JP7134908B2 - 気化器、及び伝熱管の組み付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、気化器、及び伝熱管の組み付け方法に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、シェル内に配置された伝熱管を有し、伝熱管内を流れる液化ガスを気化させる気化器が知られている。この種の気化器では、伝熱管として、直管部とベンド部とを有する蛇行形状の管が用いられる。蛇行形状の伝熱管を形成するには、直管の一端部にベンド管の一端部を溶接し、このベンド管の他端部に他の直管を溶接する。蛇行形状の伝熱管をシェル内に配置されるバッフル板に挿通させることはできないため、ベンド管の溶接作業及び溶接部の検査作業は、バッフル板に直管を挿通した後で行われる。

特開２００１－２０１２７９号公報

上記特許文献１及び２に開示された気化器のように、蛇行形状の伝熱管を有する気化器では、ベンド管の曲がりに合わせた間隔で多数の直管を配置し、この状態でベンド管が直管に溶接される。ベンド管として、例えばショートラジアスベンドのベンド管が用いられる場合には、直管同士の間隔も狭くなる。直管同士の間隔が狭い場合において、ベンド管を溶接する際に、隣の直管が邪魔になることがある。また、溶接部の検査作業においても、隣の直管が邪魔になる虞もある。

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ベンドの溶接作業又は溶接部の検査作業において隣の直管が邪魔になることを抑制することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る気化器は、熱源流体を収容するように構成されたシェルと、前記シェル内に配置されて液化ガスが導入されるように構成された伝熱管と、を備える。前記伝熱管は、複数の直管と複数のベンドとを有する蛇行形状を有する。前記伝熱管は、前記複数のベンドのうちの上下方向に並ぶベンドが、直管の延出方向に交互にずれた構成である。前記上下方向に並ぶベンドのうち出っ張った方のベンドである第１ベンドと直管との溶接部は、前記上下方向に並ぶベンドのうちの引っ込んだ方のベンドである第２ベンドと直管との溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張った位置に配置されている。

本発明に係る気化器では、直管と第１ベンドとの溶接部が、第２ベンドと直管との溶接部よりも、直管の延出方向において出っ張った位置に配置されている。このため、第１ベンドと直管との溶接部に隣接する空間における第２ベンド側の幅が狭くなることを抑制できる。よって、直管に第１ベンドを溶接する作業又は溶接部の検査作業において、隣の直管が邪魔になることを抑制することができる。

前記気化器において、前記第１ベンドと前記直管との前記溶接部は、前記第２ベンドの内側曲面よりも、前記直管の延出方向において出っ張った位置に配置されていてもよい。

この態様では、前記溶接部に隣接する空間が狭くなることをより一層抑制できるため、直管に第１ベンドを溶接する作業又は溶接部の検査作業において、第２ベンドが溶接される直管が邪魔になることをより抑制することができる。しかも、溶接部が第２ベンドの内側曲面よりも出っ張ったところに位置しているので、第１ベンドの溶接部が第２ベンドの内側曲面よりも出っ張っていない場合に比べ、作業スペースをより確保することができる。

前記気化器において、前記第１ベンドと前記直管との前記溶接部は、前記直管の延出方向において、前記第２ベンドの内側曲面と前記第２ベンドの頂点との間に配置されていてもよい。

この態様では、溶接作業又は検査作業の作業スペースを確保しつつ、第２ベンドの位置に対する第１ベンドの位置ずれが過大になることを抑制することができる。

前記気化器において、前記第１ベンドと前記直管との前記溶接部は、前記直管の延出方向において、前記第２ベンドの頂点よりも更に前記内側曲面から離れた位置に配置されていてもよい。この態様では、溶接作業又は検査作業の作業スペースを確保することができる。

前記気化器において、前記直管の直径に対する、隣り合う直管の中心軸同士の間の距離の比は１．５以下であってもよい。

この態様では、隣り合う直管同士の間の距離が小さくなっているため、配置密度を大きくすることができ、熱交換量を増大させることができる。しかも、直管と第１ベンドとの溶接部の溶接作業が煩わしいものになることを抑制することができる。

前記気化器は、前記シェル内において前記伝熱管に隣接配置されて液化ガスが導入されるように構成された隣接伝熱管を更に備えてもよい。前記隣接伝熱管は、複数の直管と複数のベンドとを有する蛇行形状を有している。前記隣接伝熱管は、前記複数のベンドのうちの上下方向に並ぶ隣接ベンドが、直管の延出方向に交互にずれた構成であってもよい。前記隣接ベンドには、前記第１ベンドに隣接する隣接第１ベンドと、前記第２ベンドに隣接する隣接第２ベンドと、が含まれてもよい。前記隣接第２ベンドと直管との溶接部は、前記隣接第１ベンドと直管との溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張るとともに、前記第２ベンドと直管との前記溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張っていてもよい。

この態様では、隣接第２ベンドと直管との溶接部に隣接する空間における隣接第１ベンド側の幅及び第２ベンド側の幅が狭くなることを抑制できる。したがって、直管に隣接第２ベンドを溶接する作業及び当該溶接部の検査作業において、隣接する直管が邪魔になることを抑制することができる。

前記気化器において、前記第１ベンドと前記直管との前記溶接部は、前記隣接第１ベンドと前記直管との前記溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張るとともに、前記第２ベンドと前記直管との前記溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張っていてもよい。

この態様では、第１ベンドと直管との溶接部に隣接する空間における隣接第１ベンド側の幅及び第２ベンド側の幅が狭くなることを抑制できる。したがって、直管に第１ベンドを溶接する作業又は当該溶接部の検査作業において、隣接する直管が邪魔になることを抑制することができる。

