JP2017145985A

JP2017145985A - 熱交換装置

Info

Publication number: JP2017145985A
Application number: JP2016026677A
Authority: JP
Inventors: 誠道池田; Seido Ikeda; 山▲崎▼　淳司; Junji Yamazaki; 淳司山▲崎▼
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-16
Also published as: JP6864988B2; KR20170096579A; KR102675810B1

Abstract

【課題】水槽内に浸漬した伝熱管を有する熱交換装置において、伝熱管の腐食を防止する。【解決手段】熱交換装置（水中燃焼式気化装置１）は、水槽１１内に浸漬されたスパージパイプ１５と、スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱により、伝熱管３１の内部を流れる流体を昇温するように構成された熱交換器３２と、伝熱管を支持するように構成された支持部材４と、を備える。支持部材４は、伝熱管が貫通する支持孔４１を有し、支持孔は、その内周面と、伝熱管の外周面とが、１つ又は複数の、点接触又は線接触をするように構成されている。【選択図】図７

Description

ここに開示する技術は、熱交換装置に関する。

特許文献１には、例えば低温液化ガスといった流体の昇温を行う熱交換装置の１つとして、水中燃焼式気化装置（Submerged Combustion Vaporizer）が記載されている。水中燃焼式気化装置は、液化天然ガスを気化するための装置であり、水槽内に浸漬されかつ、バーナーからの燃焼ガスを、周面に形成された気泡噴出孔を通じて水中に噴出する複数のスパージパイプと、水槽内に浸漬されかつ、スパージパイプの上側に配置された伝熱管を有する熱交換器と、を備えている。水中に気泡として噴出された燃焼ガスが水槽内の水を撹拌しつつ、伝熱管内を流れる低温液化ガスを加熱する。このことによって、低温液化ガスを気化させる。

また、水中燃焼式気化装置と同様に、水槽内に配設したスパージパイプから高温のガスを気泡として噴出することによって、水槽内に浸漬されかつ、スパージパイプの上側に配置された伝熱管内を流れる低温液化ガスを気化する気化装置として、スチームエジェクタ式気化装置等の、中間熱媒体式気化装置も知られている。

さらに、水槽内に配設したスパージパイプから高温のガスを気泡として噴出することによって、水槽内に浸漬した熱交換器の伝熱管内を流れる天然ガス等の温度を高めるよう構成された熱交換装置も知られている。

特開２０１５−５５２６９号公報

前述した水中燃焼式気化装置や中間熱媒体式気化装置等を含む熱交換装置において、水槽内に浸漬された伝熱管は支持部材によって支持される。支持部材は、特許文献１の図２に示されているように、伝熱管の管軸に直交するように広がる板状の部材であって、特許文献１には明示されていないが、厚み方向に貫通する支持孔を有している。伝熱管は、支持部材を貫通するように支持孔に内挿されることで、支持部材に支持される。支持部材は、例えばフェノール系樹脂等の合成樹脂によって構成される。

本願発明者らは、こうした構成の熱交換装置において、ステンレス製の伝熱管の腐食が起こり得ることを見出した。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水槽内に浸漬した伝熱管を有する熱交換装置において、伝熱管の腐食を防止することにある。

本願発明者らが、熱交換装置における伝熱管の腐食について検討をしたところ、この腐食は、支持部材が伝熱管を支持している箇所における隙間腐食であることが判明した。

つまり、水槽に貯留されている水は、一般的には工業用水であり、塩化物イオンの濃度が比較的高い。一方で、支持部材の支持箇所には、ステンレス製の伝熱管の外周面と、合成樹脂製の支持孔の内周面とが接触している箇所に隙間が形成される。隙間内部に塩化物イオンが濃縮される結果、伝熱管の不動態皮膜が破壊されて、伝熱管が局部的に腐食してしまうのである。

ここで、水中燃焼式気化装置や中間熱媒体式気化装置等の熱交換装置が運転すると、水槽内の水が激しく流動するため、隙間内部に塩化物イオンが濃縮されることが抑制される。つまり、伝熱管の腐食が防止される。しかしながら、水中燃焼式気化装置や中間熱媒体式気化装置等は、急激な需要増加をカバーするための、ピークシェービング用やエマージェンシー用としても使用される場合があり、その場合、長期間に亘って運転されないことがある。長期間に亘って運転されずに、水槽内の水が停滞した状態が継続すると、伝熱管の隙間腐食が起こり易くなる。

