線要素５５の軸と交差する。チューブ４０の屈曲要素５７は、チャンバ２０の内周面に隣接して配置される。重力方向（Ｚ方向）の各層において、チューブ４０は、同様の形状を有することができる。

図２Ｃにおいて、チャンバ２０は、円形の断面形状を有する。チューブ４０は、スパイラル状に延びる湾曲要素５９を有する。湾曲要素５９のスパイラルの中心は、チャンバ２０の軸心に概ね一致することができる。換言すると、チャンバ２０の径方向に沿って、チューブ４０の要素が同心円状に並ぶ。例えば、折り曲げ加工あるいは溶接加工を用いることにより、湾曲要素５９を有するチューブを形成することができる。第１ヘッダパイプ４２は、チャンバ２０の軸心付近に配置される。第２ヘッダパイプ４４は、チャンバ２０の内周面に隣接して配置される。重力方向（Ｚ方向）の各層において、チューブ４０は、同様の形状を有することができる。

図２Ｄにおいて、チューブ４０は、水平方向に並びかつ水がそれぞれ流れる複数の水平群４０Ａ，４０Ｂを有する。各水平群４０Ａ，４０Ｂは、Ｘ方向に沿って延びかつＹ方向に沿って互いに並ぶ複数の線要素５１と、線要素５１同士を流体的につなぐ屈曲要素５３とを有する。線要素５１は、互いに実質的平行でもよく、互いに非平行でもよい。図２Ｄにおいて、チャンバ２０は、矩形の断面形状を有する。例えば、折り曲げ加工あるいは溶接加工を用いることにより、線要素５１及び屈曲要素５３を有するチューブを形成することができる。

第１ヘッダパイプ４２からの熱流体の一部は、第２ヘッダパイプ４４に向けて水平群４０Ａを流れる。第１ヘッダパイプ４２からの熱流体の別の一部は、第２ヘッダパイプ４４に向けて水平群４０Ｂを流れる。ある層において、チューブ４０の流路が複数の水平群４０Ａ，４０Ｂに分かれていることにより、所定領域内における、第１ヘッダパイプ４２から第２ヘッダパイプ４４までのチューブ４０の軸長さ、すなわち熱交換長さを比較的短くできる。これにより、チューブ４０を流れる熱流体が放熱に伴って温度変化する場合における、チューブ４０の下流領域での熱流体の温度低下が抑制される。これは、チューブ４０の下流領域での熱伝達の低下を抑制するのに有利である。

チューブ４０の複数の水平群は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びその傾き方向のいずれに沿って並んでもよい。他の実施形態において、複数の水平群は、Ｘ方向、Ｙ方向の両方に沿って並ぶことができる。水平群４０Ａ，４０Ｂの数は２に限定されない。水平群の数は、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０以上にできる。また、水平群４０Ａ，４０Ｂは、図２Ｄに示される形態に限定されず、様々な形態が適用可能である。

図２Ｄにおいて、重力方向（Ｚ方向）の各層において、チューブ４０は、同様の形状を有することができる。チューブ４０の複数の層の間で、チューブ４０の分割形態が異なっていてもよい。あるいは、チューブ４０は、複数の水平群に分割された流路を有する層と、非分割の層との両方を有することができる。

図２Ａ〜２Ｄにおいて、最も高い位置の層に属するチューブ４０の真下に、次の層に属するチューブ４０の少なくとも１部が位置する。同様に、他の隣接する２つの層の間でもチューブ４０同士が少なくとも部分的に重なる。本実施形態において、高い位置の層に属するチューブ４０の真下に次の層に属するチューブ４０の概ねすべてが位置する。他の実施形態において、その真下の位置からチューブ４０の一部がずれて配置できる。すなわち、隣接する２つの層の間で概ねチューブ４０全体の配列位置（線要素５１の配列位置）が一致してもよく、部分的に不一致でもよい。

なお、図２Ａ〜２Ｄに示されるチューブ４０の構成は例であって、他の構成も適用可能である。

図１に戻り、本実施形態において、チューブ４０の層の数は、装置仕様に応じて設定される。層の数は、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０以上にできる。あるいは、層の数は、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、又は５０以上にできる。

図１に示すように、散液機構６０は、ポンプ６２と、複数のノズル６４を有する散液配管６６と、ポンプ６２と配管６６とを流体的につなぐ供給配管６８とを有する。ポンプ６２は、チャンバ２０に貯溜した水を汲み上げ、供給配管６８を介して散液配管６６にその水を送る。配管６６のノズル６４から水が出る。配管６６のノズル６４から落下した水がチューブ４０の表面（外面）に付着する。チューブ４０内の高温流体の熱が、チューブ４０の表面に付着した水に伝わり、水の一部がチャンバ２０内で蒸発する。

ノズル６４は、スプレーノズルでもよく、液柱用ノズル（例えば、孔）でもよい。スプレータイプでは、比較的広い範囲に水を散布することができる。液柱タイプは、液柱の調整（液柱の径、流速、空間密度などの調整）が容易であるという利点を有する。スプレータイプと液柱タイプ以外のタイプのノズルを用いてもよい。複数タイプのノズルを組み合わせてもよい。

