JPH06221499A - 極低温液体蒸発装置及び方法 - Google Patents
極低温液体蒸発装置及び方法Info
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- JPH06221499A JPH06221499A JP5349501A JP34950193A JPH06221499A JP H06221499 A JPH06221499 A JP H06221499A JP 5349501 A JP5349501 A JP 5349501A JP 34950193 A JP34950193 A JP 34950193A JP H06221499 A JPH06221499 A JP H06221499A
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 周囲大気に露呈することによって加熱される
タイプの極低温液体蒸発装置の改良。 【構成】 内側管１６と、内側管との間に環状空間３６
を画定するように内側管を囲包し、周囲大気に露呈され
るようになされた外側管から成る極低温液体蒸発器。流
体は液体として内側管に流入し、内側管内を流れる間に
少なくとも部分的に蒸発されて外側管内へ排出される。
一実施例では、流体は、内側管から外側管内へ外側管の
端部３４近くにおいて排出され、環状空間３６内を内側
管内の流体と向流関係をなして流れる間に通常の作動条
件下では完全に蒸発され、過熱される。
タイプの極低温液体蒸発装置の改良。 【構成】 内側管１６と、内側管との間に環状空間３６
を画定するように内側管を囲包し、周囲大気に露呈され
るようになされた外側管から成る極低温液体蒸発器。流
体は液体として内側管に流入し、内側管内を流れる間に
少なくとも部分的に蒸発されて外側管内へ排出される。
一実施例では、流体は、内側管から外側管内へ外側管の
端部３４近くにおいて排出され、環状空間３６内を内側
管内の流体と向流関係をなして流れる間に通常の作動条
件下では完全に蒸発され、過熱される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温液体蒸発装置に
関し、特に、周囲大気に露呈することによって加熱され
るタイプの極低温液体蒸発装置に関する。
関し、特に、周囲大気に露呈することによって加熱され
るタイプの極低温液体蒸発装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気を分離することによって得られる大
気中のガス、例えば酸素、窒素及びアルゴン等は、いろ
いろな産業分野に広範な用途を有している。そのような
ガスの大量使用者、例えば製鋼所やアルミニウム再溶融
工場等は、使用現場に空気分離プラントを備えている。
そのようなガスの少量使用者は、通常、高圧ボンベ入り
で所要量だけ購入する。そのようなガスの中間量の使用
者にとっては、ガスを液体の形で、即ち極低温液体とし
て購入し、それを使用現場の貯留タンクに貯留してお
き、極低温液体必要に応じてタンクから取り出して蒸発
器によって蒸発させて使用するのが便利である。ここで
いう「極低温液体」とは、２００°Ｋ以下の温度で沸騰
する液体をいう。
気中のガス、例えば酸素、窒素及びアルゴン等は、いろ
いろな産業分野に広範な用途を有している。そのような
ガスの大量使用者、例えば製鋼所やアルミニウム再溶融
工場等は、使用現場に空気分離プラントを備えている。
そのようなガスの少量使用者は、通常、高圧ボンベ入り
で所要量だけ購入する。そのようなガスの中間量の使用
者にとっては、ガスを液体の形で、即ち極低温液体とし
て購入し、それを使用現場の貯留タンクに貯留してお
き、極低温液体必要に応じてタンクから取り出して蒸発
器によって蒸発させて使用するのが便利である。ここで
いう「極低温液体」とは、２００°Ｋ以下の温度で沸騰
する液体をいう。
【０００３】使用者にとって、タンク内に貯留されてい
る極低温液体からガスを断続的に発生させる必要がある
場合と、連続的に発生させるなければならない場合とが
ある。液体を蒸発させることによって連続的なガスの流
れを生成するために、別のプロセスで生成されたスチー
ム等の高温流体からの熱を利用する熱交換器を用いるこ
とができる。あるいは、電気加熱器を用いることもでき
るが、連続的及び断続的極低温液体蒸発のための最も一
般的な熱源は、周囲大気である。
る極低温液体からガスを断続的に発生させる必要がある
場合と、連続的に発生させるなければならない場合とが
ある。液体を蒸発させることによって連続的なガスの流
れを生成するために、別のプロセスで生成されたスチー
ム等の高温流体からの熱を利用する熱交換器を用いるこ
とができる。あるいは、電気加熱器を用いることもでき
るが、連続的及び断続的極低温液体蒸発のための最も一
般的な熱源は、周囲大気である。
【０００４】周囲大気式蒸発装置は、通常、垂直に配置
された１つ又は複数の管又はモジュールから成ってい
る。周囲大気に露呈される管の外表面は、フィンなどを
突設することによって拡張された表面とすることができ
る。極低温液体を管内に通して蒸発させ、得られた蒸気
を必要に応じて過熱（スーパーヒート）し、場合によっ
ては周囲大気温度近くにまで過熱する。
された１つ又は複数の管又はモジュールから成ってい
る。周囲大気に露呈される管の外表面は、フィンなどを
突設することによって拡張された表面とすることができ
る。極低温液体を管内に通して蒸発させ、得られた蒸気
を必要に応じて過熱（スーパーヒート）し、場合によっ
ては周囲大気温度近くにまで過熱する。
【０００５】極低温液体が周囲大気式蒸発装置内を流れ
ると、蒸発装置の外表面は冷却される。在来の周囲大気
式蒸発装置の外表面の温度は、通常、極低温流体の沸騰
温度（例えば、窒素の場合で７７°Ｋ）に近い温度から
周囲大気の温度に近い温度までの範囲である。蒸発装置
の低温外表面は、周囲空気を冷却する。周囲空気の温度
がその露点より低くなると、蒸発装置の外表面に水幕が
付着し、空気中には凝縮水のミスト即ち霧（フォッグ）
が発生する。蒸発装置の外表面の、水の凍結点より低い
温度の部分では、時間が経つと水が凍結し、氷が堆積す
る。堆積した氷即ち着氷は、蒸発器の管の外表面に設け
られている隣接するフィンとフィンの間の空間を完全に
塞いでしまうことがあり、更に時間が経つと、管と管の
間の空間をも塞いでしまうことがある。氷の堆積は、幾
つかの問題を提起する。１つは、蒸発器の表面積を減少
させることであり、もう１つは、断熱材として作用する
ことである。いずれの作用も、周囲大気から蒸発器の外
表面への熱伝達率を、従って蒸発器の能力を低下させ
る。又、氷は、蒸発器自体の重量の１０倍以上の重さに
まで堆積することがある。氷の構造は一様ではなく、予
測も困難である。蒸発器の作動中、又は、除氷操作中、
氷の一部分が断続的に剥落し、蒸発器自体、その配管、
及び係員に危険を及ぼすことがある。更に、蒸発器の周
辺に発生した霧が、視界を遮るので、自動車及び歩行者
の通行にとって危険である。
ると、蒸発装置の外表面は冷却される。在来の周囲大気
式蒸発装置の外表面の温度は、通常、極低温流体の沸騰
温度（例えば、窒素の場合で７７°Ｋ）に近い温度から
周囲大気の温度に近い温度までの範囲である。蒸発装置
の低温外表面は、周囲空気を冷却する。周囲空気の温度
がその露点より低くなると、蒸発装置の外表面に水幕が
付着し、空気中には凝縮水のミスト即ち霧（フォッグ）
が発生する。蒸発装置の外表面の、水の凍結点より低い
温度の部分では、時間が経つと水が凍結し、氷が堆積す
る。堆積した氷即ち着氷は、蒸発器の管の外表面に設け
られている隣接するフィンとフィンの間の空間を完全に
塞いでしまうことがあり、更に時間が経つと、管と管の
間の空間をも塞いでしまうことがある。氷の堆積は、幾
つかの問題を提起する。１つは、蒸発器の表面積を減少
させることであり、もう１つは、断熱材として作用する
ことである。いずれの作用も、周囲大気から蒸発器の外
表面への熱伝達率を、従って蒸発器の能力を低下させ
る。又、氷は、蒸発器自体の重量の１０倍以上の重さに
まで堆積することがある。氷の構造は一様ではなく、予
