特開 2024-60876 ガスクーラの設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024060876

(43)【公開日】2024-05-07

(54)【発明の名称】ガスクーラの設計方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 13/04 20060101AFI20240425BHJP

   F28D 7/10 20060101ALI20240425BHJP

【ＦＩ】

F28F13/04

F28D7/10 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022168437

(22)【出願日】2022-10-20

(71)【出願人】

【識別番号】310010564

【氏名又は名称】三菱重工コンプレッサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】宮田 寛之

(72)【発明者】

【氏名】横尾 和俊

(72)【発明者】

【氏名】林 政宏

【テーマコード（参考）】

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L103AA22

3L103BB14

3L103CC02

3L103CC21

3L103DD03

3L103DD31

(57)【要約】

【課題】ガスに含まれる水の凝縮による熱交換効率の低下を抑える。
【解決手段】水分を含むガスが送り込まれるシェル本体と、シェル本体内でガスの流路を通過するように配置されて冷却媒体が流通する配管と、を備えたガスクーラの設計方法は、ガスの条件及び冷却媒体の条件に関する情報を取得し、ガスの流れる第一方向に交差する第二方向から見た際での配管を配置する暫定配置条件を設定し、ガスの条件の情報、冷却媒体の条件の情報、及び暫定配置条件に基づいて、配管の外周面でのガスに含まれる水分の凝縮水の付着率と、ガスと冷却媒体との熱交換効率の低下率との関係を取得し、凝縮水の付着率と低下率との関係が予め定めた基準条件を満たしているか否かを判定し、判定した結果、基準条件を満たしていた場合に、暫定配置条件に基づいて、配管の配置を決定する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水分を含むガスが外部から送り込まれる中空のシェル本体と、前記シェル本体内で前記ガスの流路を形成する流路形成部と、前記シェル本体内で前記流路を通過するように配置されて冷却媒体が流通する配管と、を備えたガスクーラの設計方法であって、
前記シェル本体内で前記流路を流通する前記ガスの条件及び前記配管を流通する前記冷却媒体の条件に関する情報を取得するステップと、
前記流路において前記ガスの流れる第一方向に交差する第二方向から見た際での前記配管の暫定配置条件を設定するステップと、
取得された前記ガスの条件の情報、前記冷却媒体の条件の情報、及び設定された前記暫定配置条件に基づいて、前記配管の外周面での前記ガスに含まれる水分の凝縮水の付着率と、前記ガスと前記冷却媒体との熱交換効率の低下率との関係を取得するステップと、
前記凝縮水の付着率と前記低下率との関係が予め定めた基準条件を満たしているか否かを判定するステップと、
前記判定した結果、前記基準条件を満たしていた場合に、前記暫定配置条件に基づいて、前記配管の配置を決定するステップと、を含むガスクーラの設計方法。

【請求項2】

前記凝縮水の付着率と前記低下率との関係は、前記ガスの流速の関数として取得される請求項１に記載のガスクーラの設計方法。

【請求項3】

前記シェル本体は、前記第二方向に延びる軸線を中心として延びる筒状に形成され、
前記暫定配置条件を設定するステップでは、前記暫定配置条件として、前記第二方向から見た際の前記配管の配置及び数を設定する請求項１又は２に記載のガスクーラの設計方法。

【請求項4】

前記配管は、前記第一方向に並ぶ前記配管の本数よりも、前記第一方向及び前記第二方向と交差する第三方向に並ぶ前記配管の本数の方が少ない請求項３に記載のガスクーラの設計方法。

【請求項5】

前記暫定配置条件を設定するステップでは、前記暫定配置条件として、前記第一方向から見た際の前記流路の流路断面積の大きさを設定する請求項３に記載のガスクーラの設計方法。

【請求項6】

前記暫定配置条件を設定するステップでは、前記暫定配置条件として、前記第二方向から見た際の前記流路の流路断面積の大きさを設定する請求項３に記載のガスクーラの設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガスクーラの設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機でガスを圧縮すると、圧縮後のガスの温度が上昇する。多段圧縮機等において、圧縮後のガスを後段の他の圧縮機等に送り込む場合、後段の圧縮機におけるガスの圧縮効率を高めるために、ガスを冷却するガスクーラが用いられることがある。

【0003】

例えば、特許文献１には、円筒状のハウジングと、冷却器としてハウジング内に配置された熱交換器と、を備える構成の冷却器であるガスクーラが開示されている。この構成において、ガスは、ハウジングに形成された流入口からハウジング内に流入する。ガスは、ハウジング内で、ハウジングの軸方向に延びる複数の管の周囲を流れる。管の内部には、冷却媒体（冷却剤）が流れている。ガスは、管を介して冷却媒体と熱交換されることで冷却される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－１３７２１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記したような冷却装置において、ガスに水分が含まれている場合、冷却媒体との熱交換によってガスが冷却された際に、ガスに含まれる水が凝縮する。この凝縮した水は、管の外周面に付着することがある。管の外周面には凝縮した水によって液膜が形成され、ガスと熱交換を行う伝熱面積が減少し、熱交換器におけるガスの熱交換効率の低下に繋がる。

【0006】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、ガスに含まれる水の凝縮による熱交換効率の低下を抑えることが可能なガスクーラの設計方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示に係るガスクーラの設計方法は、水分を含むガスが外部から送り込まれる中空のシェル本体と、前記シェル本体内で前記ガスの流路を形成する流路形成部と、前記シェル本体内で前記流路を通過するように配置されて冷却媒体が流通する配管と、を備えたガスクーラの設計方法であって、前記シェル本体内で前記流路を流通する前記ガスの条件及び前記配管を流通する前記冷却媒体の条件に関する情報を取得するステップと、前記流路において前記ガスの流れる第一方向に交差する第二方向から見た際での前記配管の暫定配置条件を設定するステップと、取得された前記ガスの条件の情報、前記冷却媒体の条件の情報、及び設定された前記暫定配置条件に基づいて、前記配管の外周面での前記ガスに含まれる水分の凝縮水の付着率と、前記ガスと前記冷却媒体との熱交換効率の低下率との関係を取得するステップと、前記凝縮水の付着率と前記低下率との関係が予め定めた基準条件を満たしているか否かを判定するステップと、前記判定した結果、前記基準条件を満たしていた場合に、前記暫定配置条件に基づいて、前記配管の配置を決定するステップと、を含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示のガスクーラの設計方法によれば、ガスに含まれる水の凝縮による熱交換効率の低下を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態に係るガスクーラの設計方法によって設計されたガスクーラを備える圧縮機システムの概略構成を示す図である。

