特許 7411601 中間媒体式熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-27

(45)【発行日】2024-01-11

(54)【発明の名称】中間媒体式熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F17C 9/02 20060101AFI20231228BHJP

【ＦＩ】

F17C9/02

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2021063427

(22)【出願日】2021-04-02

(65)【公開番号】P2022001790

(43)【公開日】2022-01-06

【審査請求日】2023-09-01

(31)【優先権主張番号】P 2020106073

(32)【優先日】2020-06-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】東 孝祐

【審査官】宮崎 基樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０５１６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１９０９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２２７２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００８１３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１７Ｃ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空状の第１のチャンバと、前記第１のチャンバ内を通過するように配置され熱源媒体が流入する第１の伝熱管と、を有する中間媒体蒸発器と、
前記第１のチャンバよりも上方に配置される中空状の第２のチャンバと、前記第２のチャンバ内を通過するように配置され低温液化ガスが流入する第２の伝熱管と、を有する液化ガス気化器と、
内管と前記内管の径方向外側に配置される外管とを含む多重管構造であり、前記第１のチャンバ内と前記第２のチャンバ内とを相互に連通する連通管と、
を備え、
前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ及び前記連通管による空間内には中間媒体が封入されており、
前記第１のチャンバ内の液状の中間媒体は、前記第１の伝熱管を介して前記熱源媒体に加熱されて気化し、ガス状の中間媒体になり、
前記第２のチャンバ内のガス状の中間媒体は、前記第２の伝熱管を介して前記低温液化ガスに冷やされて凝縮し、液状の中間媒体になり、
前記内管の内側の空間、及び、前記内管と前記外管との間の空間のうちの一方を第１流路とし、他方を第２流路としたときに、
前記第１流路は、
前記第２のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも上側の位置で開口する第１上側開口部と、
前記第１のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも上側の位置で開口する第１下側開口部と、
を有し、ガス状の中間媒体が流れるガス流路として機能し、
前記第２流路は、
前記第２のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも下側の位置で開口する第２上側開口部と、
前記第１のチャンバ内で開口する第２下側開口部と、
を有し、少なくとも一部において前記液状の中間媒体で満たされた状態で、前記液状の中間媒体が流れる液流路として機能する、
中間媒体式熱交換器。

【請求項2】

前記第２流路において、前記第１のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも上側の位置に設けられ、前記液状の中間媒体を溜める液溜め部を更に備える、
請求項１に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項3】

前記液溜め部は、
前記第２流路の前記第２下側開口部から流出した前記液状の中間媒体を溜める一方で、溜まった前記液状の中間媒体を、前記第２下側開口部よりも上側に位置する上縁部から溢れさせるように構成されている、
請求項２に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項4】

前記第２流路は、前記第２上側開口部から下方に延びる上側流路部と、前記第２下側開口部から上方に延び且つ上端部が前記上側流路部の下端部よりも上方に位置する下側流路部と、を更に有し、
前記液溜め部は、前記上側流路部の前記下端部から流出した前記液状の中間媒体を溜める一方で、溜まった前記液状の中間媒体を、前記下側流路部の前記上端部に流入させるように構成されている、
請求項２に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項5】

前記液溜め部は、前記液溜め部を通過する前記液状の中間媒体の下向きの流れを上向きの流れに曲げる曲面を含んだ形状に形成されている、
請求項３又は請求項４に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項6】

前記第１流路は前記連通管の前記内管の内側の空間として形成され、前記第２流路は前記内管と前記外管との間の空間として形成され、
前記連通管は、前記液溜め部から流出した前記液状の中間媒体が、前記第１下側開口部に入ろうとする前記ガス状の中間媒体の流れに乗って前記第１下側開口部を通じて前記第１流路内に流入することを抑止する液流入抑止部材を更に有する、
請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項7】

前記液流入抑止部材は、前記液溜め部から下方に延び、前記第１流路の前記第１下側開口部よりも下方に位置する下端部を有する、
請求項６に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項8】

前記液流入抑止部材は、前記第１流路の前記第１下側開口部から径方向に離れるように、鉛直方向に対して傾斜している、
請求項６又は請求項７に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項9】

前記液流入抑止部材は、前記第１流路の前記第１下側開口部を取り囲むように、前記第１流路の周方向に連続的に又は不連続的に形成されている、
請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項10】

前記第２流路の前記第２下側開口部は、前記第１のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも下側の位置に配置されることにより、前記液状の中間媒体に浸かっている、
請求項１に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項11】

前記第２流路の前記第２下側開口部は、前記第１のチャンバ内において、前記第１の伝熱管の直上から側方にずれた位置に配置されている、
請求項１０に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項12】

前記中間媒体蒸発器は、前記第１のチャンバ内の前記ガス状の中間媒体が前記第２下側開口部を通じて前記第２流路内に流入することを抑止するガス流入抑止部材を更に有する、
請求項１０又は請求項１１に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項13】

前記第１流路の水力直径は、前記第２流路の水力直径よりも大きい、
請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項14】

前記第１流路の前記第１上側開口部及び前記第１下側開口部は、開口径を大きくするように逆テーパー状に形成されている、
請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項15】

前記第２流路の前記第２上側開口部は、開口径を大きくするように逆テーパー状に形成されている、
請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項16】

内管と前記内管の径方向外側に配置される外管とを含む多重管構造であり、前記第１のチャンバ内と前記第２のチャンバ内とを相互に連通し、前記内管の内側の空間、及び、前記内管と前記外管との間の空間のうちの一方を前記第１流路とし、他方を前記第２流路とする第２の連通管を更に備える、
請求項１ないし請求項１５のいずれか一項に記載の中間媒体式熱交換器。

【請求項17】

前記内管と前記外管の少なくとも一方には、断熱材が設けられている、
請求項１ないし請求項１６のいずれか一項に記載の中間媒体式熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中間媒体式熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に開示されているように、液化天然ガス（ＬＮＧ；Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）等の低温液化ガスを気化させる装置として、中間媒体を循環させながら熱源媒体からの熱を、中間媒体を介して低温液化ガスに伝熱する中間媒体式熱交換器が知られている。

【0003】

特許文献１に開示されている中間媒体式熱交換器は、図１９に示されているように、中間媒体のケーシングであるチャンバ８０と伝熱管８８、９３とにより構成されており、中間媒体蒸発部８１とＬＮＧ気化部８２とを備えている。

【0004】

具体的には、中間媒体蒸発部８１は、チャンバ８０の下部８０ｂと、下部８０ｂに通されている直管状の伝熱管８８と、を備えている。ＬＮＧ気化部８２は、チャンバ８０の上部８０ｔと、上部８０ｔに通されているＵ字状の伝熱管９３と、を備えている。下部８０ｂと上部８０ｔとにより、１つのチャンバ８０が形成されている。チャンバ８０の中には、中間媒体が封入されている。伝熱管８８には熱源媒体である海水が流れる。伝熱管９３にはＬＮＧが流れる。チャンバ８０内に溜まっている中間媒体は、伝熱管８８を介して海水によって加熱されてガス状の中間媒体ＧＭとなる。このガス状の中間媒体ＧＭは、伝熱管９３を介してＬＮＧによって冷やされて液状の中間媒体ＬＭとなる。これにより、中間媒体は、チャンバ８０の中を気体、液体間で相転移しながら循環する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１２０１２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前記中間媒体式熱交換器では、中間媒体のケーシングである１つのチャンバ８０と、その上部８０ｔに通される伝熱管８８と、下部８０ｂに通される伝熱管９３と、により構成されている。このため、前記中間媒体式熱交換器は、汎用のシェルアンドチューブ型の熱交換器により製造することができず、専用に設計されて製造する必要があるため、コストが増大する虞があった。