測も困難である。蒸発器の作動中、又は、除氷操作中、
氷の一部分が断続的に剥落し、蒸発器自体、その配管、
及び係員に危険を及ぼすことがある。更に、蒸発器の周
辺に発生した霧が、視界を遮るので、自動車及び歩行者
の通行にとって危険である。
【０００６】着氷問題の処理方法として、従来から幾つ
かの方法が試みられてきた。１つは、係員が温水ジェッ
ト又はスチームジェットをかけることによって、あるい
は、つるはしとシャベルを用いた機械的な除去方法によ
って定期的に手作業で除氷する方法である。しかしなが
ら、この方法は、手作業を必要とするという点で望まし
くない。氷の構造は予測が困難であり、落氷によって作
業中の係員が怪我をしたり、蒸発器やその配管が損傷す
ることがある。又、そのような手作業による定期的な除
氷作業によっては霧の発生を減少させることはできな
い。
かの方法が試みられてきた。１つは、係員が温水ジェッ
ト又はスチームジェットをかけることによって、あるい
は、つるはしとシャベルを用いた機械的な除去方法によ
って定期的に手作業で除氷する方法である。しかしなが
ら、この方法は、手作業を必要とするという点で望まし
くない。氷の構造は予測が困難であり、落氷によって作
業中の係員が怪我をしたり、蒸発器やその配管が損傷す
ることがある。又、そのような手作業による定期的な除
氷作業によっては霧の発生を減少させることはできな
い。
【０００７】着氷問題のもう１つの処理方法は、配管の
最初の一定長の区間を「裸」管、即ち外部フィンのない
管とし、その裸管（フィン無し管）の区間に着氷させる
ことによって着氷問題を処理する方法である。裸管区間
の後には外部フィン付き管を連結する。裸管区間の長さ
は、着氷のための表面の大部分又は全部を提供するよう
に定める。この思想は、裸管の方が、フィン付き管より
安く、厚い着氷に対処するように比較的安価な配列構造
で支持することができるという考えに依拠している。し
かしながら、この方法は、望ましくないほどに多量の裸
管、フロアスペース、及び支持構造体を使用しなければ
ならないという点で、不利である。又、この方法では、
霧の発生という問題も軽減されず、未解決のまま残され
る。
最初の一定長の区間を「裸」管、即ち外部フィンのない
管とし、その裸管（フィン無し管）の区間に着氷させる
ことによって着氷問題を処理する方法である。裸管区間
の後には外部フィン付き管を連結する。裸管区間の長さ
は、着氷のための表面の大部分又は全部を提供するよう
に定める。この思想は、裸管の方が、フィン付き管より
安く、厚い着氷に対処するように比較的安価な配列構造
で支持することができるという考えに依拠している。し
かしながら、この方法は、望ましくないほどに多量の裸
管、フロアスペース、及び支持構造体を使用しなければ
ならないという点で、不利である。又、この方法では、
霧の発生という問題も軽減されず、未解決のまま残され
る。
【０００８】従来の更に別の解決方法は、１バンクの横
列並置（並列）蒸発器又は複数バンクのそれぞれ同じ横
列並置蒸発器を設ける方法である。この構成では、１つ
のバンクの蒸発器が平常運転されている間に、他の１つ
又は複数バンクの蒸発器を除霜工程にかけることができ
る。各バンクの蒸発器の間で作動を切り換えるためにい
ろいろなプログラムを用いることができるが、簡単なプ
ログラムは、純粋に時間スケジュールで切り換え、他の
配慮を一切排除するプログラムである。しかしながら、
この方法では、高価な蒸発器を余分に用いることにな
り、大きなフロアスペースを必要とする。しかも、この
方法でもやはり、霧発生の問題が軽減されず、未解決の
まま残される。「バンク」とは、横列配置の列又は群の
ことをいうが、便宜上、１基だけから成るものもバンク
と称することとする。
列並置（並列）蒸発器又は複数バンクのそれぞれ同じ横
列並置蒸発器を設ける方法である。この構成では、１つ
のバンクの蒸発器が平常運転されている間に、他の１つ
又は複数バンクの蒸発器を除霜工程にかけることができ
る。各バンクの蒸発器の間で作動を切り換えるためにい
ろいろなプログラムを用いることができるが、簡単なプ
ログラムは、純粋に時間スケジュールで切り換え、他の
配慮を一切排除するプログラムである。しかしながら、
この方法では、高価な蒸発器を余分に用いることにな
り、大きなフロアスペースを必要とする。しかも、この
方法でもやはり、霧発生の問題が軽減されず、未解決の
まま残される。「バンク」とは、横列配置の列又は群の
ことをいうが、便宜上、１基だけから成るものもバンク
と称することとする。
【０００９】更に別の方法は、蒸発装置を過大化する
（所要の蒸発能力を得るのに必要な大きさより大き目に
する）方法であるが、この方法は、蒸発器モジュール１
基当りの平均熱伝達量が減少し、従って、コスト高にな
り、所要フロアスペースも大きくなる。ただ、この方法
によれば、霧の発生は多少減小される。
（所要の蒸発能力を得るのに必要な大きさより大き目に
する）方法であるが、この方法は、蒸発器モジュール１
基当りの平均熱伝達量が減少し、従って、コスト高にな
り、所要フロアスペースも大きくなる。ただ、この方法
によれば、霧の発生は多少減小される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた理由から、
従来から、余分な蒸発表面積も、余分な蒸発器構造体も
必要とすることなく、周囲大気に露呈される蒸発器の外
表面の着氷を排除又は減少させることができ、周囲大気
における霧の発生を減少させることができる極低温液体
蒸発装置及び方法を求める要望があった。従って、本発
明の目的は、このような要望を充足することである。
従来から、余分な蒸発表面積も、余分な蒸発器構造体も
必要とすることなく、周囲大気に露呈される蒸発器の外
表面の着氷を排除又は減少させることができ、周囲大気
における霧の発生を減少させることができる極低温液体
蒸発装置及び方法を求める要望があった。従って、本発
明の目的は、このような要望を充足することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、その一側面においては、蒸発器の外表面
の着氷を減少させ、周囲大気における霧の発生を減少さ
せるように周囲大気からの熱による極低温液体の蒸発を
制御するための方法を提供する。本発明の方法は、
（ａ）内側管を囲包する外側管を準備し、（ｂ）該外側
管の外表面を周囲大気に露呈させ、（ｃ）極低温液体を
前記内側管内へ通し、（ｄ）該内側管内において該極低
温液体の少くとも一部分を蒸発させ、（ｅ）その結果発
生した蒸気と残留液体を前記内側管から前記外側管内へ
排出させ、（ｆ）該内側管と外側管の間の環状空間内に
前記蒸気の層を生成させて制御性熱抵抗を創生し、
（ｇ）前記内側管内を通る極低温液体を蒸発させるとと
もに、その結果発生した前記環状空間内の蒸気を加熱す
るように、周囲大気から前記外側管の壁を通し、前記環
状空間内の前記蒸気の層を通し、前記内側管の壁を通し
て該内側管内の極低温液体へ熱を伝達させることから成
る方法。上記工程（ｇ）における熱伝達速度は、前記外
側管の全長の大部分に亙っての温度勾配を緩やかにし、
かつ、その温度を水の凍結温度より高くするように制御
された速度とすることが望ましい。
に、本発明は、その一側面においては、蒸発器の外表面
の着氷を減少させ、周囲大気における霧の発生を減少さ
せるように周囲大気からの熱による極低温液体の蒸発を
制御するための方法を提供する。本発明の方法は、
（ａ）内側管を囲包する外側管を準備し、（ｂ）該外側
管の外表面を周囲大気に露呈させ、（ｃ）極低温液体を
前記内側管内へ通し、（ｄ）該内側管内において該極低
温液体の少くとも一部分を蒸発させ、（ｅ）その結果発
生した蒸気と残留液体を前記内側管から前記外側管内へ
排出させ、（ｆ）該内側管と外側管の間の環状空間内に
前記蒸気の層を生成させて制御性熱抵抗を創生し、
（ｇ）前記内側管内を通る極低温液体を蒸発させるとと
もに、その結果発生した前記環状空間内の蒸気を加熱す
るように、周囲大気から前記外側管の壁を通し、前記環
状空間内の前記蒸気の層を通し、前記内側管の壁を通し