前記気化器において、前記伝熱管は、前記液化ガスの導入部位を含む部位において、前記熱源流体よりも熱伝導率の低い素材で形成された伝熱抑制部材によって覆われていてもよい。

この態様では、伝熱管のうち液化ガスが液状のまま流れる部位が伝熱抑制部材で覆われている。すなわち、液化ガスが伝熱管内に導入される部位は、伝熱管において最も低温になる部位である。そして、この部位は、熱源流体よりも熱伝導率の低い素材で形成された伝熱抑制部材によって覆われている。このため、伝熱管内の液化ガスの冷熱が伝熱管及び伝熱抑制部材を介して水に伝わるため、液化ガスの冷熱が伝熱管から直接水に伝わる場合に比べ、水への伝熱を抑制することができる。したがって、伝熱管の外面付近において水の流れが生じない場合であっても、伝熱管周囲で水が凍結することを抑制することができる。また、伝熱抑制部材がない場合に熱源流体の凝固が発生すると、氷等の凝固分は厚み方向及び長さ方向に大きく成長し、伝熱管隙間の閉塞が起きやすくなる。これを防止するためには、供給する熱源流体の温度を高くする必要があるが、前記伝熱抑制部材を設けることにより、供給する熱源流体の温度を低くなるように設定しても、熱源流体の凝固による閉塞を抑制することができるようになる。

前記気化器において、前記伝熱抑制部材は、前記液化ガスの前記導入部位から、前記液化ガスが相変化を伴わないで加熱される部位又は前記液化ガスが蒸発し始める部位に亘って配置されていてもよい。

液化ガスが蒸発し始める部位においては、液化ガスが伝熱管から吸熱しやすい。しかしながら、この部位も伝熱抑制部材で覆われていることにより、伝熱管が周囲の熱源流体から吸熱することが抑制される。したがって、伝熱管の外面付近において熱源流体の流れが生じない場合であっても、伝熱管周囲で熱源流体が凝固することを抑制することができる。また、液化ガスが低温の状態で相変化を伴わないで加熱される部位に伝熱抑制部材が設けられていることにより、低温の伝熱管が周囲の熱源流体から吸熱することが抑制される。したがって、伝熱管の外面付近において熱源流体の流れが生じない場合であっても、伝熱管周囲で熱源流体が凝固することを抑制することができる。

本発明は、気化器を構成する伝熱管を組み付ける方法であって、シェル内に伝熱管を固定するためのバッフル板に、先端部及び基端部の何れにもベンドが溶接されていない複数の第１直管を先端部から挿入し、基端部に第２ベンドが溶接されるとともに先端部にベンドが溶接されていない複数の第２直管を先端部から前記バッフル板に挿入し、各第１直管の基端部が前記第２ベンドと前記第２直管との溶接部よりも、前記第１直管の延出方向において出っ張った状態で、前記複数の第１直管のうち隣り合う第１直管の前記基端部に第１ベンドを溶接し、前記複数の第１直管の先端部及び前記複数の第２直管の先端部にベンドを溶接する、伝熱管の組み付け方法である。

本発明では、バッフル板に、ベンドの溶接されていない第１直管を先端部から挿入するとともに、基端部にベンドが溶接された第２直管を先端部から挿入する。そして、第１直管の基端部が、第２ベンドにおける溶接部よりも、第２直管の延出方向において出っ張った状態で、第１直管の基端部に第１ベンドを溶接する。したがって、第１直管の基端部に隣接する空間における第２ベンド側の幅が狭くなることを抑制できる。よって、第１直管に第１ベンドを溶接する作業又は溶接部の検査作業において、第２直管が邪魔になることを抑制することができる。

また本発明は、気化器を構成する伝熱管を組み付ける方法であって、シェル内に伝熱管を固定するためのバッフル板に、複数の直管を挿通し、前記バッフル板に挿通された前記直管のうち、直管の延出方向において隣の直管の端部よりも引っ込んだ位置にある端部であって、互いに隣接する２つの直管の端部に第２ベンドを溶接し、前記第２ベンドの溶接後、前記バッフル板に挿通された前記複数の直管のうち、端部が前記第２ベンドと前記直管との溶接部よりも、直管の延出方向において出っ張った位置にある直管であって、隣り合う前記直管の前記端部に第１ベンドを溶接する、伝熱管の組み付け方法である。

本発明では、ベンドが溶接されていない複数の直管をバッフル板に挿通する。そして、これらの直管のうち、直管の延出方向において隣の直管の端部よりも引っ込んだ位置にある端部であって、互いに隣接する２つの直管の端部に第２ベンドを溶接する。この第２ベンドの溶接後、バッフル板に挿通された直管のうち、端部が第２ベンドと直管との溶接部よりも、直管の延出方向において出っ張った位置にある直管であって、互いに隣接する２つの直管の端部に第１ベンドを溶接する。したがって、第１直管の端部に隣接する空間における第２ベンド側の幅が狭くなることを抑制できる。よって、第１直管に第１ベンドを溶接する作業又は溶接部の検査作業において、第２直管が邪魔になることを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ベンドの溶接作業又は溶接部の検査作業において隣の直管が邪魔になることを抑制することができる。