【図2】上記ガスクーラの斜視図である。

【図3】上記ガスクーラを、入口ノズルの部分で軸方向から見た断面図である。

【図4】本開示の実施形態に係るガスクーラの設計方法の手順を示すフローチャートである。

【図5】ガスの流速とガスの熱交換効率の低下量との関係を示す、管群通過流速の関数の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、本開示によるガスクーラの設計方法を実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこの実施形態のみに限定されるものではない。

【0011】

（圧縮機システムの構成）
図１に示すように、本開示によるガスクーラの設計方法によって設計されたガスクーラ１は、圧縮機システム８の一部として配置されている。圧縮機システム８は、直列に接続された複数の圧縮機９と、ガスクーラ１と、を備えている。複数の圧縮機９は、直列に接続されている。本実施形態において、圧縮機９は、例えば二台が配置されている。なお、圧縮機システム８が備える圧縮機９の台数は、一台のみであってもよく、三台以上であってもよい。

【0012】

圧縮機システム８において圧縮対象となるガスＧは、水分を含むガスである。ガスＧは、前段の圧縮機９Ａで圧縮された後、後段の圧縮機９Ｂに送り込まれる。前段の圧縮機９Ａで圧縮されたガスＧは、後段の圧縮機９Ｂでさらに圧縮される。ガスクーラ１は、前段の圧縮機９Ａと、後段の圧縮機９Ｂとの間に配置されている。ガスクーラ１は、前段の圧縮機９Ａに対して出口側に前段接続管１０Ａを介して接続されている。ガスクーラ１は、後段の圧縮機９Ｂに対して入口側に後段接続管１０Ｂを介して接続されている。

【0013】

（ガスクーラの構成）
ガスクーラ１は、前段の圧縮機９Ａで圧縮されたガスＧを冷却する。ガスクーラ１は、圧縮過程でのガスＧを中間的に冷却することによって、後段の圧縮機９Ｂの駆動に必要とされる動力を低減している。本実施形態では、ガスクーラ１で冷却するガスＧは、例えば、水分を含んだ炭酸（ＣＯ_２）ガスである。ガスクーラ１で冷却するガスＧは、炭酸ガスに限られるものではなく、水分を含んでいれば空気や窒素等の他のガスであってもよい。図２及び図３に示すように、本実施形態のガスクーラ１は、シェル２と、冷却器３と、仕切部材５（図２参照）と、を主に備えている。

【0014】

（シェルの構成）
シェル２は、中空構造をなしている。シェル２は、シェル本体２１と、入口ノズル２４と、出口ノズル２５とを備えている。

【0015】

シェル本体２１は、中空に形成されている。シェル本体２１には、水分を含むガスＧが外部から内部に送り込まれる。シェル本体２１は、軸方向Ｄａに延びる軸線Ｏを中心として延びる有底円筒状に形成されている。シェル本体２１は、軸線Ｏを水平方向に一致させるように配置されている。なお、シェル２は、その内部におけるガスＧの偏流を抑えるため、その内径を可能な限り大きくすることが好ましい。

【0016】

シェル本体２１には、入口ノズル２４と、出口ノズル２５とが一体的に接続されている。入口ノズル２４と出口ノズル２５とは、軸線Ｏの延びる軸方向（第二方向）Ｄａに間隔をあけて配置されている。入口ノズル２４は、軸方向Ｄａにおけるシェル本体２１の中心２１ｃに対して、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１に配置されている。出口ノズル２５は、シェル本体２１の中心２１ｃに対して、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２に配置されている。入口ノズル２４及び出口ノズル２５は、水平な状態に配置されたシェル本体２１に対して、鉛直方向（第三方向）Ｄｖまたは鉛直方向から傾斜した方向の上部に配置されている。また、入口ノズル２４及び出口ノズル２５は、シェル本体２１の上部から鉛直方向Ｄｖまたは鉛直方向から傾斜した方向の上方に向かって延びる筒状に形成されている。図３に示すように、入口ノズル２４及び出口ノズル２５の下端は、シェル本体２１の内部と連通するように、シェル本体２１の内周面で開口している。

【0017】

（冷却器の構成）
冷却器３は、シェル本体２１の内部に配置されている。冷却器３は、入口ノズル２４から出口ノズル２５に向かって流れるガスＧを内部に流通させることで、ガスＧを冷却可能とされている。冷却器３は、流路形成部３０と、管群３１と、を備えている。冷却器３は、全体として、軸方向Ｄａに延びる直方体状をなしている。

【0018】

流路形成部３０は、シェル本体２１内の冷却器３において、ガスＧが管群３１の周囲を通過する際の流路３０ｒを形成する。つまり、流路形成部３０は、管群３１が配置されつつ、ガスＧが流通可能な流路３０ｒを形成している。流路形成部３０は、第一板部３２と、第二板部３３と、を備えている。

【0019】

図２及び図３に示すように、第一板部３２は、後述する管群３１に対して、鉛直方向Ｄｖの上方に配置されている。第一板部３２は、管群３１に対して、入口ノズル２４及び出口ノズル２５に対向する位置に配置されている。第一板部３２は、平板状で、鉛直方向Ｄｖに直交する面（水平面）に沿って広がっている。第一板部３２は、軸方向Ｄａに対して直交する鉛直方向Ｄｖから見た際に、長方形状に形成されている。第一板部３２は、管群３１の全体を鉛直方向Ｄｖの上方から覆うように配置されている。

【0020】

軸方向Ｄａに直交する幅方向（第一方向）Ｄｗにおける第一板部３２の第一側Ｄｗ１の端部３２ａは、シェル本体２１との間に間隔をあけて配置されている。幅方向Ｄｗにおける第一板部３２の第二側Ｄｗ２の端部３２ｂは、シェル本体２１との間に間隔をあけて配置されている。

【0021】

第二板部３３は、管群３１を挟んで第一板部３２の反対側に配置されている。つまり、第二板部３３は、管群３１に対して、鉛直方向Ｄｖの下方に配置されている。第二板部３３は、平板状で、鉛直方向Ｄｖに直交する面（水平面）に沿って広がっている。第二板部３３は、鉛直方向Ｄｖから見て長方形状に形成されている。第二板部３３は、管群３１の全体を鉛直方向Ｄｖの下方から覆うように配置されている。

【0022】

幅方向Ｄｗにおける第二板部３３の第一側Ｄｗ１の端部３３ａは、シェル本体２１の内周面に接触している。幅方向Ｄｗにおける第二板部３３の第二側Ｄｗ２の端部３３ｂは、シェル本体２１の内周面との間に間隔をあけて配置されている。

【0023】

流路形成部３０は、第一板部３２と、第二板部３３と、シェル本体２１における軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１の第一シェル端部２１１と、シェル本体２１における軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２の第二シェル端部２１２と、に囲まれた領域に、ガスＧが管群３１を通過する際の流路３０ｒを形成する。流路３０ｒは、シェル本体２１の内部での、軸方向Ｄａに長い直方体状の領域（空間）である。流路３０ｒは、シェル本体２１の内部で幅方向Ｄｗの第一側Ｄｗ１と第二側Ｄｗ２と連通している。流路３０ｒは、軸方向Ｄａから見た際に、幅方向Ｄｗに長い矩形状に形成されている（図３において、二点鎖線で囲まれた部分）。