て該内側管内の極低温液体へ熱を伝達させることから成
る方法。上記工程（ｇ）における熱伝達速度は、前記外
側管の全長の大部分に亙っての温度勾配を緩やかにし、
かつ、その温度を水の凍結温度より高くするように制御
された速度とすることが望ましい。
【００１２】本発明の一実施例においては、上記工程
（ｄ）は、前記内側管から排出された液体と蒸気を、該
内側管内を流れる極低温液体に対して向流関係をなすよ
うに前記環状空間内を通して流し、それによって周囲大
気からの熱が該環状空間内を流れる蒸気を介して該内側
管内の極低温液体へ伝達されるようにすることによって
実施される。本発明の別の実施例においては、上記工程
（ｄ）は、前記内側管と外側管の間の前記環状空間を前
記内側管から排出された蒸気によって占有させ、それに
よって該外側管の内表面と内側管の外表面との間に高い
熱抵抗を創生することによって実施される。この実施例
では、更に、前記内側管から排出された液体と蒸気を、
前記外側管の全長のうち、該内側管が延長していない所
定の長さ部分を通して流す工程を含むことができる。こ
こで、「熱抵抗」とは、「熱伝達に対する抵抗」又は
「流体膜熱抵抗」ともいい、流体膜（膜状に流れる流
体）が管の壁及び表面を通しての熱伝達を妨害する抵抗
のことをいう。
（ｄ）は、前記内側管から排出された液体と蒸気を、該
内側管内を流れる極低温液体に対して向流関係をなすよ
うに前記環状空間内を通して流し、それによって周囲大
気からの熱が該環状空間内を流れる蒸気を介して該内側
管内の極低温液体へ伝達されるようにすることによって
実施される。本発明の別の実施例においては、上記工程
（ｄ）は、前記内側管と外側管の間の前記環状空間を前
記内側管から排出された蒸気によって占有させ、それに
よって該外側管の内表面と内側管の外表面との間に高い
熱抵抗を創生することによって実施される。この実施例
では、更に、前記内側管から排出された液体と蒸気を、
前記外側管の全長のうち、該内側管が延長していない所
定の長さ部分を通して流す工程を含むことができる。こ
こで、「熱抵抗」とは、「熱伝達に対する抵抗」又は
「流体膜熱抵抗」ともいい、流体膜（膜状に流れる流
体）が管の壁及び表面を通しての熱伝達を妨害する抵抗
のことをいう。
【００１３】本発明は、又、別の側面においては、周囲
大気によって加熱されることができる極低温液体蒸発装
置であって、少くとも１基の蒸発器モジュールから成
り、該蒸発器モジュールは、（ａ）極低温液体を導入す
るための入口端と、該極低温液体の蒸発によって発生し
た蒸気と残留液体を排出するための排出端を有する内側
管と、（ｂ）周囲大気に露呈させるための外表面と、前
記内側管の外周より大径の内周を有し、一端を該内側管
の入口端の外周に封着された外側管と、から成り、該外
側管は、前記内側管との間に環状空間を形成し、かつ、
内側管の排出端と外側管の他端との間に長手空間を形成
するように該内側管を囲包して該内側管の入口端のとこ
らから内側管の排出端を越えて延長する長さを有してい
ることを特徴とする極低温液体蒸発装置を提供する。上
記外側管の外表面及び、又は内表面は、フィン付き表面
とすることができる。ここで、Ａ「及び、又は」Ｂと
は、ＡとＢの両方、又は、ＡとＢのどちらか一方という
意味である。例えば、「外表面及び、又は内表面は、フ
ィン付き表面とすることができる」とは、外表面と内表
面の両方をフィン付き表面としてもよく、あるいは、外
表面と内表面のどちらか一方だけをフィン付き表面とし
てもよいという意味である。本発明の第１実施例では、
上記内側管の排出端は、上記外側管の他端近くにまで延
長させるが、該他端の手前に終端させ、該外側管の他端
は、流体流を通さないように閉鎖し、該外側管は、その
一端近くに流体を通す出口を有するものとすることがで
きる。本発明の第２実施例では、上記内側管の排出端
は、前記外側管の他端の相当に手前に終端させ、該外側
管は、他端近くに流体を通す出口を有するものとするこ
とができる。
大気によって加熱されることができる極低温液体蒸発装
置であって、少くとも１基の蒸発器モジュールから成
り、該蒸発器モジュールは、（ａ）極低温液体を導入す
るための入口端と、該極低温液体の蒸発によって発生し
た蒸気と残留液体を排出するための排出端を有する内側
管と、（ｂ）周囲大気に露呈させるための外表面と、前
記内側管の外周より大径の内周を有し、一端を該内側管
の入口端の外周に封着された外側管と、から成り、該外
側管は、前記内側管との間に環状空間を形成し、かつ、
内側管の排出端と外側管の他端との間に長手空間を形成
するように該内側管を囲包して該内側管の入口端のとこ
らから内側管の排出端を越えて延長する長さを有してい
ることを特徴とする極低温液体蒸発装置を提供する。上
記外側管の外表面及び、又は内表面は、フィン付き表面
とすることができる。ここで、Ａ「及び、又は」Ｂと
は、ＡとＢの両方、又は、ＡとＢのどちらか一方という
意味である。例えば、「外表面及び、又は内表面は、フ
ィン付き表面とすることができる」とは、外表面と内表
面の両方をフィン付き表面としてもよく、あるいは、外
表面と内表面のどちらか一方だけをフィン付き表面とし
てもよいという意味である。本発明の第１実施例では、
上記内側管の排出端は、上記外側管の他端近くにまで延
長させるが、該他端の手前に終端させ、該外側管の他端
は、流体流を通さないように閉鎖し、該外側管は、その
一端近くに流体を通す出口を有するものとすることがで
きる。本発明の第２実施例では、上記内側管の排出端
は、前記外側管の他端の相当に手前に終端させ、該外側
管は、他端近くに流体を通す出口を有するものとするこ
とができる。
【００１４】
【作用】本発明の蒸発器モジュール（単に「蒸発器」と
も称する）の特徴は、平均的な蒸発速度及び平均的な大
気条件下において、蒸発器の外表面の長手方向の温度勾
配を緩やかにするとともに、外表面の温度を水の凍結点
より多少高くすることである。それによって、熱荷重
は、蒸発器内の最初の極低温液体パス（経路）を画定す
る表面（内側管の外表面）と蒸発器の外表面（外側管の
外表面）との間の熱伝達に対する抵抗（熱抵抗）によっ
て蒸発器の長手に沿ってより均一に分配される。熱抵抗
は、本発明の上記第１実施例においては、上記環状空間
内を流動する蒸気層によって創生され、第２実施例にお
いては、上記環状空間内の静止蒸気層によって創生され
る。本発明のこれらの特徴によって得られる利点は、設
計条件下での着氷の排除、より厳しい条件下での着氷の
減少であり、更に、あらゆる条件下において霧の発生を
大幅に減少させるという利点が得られる。
も称する）の特徴は、平均的な蒸発速度及び平均的な大
気条件下において、蒸発器の外表面の長手方向の温度勾
配を緩やかにするとともに、外表面の温度を水の凍結点
より多少高くすることである。それによって、熱荷重
は、蒸発器内の最初の極低温液体パス（経路）を画定す
る表面（内側管の外表面）と蒸発器の外表面（外側管の
外表面）との間の熱伝達に対する抵抗（熱抵抗）によっ
て蒸発器の長手に沿ってより均一に分配される。熱抵抗
は、本発明の上記第１実施例においては、上記環状空間
内を流動する蒸気層によって創生され、第２実施例にお
いては、上記環状空間内の静止蒸気層によって創生され
る。本発明のこれらの特徴によって得られる利点は、設
計条件下での着氷の排除、より厳しい条件下での着氷の
減少であり、更に、あらゆる条件下において霧の発生を
大幅に減少させるという利点が得られる。
【００１５】
【実施例】図１及び２に示された本発明の第１実施例で
は、蒸発装置１０は、蒸発器モジュール１２と加熱器１
４とから成っている。蒸発器モジュール１２は、大部分
に極低温液体から成る極低温流体を導入するための入口
端１８と、極低温流体の蒸発によって発生した蒸気と残
留液体を排出するための排出端２０を有する内側管１６
と、内側管１６を囲包する外側管２２とで構成されてい
る。内側管１６の排出端２０は、外側管２２の内部へ蒸
気及び残留液体を排出する。
は、蒸発装置１０は、蒸発器モジュール１２と加熱器１
４とから成っている。蒸発器モジュール１２は、大部分