第１実施形態による気化器の全体構成を概略的に示す図である。図１では、伝熱管が直線及び曲線を用いて模式的に示されている。 前記気化器に設けられた伝熱管の第１ベンド及び第２ベンドの位置関係を説明するための図である。図２では、１本の伝熱管における直管の一端側において隣接する２つのベンドが拡大して示されている。 （ａ）気化器に設けられた複数の伝熱管のベンドの位置関係を説明するための側面図である。（ｂ）気化器に設けられた複数の伝熱管のベンドの位置関係を説明するための平面図である。 気化器に設けられた複数の伝熱管のベンドの位置関係を説明するための平面図である。図４では、複数の伝熱管が直線で模式的に示されている。 伝熱管を組み付ける前段階の工程として、バッフル板をエンドプレートに対して位置決めする工程を説明するための図である。 バッフル板に直管を挿入する工程を説明するための図である。 バッフル板に挿通された直管にベンドを固定する工程を説明するための図である。 伝熱管にヘッダを溶接するとともに、導入管及び導出管を取り付ける工程を説明するための図である。 各伝熱管について、ベンドを溶接する順番を説明するための平面図である。 ベンドを溶接するタイミングを変更した場合において、両端部にベンドが溶接されていない直管がバッフル板に挿通された状態を示す図である。 図１０の状態の直管に第２ベンドを溶接した状態を示す図である。 直管挿通工程の後の工程で第２ベンドを溶接する場合において、ベンドを溶接する時点において、直管がまだ所定位置に位置決めされていない状態を示す図である。 （ａ）各直管のアドレスを説明するための平面図である。（ｂ）各直管のアドレスを説明するための側面図である。 各直管に付されるタグに示されたアドレスを示す図である。 第２実施形態による気化器の全体構成を概略的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る気化器は、液化ガスである液化天然ガス（ＬＮＧ）を、熱源流体である水（海水、工水等）で加熱して気化させるための気化器である。ここでいう液化ガスとは、常温で気体状態となるガスを低温にして液化させたものであるため、気化器は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化水素（ＬＨ２）等の液化ガスを気化させるために用いられてもよい。

図１に示すように、気化器１０は、リターンベンドを組み合わせた複数の伝熱管１４からなる管束をシェル１２に挿入したトロンボーン式の熱交換器によって構成されている。気化器１０は、シェル１２と、シェル１２内に配設された多数の伝熱管１４と、各伝熱管１４の一端部同士を接続する流入ヘッダ１５と、各伝熱管１４の他端部同士を接続する流出ヘッダ１６と、を備えている。本実施形態では、液化天然ガスを気化させる構成であるため、流入ヘッダ１５は、各伝熱管１４における下側の端部に接続され、流出ヘッダ１６は、各伝熱管１４における上側の端部に接続されている。流入ヘッダ１５には、液化天然ガスを外部から流入ヘッダ１５に導入させる導入管１７が接続され、流出ヘッダ１６には、伝熱管１４で液化天然ガスから気化した天然ガスを外部に導出させる導出管１８が接続されている。

シェル１２は、中空状に形成されているとともに、一方向に延びる細長い形状に形成されている。

シェル１２には、水（熱源流体）の導入ポート２１及び水の導出ポート２２が設けられている。水は、導入ポート２１を通して外部からシェル１２の内側空間ＩＳに導入される。内側空間ＩＳ内の水は、導出ポート２２を通して外部に導出される。

シェル１２は、筒状のシェル本体１２ａと、シェル本体１２ａの両端開口を塞ぐ一対のエンドプレート１２ｂと、を備えている。一方のエンドプレート１２ｂは、後述のバッフル板２５を支持する。シェル本体１２ａの両端部にはフランジ部が設けられており、各エンドプレート１２ｂは、このフランジ部に締結される。このため、エンドプレート１２ｂの締結を解除することにより、シェル本体１２ａの内部（内側空間ＩＳ）を露出させることができる。

シェル１２には、複数のバッフル板２５が設けられている。バッフル板２５は、各伝熱管１４が挿通された状態で伝熱管１４をその中間部位において支持している。バッフル板２５は、内側空間ＩＳ内で流動する水の流れ方向を制御する。バッフル板２５は、シェル１２の長手方向に間隔をあけて並んでいる。そして、長手方向に直交する方向において、バッフル板２５の一端がシェル本体１２ａの内面に接触する一方、バッフル板２５の他端とシェル本体１２ａの内面との間に間隙が形成されている。この間隙は、隣同士のバッフル板２５において、長手方向に直交する方向において互いに反対側に位置している。つまり、より上側に位置するバッフル板２５と、より下側に位置するバッフル板２５とが、交互に並んでいる。したがって、内側空間ＩＳにおいて、導入ポート２１から導出ポート２２まで蛇行した水の流れが生ずる。

各バッフル板２５は、スペーサ２７を介して結合されている。また、エンドプレート１２ｂ側のバッフル板２５はタイロッド２８によってエンドプレート１２ｂに結合されている。すなわち、バッフル板２５は、エンドプレート１２ｂ及びシェル本体１２ａによって支持されている。

各伝熱管１４は、ステンレス・スチール、チタン、チタン合金又は鋼等の熱伝導性の良い金属によって構成されている。

各伝熱管１４は、複数の直管１４ａと複数のベンド１４ｂとを有して、蛇行しながら上下方向に延びる蛇行形状を有している。具体的には、水平方向に直線状に延びる姿勢で且つ上下方向に並ぶように配置された複数の直管１４ａと、直管１４ａの一端部側において、隣り合う直管１４ａの端部同士を接続する複数のベンド１４ｂと、直管１４ａの他端部側において、隣り合う直管１４ａの端部同士を接続する複数のベンド１４ｂと、を有する。ベンド１４ｂは、図２にも示すように、ガスの流動方向を１８０度反転できるように、半円周状に湾曲した形状である。そして、ベンド１４ｂの下側の端部が一の直管１４ａの端部に溶接される一方で、ベンド１４ｂの上側の端部がもう一つの直管１４ａの端部に溶接されている。なお、ベンド１４ｂは、本実施形態では、ショートラジアスベンドによって構成されているが、ロングラジアスベンドによって構成されていてもよい。