散液配管６６は、最も高い位置の層に属するチューブ４０に向けて水を供給する上部配管６６Ａと、別の層に属するチューブ４０に向けて水を供給する中間配管６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ，...とを有する。

本実施形態において、上部配管６６Ａから最上層に属するチューブ４０の外面に向けて水が供給される。最上層のチューブ４０で蒸発した水の残りは落下し、次の層のチューブ４０の外面に付着する。また、最上層のチューブ４０からの水に加えて、次の層に属するチューブ４０の外面に向けて中間配管６６Ｂから水が供給される。残りの層に属するチューブ４０についても同様に、上段のチューブ４０からの水と、中間配管６６Ｃ，６６Ｄ，...からの水とがその外面に供給される。

チューブ４０の外面に存在する水の膜厚が適正値に比べて小さいと、チューブ４０の外面に濡れていない部分が生じる可能性がある。水の膜厚が適正値に比べて大きいと、チューブ４０の外面から水が蒸発しにくくなる可能性がある。これらは、熱効率の点で不利である。散液機構６０からの水の適切な散布が、高い熱伝達と効率的な蒸気生成とをもたらす。

本実施形態において、中間配管６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ，...から水が補充されることにより、各層のチューブ４０の外面における水の量の最適化が図られる。高い位置の層に属するチューブ４０の外面からの水の蒸発量に応じて、低い位置の層に属するチューブ４０に対する中間配管６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ，...からの水の供給量が設定される。例えば、ある中間層のチューブ４０に対して、その上の層のチューブ４０で蒸発した水の量に比べて同程度または多い量の水が中間配管６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ，...から供給される。その結果、チューブ４０の外表面における部分的な渇きが防止される。適切な量の水が供給された各層のチューブ４０の外表面において、水が好ましく蒸発する。

本実施形態において、チューブ４０の２つの層に対して１つの中間配管６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ，...が配置されている。すなわち、チューブ４０の２つの層ごとに、層同士の間のスペースに中間配管６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ，...が配置されている。他の実施形態において、チューブ４０の層同士の間の各スペースに中間配管が配置することができる。

また、散液配管６６（上部配管６６Ａ，中間配管６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ，...）は、チューブ４０から離間して配置されてもよく、チューブ４０に近接あるいは密着してもよい。散液配管６６とチューブ４０とが、抱き合わせ構造及び／又は密着構造を有することにより、散液配管６６のノズル６４が確実にチューブ４０の真上に配置されるとともに、散液配管６６のノズル６４からの水がチューブ４０の表面（外面）に確実に付着する。

図３は、ノズル６４の配置の一例を示す模式図であり、二次元平面（水平面）内でのノズル６４のそれぞれの位置を示している。図３において、ノズル６４は、チューブ４０に面しかつ互いに離間して配置されている。各ノズル６４は、チューブ４０のいずれかの部分の真上に位置することができる。こうしたノズル６４の配置により、配管６６からの水が確実にチューブ４０上に落下する。できるだけ多くのノズル６４がチューブ４０の真上の位置に配置されることが好ましいが、一部のノズル６４がチューブ４０の真上の位置からずれていてもよい。

本実施形態において、散液機構６０は、チューブ４０の少なくとも一部の領域においてチューブ４０の軸方向において水の供給量がさまざまとなるような（異なるような）形態を有する。すなわち、チューブ４０の少なくとも一部の領域に対して、チューブ４０内を流れる熱流体の流れ方向に沿って散液機構６０からの水の供給量が変化する。本実施形態において、チューブ４０における上流側の部分では水の供給量が比較的多く、チューブ４０における下流側の部分では水の供給量が比較的少ない。

図３に示すように、チューブ４０の軸方向において、ノズル６４の配列ピッチがさまざまである。具体的には、チューブ４０における熱流体の上流側（第１ヘッダパイプ４２に近い側の部分）に配置されるノズル６４（水の出口）は、比較的狭い配列ピッチを有し、下流側（第２ヘッダパイプ４４に近い側の部分）に配置されるノズル６４（水の出口）は、比較的広い配列ピッチを有する。図３において、各ノズル６４の散液量（所定の圧力に対する時間あたりの散液量）が実質的に同程度である場合、チューブ４０における上流側の部分では水の供給量が比較的多く、下流側の部分では水の供給量が比較的少ない。

図４は、ノズル６４の配置の別の例を示す模式図である。図４に示すように、チューブ４０の軸方向において、ノズル６４の種類及び／又は特性がさまざまである。具体的には、チューブ４０における熱流体の上流側（第１ヘッダパイプ４２に近い側の部分）には、散液量（所定の圧力に対する時間あたりの散液量）が比較的多いノズル６４（水の出口）が配置され、熱流体の下流側（第２ヘッダパイプ４４に近い側の部分）には、散液量が比較的少ないノズル６４（水の出口）が配置される。図４において、チューブ４０の軸方向に沿ったノズル６４の配列ピッチが実質的にほぼ一様である場合、チューブ４０における上流側の部分では水の供給量が比較的多く、下流側の部分では水の供給量が比較的少ない。