に極低温液体から成る極低温流体を導入するための入口
端１８と、極低温流体の蒸発によって発生した蒸気と残
留液体を排出するための排出端２０を有する内側管１６
と、内側管１６を囲包する外側管２２とで構成されてい
る。内側管１６の排出端２０は、外側管２２の内部へ蒸
気及び残留液体を排出する。
【００１６】外側管２２は、周囲大気に露呈させるため
の単純な、拡張されていない（フィンなどを備えていな
い）外表面２３を有するものであってもよいが、通常
は、周囲大気に対する熱伝達露呈表面を増大させるため
にフィン付き外表面２４を有するものとする。外側管２
２の内表面も、フィン付き内表面２６としてもよい。外
側管２２の内周２８は、内側管１６を収容するために内
側管１６の外周３０より大径である。ここで、「大径」
又は「小径」という用語は、直径寸法に関しての大小だ
けでなく、内側管及び外側管が円筒形以外の長方形又は
正方形等の断面形状である場合、その断面寸法の直径等
価寸法の大小をも意味するものとする。外側管２２の一
端３２は、内側管１６の入口端１８の外周３０に封着す
る。外側管２２の他端３４は、流体流を通さないように
閉鎖する。外側管２２は、内側管１６との間に環状空間
３６を形成し、かつ、内側管１６の排出端２０と外側管
２２の他端３４との間に長手空間３８を形成するように
内側管１６を囲包して内側管の入口端１８のとこらから
内側管の排出端２０を越えて延長する長さを有してい
る。
の単純な、拡張されていない（フィンなどを備えていな
い）外表面２３を有するものであってもよいが、通常
は、周囲大気に対する熱伝達露呈表面を増大させるため
にフィン付き外表面２４を有するものとする。外側管２
２の内表面も、フィン付き内表面２６としてもよい。外
側管２２の内周２８は、内側管１６を収容するために内
側管１６の外周３０より大径である。ここで、「大径」
又は「小径」という用語は、直径寸法に関しての大小だ
けでなく、内側管及び外側管が円筒形以外の長方形又は
正方形等の断面形状である場合、その断面寸法の直径等
価寸法の大小をも意味するものとする。外側管２２の一
端３２は、内側管１６の入口端１８の外周３０に封着す
る。外側管２２の他端３４は、流体流を通さないように
閉鎖する。外側管２２は、内側管１６との間に環状空間
３６を形成し、かつ、内側管１６の排出端２０と外側管
２２の他端３４との間に長手空間３８を形成するように
内側管１６を囲包して内側管の入口端１８のとこらから
内側管の排出端２０を越えて延長する長さを有してい
る。
【００１７】内側管１６の排出端２０は、外側管２２の
他端３４近くにまで延長させるが、他端３４の手前に終
端させる。外側管２２は、その一端３２近くに流体を通
す出口４０を有している。外側管２２は、その一端３２
を他端３４より下にして配置することが好ましく、図示
のように垂直に配置するのが最も好ましい。
他端３４近くにまで延長させるが、他端３４の手前に終
端させる。外側管２２は、その一端３２近くに流体を通
す出口４０を有している。外側管２２は、その一端３２
を他端３４より下にして配置することが好ましく、図示
のように垂直に配置するのが最も好ましい。
【００１８】加熱器モジュール１４は、一端に流体流を
導入するための入口４８を有し、他端に流体流を排出す
るための出口５０を有する管４２から成る。管４２の外
表面は、通常、フィン付き外表面４４とし、所望なら
ば、内表面も、フィン付き内表面４６とすることができ
る。加熱器モジュール１４は、垂直配置とすることが望
ましいが、その場合、入口４８を上端としてもよく、あ
るいは下端としてもよい。蒸発器モジュール１２の出口
（作用上は、蒸発器モジュールの外側管２２の出口４
０）を加熱器モジュール１４の入口４８に接続する。
導入するための入口４８を有し、他端に流体流を排出す
るための出口５０を有する管４２から成る。管４２の外
表面は、通常、フィン付き外表面４４とし、所望なら
ば、内表面も、フィン付き内表面４６とすることができ
る。加熱器モジュール１４は、垂直配置とすることが望
ましいが、その場合、入口４８を上端としてもよく、あ
るいは下端としてもよい。蒸発器モジュール１２の出口
（作用上は、蒸発器モジュールの外側管２２の出口４
０）を加熱器モジュール１４の入口４８に接続する。
【００１９】図７Ａは、特定の作動条件において有利な
蒸発器モジュール１２と加熱器モジュール１４の組み合
わせ配列の例を示す。この例の配列は、２基ないし４基
の並列蒸発器モジュール１２から成る１バンクと、蒸発
器モジュールバンクの下流に直列に接続された加熱器モ
ジュール１２の１バンク又は複数バンクから成る。加熱
器モジュール１２の各バンクは、１基の加熱器モジュー
ル１２又は並列に配置された複数基の加熱器モジュール
１２から成る。図７Ｂは、１基又は複数基の並列蒸発器
モジュール１２を含む加熱器モジュールのバンクと、そ
の後に直列に接続された加熱器モジュール１４のバンク
と、更にその後に直列に接続された少なくとも１つの加
熱器モジュールバンクとから成る別の好ましい組み合わ
せ配列を示す。各加熱器モジュールバンクは、１基又は
２基以上の並列に接続された加熱器モジュール１４から
成る。この組み合わせ配列では、蒸発器モジュールのバ
ンクを構成する特定数の並列蒸発器モジュールが、特定
数の加熱器モジュールと協同する。それらの加熱器モジ
ュールは、幾つかの加熱器モジュールバンクとして配列
されており、それらの加熱器モジュールバンクは直列に
接続されているが、順次に直列に接続された加熱器モジ
ュールバンクを流れる流体の質量流速が漸次増大し、そ
れによって各加熱器モジュールの管の内表面における熱
抵抗（熱伝達に対する流体膜抵抗）を減少させるように
各バンクにおける並列加熱器モジュールの数は、先行の
バンクの並列加熱器モジュールの数より順次少なくされ
ている。このようにして、各加熱器モジュールの外表面
は、より均一な温度、通常は水の凍結温度より高い温度
に保持され、それによって、加熱器モジュールの外表面
の着氷及び周囲大気中の霧の発生が低減又は排除され
る。
蒸発器モジュール１２と加熱器モジュール１４の組み合
わせ配列の例を示す。この例の配列は、２基ないし４基
の並列蒸発器モジュール１２から成る１バンクと、蒸発
器モジュールバンクの下流に直列に接続された加熱器モ
ジュール１２の１バンク又は複数バンクから成る。加熱
器モジュール１２の各バンクは、１基の加熱器モジュー
ル１２又は並列に配置された複数基の加熱器モジュール
１２から成る。図７Ｂは、１基又は複数基の並列蒸発器
モジュール１２を含む加熱器モジュールのバンクと、そ
の後に直列に接続された加熱器モジュール１４のバンク
と、更にその後に直列に接続された少なくとも１つの加
熱器モジュールバンクとから成る別の好ましい組み合わ
せ配列を示す。各加熱器モジュールバンクは、１基又は
２基以上の並列に接続された加熱器モジュール１４から
成る。この組み合わせ配列では、蒸発器モジュールのバ
ンクを構成する特定数の並列蒸発器モジュールが、特定
数の加熱器モジュールと協同する。それらの加熱器モジ
ュールは、幾つかの加熱器モジュールバンクとして配列
されており、それらの加熱器モジュールバンクは直列に
接続されているが、順次に直列に接続された加熱器モジ
ュールバンクを流れる流体の質量流速が漸次増大し、そ
れによって各加熱器モジュールの管の内表面における熱
抵抗（熱伝達に対する流体膜抵抗）を減少させるように
各バンクにおける並列加熱器モジュールの数は、先行の
バンクの並列加熱器モジュールの数より順次少なくされ
ている。このようにして、各加熱器モジュールの外表面
は、より均一な温度、通常は水の凍結温度より高い温度
に保持され、それによって、加熱器モジュールの外表面
の着氷及び周囲大気中の霧の発生が低減又は排除され
る。
【００２０】図３〜６に示された本発明の第２実施例に
おいては、蒸発装置１０は、先の実施例の場合と同様
に、蒸発器モジュール１２と加熱器１４とから成ってい
るが、この実施例では、蒸発器モジュール１２の内側管
１６の排出端２０は、該排出端から流体が流出した後の
熱伝達のための表面を大きくするために外側管２２の他
端３４より相当に手前に終端させてある。典型的な例で