図１及び図３（ａ）に示すように、直管１４ａの一端側において上下方向に並ぶベンド１４ｂは、直管１４ａの延出方向（図１の左右方向）に交互にずれた配置となっている。また、図１に示すように、直管１４ａの他端部側においても、上下方向に並ぶベンド１４ｂは、直管１４ａの延出方向（図１の左右方向）に交互にずれた配置となっている。

ここで、１つの伝熱管１４における、直管１４ａの延出方向に出っ張った方のベンド１４ｂである第１ベンド３１と、直管１４ａの延出方向において引っ込んだ方のベンド１４ｂである第２ベンド３２とについて、説明する。第１ベンド３１及び第２ベンド３２は交互に並ぶ。例えば図２に示すように、第１ベンド３１の上側に第２ベンド３２が隣接しているところにおいて、第１ベンド３１の上側端部に接続された直管１４ａを第１直管３５とし、第２ベンド３２の下側の端部に接続された直管１４ａを第２直管３６とする。すなわち、第１直管３５は、図１において、右端に第１ベンド３１が接続された直管１４ａであり、第２直管３６は、右端に第２ベンド３２が接続された直管１４ａである。なお、右端は、後述するように、直管１４ａをバッフル板２５に挿入する工程において、基端側の端部となる。

第１直管３５の端部と第１ベンド３１とを溶接した溶接部である第１溶接部３９は、第２ベンド３２と第２直管３６との溶接部である第２溶接部４０よりも、直管１４ａの延出方向（図２における左右方向）において第２ベンド３２の頂点側（図２における右側）に出っ張った位置に配置されている。また、第１溶接部３９は、第２ベンド３２の内側曲面３２ａよりも、直管１４ａの延出方向において第２ベンド３２の頂点側に出っ張った位置に配置されている。そして、第１溶接部３９は、直管１４ａの延出方向において、第２ベンド３２の頂点３２ｂの位置に対応する位置に配置されている。すなわち、上下方向に並ぶ複数のベンド１４ｂのうち出っ張った各ベンド１４ｂ（第１ベンド３１）と直管１４ａとの溶接部（第１溶接部３９）は、当該直管１４ａの延出方向において、上下方向に並ぶ複数のベンド１４ｂのうちの引っ込んだ各ベンド１４ｂ（第２ベンド３２）と直管１４ａとの溶接部（第２溶接部４０）よりも第２ベンド３２の頂点側にずれた位置に配置されている。なお、第１溶接部３９は、直管１４ａの延出方向において、第２ベンド３２の内側曲面３２ａと第２ベンド３２の頂点３２ｂとの間に配置されていてもよく、あるいは、第２ベンド３２の頂点３２ｂ位置よりもさらに外側（内側曲面３２ａから離れた側、図２の右側）に位置していてもよい。なお、図１では、１本の伝熱管１４が、直管１４ａの右端において、１つの第１ベンド３１と２つの第２ベンド３２が配置された構成を示しているが、第１ベンド３１及び第２ベンド３２の数はこれに限られない。これらの数はシェル本体１２ａの上下方向の大きさに応じて適宜変更が可能である。要は、上下方向において第１ベンド３１と第２ベンド３２とが交互に並ぶ構成であればよい。

上下に隣り合う直管１４ａ同士が近くなるように配置されている場合は、伝熱管の集積密度が向上する。例えば、直管１４ａの直径Ｄ１に対する、隣り合う直管１４ａの中心軸同士の間の距離Ｌ１の比は１．５以下であってもよい。この場合、直管１４ａの配置密度を大きくすることができ、熱交換量を増大させることができる。しかも、直管１４ａと第１ベンド３１との第１溶接部３９の溶接作業が煩わしいものになることを抑制することができる。また、Ｌ１／Ｄ１は、１以上であってもよい。

図３（ｂ）及び図４に示すように、水平方向に並ぶ複数の伝熱管１４は、ベンド１４ｂが交互にずれた配置関係となっている。例えば、第１伝熱管４１と、第１伝熱管４１に隣接する第２伝熱管４２と、第２伝熱管４２に隣接する第３伝熱管４３と、第３伝熱管４３に隣接する第４伝熱管４４とについて説明する。第１伝熱管４１及び第３伝熱管４３では、ある高さ位置のベンド１４ｂが直管１４ａの延出方向において出っ張った位置にあり、第２伝熱管４２及び第４伝熱管４４では、同じ高さ位置のベンド１４ｂが直管１４ａの延出方向において引っ込んだ位置にある。したがって、水平方向に見ると、ベンド１４ｂが出っ張った位置にある伝熱管とベンド１４ｂが引っ込んだ位置にある伝熱管とが交互に並んでいる。したがって、第１伝熱管４１の第１ベンド３１の隣に位置する第２伝熱管４２のベンド１４ｂ（隣接第１ベンド４７）は、引っ込んだ位置に配置される第２ベンド３２となる。また、第１伝熱管４１の第２ベンド３２の隣に位置する第２伝熱管４２のベンド１４ｂ（隣接第２ベンド４８）は、出っ張った位置に配置される第１ベンド３１となる。これらの関係は、第２伝熱管４２と第３伝熱管４３の間の関係でも同様であり、また第３伝熱管４３と第４伝熱管４４との間の関係でも同様である。第２伝熱管４２は、第１伝熱管４１に隣接配置されているので、第１伝熱管４１に対する隣接伝熱管と言える。一方、第１伝熱管４１は、第２伝熱管４２に隣接配置されているので、第２伝熱管４２に対する隣接伝熱管と言える。