図５は、散液機構６０の別の例を示す模式図である。図５に示すように、散液機構６０は、チューブ４０の軸方向における複数の位置での水の供給量を変化させることができる制御装置７０を有する。図５において、散液配管６６及びノズル６４は、複数の群（ノズル群７１Ａ〜７１Ｄ）にグループ化されている。制御装置７０は、第１ノズル群７１Ａに供給される水量及び／又は圧力を調整する弁７２Ａと、第２ノズル群７１Ｂに供給される水量及び／又は圧力を調整する弁７２Ｂと、第３ノズル群７１Ｃに供給される水量及び／又は圧力を調整する弁７２Ｃと、第４ノズル群７１Ｄに供給される水量及び／又は圧力を調整する弁７２Ｄと、各弁７２Ａ〜７２Ｄを制御するコントローラ７４とを有する。

図５において、第１ノズル群７１Ａは、チューブ４０における熱流体の上流側（第１ヘッダパイプ４２に近い側の部分）に対応しており、第４ノズル群７２Ｂは、熱流体の下流側（第２ヘッダパイプ４４に近い側の部分）に対応している。コントローラ７４は、第１ノズル群７１Ａからの時間あたりの散液量が比較的多く、第２ノズル群７１Ｂ、第３ノズル群７１Ｃ、及び第４ノズル群７１Ｄの順に散液量が少なくなるように、各弁７１Ａ〜７１Ｄを制御する。

図３〜図５の例で示された１つの形態、または２つ以上を組み合わせた形態を用いることにより、チューブ４０内を流れる熱流体の流れ方向に沿って散液機構６０からの水の供給量が変化する。すなわち、散液機構６０は、チューブ４０の少なくとも一部の領域に対して、チューブ４０における上流側の部分では水の供給量が比較的多く、チューブ４０における下流側の部分では水の供給量が比較的少なくなるように、チューブ４０に向けて水を供給する。

本実施形態において、チューブ４０の少なくとも一部の領域に対して熱流体が流れるチューブ４０の軸方向において水の供給量がさまざまであることにより、比較的低温度レベルの熱源であっても、効率的に水を蒸発させることができる。すなわち、チューブ４０の軸方向に沿った全体にわたり、チューブ４０の単位長さあたりの水の散布量が適正化され、その結果、熱利用効率の向上が図られる。

チューブ４０を流れる熱流体が放熱に伴って温度変化する場合、温度が比較的高いチューブ４０の外面部分には、比較的多い量の水が供給され、温度が比較的低いチューブ４０の外面部分には、比較的少ない量の水が供給されることができる。例えば、チューブ４０を流れる熱流体の少なくとも一部が超臨界流体、もしくは気体である場合には、放熱に伴って熱流体の温度が比較的漸次的に低下しやすい。熱流体の温度変化に応じて、チューブ４０の部分ごとに水の供給量が適正化されることにより、高い熱伝達と効率的な蒸気生成とがもたらされる。

本実施形態において、チューブ４０に対する水の供給量のプロファイルは、層ごとに変化させることができる。すなわち、低い位置に属するチューブ４０に対する軸方向における水の供給量の変化を、高い位置の層に属するチューブ４０に対するそれと異なるように設定できる。これにより、チューブ４０の軸方向に加え、重力方向においても、チューブ４０の全体にわたり、チューブ４０の単位長さあたりの水供給量が適正化され、その結果、熱利用効率の向上が図られる。

例えば、最も高い位置の層に属するチューブ４０において、軸方向における水の供給量が実質的に一定であり、少なくとも１つの他の層に属するチューブ４０において、軸方向における水の供給量がさまざまであるように設定できる。最上段の層に軸方向に一定供給量の水を供給しかつチューブ４０を流れる熱流体が放熱に伴って温度変化する場合、その層から落下する水の量（供給量−蒸発量）は、軸方向で異なる。これに対応して、下段の層において、散液機構６０は、落下水量が比較的少ない領域に比較的多い量の水を供給することができる。これにより、チューブ４０の単位長さあたりの水供給量が適正化され、その結果、熱利用効率の向上が図られる。

次に、本実施形態に応じたモデルを解析した結果について説明する。

モデルにおいて、チューブ４０（伝熱管）内を熱流体が流れ、チューブ４０にシャワーされた水がチューブ４０の外で蒸発する。熱流体が最初に流入するチューブ４０の部分（単位長さ部分）において伝熱量を計算し、伝熱（放熱）による温度低下、及び水側の伝熱（受熱）による蒸発量を計算する。次の単位長さ部分において、温度低下した熱流体が流れるという条件で、同様の伝熱計算を行う。