は、内側管１６の長さは、外側管２２の長さの３分の２
とする。外側管２２は、その他端３４に流体を通す出口
５２を有している。
おいては、蒸発装置１０は、先の実施例の場合と同様
に、蒸発器モジュール１２と加熱器１４とから成ってい
るが、この実施例では、蒸発器モジュール１２の内側管
１６の排出端２０は、該排出端から流体が流出した後の
熱伝達のための表面を大きくするために外側管２２の他
端３４より相当に手前に終端させてある。典型的な例で
は、内側管１６の長さは、外側管２２の長さの３分の２
とする。外側管２２は、その他端３４に流体を通す出口
５２を有している。
【００２１】内側管１６の排出端２０に隣接する側の所
定長の一部分５４は、内側管の入口端１８に隣接した所
定長の一部分５８の外周６０より大径の外周５６を有す
るものとすることが好ましい。典型的な例においては、
内側管１６の小径外周６０の部分５８を外側管２２の全
長の３分の１の長さに亙って延長させ、内側管１６の大
径外周５６の部分５４を外側管２２の全長の他の３分の
１の長さに亙って延長させ、外側管２２の全長の残りの
３分の１の長さの区間内には、内側管１６を存在させな
い。
定長の一部分５４は、内側管の入口端１８に隣接した所
定長の一部分５８の外周６０より大径の外周５６を有す
るものとすることが好ましい。典型的な例においては、
内側管１６の小径外周６０の部分５８を外側管２２の全
長の３分の１の長さに亙って延長させ、内側管１６の大
径外周５６の部分５４を外側管２２の全長の他の３分の
１の長さに亙って延長させ、外側管２２の全長の残りの
３分の１の長さの区間内には、内側管１６を存在させな
い。
【００２２】随意選択として、内側管の入口端１８近く
の管壁に、内側管の内部から内側管と外側管２２の間の
環状空間３６に通じる放出孔６２を穿設することができ
る。「放出孔」とは、内側管の入口端１８に流入した流
体の一部を内側管に通さずに直接環状空間３６へ逃がす
ための逃がし孔のことである。
の管壁に、内側管の内部から内側管と外側管２２の間の
環状空間３６に通じる放出孔６２を穿設することができ
る。「放出孔」とは、内側管の入口端１８に流入した流
体の一部を内側管に通さずに直接環状空間３６へ逃がす
ための逃がし孔のことである。
【００２３】又、随意選択として、内側管１６と外側管
２２の間の環状空間３６内の一部分又は全部に、充実
材、好ましくは断熱材、最も好ましくはガラス繊維又は
フォーム（発泡）断熱材を充填することができる（図６
参照）。更に、内側管１６の全長の少なくとも一部分の
区間内にも、そのような充実材を充填することができる
（図４、５参照）。
２２の間の環状空間３６内の一部分又は全部に、充実
材、好ましくは断熱材、最も好ましくはガラス繊維又は
フォーム（発泡）断熱材を充填することができる（図６
参照）。更に、内側管１６の全長の少なくとも一部分の
区間内にも、そのような充実材を充填することができる
（図４、５参照）。
【００２４】第２実施例では、加熱器モジュール１４
は、第１実施例のものと同様のものであり、蒸発器モジ
ュール１２の出口（作用上は、蒸発器モジュールの外側
管２２の出口５２）が加熱器モジュール１４の入口４９
に接続される。加熱器モジュール１４は、第１実施例に
関連して説明したのと同様の態様で、並列バンクの形で
必要なだけ順次に直列に接続することができる。
は、第１実施例のものと同様のものであり、蒸発器モジ
ュール１２の出口（作用上は、蒸発器モジュールの外側
管２２の出口５２）が加熱器モジュール１４の入口４９
に接続される。加熱器モジュール１４は、第１実施例に
関連して説明したのと同様の態様で、並列バンクの形で
必要なだけ順次に直列に接続することができる。
【００２５】図１及び２に示された本発明の第１実施例
においては、極低温流体（通常は、大部分又は全部が液
体）が内側管１６の入口端１８に流入する。極低温流体
は、内側管１６を通って上昇する間に沸騰するので、内
側管１６の内表面における流体膜熱抵抗（熱伝達に対す
る流体膜の抵抗）を非常に小さくする。極低温流体の流
量が平均流量以下であり、周囲大気が平均的温度より暖
かい温度であるような条件は、蒸発装置にとって平均的
作動条件より緩やかな作動条件である。そのような緩や
かな作動条件下では、第１実施例においては、流体は内
側管１６の排出端２０から蒸気として流出し、その蒸気
は、内側管１６と外側管２２の間の環状空間３６内を流
れる間に更に暖められ、過熱状態となる。蒸気流は、外
側管２２の内表面及び内側管１６の外表面において高い
流体膜熱抵抗を呈し、環状空間３６を横切る熱伝達に対
しても高い抵抗を呈する。従って、外側管２２の内表面
から内側管１６の内部の流体への熱伝達に対する抵抗
は、全体として高く、制御性であり、それによって内側
管１６内を流れる極低温流体による外側管２２の外表面
２３，２４の冷却速度を遅くする。ここで、「制御性」
とは、制御する働き、即ち抑制する働きを有するという
意味であり、「制御性熱抵抗」とは、熱伝達を制御す
る、従って、内側管内を流れる極低温流体の蒸発を制御
（抑制）する熱抵抗という意味である。このような緩や
かな作動条件下では、外側管２２の外表面２３，２４
は、水の凍結温度より高い温度にされ、外側管２２の外
表面２３，２４の長手に沿っての温度勾配も、かなり減
少され、緩やかにされる。第１実施例において、蒸発器
モジュール１２を好ましい垂直配置とした場合、外側管
２２の外表面２３，２４のうち最も低い温度となるとこ
ろは、外側管２２の他端即ち頂端３４である。しかしな
がら、外側管２２の他端３４は、大気による加熱を最も
受け易いところである。従って、氷が生じることはな
く、堆積もしない。霧の発生も、減少されるか、排除さ
れる。
においては、極低温流体（通常は、大部分又は全部が液
体）が内側管１６の入口端１８に流入する。極低温流体
は、内側管１６を通って上昇する間に沸騰するので、内
側管１６の内表面における流体膜熱抵抗（熱伝達に対す
る流体膜の抵抗）を非常に小さくする。極低温流体の流
量が平均流量以下であり、周囲大気が平均的温度より暖
かい温度であるような条件は、蒸発装置にとって平均的
作動条件より緩やかな作動条件である。そのような緩や
かな作動条件下では、第１実施例においては、流体は内
側管１６の排出端２０から蒸気として流出し、その蒸気
は、内側管１６と外側管２２の間の環状空間３６内を流
れる間に更に暖められ、過熱状態となる。蒸気流は、外
側管２２の内表面及び内側管１６の外表面において高い
流体膜熱抵抗を呈し、環状空間３６を横切る熱伝達に対
しても高い抵抗を呈する。従って、外側管２２の内表面
から内側管１６の内部の流体への熱伝達に対する抵抗
は、全体として高く、制御性であり、それによって内側
管１６内を流れる極低温流体による外側管２２の外表面
２３，２４の冷却速度を遅くする。ここで、「制御性」
とは、制御する働き、即ち抑制する働きを有するという
意味であり、「制御性熱抵抗」とは、熱伝達を制御す
る、従って、内側管内を流れる極低温流体の蒸発を制御
（抑制）する熱抵抗という意味である。このような緩や
かな作動条件下では、外側管２２の外表面２３，２４
は、水の凍結温度より高い温度にされ、外側管２２の外
表面２３，２４の長手に沿っての温度勾配も、かなり減
少され、緩やかにされる。第１実施例において、蒸発器
モジュール１２を好ましい垂直配置とした場合、外側管
２２の外表面２３，２４のうち最も低い温度となるとこ
ろは、外側管２２の他端即ち頂端３４である。しかしな
がら、外側管２２の他端３４は、大気による加熱を最も
受け易いところである。従って、氷が生じることはな
く、堆積もしない。霧の発生も、減少されるか、排除さ
れる。
【００２６】蒸発装置１０のための設計条件は、蒸発装
置を通る極低温流体の流量を平均流量とし、周囲大気温
度を平均周囲大気温度とする条件である。そのような平
均的作動条件下では、流体は、内側管１６の排出端２０
から外側管２２の端部内へほぼ飽和蒸気として、又は、
蒸気と液体の混合物として流出し、次いで、その流体
は、内側管１６と外側管２２の間の環状空間３６内を流
れる。かくして、蒸発器モジュール１２は、上述した緩