第１伝熱管４１の第１ベンド３１の上下には、それぞれ第１伝熱管４１の第２ベンド３２が配置される。この第２ベンド３２の隣には、それぞれ第２伝熱管４２の第１ベンド３１が配置されている。つまり、第１伝熱管４１と第２伝熱管４２とでは、出っ張ったベンド１４ｂと引っ込んだベンド１４ｂとの位置関係が逆の関係となっている。

第１伝熱管４１における第１ベンド３１と直管１４ａとの溶接部（第１管溶接部４１ａ）は、第２伝熱管４２における隣接第１ベンド４７（第２ベンド３２）と直管１４ａとの溶接部（第２管溶接部４２ａ）よりも、直管１４ａの延出方向においてベンド１４ｂの頂点側（図３（ｂ）及び図４における右側）に出っ張った位置に配置されている。また、第１管溶接部４１ａは、第２伝熱管４２における隣接第１ベンド４７の内側曲面よりも、直管１４ａの延出方向において当該隣接第１ベンド４７の頂点側に出っ張った位置に配置されている。そして、第１管溶接部４１ａは、直管１４ａの延出方向において、第２伝熱管４２における隣接第１ベンド４７の頂点４２ｂ位置に対応する位置に配置されている。すなわち、水平方向に並ぶ何れの伝熱管４１～４４においても、第１ベンド３１の溶接部（第１管溶接部４１ａ）は、その隣の伝熱管における第２ベンド３２の溶接部（第２管溶接部４２ａ）よりも、直管１４ａの延出方向においてベンド１４ｂの頂点側に出っ張った位置に配置されている。なお、第１伝熱管４１の第１管溶接部４１ａは、直管１４ａの延出方向において、第２伝熱管４２において引っ込んだ位置にある第２ベンド３２の内側曲面と当該ベンド１４ｂの頂点４２ｂとの間に配置されていてもよく、あるいは、当該ベンド１４ｂの頂点４２ｂ位置よりもさらに外側（内側曲面から離れた側、図３（ｂ）及び図４の右側）に位置していてもよい。

第２伝熱管４２における隣接第２ベンド４８は第１ベンド３１となっているので、隣接第２ベンド４８と直管１４ａとの溶接部４８ａは、隣接第１ベンド４７と直管１４ａとの溶接部４７ａよりも、直管１４ａの延出方向において出っ張った位置に配置されている。すなわち、上下方向及び水平方向の何れにおいても、出っ張った位置にあるベンド１４ｂと引っ込んだ位置にあるベンド１４ｂとが交互に配置されている。

ここで、図５～図９を参照しつつ、伝熱管の組み付け方法について説明する。

伝熱管１４を組み付ける前工程として、図５に示すように、一方のエンドプレート１２ｂにタイロッド２８及びスペーサ２７を介してバッフル板２５を組み付ける。なお、バッフル板２５を等間隔に位置決めできれば、エンドプレート１２ｂは伝熱管１４を組み付けた後に、タイロッド２８及びスペーサ２７に連結するようにしてもよい。

次に、バッフル板２５に対して一方側から各直管１４ａを挿通する（直管挿通工程）。図５では、バッフル板２５にエンドプレート１２ｂが既に結合された状態を示しているので、直管１４ａは、エンドプレート１２ｂが配置された側とは反対側のバッフル板２５から順にエンドプレート１２ｂに向けてバッフル板２５に挿入される。

直管挿通工程では、図６に示すように、基端部１４ｃに第２ベンド３２が溶接されるとともに先端部１４ｄにベンド１４ｂが溶接されていない長さの異なる２つの直管１４ａを、先端部１４ｄからバッフル板２５に挿入する。また、基端部１４ｃ及び先端部１４ｄの何れにもベンド１４ｂが溶接されていない２つの長さの異なる直管１４ａをバッフル板２５に挿入する。すなわち、エンドプレート１２ｂと反対側（挿入元側、基端部側）に位置する一部のベンド１４ｂ（第２ベンド３２）については、直管挿通工程に先立ち予め直管１４ａに溶接しておく（前段溶接工程）。一方、エンドプレート１２ｂと反対側に位置する挿入元側（基端部側）のベンド１４ｂであっても、他のベンド１４ｂ（第１ベンド３１）については、直管挿通工程の前に直管１４ａに溶接しておかないようにする。つまり、直管１４ａの基端部１４ｃにおいて、引っ込んだ位置に配置されることになる各ベンド１４ｂ（第２ベンド３２）については、予め溶接しておき、出っ張った位置に配置されることになる各ベンド１４ｂ（第１ベンド３１）については、この時点では未だ溶接されていない。なお、基端部１４ｃ及び先端部１４ｄの何れにもベンド１４ｂが溶接されていない直管１４ａは前述した第１直管３５である。基端部１４ｃにベンド１４ｂが溶接される一方で、先端部１４ｄにはベンド１４ｂが溶接されていない直管１４ａは、第２直管３６である。

次に、図７に示すように、バッフル板２５に挿入された直管１４ａを所定の位置に位置決めしつつ、ベンド１４ｂが未だ溶接されていない端部にベンド１４ｂを溶接する（ベンド溶接工程）。このベンド溶接工程では、直管１４ａの挿入元の基端部１４ｃにおいては、第１直管３５に第１ベンド３１を溶接する。一方、直管１４ａの先端部１４ｄにおいては順次ベンド１４ｂを溶接する。このとき、引っ込んだ位置にある第２ベンド３２をまず溶接し、その後、出っ張った位置にある第１ベンド３１を溶接する。これにより、蛇行形状の伝熱管１４が完成する。そして、図８に示すように、伝熱管１４の一端部に流入ヘッダ１５を溶接するとともに、伝熱管１４の他端部に流出ヘッダ１６を溶接する。また、流入ヘッダ１５に、エンドプレート１２ｂに挿通された導入管１７を溶接し、流出ヘッダ１６に、エンドプレート１２ｂに挿通された導出管１８を溶接する。