ここで、
NOMENCLATURE
A：伝熱面積［m²］
C_p：定圧比熱［J／kg・K］
d：伝熱管直径［m］
F：汚れ係数［m²K／W］
G：質量流量［kg／s］
h：エンタルピ［J／kg］
N _u：ヌッセルト数N _u = α_i・d_i ／λ［−］
KA_o：熱貫流率［W／K］
L：伝熱管長さ［m］
P：圧力［Pa］
P_r：プラントル数P_r：=νρC_p／λ［−］
R_e：レイノルズ数R_e = u・d_i ／ν［−］
T：温度［℃］
u：管内平均流速［m／s］
W：伝熱量［W］
X_o：伝熱管外面の濡れている面積の割合［−］
α：熱伝達率［W／m²・K］
Γ：伝熱管単位長さ当たりの散布水片側流量（液膜流量）［kg／m・s］
λ：熱伝導率［W／m・K］
ξ：管内摩擦係数［−］
ρ：密度［kg／m³］
ν：動粘性係数［m²／s］
Subscript
evap：蒸発
f：フロン
i：管内
n：伝熱管における単位長さ部分の順番
o：管外
s：水蒸気
w：水

熱交換量Wは式(1)から計算することができる。

W ＝ K A_o X _o（ T_f − T_w ）・・・・・・(1)

熱貫流率KA_oは式(2)から計算することができる。

KA_o ＝ 1 ／（１／α_oA_o + １／α_iA_i + ln（d_o／d _i）／（2πλL）+ F／A_i）・・・・・・(2)
ここで、伝熱面積A₀ ＝πd_oL、A_i ＝πd_iL

次に、管外蒸発熱伝達率α_oは式(3)の実験式から計算することができる。

α_o ＝ −1.18921・10⁷Γ² + 1.51564・10⁵Γ + 8394 ・・・・・・(3)
（適用範囲：Γ≧0.005 kg／m・s）

一方、式(4)からヌッセルト数N _uを計算することができる。

N _u = 0.57 R_e ^0.8 P_r ^0.4 ・・・・・・(4)

管内蒸発熱伝達率α_iはヌッセルト数の定義式である式(5)から計算することができる。

N _u = α_i・d_i ／λ ・・・・・・(5)

次に管内摩擦係数ξは式(6)のブラジウスの式から計算することができる。

ξ = 0.092・4・ R_e ^−0.25 ・・・・・・(6)

そして、単位長さ当たりの管内圧力損失ΔPは式(7)のように計算することができる。

ΔP = ξ／2・ρ・u²・ΔL／d _i ・・・・・・(7)

ここで、伝熱管におけるある単位長さ部分における圧力をP_nとすると、次の単位長さ部分における圧力P_n+1は式(8)ように計算することができる。

P_n+1 = P_n−ΔP ・・・・・・(8)

また、伝熱管におけるある単位長さ部分におけるエンタルピh_nは式(9)ように物性計算式から計算することができる。

h_n = h（P_n, T_n）・・・・・・(9)

そして、次の単位長さ部分におけるエンタルピh_n+1は式(10)ように計算することができる。

h_n+1 = h_n − ΔW・（ΔL／u）／（π・d _i ²／4・ρ） ・・・・・・(10)

そして、次の単位長さ部分における温度T_n+1は式(11)ように物性計算式から計算することができる。

T_n+1 = T（P_n+1, h_n+1）・・・・・・(11)

次に管外において蒸発量ΔG_evapは式(12)ように計算することができる。

ΔG_evap ＝ ΔW・（ΔL／u）／（ h_s −ｈ_w ）・・・・・・(12)

所定の条件に基づく解析結果を図６、図７、図８、及び図９に示す。図６は、チューブの軸方向に沿ったチューブ内の熱流体の平均流速を示す。図７は、チューブの軸方向に沿ったチューブ内の圧力を示す。図８は、チューブの軸方向に沿ったチューブ内の温度を示す。図９は、チューブの軸方向に沿ったチューブ外の蒸発量（累積値）を示す。解析結果から、比較的低温度レベルの熱源において、本実施形態に応じたモデルが、蒸気生成に適していることが確認された。

図１０は１段目（最上段）のチューブに軸方向に一定量の水供給をした場合における各段の水供給量（＝上段への供給量−上段での蒸発量）を示す。この場合、下段に行くほど、また、管の上流であるほど、水供給量が低下することがわかった。水供給量が少なすぎるとドライアウトしてしまうため、中間段での追加供給が供給量の適正化に有効であることが確認された。

図１１は、上記の蒸発器１０が好ましく適用される蒸気生成システムの一例を示す概略図である。

図１１において、蒸気生成システムＳ１は、作動流体（作動媒体、第１流体）が流れるヒートポンプ１１０と、被加熱流体（被加熱媒体、第２流体）の供給ユニット１２０と、制御装置７０とを備える。本実施形態において、被加熱流体は水である。制御装置７０は、システム全体を統括的に制御する。蒸気生成システムＳ１の構成は、蒸気生成システムＳ１の設計要求に応じて様々に変更可能である。

ヒートポンプ１１０は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、低温の物体から熱を汲み上げ、高温の物体に熱を与える装置である。ヒートポンプは一般に、エネルギー効率が比較的高く、結果として、二酸化炭素等の排出量が比較的少ないという利点を有する。

本実施形態において、ヒートポンプ１１０は、吸熱部１１１、圧縮部１１２、放熱部（第１放熱部１１３Ａ、第２放熱部１１３Ｂ）、及び膨張部１１４を有し、これらは導管を介して接続されている。