やかな作動条件よりは厳しい作動条件を自動的に補償す
る。環状空間３６内で蒸気流は、外側管２２の内表面及
び内側管１６の外表面において高い流体膜熱抵抗を呈
し、該両表面間、即ち環状空間３６内に高い熱抵抗を創
生する。環状空間３６内の流体中に存在する液体は、通
常、飽和液体として存在し、大部分は環状空間３６内を
流れるが、外側管２２の内表面に接触した液体は、膜を
形成し、蒸発して高い流体膜抵抗を創生する。かくし
て、この蒸発器モジュール１２は、外側管２２の外表面
２３，２４の長手に沿っての温度勾配が緩やかであり、
設計作動条件下においても、外側管２２の外表面２３，
２４の温度は、水の凍結温度より高く、外表面への着氷
が回避されるという利点を有する。
置を通る極低温流体の流量を平均流量とし、周囲大気温
度を平均周囲大気温度とする条件である。そのような平
均的作動条件下では、流体は、内側管１６の排出端２０
から外側管２２の端部内へほぼ飽和蒸気として、又は、
蒸気と液体の混合物として流出し、次いで、その流体
は、内側管１６と外側管２２の間の環状空間３６内を流
れる。かくして、蒸発器モジュール１２は、上述した緩
やかな作動条件よりは厳しい作動条件を自動的に補償す
る。環状空間３６内で蒸気流は、外側管２２の内表面及
び内側管１６の外表面において高い流体膜熱抵抗を呈
し、該両表面間、即ち環状空間３６内に高い熱抵抗を創
生する。環状空間３６内の流体中に存在する液体は、通
常、飽和液体として存在し、大部分は環状空間３６内を
流れるが、外側管２２の内表面に接触した液体は、膜を
形成し、蒸発して高い流体膜抵抗を創生する。かくし
て、この蒸発器モジュール１２は、外側管２２の外表面
２３，２４の長手に沿っての温度勾配が緩やかであり、
設計作動条件下においても、外側管２２の外表面２３，
２４の温度は、水の凍結温度より高く、外表面への着氷
が回避されるという利点を有する。
【００２７】設計作動条件下では、蒸発器モジュール１
２からでてきた流体は、蒸気であり、多少過熱されてお
り。この蒸気は、加熱器モジュール１４に流入して更に
過熱される。流体流は加熱器モジュール１４の管４２内
では蒸気であるから、管４２の内表面のところに高い流
体膜熱抵抗が創生され、蒸気の温度はその流体の沸騰温
度より多少高いので、管４２の外表面は水の凍結温度よ
り高く、従って、着氷しない。
２からでてきた流体は、蒸気であり、多少過熱されてお
り。この蒸気は、加熱器モジュール１４に流入して更に
過熱される。流体流は加熱器モジュール１４の管４２内
では蒸気であるから、管４２の内表面のところに高い流
体膜熱抵抗が創生され、蒸気の温度はその流体の沸騰温
度より多少高いので、管４２の外表面は水の凍結温度よ
り高く、従って、着氷しない。
【００２８】極低温流体の通し流量が異常に高く、ある
いは、周囲大気温度が異常に低いような条件は、蒸発装
置にとって厳しい作動条件である。そのような厳しい作
動条件下では、流体は、内側管１６の排出端２０から外
側管２２の端部内へ部分的に蒸発した状態で、即ち、蒸
気と残留液体として流出する。この残留液体は、内側管
１６と外側管２２の間の環状空間３６内を流れる間完全
には蒸発しない。第１実施例において、蒸発器モジュー
ル１２を好ましい垂直配置とした場合、外側管２２の底
部（下端）に液体が溜る、即ち液体のプールが生じる。
この液体プールは、沸騰して熱抵抗を非常に低くするの
で、蒸発器モジュール１２は、このような厳しい作動条
件を補償するように自動調整することができる。この液
体は、又、蒸発器モジュール１２からその外側管２２の
出口４０を通って加熱器モジュール１４へ流出し、加熱
器モジュール１４において完全に蒸発される。このよう
な厳しい作動条件下では、蒸発器モジュール１２の外側
管２２の外表面に若干の氷が生じることがあるが、それ
は、厳しい作動条件が継続する時間が限られていること
からして通常は許容し得る程度である。
いは、周囲大気温度が異常に低いような条件は、蒸発装
置にとって厳しい作動条件である。そのような厳しい作
動条件下では、流体は、内側管１６の排出端２０から外
側管２２の端部内へ部分的に蒸発した状態で、即ち、蒸
気と残留液体として流出する。この残留液体は、内側管
１６と外側管２２の間の環状空間３６内を流れる間完全
には蒸発しない。第１実施例において、蒸発器モジュー
ル１２を好ましい垂直配置とした場合、外側管２２の底
部（下端）に液体が溜る、即ち液体のプールが生じる。
この液体プールは、沸騰して熱抵抗を非常に低くするの
で、蒸発器モジュール１２は、このような厳しい作動条
件を補償するように自動調整することができる。この液
体は、又、蒸発器モジュール１２からその外側管２２の
出口４０を通って加熱器モジュール１４へ流出し、加熱
器モジュール１４において完全に蒸発される。このよう
な厳しい作動条件下では、蒸発器モジュール１２の外側
管２２の外表面に若干の氷が生じることがあるが、それ
は、厳しい作動条件が継続する時間が限られていること
からして通常は許容し得る程度である。
【００２９】図３〜６に示された本発明の第２実施例に
おいては、極低温流体（通常は、大部分又は全部が液
体）が蒸発器モジュール１２の内側管１６の入口端１８
に流入する。蒸発器モジュール１２を好ましい垂直配置
とした場合、極低温流体は、内側管１６を通って上昇す
る間に沸騰するので、内側管１６の内表面における流体
膜熱抵抗を非常に小さくする。上述した緩やかな作動条
件下では、第２実施例においては、流体は内側管１６の
排出端２０から蒸気として流出し、その蒸気は、内側管
１６の残りの区間を上昇する間に更に暖められ、過熱状
態となる。緩やかな作動条件下では、内側管１６と外側
管２２の間の環状空間３６内は、静止蒸気によってしめ
られる。そのような静止蒸気は、外側管２２の内表面及
び内側管１６の外表面において高い流体膜熱抵抗を呈
し、環状空間３６を横切る熱伝達に対しても高い抵抗を
呈する。従って、外側管２２の内表面から内側管１６の
内部の流体への熱伝達に対する抵抗は、全体として高
く、制御性であり、それによって内側管１６内を流れる
極低温流体による外側管２２の外表面２３，２４の冷却
速度を緩やかにし、外側管の外表面を、大気温度よりは
低いが、比較的高い温度にする。外側管２２の外表面２
３，２４の長手に沿っての温度勾配も、かなり減少さ
れ、緩やかにされる。かくして、周囲大気から外側管２
２の外表面への着氷を排除する。
おいては、極低温流体（通常は、大部分又は全部が液
体）が蒸発器モジュール１２の内側管１６の入口端１８
に流入する。蒸発器モジュール１２を好ましい垂直配置
とした場合、極低温流体は、内側管１６を通って上昇す
る間に沸騰するので、内側管１６の内表面における流体
膜熱抵抗を非常に小さくする。上述した緩やかな作動条
件下では、第２実施例においては、流体は内側管１６の
排出端２０から蒸気として流出し、その蒸気は、内側管
１６の残りの区間を上昇する間に更に暖められ、過熱状
態となる。緩やかな作動条件下では、内側管１６と外側
管２２の間の環状空間３６内は、静止蒸気によってしめ
られる。そのような静止蒸気は、外側管２２の内表面及
び内側管１６の外表面において高い流体膜熱抵抗を呈
し、環状空間３６を横切る熱伝達に対しても高い抵抗を
呈する。従って、外側管２２の内表面から内側管１６の
内部の流体への熱伝達に対する抵抗は、全体として高
く、制御性であり、それによって内側管１６内を流れる
極低温流体による外側管２２の外表面２３，２４の冷却
速度を緩やかにし、外側管の外表面を、大気温度よりは
低いが、比較的高い温度にする。外側管２２の外表面２
３，２４の長手に沿っての温度勾配も、かなり減少さ
れ、緩やかにされる。かくして、周囲大気から外側管２
２の外表面への着氷を排除する。
【００３０】先に述べたように、内側管の入口端１８近
くの管壁に１つ又は複数の小さな放出孔６２を穿設する
ことができる。放出孔６２を通しての流体の放出は、外
側管２２の内表面から内側管１６の内部の流体への全体
的熱抵抗を余り減少させない。
くの管壁に１つ又は複数の小さな放出孔６２を穿設する
ことができる。放出孔６２を通しての流体の放出は、外