以上が、１つの伝熱管１４を組み付ける方法である。

図９は、複数の伝熱管１４の隣り合う部分について、基端部側のベンド１４ｂを溶接する順番を示している。まず、中央に位置するベンド１４ｂ（第２ベンド３２）を先ず直管１４ａに溶接し、その次に、その隣に位置する伝熱管１４にベンド１４ｂ（第１ベンド３１）を溶接する。その次に、第１ベンド３１が取り付けられた伝熱管１４の隣に位置する伝熱管１４にベンド１４ｂ（第２ベンド３２）を溶接する。このように中央に位置する伝熱管１４から端に位置する伝熱管１４に向けて、順次ベンド１４ｂを固定していく。なお、先に各第２ベンド３２を溶接し、その後、各第１ベンド３１を溶接するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、直管挿通工程において、基端部側の第２ベンド３２が溶接された第２直管３６をバッフル板２５に挿入する構成としたが、これに限られるものではない。例えば、図１０に示すように、直管挿通工程においては、何れの直管１４ａについても、先端部１４ｄ及び基端部１４ｃにベンド１４ｂが溶接されていない状態にしておいてもよい。

そして、その後のベンド溶接工程において、第１ベンド３１及び第２ベンド３２を直管１４ａに溶接する。この場合、図１１に示すように、まず、複数の直管１４ａのうち、直管１４ａの延出方向において隣の直管１４ａの端部１４ａｂよりも引っ込んだ位置にある端部１４ａａであって、互いに隣接する２つの直管１４ａの端部１４ａａに第２ベンド３２を溶接する。このとき、図１１における左右両側において、引っ込んだ位置にある端部１４ａａに第２ベンド３２を溶接する。

その後、複数の直管１４ａのうち、直管１４ａの延出方向において隣の直管１４ａの端部１４ａａよりも出っ張った位置にある端部１４ａｂであって互いに隣接する２つの直管１４ａの端部１４ａｂに第１ベンド３１を溶接する。このとき、図１０における左右両側において、出っ張った位置にある端部１４ａｂに第１ベンド３１を溶接する。つまり、第１ベンド３１を溶接する際には、直管１４ａの端部１４ａｂが第２ベンド３２と直管１４ａとの溶接部（第２溶接部）４０よりも直管１４ａの延出方向において出っ張った位置（第２ベンド３２の頂点側にずれた位置）にある状態で、直管１４ａの端部１４ａｂに第１ベンド３１を溶接する。

なお、直管１４ａの延出方向において、直管１４ａの端部の位置を所定の位置に設定した上で第２ベンド３２を溶接する必要はない。すなわち、第２ベンド３２を直管１４ａに溶接した上で、直管１４ａの位置をずらして端部を所定の位置に位置決めし、その後に第１ベンド３１を溶接してもよい。

具体的には、直管挿通工程において直管１４ａをバッフル板２５に挿入した時点では、図１２に示すように、直管１４ａは未だ所定の位置に位置決めされていない。この状態で、複数の直管１４ａの中の複数の隣り合う直管１４ａのうち、２本おきの直管１４ａの右端部に、第２ベンド３２を溶接する。例えば、図１２においては、上から１本目及び２本目の直管１４ａの右端部に第２ベンド３２を溶接する一方、その下の２本の右端部には、第２ベンド３２を溶接しない。そして、さらにその下の２本の直管１４ａの右端部に第２ベンド３２を溶接する。

そして、右端部に第２ベンド３２が溶接されていない３番目と４番目の直管１４ａを、第２ベンド３２と直管１４ａ（第２直管３６）との溶接部（第２溶接部）４０よりも直管１４ａの延出方向に出っ張った位置になるように右側にずらす。このとき、第２ベンド３２が溶接されていない２本の直管１４ａのうちの短い方の直管１４ａの左端部と、この直管１４ａに隣接し且つ右端部に第２ベンド３２が溶接された直管１４ａの左端部にベンド１４ｂを溶接する。このベンド１４ｂは第２ベンド３２となる。これにより、ベンド１４ｂが溶接されていない直管１４ａの右端部が、第２ベンド３２の溶接部４０よりも右側に出っ張る。

また、右端部に第２ベンド３２が溶接されていない２本の直管１４ａのうちの長い方の直管１４ａの左端部と、この直管１４ａに隣接し且つ右端部に第２ベンド３２が溶接された直管１４ａの左端部にベンド１４ｂを溶接する。このベンド１４ｂは第１ベンド３１となる。これにより、ベンド１４ｂが溶接されていない直管１４ａの右端部においては、第１ベンド３１が溶接できる位置に位置決めされる。したがって、この状態で直管１４ａの右端部に第１ベンド３１を溶接する。このようにして伝熱管１４が組み付け方法が完了する。