【0024】

管群３１は、流路形成部３０によって形成される流路３０ｒを通過するように配置されている。管群３１は、複数の配管３５を備えている。

【0025】

各配管３５は、シェル本体２１内で軸方向Ｄａに延びている。複数の配管３５は、鉛直方向Ｄｖと、幅方向Ｄｗとにそれぞれ間隔をあけて配置されている。複数の配管３５は、幅方向Ｄｗで互いに隣り合う配管３５同士で、鉛直方向Ｄｖにおける設置高さが互いに同じになるように配置されている。つまり、複数の配管３５は、軸方向Ｄａから見た際に、最も近い四つの配管３５が四角形の頂点に位置されるように配置されている。

【0026】

配管３５は、シェル本体２１内において、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２の第二シェル端部２１２に近接する位置で、Ｕ字状に折り返されている。各配管３５の管径は、例えば直径３０ｍｍ以下とされている。各配管３５内には、冷却媒体として、例えば水が供給される。各配管３５内において、冷却媒体である水は、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から第二側Ｄａ２に向かって流れ、配管３５がＵ字状に折り返された部分で流れ方向が変更され、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２から第一側Ｄａ１に向かって流れていく。

【0027】

なお、以下の説明において、配管３５は、第二シェル端部２１２に近接する位置でＵ字状に折り返された部分を挟んで、一方の側の配管３５と他方の側の配管３５とを、別々の一本の配管３５として説明する。また、配管３５は、Ｕ字状に折り返えされた構造であることに限定されるものではない。配管３５は、シェル本体２１を軸方向Ｄａで貫通するまっすぐな配管であってもよい。つまり、配管３５は、シェル本体２１を軸方向Ｄａで貫通するまっすぐな配管であってもよく、中間ヘッダーで折り返す構造でもよい。

【0028】

冷却器３において、ガスＧは、鉛直方向Ｄｖの上下に配置された第一板部３２と第二板部３３との間の流路３０ｒを通り抜けることで、配管３５に接触する。ここで、ガスＧは、第一板部３２と第二板部３３との間を、幅方向Ｄｗに流れる。つまり、幅方向Ｄｗは、冷却器３においてガスＧの流れる流れ方向（第一方向）Ｄｆと一致している。本実施形態の説明において、幅方向Ｄｗにおいて、管群３１に対して冷却器３にガスＧが流れ込む側を第一側Ｄｗ１と称し、管群３１に対して冷却器３からガスＧが流れ出る側を第二側Ｄｗ２と称する。したがって、流れ方向Ｄｆは、幅方向Ｄｗにおいて第一側Ｄｗ１から第二側Ｄｗ２に向かう方向である。また、本実施形態において、流れ、方向Ｄｆと直交（交差）する第二方向は、軸方向Ｄａである。さらに、本実施形態において、流れ方向Ｄｆ（幅方向Ｄｗ）及び軸方向Ｄａに直交（交差）する第三方向は、鉛直方向Ｄｖである。

【0029】

（仕切部材の構成）
図２に示すように、仕切部材５は、第一板部３２に固定されている。仕切部材５は、シェル本体２１において、入口ノズル２４に近い第一シェル端部２１１から、出口ノズル２５に近い第二シェル端部２１２に向かうように、第一板部３２上で延びている。仕切部材５は、冷却器３とシェル本体２１との間の空間部２Ｓを仕切っている。具体的には、仕切部材５は、入口ノズル２４に連通する第一空間２１Ｓと、出口ノズル２５に連通する第二空間２２Ｓとに空間部２Ｓを仕切っている。仕切部材５は、主仕切板５１と、第一案内部５２と、第二案内部５３と、を一体に備えている。

【0030】

主仕切板５１は、軸方向Ｄａにおいて、入口ノズル２４と出口ノズル２５との間に配置されている。主仕切板５１は、第一板部３２から鉛直方向Ｄｖの上方に向かって延びている。主仕切板５１は、平板状に形成されている。主仕切板５１は、軸線Ｏに交差する方向に広がるように第一板部３２からシェル本体２１まで延びている。つまり、主仕切板５１は、第一板部３２とシェル本体２１と間を、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１と第二側Ｄａ２とに仕切るように配置されている。

【0031】

第一案内部５２は、主仕切板５１に対して、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１に配置されている。第一案内部５２は、主仕切板５１の幅方向Ｄｗにおける第二側Ｄｗ２の端部５１ａから、軸方向Ｄａで第一側Ｄａ１に延びている。第一案内部５２は、第一板部３２から鉛直方向Ｄｖの上方に向かうにしたがって、幅方向Ｄｗの第二側Ｄｗ２に向かうように傾斜して延びている。第一案内部５２の先端部は、シェル本体２１に接触している。第一案内部５２は、主仕切板５１と同程度の板厚の平板状に形成されている。

【0032】

第二案内部５３は、主仕切板５１に対して、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２に配置されている。第二案内部５３は、主仕切板５１の幅方向Ｄｗにおける第一側Ｄｗ１の端部５１ｂから、軸方向Ｄａで第二側Ｄａ２に延びている。第二案内部５３は、第一板部３２から鉛直方向Ｄｖの上方に向かうにしたがって、幅方向Ｄｗの第一側Ｄｗ１に向かうように傾斜して延びている。第二案内部５３の先端部は、シェル本体２１に接触している。第二案内部５３は、主仕切板５１と同程度の板厚の平板状に形成されている。

【0033】

（シェル内における流体の流れの説明）
図３に示すように、仕切部材５が設けられることで、入口ノズル２４からシェル本体２１内に流入したガスＧは、第一空間２１Ｓに流れ込む。第一空間２１Ｓに流れ込んだガスＧは、第一板部３２に衝突し、主仕切板５１に対して軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１で、第一板部３２の上面に沿って広がる。同時に、ガスＧは、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２でも、第一板部３２の上面に沿って広がる。このガスＧは、第一案内部５２によって、幅方向Ｄｗの第一側Ｄｗ１に案内されて第一板部３２とシェル本体２１との隙間を通り、第一板部３２の端部３２ａを回り込むようにして、冷却器３に対して幅方向Ｄｗの第一側Ｄｗ１に流れ込む。さらに、ガスＧは、第一板部３２と第二板部３３との間の流路３０ｒに流入し、管群３１の隙間を通って、幅方向Ｄｗの第一側Ｄｗ１から第二側Ｄｗ２に流れていく。