側管２２の内表面から内側管１６の内部の流体への全体
的熱抵抗を余り減少させない。
【００３１】設計条件下においては、及び、設計条件よ
り多少厳しい作動条件下であっても、流体は、内側管１
６の排出端２０から外側管２２の端部内へほぼ飽和蒸気
として、又は、蒸気と飽和液体の混合物として流出す
る。液体の一部分は、蒸気から分離し、内側管１６と外
側管２２の間の環状空間３６内へ滴り落ちる。外側管２
２の内表面に接触した飽和液体は、高い流体膜抵抗を呈
する膜を形成するが、外側管２２の底部に達するまでに
蒸発する。この蒸発により、外側管２２の外表面の温度
を多少低下させるが、より大きな熱束を生じさせる。か
くして、蒸発器モジュール１２は、比較的高い熱負荷を
自動的に補償する。
り多少厳しい作動条件下であっても、流体は、内側管１
６の排出端２０から外側管２２の端部内へほぼ飽和蒸気
として、又は、蒸気と飽和液体の混合物として流出す
る。液体の一部分は、蒸気から分離し、内側管１６と外
側管２２の間の環状空間３６内へ滴り落ちる。外側管２
２の内表面に接触した飽和液体は、高い流体膜抵抗を呈
する膜を形成するが、外側管２２の底部に達するまでに
蒸発する。この蒸発により、外側管２２の外表面の温度
を多少低下させるが、より大きな熱束を生じさせる。か
くして、蒸発器モジュール１２は、比較的高い熱負荷を
自動的に補償する。
【００３２】設計作動条件下では、蒸発器モジュール１
２からでてきた流体は、蒸気であり、加熱器モジュール
１４に流入して加熱される。加熱器モジュール１４の管
４２内の蒸気流は、管４２の内表面のところに高い流体
膜熱抵抗を創生し、蒸気の温度がその流体の沸騰温度よ
り多少高いので、管４２の外表面は水の凍結温度より高
く、従って、着氷しない。
２からでてきた流体は、蒸気であり、加熱器モジュール
１４に流入して加熱される。加熱器モジュール１４の管
４２内の蒸気流は、管４２の内表面のところに高い流体
膜熱抵抗を創生し、蒸気の温度がその流体の沸騰温度よ
り多少高いので、管４２の外表面は水の凍結温度より高
く、従って、着氷しない。
【００３３】厳しい作動条件下では、流体は、内側管１
６の排出端２０から外側管２２の端部内へ部分的に蒸発
した状態で、即ち、蒸気と残留液体として流出する。第
２実施例において、蒸発器モジュール１２を好ましい垂
直配置とした場合、この残留液体は、蒸気から分離し、
内側管１６と外側管２２の間の環状空間３６内を流下し
て外側管２２の底部に液体のプールを生成する。この液
体プールは、沸騰して熱抵抗を非常に低くするので、蒸
発器モジュール１２は、厳しい作動条件を補償するよう
に自動調整することができる。この液体は、又、蒸発器
モジュール１２からその外側管２２の出口４０を通って
加熱器モジュール１４へ流出し、加熱器モジュール１４
において完全に蒸発される。このような厳しい作動条件
下では、蒸発器モジュール１２の外側管２２の外表面に
若干の氷が生じることがあるが、それは、厳しい作動条
件が継続する時間が限られていることからして通常は許
容し得る程度である。
６の排出端２０から外側管２２の端部内へ部分的に蒸発
した状態で、即ち、蒸気と残留液体として流出する。第
２実施例において、蒸発器モジュール１２を好ましい垂
直配置とした場合、この残留液体は、蒸気から分離し、
内側管１６と外側管２２の間の環状空間３６内を流下し
て外側管２２の底部に液体のプールを生成する。この液
体プールは、沸騰して熱抵抗を非常に低くするので、蒸
発器モジュール１２は、厳しい作動条件を補償するよう
に自動調整することができる。この液体は、又、蒸発器
モジュール１２からその外側管２２の出口４０を通って
加熱器モジュール１４へ流出し、加熱器モジュール１４
において完全に蒸発される。このような厳しい作動条件
下では、蒸発器モジュール１２の外側管２２の外表面に
若干の氷が生じることがあるが、それは、厳しい作動条
件が継続する時間が限られていることからして通常は許
容し得る程度である。
【００３４】
【発明の効果】叙上のように、本発明は、従来の蒸発器
に比べてより均一な、より高い外表面温度で作動する蒸
発器を提供する。本発明は、平均的作動条件に相当する
設計条件下においては着氷しないこと、霧を発生しない
ことを含む多くの利点を提供し、より厳しい作動条件下
においても、従来の蒸発器に比べて蒸発器の外表面の着
氷を減少し、霧の発生を減少することができる。更に、
本発明によれば、それぞれ同じ構成の（同数の蒸発器モ
ジュール又は加熱器モジュールから成る）複数のバンク
を用いる必要がなく、又、不経済な、余分の表面積及び
フロアスペースを必要としないという利点も得られる。
本発明によれば、大抵の使用状況において除氷操作を必
要としない。
に比べてより均一な、より高い外表面温度で作動する蒸
発器を提供する。本発明は、平均的作動条件に相当する
設計条件下においては着氷しないこと、霧を発生しない
ことを含む多くの利点を提供し、より厳しい作動条件下
においても、従来の蒸発器に比べて蒸発器の外表面の着
氷を減少し、霧の発生を減少することができる。更に、
本発明によれば、それぞれ同じ構成の（同数の蒸発器モ
ジュール又は加熱器モジュールから成る）複数のバンク
を用いる必要がなく、又、不経済な、余分の表面積及び
フロアスペースを必要としないという利点も得られる。
本発明によれば、大抵の使用状況において除氷操作を必
要としない。
【００３５】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図１】図１は、本発明の蒸発装置の一実施例の一部断
面による側面図である。
面による側面図である。
【図２】図２は、図１の線２−２に沿ってみた横断面図
である。
である。
【図３】図３は、本発明の蒸発装置の別の一実施例の一
部断面による側面図である。る。
部断面による側面図である。る。
【図４】図４は、図３の線４−４に沿ってみた横断面図
である。
である。
【図５】図５は、図３の線５−５に沿ってみた横断面図
である。
である。
【図６】図６は、図３の線６−６に沿ってみた横断面図
である。
である。
【図７】図７は、図１〜６に示された蒸発器モジュール
と加熱器モジュールの配列を示す概略図である。
と加熱器モジュールの配列を示す概略図である。
１０：蒸発装置 １２：蒸発器モジュール １４：加熱器モジュール １６：内側管 １８：入口端 ２０：排出端 ２２：外側管 ２３：外表面 ２４：フィン付き外表面 ２６：フィン付き内表面 ２８：内周 ３０：外周 ３２：一端 ３４：他端 ３６：環状空間 ３８：長手空間 ４０：出口 ４２：管 ４４：フィン付き外表面 ４６：フィン付き内表面 ４８：入口 ４９：入口 ５０：出口 ５２：出口 ５４：所定長の部分 ５６：大径外周 ６２：放出孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボリス・ペブズナー アメリカ合衆国ニューヨーク州ウィリアム ズビル、スキナーズビル631シー (72)発明者 トマス・デイビッド・ハイ アメリカ合衆国ニューヨーク州グランド・ アイランド、フェアウェイ・レイン249
Claims (21)
- 【請求項１】 周囲大気からの熱による極低温液体の蒸
発を制御するための方法であって、 （ａ）内側管を囲包する外側管を準備し、 （ｂ）該外側管の外表面を周囲大気に露呈させ、 （ｃ）極低温液体を前記内側管内へ通し、 （ｄ）該内側管内において該極低温液体の少くとも一部
分を蒸発させ、 （ｅ）その結果発生した蒸気と残留液体を前記内側管か
ら前記外側管内へ排出させ、 （ｆ）該内側管と外側管の間の環状空間内に前記蒸気の
層を生成させて制御性熱抵抗を創生し、 （ｇ）前記内側管内を通る極低温液体を蒸発させるとと
もに、その結果発生した前記環状空間内の蒸気を加熱す
るように、周囲大気から前記外側管の壁を通し、前記環
状空間内の前記蒸気の層を通し、前記内側管の壁を通し
て該内側管内の極低温液体へ熱を伝達させることから成
る方法。 - 【請求項２】 前記工程（ｇ）における熱伝達速度は、
前記外側管の全長の大部分に亙っての温度勾配を緩やか
にし、かつ、その温度を水の凍結温度より高くするよう