図１３（ａ）（ｂ）及び図１４は、長さの異なる各直管１４ａを所定の位置に間違いなく配置するための工夫の一例である。各直管１４ａには、両端に第２ベンド３２が溶接される直管１４ａと、両端に第１ベンド３１が溶接される直管１４ａと、一端に第２ベンド３２が溶接される一方で他端に第１ベンド３１が溶接さる直管１４ａと、が含まれる。したがって、長さの異なる直管１４ａを間違えることなく配置することが必要となる。各直管１４ａの挿入位置をそれぞれ決める必要があるため、そのアドレスを示すタグ（目印）を各直管１４ａに付するようにする。例えば、上から順番に１～６、挿入元側から見て左端から順番にＡ～Ｆのアドレスが振られる。そして、各直管１４ａには、どの位置に配置されるかを示すアドレス（例えば、１Ａ、３Ｃ等）が示されたタグが付される。作業者はこのタグを見ながら所定の位置に各直管１４ａを配置することができる。

以上説明したように、第１実施形態では、直管１４ａ及び第１ベンド３１を互いに結合する第１溶接部３９が、直管１４ａの延出方向において、第２ベンド３２及び直管１４ａを互いに結合する第２溶接部４０よりも第２ベンド３２の頂点側にずれた位置に配置されている。このため、第１溶接部３９に隣接する空間における第２ベンド３２側の幅が狭くなることを抑制できる。よって、直管１４ａに第１ベンド３１を溶接する作業又は第１溶接部３９の検査作業において、第２直管３６が邪魔になることを抑制することができる。

また、隣接第２ベンド４８と直管１４ａとの溶接部４８ａが、直管１４ａの延出方向において、隣接第１ベンド４７と直管１４ａとの溶接部４７ａよりも隣接第１ベンド４７の頂点側にずれた位置に配置されるとともに、第２ベンド３２における第２溶接部４０よりも第２ベンド３２の頂点側にずれた位置に配置されている。このため、隣接第２ベンド４８と直管１４ａとの溶接部４８ａに隣接する空間における隣接第１ベンド４７側の幅及び第２ベンド３２側の幅が狭くなることを抑制できる。したがって、直管１４ａに隣接第２ベンド４８を溶接する作業、当該溶接部４８ａの検査作業において、隣接する直管１４ａが邪魔になることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、バッフル板２５に、基端部１４ｃに第１ベンド３１が溶接されてない第１直管３５を先端部１４ｄから挿通するとともに、基端部１４ｃに第２ベンド３２が溶接された第２直管３６を先端部１４ｄから挿通する。そして、第１直管３５の基端部１４ｃが、直管１４ａの延出方向において、第２ベンド３２における溶接部よりも第２ベンド３２の頂点側にずれた位置になる状態で、第１直管３５に第１ベンド３１を溶接する。したがって、第１直管３５の基端部１４ｃに隣接する空間における第２ベンド３２側の幅が狭くなることを抑制できる。よって、第１直管３５に第１ベンド３１を溶接する作業又は溶接部の検査作業において、第２直管３６が邪魔になることを抑制することができる。

（第２実施形態）
図１５は本発明の第２実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第２実施形態では、伝熱管１４における最も下側の直管１４ａに、水よりも熱伝導率の低い素材で形成された伝熱抑制部材５０が設けられている。このため、伝熱抑制部材５０の熱伝導率は、伝熱管１４を構成する素材の熱伝導率よりも低い。

伝熱抑制部材５０は、液化ガスが導入される部位から液化ガスが蒸発し始める部位に亘る範囲に配置されている。すなわち、伝熱抑制部材５０が設けられている部位には、伝熱管１４において、液化ガスが流入ヘッダ１５から導入される部位が含まれている。液化ガスが蒸発を開始する部位は、液化ガスの圧力、流量、水の流量及び温度の影響を受けるため、これら圧力、流量及び温度に応じて、伝熱抑制部材５０が装着される範囲が調整される。そして、この部位よりも液化ガスの流れ方向における下流側の部位、すなわち、全ての液化ガスが蒸発した後のガスがさらに加温される部位では、伝熱抑制部材５０が設けられておらず、伝熱管１４は露出している。

液化ガスが超臨界流体の状態で伝熱管１４内を流れる場合には、液化ガスが導入される部位から、液化ガスが低温の状態で相変化を伴わないで加熱される部位に亘る範囲に伝熱抑制部材５０が設けられる。なお、最も下側のベンド１４ｂには伝熱抑制部材５０は装着されている必要はない。ベンド１４ｂにおいては、着氷が生じたとしても、隣り合う直管１４ａ同士の間隙を塞いでしまうようなことが起こらないからである。

したがって、第２実施形態では、伝熱管１４のうち液化ガスが液状のまま流れる部位が伝熱抑制部材５０で覆われている。すなわち、液化ガスが伝熱管１４内に導入される部位は、伝熱管１４において最も低温になる部位である。そして、この部位は、熱源流体よりも熱伝導率の低い素材で形成された伝熱抑制部材５０によって覆われている。このため、伝熱管１４内の液化ガスの冷熱が伝熱管１４及び伝熱抑制部材５０を介して水に伝わるため、液化ガスの冷熱が伝熱管１４から直接水に伝わる場合に比べ、水への伝熱を抑制することができる。したがって、伝熱管１４（直管１４ａ）の外面付近において水の流れが生じない場合であっても、伝熱管１４（直管１４ａ）周囲で水が凍結することを抑制することができる。また、伝熱抑制部材５０がない場合に熱源流体の凝固が発生すると、氷等の凝固分は厚み方向及び長さ方向に大きく成長し、直管１４ａ同士の隙間の閉塞が起きやすくなる。これを防止するためには、供給する熱源流体の温度を高くする必要があるが、伝熱抑制部材５０を設けることにより、供給する熱源流体の温度を低くなるように設定しても、熱源流体の凝固による閉塞を抑制することができるようになる。