伝熱管の腐食は、支持部材が伝熱管を支持している箇所において起こることから、熱交換装置が長期間に亘って運転されないときには、水槽内の支持部材の位置を、定期的にずらすことが考えられる。例えば支持部材の配設位置をずらすことによって、伝熱管と支持孔との接触箇所を、定期的に変更すれば、伝熱管の隙間腐食を抑制することが可能になる。しかしながら、この対策は、メンテナンスが煩雑になってしまうという不都合がある。

そこで、本願発明者等は、伝熱管と支持孔との接触面積を、できるだけ小さくすることで、伝熱管の腐食を防止することにした。

具体的に、ここに開示する熱交換装置は、水槽内に浸漬されかつ、高温のガスを水中に噴出するよう構成されたスパージパイプと、前記水槽内における前記スパージパイプの上側に配置された伝熱管を有しかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱により、前記伝熱管の内部を流れる流体を昇温するように構成された熱交換器と、前記水槽内に浸漬されかつ、前記伝熱管を支持するように構成された支持部材と、を備える。

前記支持部材は、前記伝熱管の管軸に直交するように広がる板状の部材であって、前記伝熱管が貫通する支持孔を有し、前記支持孔は、その内周面と、前記伝熱管の外周面とが、１つ又は複数の、点接触又は線接触をするように構成されている。

この構成によると、伝熱管を支持する支持部材の支持孔は、その内周面と、伝熱管の外周面とが、１つ又は複数の、点接触又は線接触をするように構成されている。

ここで、「点接触」は、接触面積が微小であって、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触部分が、実質的に点とみなすことができるような接触状態を意味し、数学的な意味における「点」とは異なる。また、「線接触」も、接触幅が微小であって、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触部分が、実質的に線とみなすことができるような接触状態を意味し、数学的な意味における「線」とは異なる。また、「線接触」は、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触部分が、伝熱管の周方向、又は、管軸方向に、ある程度の長さを有し、この意味で「点接触」と相違する。

この構成によると、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積が、小さくなるため、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、抑制することが可能になる。

ここに開示する別の熱交換装置は、水槽内に浸漬されかつ、高温のガスを水中に噴出するよう構成されたスパージパイプと、前記水槽内における前記スパージパイプの上側に配置された伝熱管を有しかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱により、前記伝熱管の内部を流れる流体を昇温するように構成された熱交換器と、前記水槽内に浸漬されかつ、前記伝熱管を支持するように構成された支持部材と、を備える。

前記支持部材は、前記伝熱管の管軸に直交するように広がる板状の部材であって、前記伝熱管が貫通する支持孔を有し、前記支持孔は、その内周面が、前記支持部材の厚み方向にテーパ状に形成されている。

この構成によると、支持孔の内周面が、支持部材の厚み方向にテーパ状となっているため、支持孔内に挿入された伝熱管の外周面は、支持孔における最小径の箇所でのみ、支持孔の内周面と接触する。支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触箇所が、支持部材の厚み方向に広がらないため、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積は、小さくなる。その結果、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、抑制することが可能になる。

前記支持孔の最小径は、前記伝熱管の外径よりも大である、としてもよい。

こうすることで、伝熱管の外周面は、支持孔における最小径の箇所で、支持孔の内周面と、点接触、又は、線接触する。両者の接触面積が小さくなるため、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、抑制することが可能になる。

例えば、伝熱管が円管であるときに、支持部材の支持孔を横断面円形状とすれば、伝熱管の外周面は、支持孔における最小径の箇所において一点で接触する。支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積が小さくなって、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、抑制することが可能になる。また、伝熱管が円管であるときに、支持部材の支持孔を横断面円形状とすれば、両者の接触箇所は、伝熱管の最下位置でかつ、支持孔の最下位置となる。ここで、伝熱管の位置がずれて、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触箇所が変化しても、支持孔の内周面と伝熱管の外周面とが共に円形状であれば、両者は、常に、一点で接触する。この構成は、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積を、常に小さく保つことが可能である。