【0007】

そこで、本発明の目的は、コストを抑制することが可能な中間媒体式熱交換器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するための手段として、本発明者らは、ＬＮＧ気化部（以下「液化ガス気化器」という。）と、中間媒体蒸発部（以下「中間媒体蒸発器」という。）と、について、それぞれ互いに異なる２つのシェルアンドチューブ型の熱交換器を用いることとした。そして、前記２つのシェルアンドチューブ型の熱交換器（液化ガス気化器及び中間媒体蒸発器）を、連通管により相互に連通することとした。具体的には、次のとおりである。

【0009】

本発明の一局面に係る中間媒体式熱交換器は、中空状の第１のチャンバと、前記第１のチャンバ内を通過するように配置され熱源媒体が流入する第１の伝熱管と、を有する中間媒体蒸発器と、前記第１のチャンバよりも上方に配置される中空状の第２のチャンバと、前記第２のチャンバ内を通過するように配置され低温液化ガスが流入する第２の伝熱管と、を有する液化ガス気化器と、内管と前記内管の径方向外側に配置される外管とを含む多重管構造であり、前記第１のチャンバ内と前記第２のチャンバ内とを相互に連通する連通管と、を備える。前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ及び前記連通管による空間内には中間媒体が封入されている。前記第１のチャンバ内の液状の中間媒体は、前記第１の伝熱管を介して前記熱源媒体に加熱されて気化し、ガス状の中間媒体になり、前記第２のチャンバ内のガス状の中間媒体は、前記第２の伝熱管を介して前記低温液化ガスに冷やされて凝縮し、液状の中間媒体になる。そして、前記内管の内側の空間、及び、前記内管と前記外管との間の空間のうちの一方を第１流路とし、他方を第２流路としたときに、前記第１流路は、前記第２のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも上側の位置で開口する第１上側開口部と、前記第１のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも上側の位置で開口する第１下側開口部と、を有し、ガス状の中間媒体が流れるガス流路として機能する。前記第２流路は、前記第２のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも下側の位置で開口する第２上側開口部と、前記第１のチャンバ内で開口する第２下側開口部と、を有し、少なくとも一部において前記液状の中間媒体で満たされた状態で、前記液状の中間媒体が流れる液流路として機能する。

【0010】

中間媒体式熱交換器では、第１のチャンバ内に溜まった液状の中間媒体は、第１のチャンバ内で第１の伝熱管を介して熱源媒体に加熱されて気化し、ガス状の中間媒体になる。ガス状の中間媒体は、連通管の内のガス流路として機能する第１流路を通じて上昇し、液化ガス気化器の第２のチャンバ内に流入する。そして、第２のチャンバ内において、ガス状の中間媒体は、第２の伝熱管を介して、低温液化ガスを加熱することによって、低温液化ガスを気化させる。このとき、ガス状の中間媒体は、低温液化ガスに冷やされて凝縮し、再び液状の中間媒体になる。そして、第２のチャンバ内に溜まった液状の中間媒体は、連通管の内の液流路として機能する第２流路を通じて、第１のチャンバ内に流入する。この一連の動作を繰り返すことによって、中間媒体式熱交換器では、中間媒体の循環を通じて、熱源媒体から低温液化ガスに熱伝達がなされる。

【0011】

さらに、中間媒体式熱交換器では、前記中間媒体蒸発器が前記第１のチャンバを有し、前記液化ガス気化器が前記第２のチャンバを有しており、前記第１のチャンバ内と前記第２のチャンバ内とが連通管で相互に連通されているので、専用に設計されて製造することを必要とせず、汎用の熱交換器によって構成することができる。このため、コストを抑制することができる。

【0012】

さらに、中間媒体式熱交換器では、多重管構造の連通管で液流路とガス流路とを構成しているので、互いに異なる位置に設けられる複数の単管構造の連通管でそれぞれ液流路とガス流路とを構成する場合に比べて、連通管の本数を減らすことができる。

【0013】

また、中間媒体式熱交換器では、第２流路が少なくとも一部において前記液状の中間媒体で満たされているので、第２流路の中にガス状の中間媒体が流入したとしても、第２流路の中で液状の中間媒体が流れやすい状態が維持され、第２流路は液流路として機能することができる。

【0014】

中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記中間媒体式熱交換器は、前記第２流路において、前記第１のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも上側の位置に設けられ、前記液状の中間媒体を溜める液溜め部を更に備える。

【0015】

この態様に係る中間媒体式熱交換器では、第２流路の液溜め部が液状の中間媒体で満たされるため、第１のチャンバ内における液状の中間媒体の液面よりも下側の位置にまで第２流路を延ばす必要がない。

【0016】

中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記液溜め部は、前記第２流路の前記第２下側開口部から流出した前記液状の中間媒体を溜める一方で、溜まった前記液状の中間媒体を、前記第２下側開口部よりも上側に位置する上縁部から溢れさせるように構成されている。

【0017】

この態様に係る中間媒体式熱交換器では、液溜め部において、液状の中間媒体が一定量溜まった状態が維持される一方で、第２下側開口部は液溜め部の上縁部よりも下方に位置している。このため、第１のチャンバ内のガス状の中間媒体は、液溜め部の上縁部から第２下側開口部に向かうことができない。したがって、第２流路は、液溜め部によって液封されている状態となる。

【0018】

さらに、この態様に係る中間媒体式熱交換器では、多重管構造の連通管に液溜め部を簡易に設けることができ、コストを抑制することができる。

【0019】

中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記第２流路は、前記第２上側開口部から下方に延びる上側流路部と、前記第２下側開口部から上方に延び且つ上端部が前記上側流路部の下端部よりも上方に位置する下側流路部と、を更に有し、前記液溜め部は、前記上側流路部の前記下端部から流出した前記液状の中間媒体を溜める一方で、溜まった前記液状の中間媒体を、前記下側流路部の前記上端部に流入させるように構成されている。

【0020】

この態様に係る中間媒体式熱交換器では、第２のチャンバ内で凝縮した液状の中間媒体は、第２流路の上側流路部の下端部から液溜め部に流入し、液溜め部から下側流路部の上端部に流入して、第１のチャンバに流れる。このとき、液溜め部において、下側流路部の上端部と上側流路部の下端部との間で、液状の中間媒体が一定量溜まった状態が維持される。そして、上側流路部の下端部は、下側流路部の上端部よりも下方に位置しているので、第１のチャンバ内で気化したガス状の中間媒体が下側流路部を上昇したとしても、ガス状の中間媒体は、上側流路部の下端部に向かうことができない。したがって、第２流路の上側流路部は、液溜め部によって液封されている状態となる。

【0021】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記液溜め部は、前記液溜め部を通過する前記液状の中間媒体の下向きの流れを上向きの流れに曲げる曲面を含んだ形状に形成されている。

【0022】

この態様に係る中間媒体式熱交換器では、液溜め部が前記曲面を含んだ形状に形成されているため、液溜め部を通過する液状の中間媒体が曲線状に曲がるように向きを変える。これにより、液溜め部を通過する液状の中間媒体の流動抵抗が低下し、液溜め部による圧力損失が抑えられる。

【0023】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記第１流路は前記連通管の前記内管の内側の空間として形成され、前記第２流路は前記内管と前記外管との間の空間として形成され、前記連通管は、前記液溜め部から流出した前記液状の中間媒体が、前記第１下側開口部に入ろうとする前記ガス状の中間媒体の流れに乗って前記第１下側開口部を通じて前記第１流路内に流入することを抑止する液流入抑止部材を更に有する。