【0034】

流路３０ｒ（管群３１）を幅方向Ｄｗの第一側Ｄｗ１から第二側Ｄｗ２に通り抜けたガスＧは、冷却器３に対して、幅方向Ｄｗの第二側Ｄｗ２に流出する。流出したガスＧは、シェル本体２１の内周面に沿って上方に流れ、第一板部３２の端部３２ｂを回り込むようにして、第一板部３２とシェル本体２１との隙間を流入する。その後、ガスＧは、主仕切板５１に対して軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２で、第二案内部５３によって案内されて、出口ノズル２５からシェル本体２１の外部に流出する。

【0035】

（ガスクーラの設計方法の手順）
次に、上記したようなガスクーラ１の設計方法Ｓ１０について説明する。図４に示すように、本開示の実施形態に係るガスクーラ１の設計方法Ｓ１０は、要求仕様を設定するステップＳ１１と、暫定配置条件を設定するステップＳ１２と、冷却媒体の流量を設定するステップＳ１３と、ガスＧと冷却媒体との熱交換に関する数値を算出するステップＳ１４と、冷却媒体出口温度を確認するステップＳ１５と、ガス出口温度を確認するステップＳ１６と、ガス圧力損失を確認するステップＳ１７と、凝縮水の付着率（凝縮水の単位面積当たりの付着率）と熱交換効率の低下率との関係を取得するステップＳ１８と、ガスクーラ１における熱交換熱量を確認するステップＳ１９と、ガスクーラ１の仕様を決定するステップＳ２０と、シェル本体２１のシェル径を確認するステップＳ２１と、を含む。

【0036】

要求仕様を設定するステップＳ１１では、ガスクーラ１の要求仕様を設定する。具体的には、ステップＳ１１では、ガスクーラ１の要求仕様として、シェル本体２１内で流路３０ｒを流通するガスＧの条件と、配管３５を流通する冷却媒体の条件とを、圧縮機システム８の基本仕様に基づいて設定する。つまり、ガスＧの条件と、配管３５を流通する冷却媒体の条件とを、圧縮機システム８においてガスクーラ１に要求されるガスＧの条件及び冷却媒体の条件の要求値が設定される。ここで、ガスＧの条件としては、例えば、入口ノズル２４からシェル本体２１内に送り込まれるガスＧの流量、入口ノズル２４におけるガスＧの入口温度及び入口圧力、出口ノズル２５におけるガスＧの出口温度及び出口圧力、ガスＧの入口から出口までで生じる圧力損失、ガスＧの絶対湿度（ガスＧの成分）が挙げられる。また、冷却媒体の条件としては、例えば、配管３５の入口における冷却媒体の入口温度、配管３５の出口における冷却媒体の出口温度が挙げられる。

【0037】

暫定配置条件を設定するステップＳ１２では、流路３０ｒにおいて、軸方向Ｄａから見た際での複数の配管３５の暫定配置条件を設定する。ステップＳ１２では、暫定配置条件として、軸方向Ｄａから見た際の複数の配管３５の配置及び数を設定する。さらに、ステップＳ１２では、暫定配置条件として、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積の大きさを設定する。加えて、ステップＳ１２では、暫定配置条件として、軸方向Ｄａから見た際の流路３０ｒの流路断面積の大きさを設定する。

【0038】

具体的に、本実施形態のステップＳ１２では、第一に、管群３１を構成する複数の配管３５の軸方向Ｄａの長さ寸法Ｌ１（図２参照）を、暫定配置条件の一つとして仮設定する。ここで、配管３５の軸方向Ｄａの長さ寸法Ｌ１は、例えば、シェル本体２１の第一シェル端部２１１と第二シェル端部２１２との間における配管３５の長さである。さらに、ステップＳ１２では、第二に、軸方向Ｄａから見た際の配管３５の配置及び数を、暫定配置条件の一つとして仮設定する。より具体的には、管群３１を構成する複数の配管３５の配置及び数として、図３に示すように、鉛直方向Ｄｖに並ぶ配管３５の列数と、幅方向Ｄｗに並ぶ配管３５の段数とを仮設定する。仮設定した配管３５の列数と段数とを積算したものが、軸方向Ｄａから見た際の配管３５の数となる。ここで、管群３１において、配管３５は、Ｕ字状に折り返されていることから、配管３５の数は、偶数となるようにすることが好ましい。

【0039】

このように、ステップＳ１２で複数の配管３５の軸方向Ｄａの長さ寸法Ｌ１を仮設定することにより、シェル本体２１の軸方向Ｄａの長さ寸法Ｌ２が設定される。シェル本体２１の軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２の第二シェル端部２１２は、配管３５がＵ字状に折り返される部分に、所定寸法の隙間をあけて配置されることから、長さ寸法Ｌ２は、長さ寸法Ｌ１に、この隙間を加えたものとなる。

【0040】

また、ステップＳ１２で仮設定した配管３５の鉛直方向Ｄｖにおける列数に応じて、第一板部３２と第二板部３３との鉛直方向Ｄｖにおける間隔、すなわち、流路３０ｒの高さ寸法Ｈが設定される（図３参照）。第一板部３２は、管群３１の鉛直方向Ｄｖにおける最上列の配管３５との間に、所定の間隔をあけて配置される（間隔が０の場合を含む）。第二板部３３は、管群３１の鉛直方向Ｄｖにおける最下列の配管３５との間に、所定の間隔をあけて配置される（間隔が０の場合を含む）。このようにして、複数の配管３５の軸方向Ｄａの長さ寸法Ｌ１と、配管３５の鉛直方向Ｄｖにおける列数と、を仮設定することにより、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積の大きさが、実質的に設定される。

【0041】

また、ステップＳ１２で仮設定した幅方向Ｄｗにおける段数に応じて、第一板部３２の幅方向Ｄｗにおける幅寸法、すなわち流路３０ｒの幅寸法Ｗが設定される。この幅寸法Ｗは、幅方向Ｄｗに仮設定した段数で配置される複数の配管３５の管径と、予め設定された配管３５同士の間隔とに基づいて設定される。

【0042】

このようにして、管群３１が通過する流路３０ｒの幅寸法Ｗと、鉛直方向Ｄｖでの流路３０ｒの高さ寸法Ｈとを設定することにより、軸方向Ｄａから見た際の流路３０ｒの流路断面積の大きさが、実質的に設定される。