前記支持孔の内周面には、前記伝熱管の前記管軸に沿う方向に伸びる複数の凹溝が、縞状に形成されている、としてもよい。

こうすることで、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所、つまり、支持孔の最小径の箇所において、凹溝の分だけ、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積が小さくなる。支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、さらに抑制することが可能になる。

前記支持孔の内周面には、格子状の凹部が形成されている、としてもよい。こうすることで、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所において、凹部の分だけ、支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触面積が小さくなる。支持孔の内周面と伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、さらに抑制することが可能になる。

以上説明したように、前記の熱交換装置によると、支持孔内に挿入された伝熱管の外周面と、支持孔の内周面との接触面積が小さくなるから、支持孔の内周面と、伝熱管の外周面との接触箇所における隙間腐食を、抑制することが可能になる。

図１は、水中燃焼式気化装置の全体構成を示す概念図である。図２は、水槽内に配設された熱交換器とスパージパイプとを示す正面図である。図３は、図２に示す熱交換器とスパージパイプとの平面図である。図４は、支持部材の一部を拡大して示す側面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ断面を示す図である。図６は、支持孔の部分を拡大して示す側面図である。図７は、図４のVII−VII断面を示す図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、支持孔の変形例を示す図である。図９は、横断面矩形状の支持孔を示す図６対応図である。図１０は、支持孔の変形例を示す図である。図１１は、横断面菱形の支持孔を示す図６対応図である。図１２（ａ）〜（ｃ）は、支持孔の変形例を示す図である。図１３は、支持孔の内周面に形成する凹溝を例示する図である。図１４は、支持孔の内周面に形成する格子状の凹部を例示する図である。図１５は、支持孔の変形例を示す図６対応図である。

以下、熱交換装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、熱交換装置の一つとしての水中燃焼式気化装置１の全体を概略的に示している。図２及び図３はそれぞれ、水槽１１内に浸漬された熱交換器３２、スパージパイプ１５及び伝熱管３１を支持する支持部材４の構成を示している。水中燃焼式気化装置１は、低温液化ガスの気化装置の１つであり、ここでは、液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化する。

水中燃焼式気化装置１は、例えば直方体状の水槽１１中に浸漬されると共に、ＬＮＧの流路となる多数の伝熱管３１が多段に曲げ成形されて構成された熱交換器３２を備えている。各伝熱管３１の一端は、ＬＮＧの入口となるＬＮＧ入口管１２ｂに連通し、他端が、気化した天然ガス（ＮＧ）の出口となるＮＧ出口管１２ｃに連通している。図１では、伝熱管３１は簡易化して図示しているが、実際には、図２及び図３に示すように、Ｘ方向に延びると共に、Ｚ方向に多段に曲げ成形された伝熱管３１が、Ｙ方向に多数、並んで配置されており、各伝熱管３１は、ＬＮＧ入口管１２ｂに接続されるＬＮＧ入口ヘッダ３３と、ＮＧ出口管１２ｃに接続されるＮＧ出口ヘッダ３４とのそれぞれに連通している。伝熱管３１の、曲げの段数、本数、及び配置は、水中燃焼式気化装置１の性能に応じて、適宜決定される。

水槽１１は、例えば矩形板状の天板１１ａで覆われている。この天板１１ａは、作業員が歩くこともでき、その所定箇所に円筒状のダウンカマー１３が水槽１１内に浸漬するように配設されている。

ダウンカマー１３の上端には、図外の燃料供給源から燃料供給管６を介して供給された燃料ガスと、ブロワー１４を通じて供給された空気と、を燃焼させるバーナー２が設けられている。

水槽１１の底部には、ダウンカマー１３に連通すると共に、バーナー２の燃焼ガスが噴出する多数の気泡噴出孔（図示省略）が形成されたスパージパイプ１５が配置されている。このスパージパイプ１５も、図１では１本しか描いていないが、実際には、図２及び図３に示すように、各々がＹ方向に延びると共に、Ｘ方向に多数並べられており、熱交換器３２の全体に燃焼ガスを含む気泡Ｂが供給されるようになっている。スパージパイプ１５の本数やその配置は特に限定されない。