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１実施形態の説明を第２実施形態に援用することができる。

（その他の実施形態）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、シェル１２が、シェル本体１２ａとエンドプレート１２ｂが互いに締結された構成としたが、これに限られない。筒状のシェル本体の両側に湾曲状のプレートが締結された構成であってもよい。この場合、両側のプレートに導入管１７及び導出管１８が接続された構成としてもよい。その場合には、一方のプレートから延びる伝熱管と、他方のプレートから延びる伝熱管とが配置されることになる。

前記実施形態では、流入ヘッダ１５及び流出ヘッダ１６がシェル１２内に配置された構成としたが、これに限られない。流入ヘッダ１５及び流出ヘッダ１６が省略され、各伝熱管１４がエンドプレート１２ｂを貫通する構成であってもよい。

また各図中伝熱管は正四角配列としているが錯列配列であってもよい。

１２ シェル
１４ 伝熱管
１４ａ 直管
１４ｂ ベンド
１４ｃ 基端部
１４ｄ 先端部
２５ バッフル板
３１ 第１ベンド
３２ 第２ベンド
３２ａ 内側曲面
３２ｂ 頂点
３５ 第１直管
３６ 第２直管
３９ 第１溶接部
４０ 第２溶接部
４７ 隣接第１ベンド
４７ａ 溶接部
４８ 隣接第２ベンド
４８ａ 溶接部
５０ 伝熱抑制部材

Claims (11)

1. 熱源流体を収容するように構成されたシェルと、
   前記シェル内に配置されて液化ガスが導入されるように構成された伝熱管と、を備え、
   前記伝熱管は、複数の直管と複数のベンドとを有する蛇行形状を有し、
   前記伝熱管は、前記複数のベンドのうちの上下方向に並ぶベンドが、直管の延出方向に交互にずれた構成であり、
   前記上下方向に並ぶベンドのうち出っ張った方のベンドである第１ベンドと直管との溶接部は、前記上下方向に並ぶベンドのうちの引っ込んだ方のベンドである第２ベンドと直管との溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張っている、気化器。
2. 請求項１に記載の気化器において、
   前記第１ベンドと前記直管との前記溶接部は、前記第２ベンドの内側曲面よりも、前記直管の延出方向において出っ張っている、気化器。
3. 請求項２に記載の気化器において、
   前記第１ベンドと前記直管との前記溶接部は、前記直管の延出方向において、前記第２ベンドの内側曲面と前記第２ベンドの頂点との間に配置されている、気化器。
4. 請求項２に記載の気化器において、
   前記第１ベンドと前記直管との前記溶接部は、前記直管の延出方向において、前記第２ベンドの頂点よりも更に前記内側曲面から離れた位置に配置されている、気化器。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の気化器において、
   前記直管の直径に対する、隣り合う直管の中心軸同士の間の距離の比は１．５以下である、気化器。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の気化器において、
   前記シェル内において前記伝熱管に隣接配置されて液化ガスが導入されるように構成された隣接伝熱管を更に備え、
   前記隣接伝熱管は、複数の直管と複数のベンドとを有する蛇行形状を有し、
   前記隣接伝熱管は、前記複数のベンドのうちの上下方向に並ぶ隣接ベンドが、直管の延出方向に交互にずれた構成であり、
   前記隣接ベンドには、前記第１ベンドに隣接する隣接第１ベンドと、前記第２ベンドに隣接する隣接第２ベンドと、が含まれ、
   前記隣接第２ベンドと直管との溶接部は、前記隣接第１ベンドと直管との溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張るとともに、前記第２ベンドと直管との前記溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張っている、気化器。
7. 請求項６に記載の気化器において、
   前記第１ベンドと前記直管との前記溶接部は、前記隣接第１ベンドと前記直管との前記溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張るとともに、前記第２ベンドと前記直管との前記溶接部よりも、前記直管の延出方向において出っ張っている、気化器。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載の気化器において、
   前記伝熱管は、前記液化ガスの導入部位を含む部位において、前記熱源流体よりも熱伝導率の低い素材で形成された伝熱抑制部材によって覆われている、気化器。
9. 請求項８に記載の気化器において、
   前記伝熱抑制部材は、前記液化ガスの前記導入部位から、前記液化ガスが相変化を伴わないで加熱される部位又は前記液化ガスが蒸発し始める部位に亘って配置されている、気化器。
10. 気化器を構成する伝熱管を組み付ける方法であって、
    シェル内に伝熱管を固定するためのバッフル板に、先端部及び基端部の何れにもベンドが溶接されていない複数の第１直管を先端部から挿入し、
    基端部に第２ベンドが溶接されるとともに先端部にベンドが溶接されていない複数の第２直管を先端部から前記バッフル板に挿入し、
    各第１直管の基端部が前記第２ベンドと前記第２直管との溶接部よりも、前記第１直管の延出方向において出っ張った状態で、前記複数の第１直管のうち隣り合う第１直管の前記基端部に第１ベンドを溶接し、
    前記複数の第１直管の先端部及び前記複数の第２直管の先端部にベンドを溶接する、伝熱管の組み付け方法。
11. 気化器を構成する伝熱管を組み付ける方法であって、
    シェル内に伝熱管を固定するためのバッフル板に、ベンドが溶接されていない複数の直管を挿通し、
    前記バッフル板に挿通された前記複数の直管のうち、直管の延出方向において隣の直管の端部よりも引っ込んだ位置にある端部であって、互いに隣接する２つの直管の端部に第２ベンドを溶接し、
    前記第２ベンドの溶接後、前記バッフル板に挿通された前記複数の直管のうち、端部が前記第２ベンドと前記直管との溶接部よりも、直管の延出方向において出っ張った位置にある直管であって、互いに隣接する２つの直管の前記端部に第１ベンドを溶接する、伝熱管の組み付け方法。

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