吸熱部１１１では、主経路１１５内を流れる作動流体がサイクル外の熱源の熱を吸収する。本実施形態において、ヒートポンプ１１０の吸熱部１１１は、大気の熱を吸収する。ヒートポンプ１１０の吸熱部１１１が外部の装置からの熱（排熱など）を吸収する構成とすることもできる。

圧縮部１１２は、圧縮機等によって作動流体を圧縮する。この際、通常、作動流体の温度が上がる。圧縮部１１２は、作動流体を単段又は複数段に圧縮する構造を有する。圧縮の段数は、蒸気生成システムＳ１の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部１１２は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。圧縮部１１２の圧縮比（圧力比）は、蒸気生成システムＳ１の仕様に応じて設定される。

放熱部１１３Ａ，１１３Ｂは、圧縮部１１２で圧縮された作動流体が流れる導管を有し、主経路１１５内を流れる作動流体の熱をサイクル外の熱源に与える。本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、第１放熱部１１３Ａ、及び第２放熱部１１３Ｂがその順に並んでいる。放熱部の数は、蒸気生成システムＳ１の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上である。

膨張部１１４は、減圧弁またはタービン等によって作動流体を膨張させる。この際、通常、作動流体の温度が下がる。タービンを使用した場合には膨張部１１４から動力を取り出すことができ、その動力を例えば圧縮部１１２に供給してもよい。ヒートポンプ１１０に使用される作動流体として、フロン系媒体、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、蒸気生成システムＳ１の仕様及び熱バランスなどに応じて用いられる。

供給ユニット１２０は、加温部１２１と、蒸発ユニット１２２と、圧縮機１３０とを有する。

加温部１２１は、ヒートポンプ１１０の第２放熱部１１３Ｂに熱的に接続されかつ供給源（不図示）からの水が流れる導管を含む。例えば、加温部１２１の導管が第２放熱部１１３Ｂの導管に接触あるいは隣接して配置される。加温部１２１と第２放熱部１１３Ｂとを含んで第１熱交換器１４１が構成される。第１熱交換器１４１は、低温の流体（供給ユニット１２０内の水）と高温の流体（ヒートポンプ１１０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、第１熱交換器１４１は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。本実施形態において、ヒートポンプ１１０の第２放熱部１１３Ｂの導管の内部に、加温部１２１の導管が配設されている。加温部１２１において、ヒートポンプ１１０の第２放熱部１１３Ｂからの伝達熱によって、供給ユニット１２０内の水が温度上昇する。なお、他の実施形態において、第１熱交換器１４１は、別の熱交換構造を採用することができる。例えば、第２放熱部１１３Ｂの導管を、加温部１２１の導管の外周面に配設することができる。

蒸発ユニット１２２は、図１に示した蒸発器１０を備える。すなわち、蒸発ユニット１２２は、チャンバ２０と、散液機構６０とを備える。蒸発ユニット１２２は、必要に応じて、ミストセパレータ８０などの他の要素を備えることができる。

本実施形態において、ヒートポンプ１１０の第１放熱部１１３Ａの導管の一部（熱交換チューブ４０）がチャンバ２０内に配置される。散液機構６０は、チューブ４０に向けて水を散布する。

蒸発ユニット１２２において、熱を有する作動流体がチューブ４０内を流れるとともに、散液機構６０からの水がチューブ４０の外表面に供給される。チューブ４０を介して熱流体の熱がチューブ４０の外面に付着した水に伝わる。チューブ４０の外面において、加熱された水が蒸発する。すなわち、チャンバ２０の内部空間において、チューブ４０の外で水が蒸発する。蒸気は、例えばチャンバ２０に設けられた開口２２からダクト１３７を介して外部に排出される。

ここで、チャンバ２０における水の飽和温度（沸騰温度）と熱源であるチューブ４０（第１放熱部１１３Ａ）を流れる作動流体との温度差は、比較的小さく、例えば約５℃〜１５℃、約１５℃〜２５℃、約２５℃〜３５℃、約３５℃〜４５℃、約４５℃〜５５℃、約５５℃〜約６５℃、約６５℃〜約７５℃、約７５℃〜約８５℃、約８５℃〜約９５℃、又は約９５℃以上である。

前述したように、このような形態の蒸発ユニット１２２は、被加熱媒体（水）が管内を流れる形態に比べて、水−蒸気の界面を広くできる。これは、比較的低温度レベルの熱源を用いた蒸発プロセスに有利である。

このような蒸気生成システムＳ１において、供給源からの水が第１熱交換器１４１でヒートポンプ１１０の第２放熱部１１３Ｂからの熱によって沸点近くまで温度上昇する。その温水は散液機構６０に供給される。チャンバ２０において、ヒートポンプ１１０の第１放熱部１１３Ａからの熱によって水が相変化して蒸発する。