ダウンカマー１３と各スパージパイプ１５との間には、マニホールド１７が介設している。マニホールド１７は、ダウンカマー１３の下端部に接続されていると共に、図３に示すように、Ｘ方向に延びて配設されている。各スパージパイプ１５の基端は、マニホールド１７に連通しており、マニホールド１７は、バーナー２からの燃焼ガスを、各スパージパイプ１５に分配する機能を有している。尚、各スパージパイプ１５は、断面円形状であり、その先端は閉塞している。

水槽１１の天板１１ａには、水槽１１内に噴出された燃焼ガスを排気する煙突状のスタック１６が設けられ、その上端は大気に開放されている。

水中燃焼式気化装置１は、バーナー２の燃焼ガスをスパージパイプ１５の気泡噴出孔を通じて水槽１１内に気泡Ｂとして噴出させることによって、水槽１１内の水を撹拌しつつ、伝熱管３１内を流れるＬＮＧを加熱する。このことによって、ＬＮＧを気化させてＮＧとし、これをＮＧ出口管１２ｃから送り出すように構成されている。水中燃焼式気化装置１は、燃焼ガスを気泡Ｂとして水槽１１内に噴出して水槽１１内の水を撹拌すること、及び、スタック１６から排出する排気ガスの温度を、水槽１１内の温水温度とほぼ同等に低くすることにより、燃焼ガス中の燃焼生成水を１００％再凝縮させ、その潜熱を全て温水に与えることが可能であることから熱効率が極めて高いという特徴がある。

次に、熱交換器３２の伝熱管３１を支持する支持部材４の構成について、詳細に説明をする。図２及び図３に示すように、支持部材４は、Ｘ方向に延びる伝熱管３１の管軸に対して直交するように広がる板状の部材である。支持部材４は、水槽１１内に設置した基礎の上に立設している。支持部材４は、Ｘ方向に所定の間隔を空けて、図例では５個、配置されている。伝熱管３１は、例えばステンレス鋼製の円管である。支持部材４は、合成樹脂製、例えばフェノール系樹脂製である。

支持部材４は、図４に一部を拡大して示すように、厚み方向に貫通する支持孔４１を有しており、伝熱管３１は、支持孔４１に内挿される。前述したように、熱交換器３２は、複数の伝熱管３１が、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに並んで配設されており、支持部材４には、伝熱管３１の一つ一つに対応するように、複数の支持孔４１が、所定の配置で設けられている。

各支持孔４１は、図５〜図７に示すように、内周面４２がテーパ状に形成されている。つまり、支持孔４１は、横断面円形状であり、支持部材４における第１面４１１に開口する開口部４２１の径と、第２面４１２に開口する開口部４２２の径は同じではなく、図５に示すように、第２面４１２における開口部４２２の径φ_２は、第１面４１１における開口部４２１の径φ_１よりも小さい。また、第２面４１２における開口部４２２の径φ_２は、伝熱管３１の径φよりも大きい。

伝熱管３１の外周面は、支持孔４１の内周面４２に対して、図６及び図７に示すように、支持孔４１の最小径の箇所（つまり、第２面４１２に開口する開口部４２２）において、実質的に一点で接触をする。こうして、伝熱管３１の外周面と支持孔４１の内周面４２との接触面積が小さくなる。

水槽１１内に貯留される水は、一般的には、工業用水であり、塩化物イオンの濃度が比較的高い。また、水中燃焼式気化装置１は、エマージェンシー用として使用される場合には、長期間に亘って（例えば１年や２年といった期間に亘って）、運転されないことも起こり得る。そのため、水中燃焼式気化装置１では、ステンレス鋼製の伝熱管３１の外周面と、合成樹脂製の支持孔４１の内周面４２との間の接触箇所において、伝熱管３１に隙間腐食が生じる虞がある。しかしながら、前記の構成では、伝熱管３１の外周面と支持孔４１の内周面４２との接触面積を、できるだけ小さくしているため、隙間腐食を抑制することが可能になる。

尚、支持孔４１内において伝熱管３１は、支持孔４１の最下位置に接触するとは限らない。寸法精度等の関係や、支持部材４が、間隔を空けて複数配置されていることや、水平方向に伸びる伝熱管３１が、多数であることなどから、支持孔４１内の伝熱管３１の位置がずれることも起こり得る。この点に関し、円管である伝熱管３１に対し、支持孔４１を、横断面円形状とすることは、伝熱管３１の位置に関わらず、伝熱管３１の外周面と支持孔４１の内周面４２との接触箇所を、常に一つにすることが可能になる。つまり、多数の支持孔４１のいずれにおいても、接触面積を小さくすることが可能になる。