に制御された速度とすることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項３】 前記工程（ｄ）は、前記内側管から排出
された液体と蒸気を、該内側管内を流れる極低温液体に
対して向流関係をなすように前記環状空間内を通して流
し、それによって周囲大気からの熱が該環状空間内を流
れる蒸気を介して該内側管内の極低温液体へ伝達される
ようにすることによって実施されることを特徴とする請
求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記工程（ｄ）は、前記内側管と外側管
の間の前記環状空間を前記内側管から排出された蒸気に
よって占有させ、それによって該外側管の内表面と内側
管の外表面との間に高い熱抵抗を創生することによって
実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記内側管から排出された液体と蒸気
を、前記外側管の全長のうち、該内側管が延長していな
い所定の長さ部分を通して流す工程を含むことを特徴と
する請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 周囲大気によって加熱されることができ
る極低温液体蒸発装置であって、少くとも１基の蒸発器
モジュールから成り、該蒸発器モジュールは、 （ａ）極低温液体を導入するための入口端と、該極低温
液体の蒸発によって発生した蒸気と残留液体を排出する
ための排出端を有する内側管と、 （ｂ）周囲大気に露呈させるための外表面と、前記内側
管の外周より大径の内周を有し、一端を該内側管の入口
端の外周に封着された外側管と、から成り、該外側管
は、前記内側管との間に環状空間を形成し、かつ、内側
管の排出端と外側管の他端との間に長手空間を形成する
ように該内側管を囲包して該内側管の入口端のとこらか
ら内側管の排出端を越えて延長する長さを有しているこ
とを特徴とする極低温液体蒸発装置。 - 【請求項７】 前記外側管の外表面及び、又は内表面
は、フィン付き表面であることを特徴とする請求項６に
記載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項８】 前記内側管の排出端は、前記外側管の他
端近くにまで延長しているが、該他端の手前に終端して
おり、該外側管の他端は、流体流を通さないように閉鎖
されており、該外側管は、その一端近くに流体を通す出
口を有していることを特徴とする請求項６に記載の極低
温液体蒸発装置。 - 【請求項９】 前記外側管の一端は、他端より低い位置
にあることを特徴とする請求項６に記載の極低温液体蒸
発装置。 - 【請求項１０】 一端に流体流を導入するための入口を
有し、他端に流体流を排出するための出口を有する管か
ら成る少くとも１基の加熱器モジュールを含み、該加熱
器モジュールの該入口は、前記蒸発器モジュールの前記
出口に接続されていることを特徴とする請求項８に記載
の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項１１】 前記加熱器モジュールの外表面及び、
又は内表面は、フィン付き表面であることを特徴とする
請求項８に記載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項１２】 前記蒸発器モジュールは、並列に接続
された少なくとも２つの蒸発器モジュールであることを
特徴とする請求項８に記載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項１３】 前記加熱器モジュールは、直列に接続
された複数バンクの加熱器モジュールであり、各バンク
は並列に配置された複数基の加熱器モジュールから成
り、各バンクの並列加熱器モジュールの数は、その先行
バンクの並列加熱器モジュールの数より順次少なくなっ
ていることを特徴とする請求項８に記載の極低温液体蒸
発装置。 - 【請求項１４】 前記内側管の排出端は、前記外側管の
他端の相当に手前に終端しており、該外側管は、他端近
くに流体を通す出口を有していることを特徴とする請求
項６に記載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項１５】 前記内側管は、その入口端の近くに、
該内側管と前記外側管の間の前記空間に通じる少なくと
も１つの放出孔を有していることを特徴とする請求項１
４に記載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項１６】 前記内側管の排出端に隣接した所定長
の一部分は、該内側管の入口端に隣接した所定長の一部
分の外周より大径の外周を有していることを特徴とする
請求項１４に記載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項１７】 前記内側管と前記外側管の間の前記空
間内の少なくとも一部分と、該内側管の全長の少なくと
も一部分の区間内に充実材が充填されていることを特徴
とする請求項１４に記載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項１８】 一端に流体流を導入するための入口を
有し、他端に流体流を排出するための出口を有する管か
ら成る少くとも１基の加熱器モジュールを含み、該加熱
器モジュールの該入口は、前記蒸発器モジュールの前記
出口に接続されていることを特徴とする請求項１４に記
載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項１９】 前記加熱器モジュールの外表面及び、
又は内表面は、フィン付き表面であることを特徴とする
請求項１８に記載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項２０】 前記蒸発器モジュールは、並列に接続
された少なくとも２基の蒸発器モジュールであることを
特徴とする請求項１８に記載の極低温液体蒸発装置。 - 【請求項２１】 前記加熱器モジュールは、直列に接続
された複数バンクの加熱器モジュールであり、各バンク
は並列に配置された複数基の加熱器モジュールから成
り、各バンクの並列加熱器モジュールの数は、その先行
バンクの並列加熱器モジュールの数より順次少なくなっ
ていることを特徴とする請求項１８に記載の極低温液体
蒸発装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/998,081 US5390500A (en) | 1992-12-29 | 1992-12-29 | Cryogenic fluid vaporizer system and process |
| US998081 | 1992-12-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06221499A true JPH06221499A (ja) | 1994-08-09 |
Family
ID=25544721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5349501A Pending JPH06221499A (ja) | 1992-12-29 | 1993-12-28 | 極低温液体蒸発装置及び方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5390500A (ja) |
| EP (1) | EP0604982A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06221499A (ja) |
| KR (1) | KR940013567A (ja) |
| CN (1) | CN1090915A (ja) |
| BR (1) | BR9305264A (ja) |
| CA (1) | CA2112453A1 (ja) |
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