【0024】

この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、第２流路が第１流路の径方向外側に位置している。このため、仮に、液流入抑止部材が設けられていない場合、液溜め部から流出した液状の中間媒体は、第１下側開口部に入ろうとするガス状の中間媒体の流れに乗って第１下側開口部を通じて第１流路内に流入しようとする。このため、ガス流路として機能する第１流路において、液状の中間媒体がガス状の中間媒体の流れの障害となるおそれが生ずる。ガス状の中間媒体の流れが障害されると、中間媒体式熱交換器全体での中間媒体の循環量が低下し、中間媒体式熱交換器の効率が低下することとなる。これに対し、この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、液流入抑止部材によって、液状の中間媒体が第１下側開口部を通じて前記第１流路内に流入することが抑止される。したがって、この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、液流入抑止部材によって、中間媒体式熱交換器の効率が低下することが抑制される。

【0025】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記液流入抑止部材は、前記液溜め部から下方に延び、前記第１流路の前記第１下側開口部よりも下方に位置する下端部を有する。

【0026】

この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、前記液溜め部から下方に延びる液流入抑止部材の下端部が第１流路の第１下側開口部よりも下方に位置する。このため、液溜め部から流出する液状の中間媒体が、第１下側開口部に入ろうとするガス状の中間媒体の流れに乗って第１下側開口部を通じて第１流路内に流入することがより効果的に抑止される。

【0027】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記液流入抑止部材は、前記第１流路の前記第１下側開口部から径方向に離れるように、鉛直方向に対して傾斜している。

【0028】

この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、液流入抑止部材の下端部と第１下側開口部との間の距離が大きくなり、液溜め部から流出する液状の中間媒体が第１下側開口部を通じて第１流路内に流入することがより効果的に抑止される。

【0029】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記液流入抑止部材は、前記第１流路の前記第１下側開口部を取り囲むように、前記第１流路の周方向に連続的に又は不連続的に形成されている。

【0030】

この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、液流入抑止部材が第１下側開口部を第１流路の周方向に取り囲むことにより、液溜め部の周方向の任意の位置から流出する液状の中間媒体が第１下側開口部を通じて第１流路内に流入することが抑止される。また、この態様において、液流入抑止部材が不連続的に形成されている場合には、液流入抑止部材が液状の中間媒体の流入を抑止しながらガス状の中間媒体の流入を抑止しない状態が可能となる。

【0031】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記第２流路の前記第２下側開口部は、前記第１のチャンバ内における前記液状の中間媒体の液面よりも下側の位置に配置されることにより、前記液状の中間媒体に浸かっている。

【0032】

この態様に係る中間媒体式熱交換器では、液流路として機能する第２流路の下端部である第２下側開口部が第１のチャンバ内に溜まった液状の中間媒体に浸かっているので、第２流路の全体が液状の中間媒体で満たされた状態で運転することができる。このため、第２流路の中にガス状の中間媒体が流入したとしても、第２流路の中で液状の中間媒体が流れやすい状態が維持され、第２流路は液流路として機能し続けることができる。

【0033】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記第２流路の前記第２下側開口部は、前記第１のチャンバ内において、前記第１の伝熱管の直上から側方にずれた位置に配置されている。

【0034】

第１のチャンバ内における液状の中間媒体に浸かっている第２流路の第２下側開口部が、第１の伝熱管の直上に配置されていると、第２下側開口部を通じて第２流路内に第１の伝熱管から発生するガス状の中間媒体の流入を生じさせるおそれがある。しかし、この態様に係る中間媒体式熱交換器では、第２下側開口部が第１のチャンバ内において第１の伝熱管の直上から側方にずれた位置に配置されているため、第２下側開口部から第２流路内にガス状の中間媒体が流入することが抑制される。

【0035】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記中間媒体蒸発器は、前記第１のチャンバ内の前記ガス状の中間媒体が前記第２下側開口部を通じて前記第２流路内に流入することを抑止するガス流入抑止部材を更に有する。

【0036】

この態様に係る中間媒体式熱交換器では、中間媒体蒸発器の第１のチャンバ内で発生したガス状の中間媒体が、液中を浮上したとしても、第２下側開口部から第２流路内に流入することが抑止される。

【0037】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記第１流路の水力直径は、前記第２流路の水力直径よりも大きい。

【0038】

この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、ガス状の中間媒体が流れる第１流路による圧力損失が抑えられる。

【0039】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記第１流路の前記第１上側開口部及び前記第１下側開口部は、開口径を大きくするように逆テーパー状に形成されている。

【0040】

この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、ガス状の中間媒体が流れる第１流路による圧力損失が抑えられる。

【0041】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記第２流路の前記第２上側開口部は、開口径を大きくするように逆テーパー状に形成されている。

【0042】

この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、液状の中間媒体が流れる第２流路による圧力損失が抑えられる。

【0043】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記中間媒体式熱交換器は、第２の連通管を更に備える。第２の連通管は、内管と前記内管の径方向外側に配置される外管とを含む多重管構造であり、前記第１のチャンバ内と前記第２のチャンバ内とを相互に連通し、前記内管の内側の空間、及び、前記内管と前記外管との間の空間のうちの一方を前記第１流路とし、他方を前記第２流路とする。

【0044】

この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、複数の連通管を備えるため、中間媒体蒸発器と液化ガス気化器との間で循環する中間媒体の循環量を増大させることができ、中間媒体式熱交換器の効率を向上させることができる。

【0045】

前記中間媒体式熱交換器の好ましい態様として、前記内管と前記外管の少なくとも一方には、断熱材が設けられている。

【0046】

この態様に係る前記中間媒体式熱交換器では、内管に断熱材が設けられている場合には、内管と外管の間の熱交換による影響を抑制し、外管に断熱材が設けられている場合には、外管を流れる中間媒体と大気との間の熱交換による影響を抑制することができる。

【発明の効果】

【0047】

本発明に係る中間媒体式熱交換器では、コストを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0048】

【図1】本発明の第１実施形態に係る中間媒体式熱交換器を示す正面断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る中間媒体式熱交換器を示す側面断面図であり、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。

【図3】本発明の第１実施形態の第１変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態の第２変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図5】本発明の第１実施形態の第３変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図6】本発明の第１実施形態の第４変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図7】本発明の第１実施形態の第５変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図8】本発明の第１実施形態の第６変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図9】本発明の第１実施形態の第７変形例を示す中間媒体式熱交換器の正面断面図である。

【図10】本発明の第１実施形態の第８変形例を示す中間媒体式熱交換器の正面断面図である。

【図11】図１０の領域ＸＩを拡大して示した図である。

【図12】本発明の第２実施形態に係る中間媒体式熱交換器を示す側面断面図である。

【図13】本発明の第２実施形態の第１変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図14】本発明の第２実施形態の第２変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図15】本発明の第２実施形態の第３変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図16】本発明の第２実施形態の第４変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図17】本発明の第２実施形態の第５変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図18】本発明の第２実施形態の第６変形例を示す中間媒体式熱交換器の側面断面図である。

【図19】従来の中間媒体式熱交換器を示す正面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0049】

以下、実施形態に係る中間媒体式熱交換器について、説明する。また、以下の説明では、連通管について、図１３、図１５に示す第２実施形態の第１変形例、第３変形例を除き、径方向に対称な形状であることを前提として、説明を行っている。

【0050】

（第１実施形態）
中間媒体式熱交換器は、熱源媒体と低温液化ガスとの間で中間媒体を介して熱交換させる熱交換器である。中間媒体式熱交換器は、中間媒体を循環させながら熱源媒体の熱を、中間媒体を介して液化天然ガス（ＬＮＧ）に伝熱し、ＬＮＧを気化させて天然ガス（ＮＧ）を生成する。なお、中間媒体式熱交換器は、低温液化ガスとしてＬＮＧを気化させる構成に限られず、例えばエチレン、液化酸素、液化窒素等を気化させるものであってもよい。また、熱源媒体は、海水、工業用水等である。