ボイラのエネルギー効率が一般に約０．７〜０．８（７０〜８０％）であるのに対して、ヒートポンプのエネルギー効率としての成績係数（ＣＯＰ：coefficient of performance）は一般に２．５〜５．０である。ヒートポンプの成績係数は、被加熱媒体（水）の入出力温度差に応じて変化し、その温度差が過度に大きいと成績係数（ＣＯＰ）が低下する場合がある。本実施形態において、被加熱媒体及び作動流体の状態に応じて、ヒートポンプが個別の加熱部（放熱部）を有する点などにより、入出力温度差を抑え、ボイラに比べて高いエネルギー効率で蒸気を発生させることができる。加温部１２１への水の供給温度は例えば約２０℃であり、加温部１２１からの水の出口温度（蒸発ユニット１２２への水の入口温度）は例えば約９０〜９５℃である。上記数値は理解のための一例であって本発明はこれに限定されない。

なお、ヒートポンプ１１０の放熱部及び供給ユニット１２０の蒸発部の数は、作動流体の特性に応じて適宜設定される。また、供給源からの水の供給温度が比較的高い場合など、加温部１２１（第２放熱部１１３Ｂ）を省略することも可能である。

本実施形態において、水の顕熱加熱が主に第１熱交換器１４１（加温部１２１）で行われ、水の潜熱加熱が主に蒸発ユニット１２２で行われる。そのため、第２放熱部１１３Ｂを含む第１熱交換器１４１が顕熱交換に適した形態であり、第１放熱部１１３Ａ、蒸発ユニット１２２などを含む熱交換ユニットが潜熱交換に適した形態であるといった、装置構成の最適化が図られ、これに応じて、好ましい加熱プロセスを経て蒸気が発生する。蒸気生成システムＳ１からの蒸気は、外部の所定施設、例えば製造プラント、調理施設、空調設備、発電プラントなどに供給される。

図１２は、上記の蒸発器１０が好ましく適用される蒸気生成システムの別の例を示す概略図である。以下の説明では、図１１のシステムと同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

図１２に示すように、蒸気生成システムＳ２において、蒸発ユニット１２２のチャンバ２０の内部空間が、ダクト１２３を介して圧縮機１３０によって吸引される。チャンバ２０内で発生した蒸気は、ダクト１２３を介して圧縮機１３０に導かれる。

圧縮機１３０は、ダクト１２３及びチャンバ２０の開口２２を介してチャンバ２０の気相空間に流体的に接続されている。圧縮機１３０としては、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機が適用され、蒸気圧縮に適するものが用いられる。圧縮機１３０は、チャンバ２０からの蒸気を圧縮し、昇圧した蒸気を下流に流す。

圧縮機１３０による吸引作用により、チャンバ２０の内部空間が減圧される。チャンバ２０の内部圧力が大気圧に比べて低い負圧（陰圧）となるように、不図示の制御弁（流量制御弁など）や圧縮機１３０が制御される。この制御は、例えば、チャンバ２０の内部圧力を計測するセンサ（不図示）の計測結果に基づいて行われる。

圧縮機１３０及び／又は供給ユニット１２０には、蒸気に対して水（温水）を供給するノズル１３５が、必要に応じて配設される。ノズル１３５の配設位置は、例えば、圧縮機１３０の入口及び／又は出口である。圧縮機１３０が多段式である場合には、ノズル１３５を圧縮機１３０の段間に配設することができる。圧縮機１３０の多段圧縮構造は、蒸気の高温・高圧化に有利である。圧縮機１３０は、多段の各圧縮部に対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮機１３０は、同軸の多段圧縮構造を有することができる。各圧縮部の圧縮比（圧力比）は、蒸気生成システムＳ２の仕様に応じて設定される。ノズル１３５からの液体の排出には、ポンプなどの動力源を用いてもよく、液体が流れる導管の入口と出口との圧力差を利用してもよい。

本実施形態において、供給源からの水が、ヒートポンプ１１０（放熱部１１３Ａ，１１３Ｂ）による加熱で比較的低圧力かつ低温度の蒸気となり、圧縮機１３０による圧縮で比較的高圧力かつ高温度の蒸気となる。すなわち、ヒートポンプ１１０で加熱された水が、圧縮機１３０による圧縮によってさらに加熱され、これにより、１００℃以上の高温蒸気が発生する。

図１３は、図１２に示す蒸発ユニット１２２及び圧縮機１３０における水の状態変化の一例を示す Ｔ-ｓ 線図である。図１３に示すように、水は、沸点近くまで温度上昇した後、温度一定のまま相変化する。このとき、大気圧（Ｐ１＝１atm＝約０．１ＭＰａ）に比べて低い負圧Ｐ０の状態において、飽和蒸気ｄ０が発生する。飽和蒸気ｄ０の温度は標準沸点よりも低い、例えば約９０℃である。

次に、その飽和蒸気ｄ０は、圧縮機１３０（図１２参照）による圧縮で比較的高圧力かつ高温の蒸気（過熱蒸気ｅ２）になる。すなわち、その圧縮に伴って、蒸気が温度上昇する。過熱蒸気ｅ２の圧力Ｐ２は大気圧よりも高い、例えば０．８ＭＰａである。