【0043】

ここで、上述したような暫定配置条件は、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が高まるように設定されることが好ましい。ガスＧの流速が高まるほど、ガスＧに含まれる水分が凝縮した際に、凝縮した水が配管３５の外周面に付着し続けにくくなるためである。具体的には、断面が真円状のシェル本体２１内に管群３１を配置する場合、複数の配管３５は、シェル本体２１の軸線Ｏを中心として、鉛直方向Ｄｖにおける列数と、幅方向Ｄｗにおける段数とを同等レベルとすることが一般的である。この場合、軸方向Ｄａから見た際の、管群３１が通過する流路３０ｒの高さ寸法Ｈと、流路３０ｒの幅寸法Ｗとの比（Ｈ／Ｗ）は、約１となる。これに対し、本実施形態のステップＳ１２では、幅方向Ｄｗに並ぶ配管３５の本数（段数）よりも、鉛直方向Ｄｖに並ぶ配管３５の本数（列数）の方が少なくなるようにする。これにより、軸方向Ｄａから見た際の、管群３１が通過する流路３０ｒの高さ寸法Ｈと、流路３０ｒの幅寸法Ｗとの比（Ｈ／Ｗ）は、１未満となる。流路３０ｒの高さ寸法Ｈと、流路３０ｒの幅寸法Ｗとの比（Ｈ／Ｗ）は、例えば、０．７以下とするのが好ましい。このようにして、流路３０ｒの流路３０ｒの高さ寸法Ｈを、幅寸法Ｗに対して相対的に小さくすることで、比（Ｈ／Ｗ）を約１とする一般的な場合に比較し、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積が小さくなり、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が高まる。

【0044】

また、ステップＳ１２では、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が高まるように、管群３１を構成する複数の配管３５の軸方向Ｄａの長さ寸法Ｌ１を短くしてもよい。これに応じて、シェル本体２１の軸方向Ｄａにおける長さ寸法Ｌ２が短くなることによって、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積が小さくなり、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が高まる。

【0045】

冷却媒体の流量を設定するステップＳ１３では、複数の配管３５の全体に流通させる冷却媒体の流量を設定する。冷却媒体の流量は、配管３５の配置や数に基づいて推定される冷却媒体の出口温度が要求値を満たすように仮設定される。

【0046】

ガスＧと冷却媒体との熱交換に関する数値を算出するステップＳ１４では、流路３０ｒを流れるガスＧと、複数の配管３５を流れる冷却媒体との間の熱交換を行う際の、ガスＧ及び冷却媒体に関する数値を算出する。ステップＳ１４では、流路３０ｒを流れるガスＧと、複数の配管３５を流れる冷却媒体との間で伝熱計算を行う。具体的には、ステップＳ１４では、流路３０ｒを流れるガスＧと、複数の配管３５を流れる冷却媒体との間の熱交換時における、熱交換熱量を算出する。さらに、算出された熱交換熱量に基づいて、ガスＧの入口温度に対する温度低下量、すなわちガスＧの出口温度を算出する。また、算出された熱交換熱量に基づいて、冷却媒体の入口温度に対する温度上昇量、すなわち冷却媒体の出口温度を算出する。また、複数の配管３５の本数や管径等に基づいて、流路３０ｒ内で複数の配管３５の隙間を通過する際のガスＧの圧力損失を算出する。

【0047】

冷却媒体出口温度を確認するステップＳ１５では、ステップＳ１４で算出された冷却媒体の出口温度が、ステップＳ１１で予め設定された冷却媒体の出口温度の要求値（許容温度）より低いか否かを確認する。その結果、算出された冷却媒体の出口温度が、許容温度を超えている場合（ステップＳ１５でＮｏ）、ステップＳ１３に戻り、冷却媒体の流量を再度仮設定する。具体的には、冷却媒体の出口温度が、許容温度を超えている場合、冷却媒体の流量を増加した値に再度仮設定する。また、ステップＳ１５において、冷却媒体の出口温度が、許容温度以下であった場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）、設定されていた冷却媒体の流量に決定され、ステップＳ１６が実施される。

【0048】

ガス出口温度を確認するステップＳ１６では、ステップＳ１４で算出されたガスＧの出口温度が、ステップＳ１１で予め設定されたガスＧの出口温度の要求値（要求温度）より低いか否かを確認する。その結果、算出されたガスＧの出口温度が、要求温度を超えている場合（ステップＳ１６でＮｏ）、ステップＳ１２に戻り、流路３０ｒでのガスＧと配管３５との接触面積を増やすように暫定配置条件を再度仮設定する。本実施形態では、例えば、暫定配置条件の一つである配管３５の数を増やすように再度仮設定する。具体的には、ガスＧの出口温度が、要求温度を超えている場合、配管３５の列数及び段数を増やすように仮設定する。また、ステップＳ１６において、ガスＧの出口温度が、要求温度以下であった場合（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ステップＳ１７に進む。

【0049】

ガス圧力損失を確認するステップＳ１７では、ステップＳ１４で算出されたガスＧの圧力損失が、ステップＳ１１で予め設定されたガスＧの圧力損失の要求値（要求圧力損失）より高いか否かを確認する。その結果、ガスＧの圧力損失が、要求圧力損失以上である場合（ステップＳ１７でＮｏ）、ステップＳ１２に戻り、流路３０ｒでのガスＧの流速を低下させるように暫定配置条件を再度仮設定する。本実施形態では、例えば、暫定配置条件の一つである配管３５の数を調整し再度仮設定する。具体的には、ガスＧの圧力損失が、要求圧力損失を超えている場合、配管３５の列数を増やしたり、段数を減らしたり、配置を変更したりして、流路３０ｒでのガスＧの流れによる圧損を低下させるように仮設定する。また、ステップＳ１７において、ガスＧの圧力損失が、要求圧力損失以下であった場合（ステップＳ１７でＹｅｓ）、設定されていた配管３５の列数及び段数や配置に決定され、ステップＳ１８に進む。

【0050】

また、凝縮水の付着率と熱交換効率の低下率との関係を取得するステップＳ１８では、配管３５の外周面でのガスＧに含まれる水分の凝縮水の付着率と、ガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下率との関係を取得する。本実施形態の凝縮水の付着率と熱交換効率の低下率との関係は、ガスの流速の関数として取得される。

【0051】

ここで、凝縮水の付着率とは、配管３５の外周面への凝縮水の単位面積当たりの付着率である。この凝縮水の発生率は、後述する管群通過流速と相関関係がある。具体的には、流路３０ｒにおいてガスＧが管群３１を通過する際の流速（管群通過流速）が高まるほど、配管３５の外周面でのガスＧに含まれる水分の凝縮水の付着率が低くなる。また、凝縮水は、ガスＧに含まれる水分が、冷却媒体との熱交換によって凝縮することで生じる。さらに、熱交換効率の低下率とは、凝縮水が配管３５への付着していない状態を基準とし、凝縮水が配管３５の外周面に液膜として付着した場合に生じるガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下する割合である。熱交換効率の低下率は、凝縮水の付着率が低下することで低下し、凝縮水の付着率が増加することで増加する。つまり、凝縮水の配管３５への付着が生じなければ、ガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下率は０（ゼロ）となる。