ここで、第１面４１１における開口部４２１の径φ_１と、第２面４１２における開口部４２２の径φ_２との差は、大きい方が、テーパ角度が大きくなるため、伝熱管３１の外周面と支持孔４１の内周面４２との接触面積を小さくする上では有利である。また、第２面４１２における開口部４２２の径φ_２と、伝熱管３１の径φとの差も、大きい方が、接触箇所における、２つの面の曲率差が大きくなるため、接触面積を小さくする上では有利になる。

尚、支持部材４に設けられた多数の支持孔４１は、そのテーパの向きが全て同じであってもよいし、テーパの向きが異なっていてもよい。

支持孔の形状は、前述した形状に限定されない。以下、支持孔の形状の変形例について、図面を参照しながら説明をする。図８（ａ）〜（ｃ）は、支持孔が曲線によって構成された各例を示している。尚、図８（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、支持孔の内周面の形状を抜き出して、概念的に示す図である。

先ず、図８（ａ）は、横断面円形状でかつ、内周面がテーパ状に構成された支持孔５１を示している。図８（ａ）の支持孔５１と、図５〜図７に示す支持孔４１との違いは、内周面のテーパの構成である。図８（ａ）の支持孔５１は、内周面が、支持部材４における厚み方向の中央で最小径となり、そこから、第１面４１１及び第２面４１２のそれぞれに向かって径が拡大するように構成されている。図示は省略するが、伝熱管３１の外周面は、支持孔５１における最小径の箇所において、実質的に一点で、支持孔５１の内周面に接触する。支持孔５１の最小径は、伝熱管３１の外径よりも大きいことが、接触面積を小さくする上で好ましい。尚、最小径の箇所は、支持部材４における厚み方向の中央に限らない。最小径の箇所は、支持部材４における厚み方向の中央から、第１面４１１の方に、ずれていてもよいし、第２面４１２の方に、ずれていてもよい。

図８（ｂ）は、横断面楕円形状でかつ、内周面がテーパ状に構成された支持孔５２を示している。支持孔５２の楕円の長軸は、水平方向に伸びていてもよい。また、支持孔５２の楕円の長軸は、垂直方向に伸びていてもよい。また、横断面楕円形状の支持孔５２における最小径（つまり、短軸の長さ）は、伝熱管３１の径よりも大きいことが好ましい。こうすることで、伝熱管３１の外周面と、支持孔５１における最小径の箇所との接触面積をできるだけ小さくすることが可能になる。

図８（ｃ）に示す支持孔５３は、横断面楕円形状でかつ、支持部材４における厚み方向の中央で最小径となり、そこから、第１面４１１及び第２面４１２のそれぞれに向かって径が拡大するように構成されている。支持孔５３の楕円の長軸は、水平方向に伸びていてもよい。また、支持孔５３の楕円の長軸は、垂直方向に伸びていてもよい。伝熱管３１の外周面は、図示は省略するが、支持孔５３における最小径の箇所において、支持孔５３の内周面に接触する。図８（ｃ）に示す支持孔５３おいても、支持孔５３の最小径は、伝熱管３１の外径よりも大きいことが、両者の接触面積を小さくする上で有利になる。最小径の箇所は、支持部材４における厚み方向の中央から、第１面４１１の方に、ずれていてもよいし、第２面４１２の方に、ずれていてもよい。

図９〜図１２は、支持孔が直線によって構成された各例を示している。先ず、図９は、横断面が矩形状に構成された支持孔６１を示している。支持孔６１の横断面は、図例では、正方形状であるが、長方形状としてもよい。長方形状横断面を有する支持孔は、垂直方向に長い縦長であっても、水平方向に長い横長であってもよい。図９に示すように、支持孔６１の内周面６１０は、第１面４１１から第２面４１２に向かって径が縮小するテーパ状に構成されている。支持孔６１の最小径は、伝熱管３１の径よりも大きいことが好ましい。ここでいう支持孔６１の「最小径」は、第２面４１２の開口部６１２において向かい合う辺の間隔に相当する。伝熱管３１の外周面は、横断面矩形状の支持孔６１における最小径の開口部６１２において、支持孔６１の内周面６１０と接触する。接触箇所は、伝熱管３１の外周面の曲線と、支持孔６１における開口部６１２の直線との接触になるため、実質的に点接触となり、両者の接触面積が小さくなる。図９に示す横断面矩形状の支持孔６１では、図例に示すように、伝熱管３１が支持孔６１の下部においてのみ接触をする場合は、点接触となって接触面積を小さくすることが可能になるが、前述したように、伝熱管３１の位置がずれると、伝熱管３１の外周面が、支持孔６１の内周面６１０における下部と側部との両方に接触する場合がある。