【0051】

図１、２に示すように、中間媒体式熱交換器１は、中間媒体蒸発器Ｅ１と、液化ガス気化器Ｅ２と、連通管３０と、液溜め部４０と、を備える。中間媒体式熱交換器１は、中間媒体蒸発器Ｅ１、液化ガス気化器Ｅ２、及び連通管３０により形成される閉じられた空間を有している。そして、中間媒体式熱交換器１の空間内には、中間媒体ＬＭ、ＧＭが封入されている。

【0052】

中間媒体蒸発器Ｅ１は、シェルアンドチューブ型の熱交換器によって構成されている。すなわち、中間媒体蒸発器Ｅ１は、長手方向を水平方向とする中空状のチャンバ（第１のチャンバ）１０ｃと、第１のチャンバ１０ｃ内を通過するように配置された第１の伝熱管１０ｄと、を有する。中間媒体蒸発器Ｅ１では、第１の伝熱管１０ｄ内の熱源媒体と第１のチャンバ１０ｃ内の液状の中間媒体ＬＭとの間で熱交換が行われ、熱源媒体からの熱によって液状の中間媒体ＬＭが蒸発し、ガス状の中間媒体ＧＭが生成される。

【0053】

第１の伝熱管１０ｄは、図１に示すように、直管形状を有し、第１のチャンバ１０ｃ内の下側（底側）を通過するように配置されている。第１の伝熱管１０ｄは、第１のチャンバ１０ｃをその長手方向に貫通する。そして、第１の伝熱管１０ｄにおいて、熱源媒体が図１の左側から流入し図１の右側へ（すなわち、伝熱管１０ｄにおける長手方向の一方側から他方側へ）流出している。図２に示すように、第１の伝熱管１０ｄは、複数本用意されている。

【0054】

第１のチャンバ１０ｃ内には、中間媒体式熱交換器１の稼働状態において、図１及び図２に示すように、液状の中間媒体ＬＭが溜まっている。第１の伝熱管１０ｄは、第１のチャンバ１０ｃ内に溜まった液状の中間媒体ＬＭに浸かっている。

【0055】

液化ガス気化器Ｅ２は、シェルアンドチューブ型の熱交換器によって構成されている。すなわち、液化ガス気化器Ｅ２は、第１のチャンバ１０ｃよりも上方に配置され長手方向を水平方向とする中空状のチャンバ（第２のチャンバ）２０ｃと、第２のチャンバ２０ｃ内を通過するように配置された第２の伝熱管２０ｄと、を有する。液化ガス気化器Ｅ２では、第２のチャンバ２０ｃ内のガス状の中間媒体ＧＭと第２の伝熱管２０ｄ内の低温液化ガスとの間で熱交換が行われ、中間媒体ＧＭの熱によって低温液化ガスが気化する。この際、ガス状の中間媒体ＧＭが低温液化ガスに冷やされることにより、液状の中間媒体ＬＭが生成される。

【0056】

第２の伝熱管２０ｄは、図１に示すように、Ｕ字形状を有し、第２のチャンバ２０ｃの底部との間に間隔をあけて、第２のチャンバ２０ｃ内を通過するように配置されている。具体的には、第２の伝熱管２０ｄは、その一端が第２のチャンバ２０ｃの長手方向一方側壁部に接続され、第２のチャンバ２０ｃの長手方向他方側壁部の近傍にまで延びている。そして、第２の伝熱管２０ｄは、長手方向他方側壁部の近傍で屈曲するように折り返し、その他端が第２のチャンバ２０ｃの長手方向一方側壁部に接続されている。図２に示すように、第２の伝熱管２０ｄは、複数本用意されている。なお、第２の伝熱管２０ｄは、Ｕ字形状を有しているものに限定されず、直管状のものであってもよい。なお、本明細書において、「長手方向一方側」とは、図１の左側を意味するものとし、「長手方向他方側」とは、図１の右側を意味するものとする。

【0057】

第２のチャンバ２０ｃ内には、中間媒体式熱交換器１の稼働状態において、図１及び図２に示すように、ガス状の中間媒体ＧＭと液状の中間媒体ＬＭとが溜まっている。第２の伝熱管２０ｄは、第２のチャンバ２０ｃ内に溜まった液状の中間媒体ＬＭよりも上方に離れて配置されている。

【0058】

連通管３０は、図２に示すように、内管３１と、内管３１の径方向外側に配置される外管３２と、を含む二重管構造の管である。連通管３０は、内管３１及び外管３２のそれぞれにより、第１のチャンバ１０ｃ内と第２のチャンバ２０ｃ内とを相互に連通している。

【0059】

外管３２の上端は、第２のチャンバ２０ｃの下面を形成する底面部に、例えば溶接によって接続されている。外管３２の上端は、第２のチャンバ２０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの中で開口している。外管３２の途中部は、第１のチャンバ１０ｃの上面を形成する天面部に、例えば溶接によって接続されている。そして、外管３２は、第１のチャンバ１０ｃの上面側の天面部を貫通している。すなわち、外管３２の下端は、第１のチャンバ１０ｃ内に進入している態様となっている。外管３２の下端は、第１のチャンバ１０ｃ内であって、第１のチャンバ１０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面よりも上側の位置で開口している。

【0060】

内管３１は、外管３２の内側において、第１のチャンバ１０ｃ内の空間から第２のチャンバ２０ｃ内の空間にまで延びるように配置されている。そして、内管３１の長さは、外管３２の長さよりも長くなるように設定されている。内管３１の上端は、外管３２の上端よりも高く、かつ、第２のチャンバ２０ｃに溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面よりも高くなるように設定されている。内管３１の上端は、第２のチャンバ２０ｃ内のガス状の中間媒体ＧＭの中で開口している。内管３１の下端は、外管３２の下端よりも低く、かつ、第１のチャンバ１０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面よりも高くなるように設定されている。内管３１の下端は、第１のチャンバ１０ｃ内のガス状の中間媒体ＧＭの中で開口している。

【0061】

そして、連通管３０は、内管３１の内側と、内管３１と外管３２との間に、それぞれ空間を形成している。本第１実施形態において、内管３１の内側の空間を第１流路Ｆ１とし、内管３１と外管３２との間の空間を第２流路Ｆ２とする。

【0062】

第１流路Ｆ１は、内管３１の上端によって形成される開口部である第１上側開口部Ｆ１ｂと、内管３１の下端によって形成される開口部である第１下側開口部Ｆ１ａと、を有する。第１上側開口部Ｆ１ｂは、第２のチャンバ２０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの上側に位置している。第１下側開口部Ｆ１ａは、後述する第２下側開口部Ｆ２ａよりも下側の位置であって、第２下側開口部Ｆ２ａの高さ位置と第１のチャンバ１０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面との間の位置に位置している。

【0063】

第２流路Ｆ２は、外管３２の上端と内管３１とによって形成される開口部である環状の第２上側開口部Ｆ２ｂと、外管３２の下端と内管３１とによって形成される開口部である環状の第２下側開口部Ｆ２ａと、を有する。第２上側開口部Ｆ２ｂは、第１上側開口部Ｆ１ｂよりも下側の位置において、第２のチャンバ２０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭに開口している。第２下側開口部Ｆ２ａは、外管３２が第１のチャンバ１０ｃに接続する高さ位置と第１のチャンバ１０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面との間の位置に開口している。

【0064】

第２のチャンバ２０ｃ内の液状の中間媒体ＬＭは、第２上側開口部Ｆ２ｂを通じて第２流路Ｆ２内に流入し、第２流路Ｆ２内の液状の中間媒体ＬＭは、第２下側開口部Ｆ２ａを通じて第１のチャンバ１０ｃ内に流入する。すなわち、第２流路Ｆ２は、液状の中間媒体ＬＭが流れる液流路として機能する。