０．８ＭＰａの過熱蒸気ｅ２を定圧下で冷却することにより、約１６０℃の飽和蒸気を得ることができる（図１２の破線ａ）。同様に、大気圧（約０．１ＭＰａ）の過熱蒸気を定圧下で冷却することにより、約１００℃の飽和蒸気ｄ１を得ることができる。上記数値は理解のための一例であって本発明はこれに限定されない。

過熱蒸気から飽和蒸気への冷却に、液状の水または温水を直接混入することにより、蒸気のボリュームが増加する。この場合、例えば、圧縮機１３０の出口において蒸気に対して水または温水が供給される。

水または温水の供給量及びタイミングの最適化により、比較的低圧力かつ低温度の飽和蒸気ｄ０から比較的高圧力かつ高温度の飽和蒸気ｄ２への変化を、より直接的にできる。例えば、圧縮機１３０の入口で適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、圧縮機１３０の入口での飽和蒸気ｄ０が、圧縮機１３０の出口で飽和蒸気ｄ２に変化する（図１２の破線ｃ１（スプレー）及びｃ２（圧縮））。または、圧縮機１３０の中間で圧縮機１３０の段落ごとに適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、圧縮機１３０の入口での飽和蒸気ｄ０が、圧縮機１３０の出口で飽和蒸気ｄ２に変化する（図１２の破線ｂ）。すなわち、圧縮機１３０による圧縮と水または温水による冷却との組み合わせの最適化により、効率良く圧縮機１３０から飽和状態に近い蒸気を排出することができる。

このように、蒸気生成システムＳ２では、ヒートポンプ１１０及び圧縮機１３０による順次加熱により、飽和蒸気及び過熱蒸気のいずれも容易に発生させることができる。つまり、蒸気生成システムＳ２は、蒸気仕様に対する柔軟性が高い。蒸気生成システムＳ２からの蒸気は、外部の所定施設、例えば製造プラント、調理施設、空調設備、発電プラントなどに供給される。

また、蒸気生成システムＳ２において、蒸気発生のための加熱過程の一部を圧縮機１３０が補うから、高いＣＯＰでヒートポンプ１１０が使用される。したがって、蒸気生成システムＳ２は、全体としての一次エネルギーの節減が期待される。

蒸気生成システムＳ２において、ヒートポンプ１１０はさらに、バイパス経路１１７と、再生器１１８とを有する。バイパス経路１１７の入口端がヒートポンプ１１０の主経路１１５における第１放熱部１１３Ａと第２放熱部１１３Ｂとの間の導管に流体的に接続される。バイパス経路１１７の出口端が主経路１１５における第２放熱部１１３Ｂと膨張部１１４との間の導管に流体的に接続される。バイパス経路１１７の入口に、作動流体のバイパス流量を制御する流量制御弁を設けることができる。バイパス経路１１７において、第１放熱部１１３Ａからの作動流体の一部が、第２放熱部１１３Ｂを迂回し、膨張部１１４の手前で第２放熱部１１３Ｂからの作動流体と合流する。第１放熱部１１３Ａからの残りの作動流体は、第２放熱部１１３Ｂを流れ、第２放熱部１１３Ｂからの熱が供給ユニット１２０内の水に伝わる。

再生器１１８は、バイパス経路１１７の導管の一部と、ヒートポンプ１１０の主経路１１５の導管（吸熱部１１１と圧縮部１１２との間の導管）の一部とが熱的に接続された構成を有する。例えば、両導管が互いに接触あるいは隣接して配置される。ヒートポンプ１１０において、吸熱部１１１からの作動流体に比べて、第１放熱部１１３Ａからの作動流体は高温である。再生器１１８において、バイパス経路１１７を流れる第１放熱部１１３Ａからの作動流体と、ヒートポンプ１１０の主経路１１５を流れる吸熱部１１１からの作動流体とが熱交換する。この熱交換により、バイパス経路１１７内の作動流体の温度が降下し、主経路１１５内の作動流体の温度が上昇する。再生器１１８は、低温の流体（主経路１１５内の作動流体）と高温の流体（バイパス経路１１７内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換構造を有することができる。あるいは、再生器１１８は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換構造を有してもよい。

本実施形態において、バイパス経路１１７を介して作動流体の一部が第１熱交換器１４１を迂回することにより、第１熱交換器１４１への作動流体の流入量が制御される。バイパス経路１１７を流れる作動流体は、再生器１１８において、ヒートポンプ１１０の主経路１１５を流れる吸熱部１１１からの作動流体と熱交換する。この熱交換により、バイパス経路１１７内の作動流体の温度が降下し（例えば約２０℃）、ヒートポンプ１１０の主経路１１５内の作動流体の温度が上昇する（例えば約９５℃）。圧縮部１１２に対する作動流体の入力温度の上昇により、圧縮部１１２の動力の低減が図られる。なお、作動流体のバイパス量は、被加熱流体及び作動流体の各物性値（比熱など）に応じて定められる。