図１０は、横断面が矩形状の支持孔の変形例として、支持孔６２を示している。この支持孔６２は、内周面が、支持部材４の厚み方向の中央で最小径となり、そこから、第１面４１１及び第２面４１２のそれぞれに対向かって径が大きくなるように構成されている。伝熱管３１の外周面は、図示は省略するが、支持孔６２における最小径の箇所において、支持孔６２の内周面に接触する。図１０の支持孔６２においても、最小径は、伝熱管３１の外径よりも大きいことが、接触面積を小さくする上で有利になる。また、最小径の箇所は、支持部材４における厚み方向の中央に限らない。最小径の箇所は、支持部材４における厚み方向の中央から、第１面４１１の方に、ずれていてもよいし、第２面４１２の方に、ずれていてもよい。

図１１は、横断面を菱形に構成した例として、支持孔６３を示している。支持孔６３の内周面は、第１面４１１から第２面４１２に向かって径が縮小するテーパ状に構成されている。支持孔６３の最小径、つまり、第２面４１２の開口部６３２において向かい合う辺同士の間隔は、伝熱管３１の径よりも大きいことが好ましい。伝熱管３１の外周面は、横断面菱形の支持孔６３における最小径の開口部６３２において、支持孔６３の内周面と２箇所で接触する。各接触箇所は、伝熱管３１の外周面の曲線と、支持孔６３における最小径の開口部６３２の直線との接触になるため、実質的に点接触となり、接触面積が小さくなる。

図１２（ａ）は、横断面が菱形の支持孔の変形例として、支持孔６４を示している。この支持孔６４は、内周面が、支持部材４における厚み方向の中央で最小径となり、そこから、第１面４１１及び第２面４１２のそれぞれに向かって径が拡大するように構成されている。支持孔６４の最小径は、伝熱管３１の径よりも大きいことが好ましい。伝熱管３１の外周面は、横断面菱形の支持孔６４における最小径の箇所において、支持孔６４の内周面と、２箇所で接触する。各箇所の接触面積は小さいため、伝熱管３１の外周面と支持孔６４の内周面との接触面積も、小さくなる。尚、最小径の箇所は、支持部材４における厚み方向の中央に限らない。最小径の箇所は、支持部材４における厚み方向の中央から、第１面４１１の方に、ずれていてもよいし、第２面４１２の方に、ずれていてもよい。

図１２（ｂ）は、横断面が三角形の支持孔６５を例示している。支持孔６５は、正面視で逆三角形状である。支持孔６５の内周面は、テーパ状に構成されている。支持孔６５の最小径は、伝熱管３１の径よりも大きいことが好ましい。こうすることで、伝熱管３１の外周面が、支持孔６５の内周面に対し３箇所で接触することが回避される。伝熱管３１の外周面は、横断面三角形状の支持孔６５における最小径の箇所において、支持孔６５の内周面と、２箇所で接触する。各接触箇所は、伝熱管３１の外周面の曲線と、支持孔６５の内周面の直線との接触になるため、実質的に点接触となり、接触面積が小さくなる。

図１２（ｃ）は、横断面が三角形の支持孔の変形例として、支持孔６６を示している。この支持孔６６の内周面は、２つのテーパが組み合わさって構成されている。支持孔６６の最小径の箇所は、支持部材４の厚み方向の中央に位置する。支持孔６６の最小径は、伝熱管３１の径よりも大きいことが好ましい。この支持孔６６においても、図１２（ｂ）に示す支持孔６５と同様に、伝熱管３１の外周面は、横断面三角形状の支持孔６６における最小径の箇所において、支持孔６６の内周面と、２箇所で接触する。各接触箇所は、伝熱管３１の外周面の曲線と、支持孔６６の内周面の直線との接触になるため、実質的に点接触となり、接触面積が小さくなる。