【0065】

一方、第１のチャンバ１０ｃ内のガス状の中間媒体ＧＭは、第１下側開口部Ｆ１ａを通じて第１流路Ｆ１内に流入し、第１流路Ｆ１内のガス状の中間媒体ＧＭは、第１上側開口部Ｆ１ｂを通じて第２のチャンバ２０ｃ内に流入する。すなわち、第１流路Ｆ１は、ガス状の中間媒体ＧＭが流れるガス流路として機能する。

【0066】

液溜め部４０は、液状の中間媒体ＬＭを溜める部分であり、第１のチャンバ１０ｃ内において、連通管３０における第１流路Ｆ１（内管３１）の径方向外側かつ第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａの下側（外管３２の下端の下側）かつ第１のチャンバ１０ｃ内における液状の中間媒体ＬＭの液面よりも上側の位置に設けられる。

【0067】

液溜め部４０は、下向きに凸の形状に形成されている。液溜め部４０は、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａの下側において、内管３１の管壁の外側面から外管３２の管壁よりも径方向外側の位置にまで径方向に延びる底面部と、底面部の外側端縁から第２下側開口部Ｆ２ａよりも高さ方向の上側の位置にまで上方に延びる縦壁部と、を有する。そして、縦壁部の上縁部が、液溜め部４０の上縁部４２をなす。つまり、液溜め部４０は、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａから流出した液状の中間媒体ＬＭを底面から上縁部４２の高さ位置まで溜める一方で、溜まった液状の中間媒体ＬＭを、第２下側開口部Ｆ２ａよりも上側に位置する液溜め部４０の上縁部４２から溢れさせるように構成されている。

【0068】

第２下側開口部Ｆ２ａは、液溜め部４０に溜められた液状の中間媒体ＬＭに浸かる。これにより、第２流路Ｆ２は、液状の中間媒体ＬＭで満たされた状態となる。

【0069】

次に、第１実施形態に係る中間媒体式熱交換器１の運転動作による作用効果を説明する。

【0070】

中間媒体式熱交換器１では、第１のチャンバ１０ｃ内に溜まった液状の中間媒体ＬＭは、第１の伝熱管１０ｄを介して熱源媒体によって加熱されて気化し、ガス状の中間媒体ＧＭになる。ガス状の中間媒体ＧＭは、一旦第１のチャンバ１０ｃ内の上側に溜まった後、連通管３０の内管３１の内側の空間（第１流路Ｆ１）を通じて上昇し、液化ガス気化器Ｅ２の第２のチャンバ２０ｃ内に流入する。そして、第２のチャンバ２０ｃ内において、ガス状の中間媒体ＧＭは、第２の伝熱管２０ｄを介して、低温液化ガスを加熱することによって、低温液化ガスを気化させる。このとき、ガス状の中間媒体ＧＭは、低温液化ガスに冷やされて凝縮し、再び液状の中間媒体ＬＭになる。そして、第２のチャンバ２０ｃ内に一旦溜まった液状の中間媒体ＬＭは、連通管３０のうち内管３１と外管３２との間の空間（第２流路Ｆ２）を通じて、第１のチャンバ１０ｃ内の液溜め部４０に流入する。液溜め部４０は、液状の中間媒体ＬＭが一定量溜まった状態を維持しながら、液溜め部４０の上縁部４２から液状の中間媒体ＬＭを溢れさせる。溢れた液状の中間媒体ＬＭは、再び第１のチャンバ１０ｃ内に溜まる。この一連の動作を繰り返すことによって、中間媒体式熱交換器１では、中間媒体の循環を通じて、熱源媒体から低温液化ガスに熱伝達がされる。

【0071】

以上説明したように、第１実施形態に係る中間媒体式熱交換器１では、中間媒体蒸発器Ｅ１が第１のチャンバ１０ｃを有し、液化ガス気化器Ｅ２が第２のチャンバ２０ｃを有しており、第１のチャンバ１０ｃ内と第２のチャンバ２０ｃ内とが連通管３０で相互に連通されている。したがって、中間媒体式熱交換器１は、専用に設計されることを必要とせず、汎用の熱交換器によって構成することができる。このため、コストを抑制することができる。

【0072】

さらに、第１実施形態に係る中間媒体式熱交換器１では、二重管構造の連通管３０で液流路とガス流路とを構成しているので、互いに異なる位置に設けられる複数の単管構造の連通管でそれぞれ液流路とガス流路とを構成する場合に比べて、連通管の本数を減らすことができる。また、これにより、連通管３０が第１のチャンバ１０ｃ及び第２のチャンバ２０ｃにそれぞれ溶接で接続されている場合において、連通管３０のそれぞれの接続箇所からガス状の中間媒体ＧＭが漏出する可能性を低減することができる。

【0073】

また、第１実施形態に係る中間媒体式熱交換器１では、液溜め部４０に液状の中間媒体ＬＭが溜められることにより第２流路Ｆ２に液状の中間媒体ＬＭが満たされるので、第２流路Ｆ２の中で液状の中間媒体ＬＭが流れやすい状態が維持される。

【0074】

また、第１実施形態に係る中間媒体式熱交換器１では、第２流路Ｆ２の液溜め部４０が液状の中間媒体ＬＭで満たされるため、第１のチャンバ１０ｃ内における液状の中間媒体ＬＭの液面よりも下側の位置にまで第２流路Ｆ２を延ばす必要がない。

【0075】

また、第１実施形態に係る中間媒体式熱交換器１では、液溜め部４０において、液状の中間媒体ＬＭが一定量溜まった状態が維持される一方で、第２下側開口部Ｆ２ａは液溜め部４０の上縁部４２よりも下方に位置している。このため、第１のチャンバ１０ｃ内のガス状の中間媒体ＧＭは、液溜め部４０の上縁部４２から第２下側開口部Ｆ２ａに向かうことができない。したがって、第２流路Ｆ２は、液溜め部４０によって液封されている状態となる。

【0076】

さらに、第１実施形態に係る中間媒体式熱交換器１では、多重管構造の連通管３０に液溜め部４０を簡易に設けることができ、コストを抑制することができる。

【0077】

なお、液溜め部４０、第１流路Ｆ１の第１下側開口部Ｆ１ａ及び第１上側開口部Ｆ１ｂ並びに第２流路Ｆ２の第２上側開口部Ｆ２ｂは、図１及び図２の形態に限定されない。例えば、図３に示す、第１変形例のように、液溜め部４０は、液溜め部４０を通過する液状の中間媒体ＬＭの下向きの流れを上向きの流れに曲げる曲面を含んだ形状に形成されていてもよい。より具体的には、液溜め部４０の底面部は、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａの下側において、下向きに突出するように湾曲していてもよい。

【0078】

また、第１流路Ｆ１の第１下側開口部Ｆ１ａ及び第１上側開口部Ｆ１ｂは、それぞれ開口径を大きくするように、先太り形状（逆テーパー状）に形成されていてもよい。

【0079】

さらに、第２流路Ｆ２の第２上側開口部Ｆ２ｂは、開口径を大きくするように、先太り形状（逆テーパー状）に形成されていてもよい。

【0080】

第１の変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、液溜め部４０が曲面を含んだ形状に形成されているため、液溜め部４０を通過する液状の中間媒体ＬＭが曲線状に曲がるように向きを変える。これにより、液溜め部４０を通過する液状の中間媒体ＬＭの流動抵抗が低下し、液溜め部４０による圧力損失が抑えられる。