また、本実施形態において、再生器１１８で温度降下したバイパス経路１１７内の作動流体（例えば約２０℃）は、膨張部１１４の手前で、ヒートポンプ１１０の主経路１１５を流れる第１熱交換器１４１（第２放熱部１１３Ｂ）からの作動流体と合流する。前述したように、第１熱交換器１４１からの作動流体の出力温度は比較的低く設定される（例えば約３０℃）。膨張部１１４に対する作動流体の入力温度の降下により、作動流体の液ガス比の最適化が図られ、その結果、吸熱部１１１においてサイクル外の熱源（冷熱供給装置９０の放熱管１９１を流れる媒体）から有効に熱が吸収される。

このように、蒸気生成システムＳ２において、水の蒸発に用いた後の作動流体が水の加温と作動流体の再生とに用いられることにより、熱の有効利用が図られる。

なお、ヒートポンプ１１０の放熱部及び供給ユニット１２０の蒸発部の数は、作動流体の特性に応じて適宜設定される。また、供給源からの水の供給温度が比較的高い場合など、加温部１２１（第２放熱部１１３Ｂ）を省略することも可能である。

上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。

蒸発器を示す断面模式図である。 チューブの構成例を模式的に示す平面図である。 チューブの構成例を模式的に示す平面図である。 チューブの構成例を模式的に示す平面図である。 チューブの構成例を模式的に示す平面図である。 ノズルの配置の一例を示す模式図である。 ノズルの配置の別の例を示す模式図である。 散液機構の別の例を示す模式図である。 解析結果を示す図である。 解析結果を示す図である。 解析結果を示す図である。 解析結果を示す図である。 解析結果を示す図である。 蒸気生成システムの一例を示す概略図である。 蒸気生成システムの別の例を示す概略図である。 水の状態変化の一例を示す Ｔ-ｓ 線図である。

符号の説明

１０…蒸発器、２０…チャンバ、２２…開口、４０…チューブ、４２，４４…ヘッダパイプ、６０…散液機構、６２…ポンプ、６４…ノズル、６６…配管、６６Ａ…上部配管（上部ユニット）、６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ…中間配管（中間ユニット）、６８…供給配管、７０…制御装置、１１０…ヒートポンプ、１１１…吸熱部、１１２…圧縮部、１１３Ａ，１１３Ｂ…放熱部、１１４…膨張部、１１５…主経路、１１７…バイパス経路、１１８…再生器、１２０…供給ユニット、１２１…加温部、１２２…蒸発部、１３０…圧縮機、１４１，１４２…熱交換器、１７０…制御装置、Ｓ１，Ｓ２…蒸気生成システム。

Claims (14)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、熱を有する第１流体が流れる管と、
   前記管の外面に第２流体を供給する機構であり、前記管の少なくとも一部の領域において前記管の軸方向における前記第２流体の供給量がさまざまである前記機構と、
   を備えることを特徴とする蒸発器。
2. 前記散液機構は、
   前記第２流体が流れる部材と、
   前記部材に設けられる複数の出口であり、前記管の軸方向における配列ピッチが変化する前記複数の出口と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
3. 前記散液機構は、少なくとも所定の圧力に対する時間あたりの散液量がさまざまである複数種類のノズルを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蒸発器。
4. 前記散液機構は、少なくとも前記管の軸方向における複数の位置での前記第２流体の供給量を変化させることができる制御装置を有することを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の蒸発器。
5. 前記第２流体の供給量は、前記第１流体の温度変化に応じてさまざまであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の蒸発器。
6. 前記管は、重力方向に沿って並ぶ複数の層を有し、
   高い位置の層に属する前記管からの前記第２流体が低い位置の層に属する前記管に付着することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の蒸発器。
7. 前記複数の層における前記管の蒸発量に応じて、各層に属する前記管に対して前記軸方向における前記第２流体の供給量が設定されることを特徴とする請求項６に記載の蒸発器。
8. 前記機構は、最も高い位置の層に属する前記管に前記第２流体を供給する上部ユニットと、別の層に属する前記管に前記第２流体を供給する中間ユニットとを有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蒸発器。
9. 高い位置の層に属する前記管の外面からの前記第２流体の蒸発量に応じて、低い位置の層に属する前記管に対する前記中間ユニットからの前記第２流体の供給量が設定されることを特徴とする請求項８に記載の蒸発器。
10. 低い位置の層に属する前記管に対する前記軸方向における前記第２流体の供給量の変化は、高い位置の層に属する前記管に対するそれと異なることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の蒸発器。
11. 比較的高い位置の層に属する前記管において前記軸方向における前記第２流体の供給量が実質的に一定であり、比較的低い位置の層に属する前記管の少なくとも一部の領域において前記軸方向における前記第２流体の供給量がさまざまであることを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれかに記載の蒸発器。
12. 前記管は、水平方向に並びかつ前記第２流体がそれぞれ流れる複数の水平群を有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の蒸発器。
13. 前記複数種類のノズルは、大きさが互いに異なる複数の供給孔を含むことを特徴とする請求項３に記載の蒸発器。
14. 前記第１流体の温度と前記チャンバ内における前記第２流体の飽和温度との間の差は、約５℃以上約９５℃以下であることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の蒸発器。

Images