前述した各構成の支持孔４１、５１、５２、５３、６１、６２、６３、６４、６５、６６においては、伝熱管３１の外周面と接触する支持孔の内周面には、図１３に示すように、伝熱管３１の管軸に沿う方向に伸びる複数の凹溝８１を、縞状に形成してもよい。こうすることで、伝熱管３１の外周面と支持孔４１、５１、５２、５３、６１、６２、６３、６４、６５、６６の内周面との接触箇所における、接触面積をさらに小さくすることが可能になる。

これとは異なり、図１４に示すように、支持孔４１、５１、５２、５３、６１、６２、６３、６４、６５、６６の内周面には、多数の凸部を設けることによって、格子状の凹部８２を設けてもよい。こうすることでも、伝熱管３１の外周面と支持孔４１、５１、５２、５３、６１、６２、６３、６４、６５、６６の内周面との接触箇所における、接触面積をさらに小さくすることが可能になる。

図１５は、支持孔の変形例を示している。この支持孔７１は、その内周面から径方向の内方に突出する突起７１０を、２つ備えている。伝熱管３１の外周面は、この２つの突起７１０に接触している。伝熱管３１の外周面と支持孔７１の内周面との接触箇所において、
突起７１０によって構成される支持孔７１の内周面は、伝熱管３１の外周面に対して１８０°以上の角度を有することになり、伝熱管３１の外周面と支持孔７１の内周面とは、実質的に点接触となる。この構成の支持孔７１も、伝熱管３１の外周面と支持孔７１の内周面との接触面積が小さくなることで、隙間腐食が抑制される。

尚、ここに開示する技術は、水中燃焼式気化装置１に適用することに限らず、水槽内に配設されたスパージパイプを有するスチームエジェクタ式の気化装置を始めとした、中間熱媒体式気化装置に適用することも可能である。また、低温液化ガスの気化装置に限らず、水槽内に浸漬した熱交換器の、伝熱管内を流れる流体を昇温する熱交換装置に対して、広く適用することが可能である。

１水中燃焼式気化装置（熱交換装置）
１１水槽
１５スパージパイプ
３１伝熱管
３２熱交換器
４支持部材
４１、５１、５２、５３、６１、６２、６３、６４、６５、６６支持孔
４２、６１０内周面
８１凹溝
８２凹部

Claims

水槽内に浸漬されかつ、高温のガスを水中に噴出するよう構成されたスパージパイプと、
前記水槽内における前記スパージパイプの上側に配置された伝熱管を有しかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱により、前記伝熱管の内部を流れる流体を昇温するように構成された熱交換器と、
前記水槽内に浸漬されかつ、前記伝熱管を支持するように構成された支持部材と、を備え、
前記支持部材は、前記伝熱管の管軸に直交するように広がる板状の部材であって、前記伝熱管が貫通する支持孔を有し、
前記支持孔は、その内周面と、前記伝熱管の外周面とが、１つ又は複数の、点接触又は線接触をするように構成されている熱交換装置。
水槽内に浸漬されかつ、高温のガスを水中に噴出するよう構成されたスパージパイプと、
前記水槽内における前記スパージパイプの上側に配置された伝熱管を有しかつ、前記スパージパイプから噴出された気泡による水の攪拌と加熱により、前記伝熱管の内部を流れる流体を昇温するように構成された熱交換器と、
前記水槽内に浸漬されかつ、前記伝熱管を支持するように構成された支持部材と、を備え、
前記支持部材は、前記伝熱管の管軸に直交するように広がる板状の部材であって、前記伝熱管が貫通する支持孔を有し、
前記支持孔は、その内周面が、前記支持部材の厚み方向にテーパ状に形成されている熱交換装置。
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記支持孔の最小径は、前記伝熱管の外径よりも大である熱交換装置。
請求項２又は３に記載の熱交換装置において、
前記支持孔の内周面には、前記伝熱管の前記管軸に沿う方向に伸びる複数の凹溝が、縞状に形成されている熱交換装置。
請求項２又は３に記載の熱交換装置において、
前記支持孔の内周面には、格子状の凹部が形成されている熱交換装置。