【0052】

具体的には、ステップＳ１８では、まず、流路３０ｒにおいて複数の配管３５の周囲を通過する際のガスＧの流速である管群通過流速を算出する。ガスＧの管群通過流速は、ステップＳ１１で設定（取得）されたガスＧの条件の情報、冷却媒体の条件の情報、及び、ステップＳ１２で仮設定された後に、ステップＳ１３～Ｓ１７を経て定められた暫定配置条件に基づいて算出される。算出した管群通過流速の関数Ｆとして、図５に示すように、管群通過流速と、熱交換効率の低下量との関係が取得される。図５では、管群通過流速が大きくなるほど、熱交換効率の低下量が低くなっている。また、関数Ｆとしては、例えば、管群通過流速と水の表面張力の関係から得られるウェーバー数（Ｗｅ数）を用いた関数がある。また、管群通過流速、管群直径、動粘性係数の関係から得られるレイノルズ数(Re数)がある。上述したように関数Ｆが、凝縮水の付着率と熱交換効率の低下率との関係を示す関数として取得される。

【0053】

ステップＳ１８では、このような関数Ｆに基づき、凝縮水の付着率に対応する管群通過流速から、ガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下量が算出される。この熱交換効率の低下量に基づいて、熱交換効率の低下率が算出される。このようにして、配管３５の外周面でのガスＧに含まれる水分の凝縮水の付着率と、ガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下量との関係が、ガスＧの流速である管群通過流速と、熱交換効率の低下量の関係として取得される。

【0054】

ガスクーラ１における熱交換熱量を確認するステップＳ１９では、凝縮水の付着率と熱交換効率の低下率との関係が予め定めた基準条件を満たしているか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１９では、まず、ステップＳ１８で算出されたガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下量に基づいて、ガスクーラ１における熱交換熱量を算出する。その後、算出したガスクーラ１における熱交換熱量が、予め設定された熱交換熱量の目標値を満たしているか否かを確認する。具体的には、熱交換量の目標値とは、例えば、ガスクーラ１において熱交換量が目標に対して尤度を有することである。ガスクーラ１における熱交換熱量が、目標値を満たしていない場合（ステップＳ１９でＮｏ）、ステップＳ１２に戻り、暫定配置条件（配管３５の長さ寸法Ｌ１、配管３５の列数、段数）を再度仮設定し、ステップＳ１３以下の処理を繰り返す。また、ガスクーラ１における熱交換熱量が、目標値を満たしていた場合（ステップＳ１９でＹｅｓ）、ステップＳ２０に進む。

【0055】

ガスクーラ１の仕様を決定するステップＳ２０では、ステップＳ１９で判定した結果、基準条件を満たしていた場合に、設定していた暫定配置条件に基づいて、配管３５の配置を決定する。本実施形態のステップＳ２０では、ステップＳ１９において、ガスクーラ１における熱交換熱量が目標値を満たした場合に、ステップＳ１２で仮設定した暫定配置条件、及びステップＳ１３で仮設定した冷却媒体の流量に基づいて、ガスクーラ１の仕様が決定される。ここで決定するガスクーラ１の仕様とは、例えば、配管３５の仕様及びシェル本体２１の仕様である。配管３５の仕様として、配管３５の軸方向Ｄａの長さ寸法Ｌ１、配管３５の配置、配管３５の本数（鉛直方向Ｄｖに並ぶ配管３５の列数及び幅方向Ｄｗに並ぶ配管３５の段数）、流路３０ｒの幅寸法Ｗ、高さ寸法Ｈ、冷却媒体の流量が決定される。

【0056】

また、シェル本体２１の仕様として、シェル本体２１のシェル径が決定される。シェル本体２１のシェル径は、決定された配管３５の列数及び段数から決まる冷却器３の幅方向Ｄｗ及び鉛直方向Ｄｖの大きさに基づいて、予め規定されている複数のサイズのシェル本体２１の標準寸法の中から選定される。

【0057】

シェル本体２１のシェル径を確認するステップＳ２１では、ステップＳ２０で決定されたシェル本体２１のシェル径が、予め設定された許容シェル径未満であるか否かを確認する。その結果、シェル本体２１のシェル径が、許容シェル径以上である場合（ステップＳ２１でＮｏ）、ステップＳ１２に戻り、暫定配置条件として、配管３５の列数及び段数を仮設定し、ステップＳ１３以下の処理を繰り返す。一方、シェル本体２１のシェル径が、許容シェル径未満であった場合（ステップＳ２１でＹｅｓ）、ステップＳ２０で決定したガスクーラ１の仕様を、最終的なガスクーラ１の仕様として、そのまま決定する。これにより、ガスクーラ１の設計が完了する。

【0058】

（作用効果）
上記構成のガスクーラ１の設計方法Ｓ１０では、流路３０ｒにおいて軸方向Ｄａから見た際での配管３５の暫定配置条件が設定される。また、ガスＧの条件の情報、冷却媒体の条件の情報、及び設定された暫定配置条件に基づいて、配管３５の外周面でのガスＧに含まれる水分の凝縮水の付着率と、ガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下率との関係が取得される。さらに、取得した凝縮水の付着率と低下率との関係が基準条件を満たしている場合に、暫定配置条件に基づいて、配管３５の配置を決定する。

【0059】

これにより、ガスＧに含まれる水分の凝縮による熱交換効率の低下を考慮した位置に、配管３５を配置することができる。ガスクーラ１では、配管３５の周囲を流通するガスＧに水分が含まれている場合、配管３５を流通する冷却媒体とガスＧと熱交換によって、水分が凝縮する。凝縮した水分は液滴となって配管３５の外周面に付着する。液滴が配管３５の外周面に付着した状態では、ガスＧと配管３５の外周面との接触面積が減少してしまい、冷却媒体とガスＧとが熱交換する際の伝熱面積が減少する。そのため、凝縮水の付着率が上昇して、液滴が配管３５の外周面に付着し続けるほど、熱交換効率が低下してしまう。しかしながら、本実施形態では、凝縮水の付着率と低下率との関係を取得したうえで、予め定めた基準条件を満たしているか否かを判定している。その結果、水分の凝縮による熱交換効率の低下を考慮して配管３５の配置が決定されている。これにより、ガスＧの流路３０ｒにおいて、配管３５を流通する冷却媒体とガスＧとが熱交換した際に、凝縮によって生じた液滴が、配管３５の外周面に付着し続けることが抑えられる。その結果、ガスＧに含まれる水の凝縮による熱交換効率の低下を抑えることが可能なガスクーラ１を設計することができる。