【0081】

また、第１流路Ｆ１の第１下側開口部Ｆ１ａ及び第１上側開口部Ｆ１ｂが上記のように逆テーパー状に形成されていることにより、ガス状の中間媒体ＧＭが流れる第１流路Ｆ１による圧力損失が抑えられる。

【0082】

同様に、第２流路Ｆ２の第２上側開口部Ｆ２ｂが上記のように逆テーパー状に形成されていることにより、液状の中間媒体ＬＭが流れる第２流路Ｆ２による圧力損失が抑えられる。

【0083】

第１流路Ｆ１、第２流路Ｆ２及び液溜め部４０のうちの少なくとも一部において、中間媒体ＬＭ，ＧＭの流れにおける圧力損失が抑えられると、連通管３０の長さを抑えることが可能となる。すなわち、第２流路Ｆ２を通過する液状の中間媒体ＬＭにおいて、上側の液面（第２のチャンバ２０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面）から下側の液面（液溜め部４０に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面）までの液面高さの差は、連通管３０及び液溜め部４０での圧力損失の総和（第１のチャンバ１０ｃ内の圧力と第２のチャンバ２０ｃ内の圧力との差）に釣り合う。このため、圧力損失が抑えられると、液面高さの差が小さくなるため、連通管３０に必要となる長さを抑えることが可能となる。

【0084】

一方、連通管３０は、例えば、図４及び図５に示す液流入抑止部材３４を有していてもよい。液流入抑止部材３４は、第１流路Ｆ１に液状の中間媒体ＬＭが流入することを抑止するためのものであり、液溜め部４０から下方に向けて延びるように構成されている。

【0085】

より具体的には、液流入抑止部材３４は、内管３１の下端すなわち第１流路Ｆ１の第１下側開口部Ｆ１ａを取り囲む環状に形成されるとともに、液溜め部４０の底面部から、垂れ下がるように形成されている。液流入抑止部材３４の下端部３５は、第１流路Ｆ１の第１下側開口部Ｆ１ａよりも下方に位置している。

【0086】

液流入抑止部材３４は、第１流路Ｆ１の周方向に連続的に形成されていることが好ましいが、不連続的に形成されていてもよい。また、液流入抑止部材３４は、図５に示す第３変形例のように、下側に向かうほど第１下側開口部Ｆ１ａから径方向に離れるように、鉛直方向に対して傾斜していてもよい。

【0087】

図４に示す第２変形例及び図５に示す第３変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、液流入抑止部材３４によって、液状の中間媒体ＬＭが第１下側開口部Ｆ１ａを通じて第１流路Ｆ１内に流入することが抑止される。すなわち、液滴が第１流路Ｆ１内に流入した場合には第１流路Ｆ１内面に付着することがあるが、液流入抑止部材３４によって、これが抑止される。したがって、第２変形例及び第３変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、液流入抑止部材３４によって、中間媒体式熱交換器１の効率が低下することが抑制される。

【0088】

また、図４に示す第２変形例及び図５に示す第３変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、液流入抑止部材３４の下端部３５が第１流路Ｆ１の第１下側開口部Ｆ１ａよりも下方に位置する。このため、液溜め部４０から流出する液状の中間媒体ＬＭが、第１下側開口部Ｆ１ａに入ろうとするガス状の中間媒体ＧＭの流れに乗って第１下側開口部Ｆ１ａを通じて第１流路Ｆ１内に流入することがより効果的に抑止される。

【0089】

さらに、図４に示す第２変形例及び図５に示す第３変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、液流入抑止部材３４が第１下側開口部Ｆ１ａを第１流路Ｆ１の周方向に取り囲むことにより、液溜め部４０の周方向の任意の位置から流出する液状の中間媒体ＬＭが第１下側開口部Ｆ１ａを通じて第１流路Ｆ１内に流入することが抑止される。

【0090】

さらに、図５の第３変形例に係る前記中間媒体式熱交換器１では、液流入抑止部材３４が傾斜していることにより、液流入抑止部材３４の下端部３５と第１下側開口部Ｆ１ａとの間の距離が大きくなり、液溜め部４０から流出する液状の中間媒体ＬＭが第１下側開口部Ｆ１ａを通じて第１流路Ｆ１内に流入することがより効果的に抑止される。

【0091】

液溜め部４０は、例えば、図６に示す第４変形例のように、連通管３０の途中に設けられてもよい。すなわち、図２に示す液溜め部４０は第１のチャンバ１０ｃ内において外管３２の下端より下側に配置されていたのに対し、図６に示す第４変形例では、液溜め部４０は第１のチャンバ１０ｃと第２のチャンバ２０ｃとの間に配置されているとともに、内管３１と外管３２との間に形成される空間内に配置されている。

【0092】

第４変形例において、連通管３０の外管３２は、第２のチャンバ２０ｃに接続される外管上側部３２Ｋと、第１のチャンバ１０ｃに接続される外管下側部３２Ｍと、外管上側部３２Ｋと外管下側部３２Ｍとを繋ぐように設けられた外管拡径部３２Ｌと、を有する。

【0093】

外管拡径部３２Ｌの径は、外管上側部３２Ｋ及び外管下側部３２Ｍの径よりも大きい。すなわち、外管拡径部３２Ｌは、外管上側部３２Ｋの外面から径方向外向きに延びる天面部と、天面部の外周縁から下方に延び且つ延びた先で径方向内向きに湾曲又は屈曲して外管下側部３２Ｍの上端につながる外壁部と、を有する。そして、外管拡径部３２Ｌは、液溜め部４０を覆っている。

【0094】

液溜め部４０は、外管拡径部３２Ｌと内管３１とによって形成される空間内に設けられている。液溜め部４０の底面部は、内管３１の外面から外管上側部３２Ｋの下端と外管下側部３２Ｍの上端との間の間隙を通って外管上側部３２Ｋおよび外管下側部３２Ｍより径方向外側にまで延びる。すなわち、底面部は、第１実施形態と異なり、外管上側部３２Ｋの下端より下側に配置されるとともに外管下側部３２Ｍの上端よりも上側に配置されている。液溜め部４０の縦壁部は、底面部の外周端部から外管上側部３２Ｋの下端よりも上方まで外管上側部３２Ｋの外側を延びる。縦壁部の上縁部４２は、外管拡径部３２Ｌの天面部との間に隙間を形成している。縦壁部は、外管拡径部３２Ｌの外壁部との間に径方向に隙間を形成している。さらに、縦壁部は、外管上側部３２Ｋとの間に径方向に隙間を形成している。

【0095】

第２流路Ｆ２は、第２上側開口部Ｆ２ｂから下方に延びている上側流路部Ｆ２１と、第２下側開口部Ｆ２ａから上方に延びている下側流路部Ｆ２２と、を有する。

【0096】

上側流路部Ｆ２１は、外管上側部３２Ｋと内管３１との間に形成される空間である。上側流路部Ｆ２１の下端部Ｆ２１ｓは、外管上側部３２Ｋの下端と内管３１とによって形成される。

【0097】

下側流路部Ｆ２２は、液溜め部４０の縦壁部の上縁部４２と外管拡径部３２Ｌの天面部とによって形成される部分と、液溜め部４０と外管拡径部３２Ｌの外壁部とによって形成される部分と、内管３１と外管下側部３２Ｍとによって形成される部分と、を含む。下側流路部Ｆ２２の上端部Ｆ２２ｔは、液溜め部４０の上縁部４２と外管拡径部３２Ｌの天面部との間の空間として形成される。