【0060】

また、ステップ１８において、凝縮水の付着率と熱交換効率の低下率との関係は、凝縮水の付着率に対応するガスＧの管群通過流速の関数Ｆとして取得される。具体的には、関数Ｆに基づき、管群通過流速に対応する熱交換効率の低下量が算出される。この熱交換効率の低下量に基づいて、熱交換効率の低下率が算出される。このようにして、配管３５の外周面でのガスＧに含まれる水分の凝縮水の付着率と、ガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下量との関係が、ガスＧの流速である管群通過流速と熱交換効率の低下量との関係として取得される。このように、凝縮水の付着率と、ガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下率との関係を、ガスＧの流速の関数として把握することができる。ガスＧの流速の把握は、実際に測定したり、計算したりすることによって容易に可能となっている。つまり、凝縮水の付着率を直接把握するよりも容易となっている。これにより、凝縮水の付着率と熱交換効率の低下率との関係を容易に取得することができる。

【0061】

また、ステップＳ１２において、暫定配置条件として、軸方向Ｄａから見た際の配管３５の配置及び数が設定される。これにより、シェル本体２１内部で流路３０ｒを幅方向Ｄｗに流れるガスＧに対し、軸方向Ｄａから見た際の配管３５の配置及び数を、ガスＧに含まれる水分により凝縮水の付着率（配管３５の外周面への凝縮水の単位面積当たりの付着率）を抑えるように、適切に設定できる。

【0062】

また、ステップＳ１２において、幅方向Ｄｗに並ぶ配管３５の本数（段数）よりも、鉛直方向Ｄｖに並ぶ配管３５の本数（列数）の方が少なくなるように、配管３５を配置する。これにより、幅方向Ｄｗ及び鉛直方向Ｄｖに同数の配管３５を配置した場合に比べて、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積が小さくなる。その結果、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が増加する。そのため、水分が凝縮して配管３５の外周面に液滴として付着しても、ガスＧによって弾き飛ばしやすくなる。したがって、凝縮によって生じた液滴が配管３５の外周面に付着し続けることを抑えることができる。これにより、ガスＧに含まれる水の凝縮による熱交換効率の低下をより抑えることが可能なガスクーラ１を設計することができる。

【0063】

また、ステップＳ１２において、暫定配置条件として、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積が設定される。つまり、配管３５の軸方向Ｄａの長さ寸法Ｌ１及び流路３０ｒの幅寸法Ｗが設定される。したがって、配管３５の配置だけでなく、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積が直接設定される。そのため、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が高くなるように、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積を高い精度で設定することができる。したがって、水分の凝縮による熱交換効率の低下を抑えることが可能なガスクーラ１を高い精度で設計することができる。

【0064】

また、ステップＳ１２では、暫定配置条件として、軸方向Ｄａから見た際の流路３０ｒの流路断面積が設定される。つまり、流路３０ｒの幅寸法Ｗ及び高さ寸法Ｈが設定される。したがって、配管３５の配置だけでなく、軸方向Ｄａから見た際の流路３０ｒの流路断面積が直接設定される。そのため、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が高くなるように、軸方向Ｄａから見た際の流路３０ｒの流路断面積を高い精度で設定することができる。したがって、水分の凝縮による熱交換効率の低下を抑えることが可能なガスクーラ１を高い精度で設計することができる。また、軸方向Ｄａから見た際の流路３０ｒの流路断面積を設定することで、軸方向Ｄａから見た際のシェル本体２１の断面積の大きさもおおよそ設定することが可能となる。したがって、ステップＳ２１で、シェル本体２１を選定する際に、標準寸法に近いシェル本体２１を選択しやすくすることができる。

【0065】

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【0066】

なお、ガスクーラ１の構成は上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、シェル２、冷却器３、仕切部材５の以外の構造を有していてもよい。また、シェル２、仕切部材５、第一板部３２、第二板部３３は、上記実施形態以外の構造であってもよい。

【0067】

また、管群３１を構成する複数の配管３５の配置は上記実施形態の配置に限定されるものではない。例えば、複数の配管３５は本実施形態のようにグリッド状に配置されることに限定されるものではなく、千鳥状に配置されていてもよい。

【0068】

＜付記＞
実施形態に記載のガスクーラ１の設計方法Ｓ１０は、例えば以下のように把握される。

【0069】

（１）第１の態様に係るガスクーラ１の設計方法Ｓ１０は、水分を含むガスＧが外部から送り込まれる中空のシェル本体２１と、前記シェル本体２１内で前記ガスＧの流路３０ｒを形成する流路形成部３０と、前記シェル本体２１内で前記流路３０ｒを通過するように配置されて冷却媒体が流通する配管３５と、を備えたガスクーラ１の設計方法Ｓ１０であって、前記シェル本体２１内で前記流路３０ｒを流通する前記ガスＧの条件及び前記配管３５を流通する前記冷却媒体の条件に関する情報を取得するステップＳ１１と、前記流路３０ｒにおいて前記ガスＧの流れる第一方向Ｄｗに交差する第二方向Ｄａから見た際での前記配管３５の暫定配置条件を設定するステップＳ１２と、取得された前記ガスＧの条件の情報、前記冷却媒体の条件の情報、及び設定された前記暫定配置条件に基づいて、前記配管３５の外周面での前記ガスＧに含まれる水分の凝縮水の付着率と、前記ガスＧと前記冷却媒体との熱交換効率の低下率との関係を取得するステップＳ１８と、前記凝縮水の付着率と前記低下率との関係が予め定めた基準条件を満たしているか否かを判定するステップＳ１９と、前記判定した結果、前記基準条件を満たしていた場合に、前記暫定配置条件に基づいて、前記配管３５の配置を決定するステップＳ２０と、を含む。

【0070】

ガスＧの条件の例としては、入口ノズル２４からシェル本体２１内に送り込まれるガスＧの流量、入口ノズル２４におけるガスＧの入口温度及び入口圧力、出口ノズル２５におけるガスＧの出口温度及び出口圧力、ガスＧの入口から出口までで生じる圧力損失、ガスＧの絶対湿度（ガスＧの成分）が挙げられる。冷却媒体の条件の例としては、配管３５の入口における冷却媒体の入口温度、配管３５の出口における冷却媒体の出口温度が挙げられる。

【0071】

これにより、ガスＧに含まれる水分の凝縮による熱交換効率の低下を考慮した位置に、配管３５を配置することができる。ガスクーラ１では、配管３５の周囲を流通するガスＧに水分が含まれている場合、配管３５を流通する冷却媒体とガスＧと熱交換によって、水分が凝縮する。凝縮した水分は液滴となって配管３５の外周面に付着する。液滴が配管３５の外周面に付着した状態では、ガスＧと配管３５の外周面との接触面積が減少してしまい、冷却媒体とガスＧとが熱交換する際の伝熱面積が減少する。そのため、凝縮水の付着率が上昇して、液滴が配管３５の外周面に付着し続けるほど、熱交換効率が低下してしまう。しかしながら、本実施形態では、凝縮水の付着率と低下率との関係を取得したうえで、予め定めた基準条件を満たしているか否かを判定している。その結果、水分の凝縮による熱交換効率の低下を考慮して配管３５の配置が決定されている。これにより、ガスＧの流路３０ｒにおいて、配管３５を流通する冷却媒体とガスＧとが熱交換した際に、凝縮によって生じた液滴が、配管３５の外周面に付着し続けることが抑えられる。その結果、ガスＧに含まれる水の凝縮による熱交換効率の低下を抑えることが可能なガスクーラ１を設計することができる。