【0098】

この場合、液流入抑止部材３４は、内管３１から延びるように設けられてもよい。液流入抑止部材３４は、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａよりも下側であって、内側に第１流路Ｆ１を形成する内管３１の外側面から径方向外向きかつ下向きに傾斜するように延びている。すなわち、液流入抑止部材３４は、第１流路Ｆ１の第１下側開口部Ｆ１ａから径方向に離れるように、鉛直方向に対して傾斜している。この場合においても、液流入抑止部材３４の下端部３５は、第１下側開口部Ｆ１ａよりも下方に位置する。

【0099】

第４変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、液溜め部４０は、下向きに凸の空間を形成し、この空間内に第２流路Ｆ２の上側流路部Ｆ２１を流れてきた液状の中間媒体ＬＭを溜める。液溜め部４０の上縁部４２から溢れた液状の中間媒体ＬＭは、外管拡径部３２Ｌの天面部及び外壁部に導かれて、下側流路部Ｆ２２に流入し、第１のチャンバ１０ｃに向かう。すなわち、液溜め部４０は、上側流路部Ｆ２１の下端部Ｆ２１ｓから流出した液状の中間媒体ＬＭを溜める一方で、溜まった液状の中間媒体ＬＭを、下側流路部Ｆ２２の上端部Ｆ２２ｔに流入させるように構成されている。

【0100】

そして、第４変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、液溜め部４０において、下側流路部Ｆ２２の上端部Ｆ２２ｔと上側流路部Ｆ２１の下端部Ｆ２１ｓとの間で、液状の中間媒体ＬＭが一定量溜まった状態が維持される。そして、上側流路部Ｆ２１の下端部Ｆ２１ｓが下側流路部Ｆ２２の上端部Ｆ２２ｔよりも下方に位置しているので、第１のチャンバ１０ｃ内で気化したガス状の中間媒体ＧＭが下側流路部Ｆ２２を上昇したとしても、ガス状の中間媒体ＧＭは、上側流路部Ｆ２１の下端部Ｆ２１ｓに向かうことができない。したがって、第２流路Ｆ２の上側流路部Ｆ２１は、液溜め部４０によって液封されている状態となる。

【0101】

さらに、第４変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、第２流路Ｆ２の一部である上側流路部Ｆ２１が、液溜め部４０に液封されて、液状の中間媒体ＬＭで満たされているので、第２流路Ｆ２の中で液状の中間媒体ＬＭが流れやすい状態が維持され、第２流路Ｆ２は液流路として機能することができる。

【0102】

また、第４変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、液状の中間媒体ＬＭは、連通管３０の第２流路Ｆ２の途中に設けられた液溜め部４０から流出することにより、第２下側開口部Ｆ２ａから滴下する。このとき、液流入抑止部材３４により、液滴となった液状の中間媒体ＬＭが、第２下側開口部Ｆ２ａよりも下側かつ径方向内側に位置する第１下側開口部Ｆ１ａに向かうガス状の中間媒体ＧＭの流れに乗って、第１下側開口部Ｆ１ａから第１流路Ｆ１内に流入することが抑止される。

【0103】

連通管３０は、例えば、図７に示す第５変形例のように、第１実施形態の場合と逆に、内管３１の内側の空間を液流路である第２流路Ｆ２として機能させ、内管３１と外管３２との間の空間をガス流路である第１流路Ｆ１として機能させてもよい。この場合において、液溜め部４０は、連通管３０の内管３１の下端が形成する第２下側開口部Ｆ２ａの下側に設けられてもよい。

【0104】

連通管３０は、内管３１と、内管３１の径方向外側に配置される外管３２と、を含む。外管３２は、上端が第２のチャンバ２０ｃ内に進入し、下端が第１のチャンバ１０ｃ内に進入している。そして、外管３２の上端は、第２のチャンバ２０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面よりも上側に位置している。外管３２の下端は、第１のチャンバ１０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面よりも上側に位置している。

【0105】

第５変形例において、内管３１は、外管３２と同様に、上端が第２のチャンバ２０ｃ内に進入し、下端が第１のチャンバ１０ｃ内に進入している。さらに、内管３１の内側の空間を液流路として機能する第２流路Ｆ２とするにもかかわらず、内管３１の上端は、第２のチャンバ２０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面よりも上側に設けられている。そして、第２のチャンバ２０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭを外管３２の外側から第１流路Ｆ１を横切って内管３１の内側の第２流路Ｆ２に導くための、例えば凹状のガイド溝（図示省略）が形成されている。ガイド溝は、連通管３０を径方向に見たときに、外管３２及び内管３１のそれぞれの上端を外管３２及び内管３１を液面よりも下の位置にまでそれぞれ凹状に切り欠き、それぞれの切り欠きを樋状に結ぶ溝である。このガイド溝によって、第２のチャンバ２０ｃ内において、外管３２の上端よりも下方に位置する液状の中間媒体ＬＭを、内管３１の内側の空間すなわち第２流路Ｆ２に導くことができる。第２流路Ｆ２は、内管３１の内側の空間であるが、本変形例においても液流路として機能するものであるので、前記ガイド溝が内管３１に接続する位置において、第２流路Ｆ２の第２上側開口部Ｆ２ｂが形成される。すなわち、第２流路Ｆ２の第２上側開口部Ｆ２ｂは、第２のチャンバ２０ｃ内における液状の中間媒体ＬＭの液面よりも下側に位置することとなる。内管３１の下端は、外管３２の下端よりも下側であって、第１のチャンバ１０ｃ内の液状の中間媒体ＬＭの液面よりも上側の位置に配置されている。

【0106】

第５変形例における上記の内管３１及び外管３２の態様により、内管３１の内側の空間である第２流路は液流路として機能することができ、内管３１と外管３２との間の空間である第１流路はガス流路として機能することができる。

【0107】

液溜め部４０は、連通管３０における第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａの下側かつ第１のチャンバ１０ｃ内における液状の中間媒体ＬＭの液面よりも上側の位置に設けられる。第５変形例においては、液溜め部４０は、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａを取り囲みながら、第１流路Ｆ１の第１下側開口部Ｆ１ａの下側に配置される。

【0108】

液溜め部４０の上縁部４２は、内管３１の下端（第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａ）よりも上側に位置しているとともに、外管３２の下端よりも下側に位置している。これにより、液溜め部４０の上縁部４２と外管３２の下端との間に隙間が形成される。

【0109】

そして、液状の中間媒体ＬＭが液溜め部４０の上縁部４２から溢れ前記隙間から下方に流出することが可能となると同時に、第１のチャンバ１０ｃ内で生成されたガス状の中間媒体ＧＭが前記隙間から第１下側開口部Ｆ１ａを通じて第１流路Ｆ１内に流入することが可能となる。

【0110】

液溜め部４０は、例えば、図８に示す第６変形例のように、連通管３０の途中であって内管３１の内側の空間に設けられてもよい。すなわち、液溜め部４０は、図７に示す第５変形例では第１のチャンバ１０ｃ内において内管３１の下端より下側に配置されていたのに対し、図８に示す第６変形例では、第１のチャンバ１０ｃと第２のチャンバ２０ｃとの間に配置されているとともに、内管３１の内側に形成される空間内に配置されている。

【0111】

連通管３０の外管３２は、図６の第４変形例と同様に、第２のチャンバ２０ｃに接続される外管上側部３２Ｋと、第１のチャンバ１０ｃに接続される外管下側部３２Ｍと、外管上側部３２Ｋと外管下側部３２Ｍとを繋ぐように設けられた外管拡径部３２Ｌと、を有する。なお、図６の第４変形例と異なり、外管上側部３２Ｋの上端は、第２のチャンバ２０ｃ内の液状の中間媒体ＬＭの液面よりも上側に位置している。