【0072】

（２）第２の態様に係るガスクーラ１の設計方法Ｓ１０は、（１）のガスクーラ１の設計方法Ｓ１０であって、前記凝縮水の付着率と前記低下率との関係は、前記ガスＧの流速の関数として取得される。

【0073】

これにより、配管３５の外周面でのガスＧに含まれる水分の凝縮水の付着率と、ガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下量との関係が、ガスＧの流速と熱交換効率の低下量との関係として取得される。このように、凝縮水の付着率と、ガスＧと冷却媒体との熱交換効率の低下率との関係を、ガスＧの流速の関数として把握することができる。ガスＧの流速の把握は、実際に測定したり、計算したりすることによって容易に可能となっている。つまり、凝縮水の付着率を直接把握するよりも容易となっている。これにより、凝縮水の付着率と熱交換効率の低下率との関係を容易に取得することができる。

【0074】

（３）第３の態様に係るガスクーラ１の設計方法Ｓ１０は、（１）又は（２）のガスクーラ１の設計方法Ｓ１０であって、前記シェル本体２１は、前記第二方向Ｄａに延びる軸線Ｏを中心として延びる筒状に形成され、前記暫定配置条件を設定するステップＳ１２では、前記暫定配置条件として、前記第二方向Ｄａから見た際の前記配管３５の配置及び数を設定する。

【0075】

これにより、シェル本体２１内部で流路３０ｒを幅方向Ｄｗに流れるガスＧに対し、第二方向Ｄａから見た際の配管３５の配置及び数を、ガスＧに含まれる水分による、凝縮水の付着率（配管３５の外周面への凝縮水の単位面積当たりの付着率）を抑えるよう、適切に設定できる。

【0076】

（４）第４の態様に係るガスクーラ１の設計方法Ｓ１０は、（３）のガスクーラ１の設計方法Ｓ１０であって、前記配管３５は、前記第一方向Ｄｗに並ぶ前記配管３５の本数よりも、前記第一方向Ｄｗ及び前記第二方向Ｄａと交差する第三方向Ｄｖに並ぶ前記配管３５の本数の方が少ない。

【0077】

これにより、第一方向Ｄｗ及び第三方向Ｄｖに同数の配管３５を配置した場合に比べて、第一方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積が小さくなる。その結果、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が増加する。そのため、水分が凝縮して配管３５の外周面に液滴として付着しても、ガスＧによって弾き飛ばしやすくなる。したがって、凝縮によって生じた液滴が配管３５の外周面に付着し続けることを抑えることができる。これにより、ガスＧに含まれる水の凝縮による熱交換効率の低下をより抑えることが可能なガスクーラ１を設計することができる。

【0078】

（５）第５の態様に係るガスクーラ１の設計方法Ｓ１０は、（３）又は（４）のガスクーラ１の設計方法Ｓ１０であって、前記暫定配置条件を設定するステップＳ１２では、前記暫定配置条件として、前記第一方向Ｄｗから見た際の前記流路３０ｒの流路断面積の大きさを設定する。

【0079】

これにより、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積が直接設定される。そのため、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が高くなるように、幅方向Ｄｗから見た際の流路３０ｒの流路断面積を高い精度で設定することができる。したがって、水分の凝縮による熱交換効率の低下を抑えることが可能なガスクーラ１を高い精度で設計することができる。

【0080】

（６）第６の態様に係るガスクーラ１の設計方法Ｓ１０は、（３）から（５）の何れか一つのガスクーラ１の設計方法Ｓ１０であって、前記暫定配置条件を設定するステップＳ１２では、前記暫定配置条件として、前記第二方向Ｄａから見た際の前記流路の流路断面積の大きさを設定する。

【0081】

これにより、第二方向Ｄａから見た際の流路３０ｒの流路断面積が直接設定される。そのため、流路３０ｒにおけるガスＧの流速が高くなるように、第二方向Ｄａから見た際の流路３０ｒの流路断面積を高い精度で設定することができる。したがって、水分の凝縮による熱交換効率の低下を抑えることが可能なガスクーラ１を高い精度で設計することができる。

【符号の説明】

【0082】

１…ガスクーラ
２…シェル
２Ｓ…空間部
３…冷却器
５…仕切部材
８…圧縮機システム
９、９Ａ、９Ｂ…圧縮機
１０Ａ…前段接続管
１０Ｂ…後段接続管
２１…シェル本体
２１Ｓ…第一空間
２１ｃ…中心
２１１…第一シェル端部
２１２…第二シェル端部
２２Ｓ…第二空間
２４…入口ノズル
２５…出口ノズル
３０…流路形成部
３０ｒ…流路
３１…管群
３２…第一板部
３２ａ…端部
３２ｂ…端部
３３…第二板部
３３ａ…端部
３３ｂ…端部
３５…配管
５１…主仕切板
５１ａ…端部
５１ｂ…端部
５２…第一案内部
５３…第二案内部
Ｄａ…軸方向（第二方向）
Ｄａ１…第一側（軸方向）
Ｄａ２…第二側（軸方向）
Ｄｆ…ガスの流れの方向
Ｄｖ…鉛直方向（第三方向）
Ｄｗ…幅方向（第一方向）
Ｄｗ１…第一側（幅方向）
Ｄｗ２…第二側（幅方向）
管群通過流速のＦ…関数
Ｇ…ガス
Ｈ…高さ寸法
Ｗ…幅寸法
Ｌ１、Ｌ２…長さ寸法
Ｏ…軸線
Ｓ１０…ガスクーラの設計方法
Ｓ１１…要求仕様を設定するステップ
Ｓ１２…暫定配置条件を設定するステップ
Ｓ１３…冷却媒体の流量を設定するステップ
Ｓ１４…ガスと冷却媒体との熱交換に関する数値を算出するステップ
Ｓ１５…冷却媒体出口温度を確認するステップ
Ｓ１６…ガス出口温度を確認するステップ
Ｓ１７…ガス圧力損失を確認するステップ
Ｓ１８…凝縮水の付着率と熱交換効率の低下率との関係を取得するステップ
Ｓ１９…ガスクーラにおける熱交換熱量を確認するステップ
Ｓ２０…ガスクーラの仕様を決定するステップ
Ｓ２１…シェル本体のシェル径を確認するステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】