【0112】

さらに、第６変形例において、連通管３０の内管３１は、第２のチャンバ２０ｃ内に進入し外管上側部３２Ｋとの間に空間を形成する内管上側部３１Ｋと、第１のチャンバ１０ｃ内に進入し外管下側部３２Ｍとの間に空間を形成する内管下側部３１Ｍと、内管上側部３１Ｋと内管下側部３１Ｍとを繋ぐように設けられ外管拡径部３２Ｌとの間に空間を形成する内管拡径部３１Ｌと、を有する。

【0113】

内管拡径部３１Ｌの径は、内管上側部３１Ｋ及び内管下側部３１Ｍの径よりも大きい。すなわち、内管拡径部３１Ｌは、内管上側部３１Ｋの外面から径方向外向きに延びる天面部と、天面部の外周縁から下方に延び且つ延びた先で径方向内向きに湾曲又は屈曲して内管下側部３１Ｍの上端につながる外壁部と、を有する。そして、内管拡径部３１Ｌは、液溜め部４０を覆っている。

【0114】

液溜め部４０は、内管拡径部３１Ｌによって形成される空間内に設けられ、下向きに凸の形状に形成されている。液溜め部４０の底面部は、内管拡径部３１Ｌの内側に形成される空間内において、内管上側部３１Ｋの下端と内管下側部３１Ｍの上端との間に配置され径方向に延びる。液溜め部４０の縦壁部は、底面部の外周端部から内管上側部３１Ｋの下端よりも上方まで内管上側部３１Ｋの外側を延びる。縦壁部の上縁部４２は、内管拡径部３１Ｌの天面部との間に隙間を形成している。縦壁部は、内管拡径部３１Ｌの外壁部との間に隙間を形成している。さらに、縦壁部は、内管上側部３１Ｋとの間に径方向に隙間を形成している。

【0115】

第２流路Ｆ２の上側流路部Ｆ２１は、第６変形例において、内管上側部３１Ｋの内側に形成される空間である。上側流路部Ｆ２１の下端部Ｆ２１ｓは、内管上側部３１Ｋの下端部によって形成される。

【0116】

第２流路Ｆ２の下側流路部Ｆ２２は、液溜め部４０の縦壁部の上縁部４２と内管拡径部３１Ｌの天面部とによって形成される部分と、液溜め部４０と内管拡径部３１Ｌの外壁部とによって形成される部分と、内管下側部３１Ｍの内側に形成される部分と、を含む。下側流路部Ｆ２２の上端部Ｆ２２ｔは、液溜め部４０の上縁部４２と内管拡径部３１Ｌの天面部との間の空間として形成される。

【0117】

第６変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、連通管３０の内管３１の内側の空間が液流路として機能する第２流路Ｆ２となっているが、第２流路Ｆ２の途中に液溜め部４０が設けられる第４変形例（図６）と同様に、第２流路Ｆ２の上側流路部Ｆ２１は液溜め部４０によって液封されている状態となる。

【0118】

第１実施形態及びその変形例では、中間媒体式熱交換器１が１つの連通管３０を備えているが、１つの連通管３０を備える構成に限られず、複数の連通管３０を備える構成であってもよい。ここで、複数の連通管３０を備える第７変形例を、図９に基づいて説明する。

【0119】

第７変形例に係る中間媒体式熱交換器１は、第１の連通管３０と第２の連通管３０Ｂとを備える。第１の連通管３０及び第２の連通管３０Ｂは、それぞれ上述した連通管３０と同じ構成を備える。すなわち、第１の連通管３０及び第２の連通管３０Ｂは、第１の実施の形態（図１及び図２）に開示された連通管３０の構成を備えてもよいし、第１の変形例から第６の変形例（図３から図８）に開示された連通管３０の構成を備えてもよい。

【0120】

第７変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、複数の連通管３０を備えるため、中間媒体蒸発器Ｅ１と液化ガス気化器Ｅ２との間で循環する中間媒体の循環量を増大させることができ、中間媒体式熱交換器１の効率を向上させることができる。

【0121】

図１０に示すように、第８の変形例に係る中間媒体式熱交換器１において、連通管３０の内管３１及び外管３２には、断熱材が設けられている。すなわち、図１０の領域ＸＩを拡大した図１１に示すように、内管３１は、内側管３１Ａと、内側管３１Ａの外側に配置された外側管３１Ｂと、内側管３１Ａと外側管３１Ｂの間に配置された断熱材３１Ｃとが重ねられた三重構造の断熱管として構成されている。外管３２には、大気と接触する部位に断熱材３２Ｃが設けられている。なお、断熱材３１Ｃ、３２Ｃは、内側管３１Ａ、外側管３１Ｂ、及び外管３２の熱伝導率の１００分の１以下の熱伝導率を有しており、例えば、グラスウール、ロックウール、ポリスチレンフォーム及び硬質ウレタンフォーム等が用いられる。

【0122】

内管３１の断熱材３１Ｃによって、第１流路Ｆ１のガス状の中間媒体ＧＭが、第２流路Ｆ２の液状の中間媒体ＬＭによって冷やされて液化することを抑制できる。これにより、第１流路Ｆ１内におけるフラッディング現象の発生及び流路抵抗の増加による中間媒体の循環量の低下が抑制される。さらに、液化ガス気化器Ｅ２における、ガス状の中間媒体ＧＭの気化効率の低下が抑制される。

【0123】

内管３１の断熱材３１Ｃと、外管３２に設けた断熱材３２Ｃとによって、第２流路Ｆ２の液状の中間媒体ＬＭが、大気及び第１流路Ｆ１のガス状の中間媒体ＧＭによって温められて気化することを抑制できる。これにより、第２流路Ｆ２におけるフラッディング現象の発生及び流路抵抗の増加による中間媒体の循環量の低下が抑制される。また、第２流路Ｆ２の液状の中間媒体ＬＭが、大気によって冷却されることも抑制できるので、中間媒体蒸発器Ｅ１における、液状の中間媒体ＬＭの蒸発効率の低下が抑制される。

【0124】

なお、内管３１及び外管３２のうち、いずれか一方だけに断熱材が設けられていてもよい。

【0125】

また、内管３１は、第２流路Ｆ２と接する部位だけが、断熱材を用いた三重構造の断熱管として構成されていてもよい。

【0126】

また、外管３２には、大気と接触する部位に断熱材３２Ｃが設けられているが、これに限らない。例えば、外管３２は、内管３１と同様に、内側管と、内側管の外側に配置された外側管と、内側管と外側管の間に配置された断熱材とが重ねられた三重構造の断熱管として構成されていてもよい。

【0127】

また、液溜め部４０の縦壁部及び底面部は、内管３１と同様に、内側部材と、外側部材と、内側部材及び外側部材の間に配置された断熱材とが重ねられた三重構造の断熱部材として構成されていてもよい。

【0128】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る中間媒体式熱交換器１を、図１２に基づいて説明する。なお、第２実施形態において、上記の第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いて説明を省略することとし、主に異なる構成要素について説明を行う。

【0129】

第２実施形態に係る中間媒体式熱交換器１においても、第１のチャンバ１０ｃ内と第２のチャンバ２０ｃ内が多重管構造の連通管３０で相互に連通されている。

【0130】

第２実施形態における連通管３０は、内管３１の内側空間を液流路として機能する第２流路Ｆ２とし、内管３１と外管３２との間の空間をガス流路として機能する第１流路Ｆ１としている。

【0131】

内管３１の下端は、外管３２の下端よりも低く、かつ、第１のチャンバ１０ｃ内に溜まる液状の中間媒体ＬＭの液面よりも低くなっている。すなわち、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａは、第１のチャンバ１０ｃ内における液状の中間媒体ＬＭの液面よりも下側の位置に配置されている。このため、第２下側開口部Ｆ２ａは、液状の中間媒体ＬＭに浸かっている。

【0132】

第２実施形態に係る中間媒体式熱交換器１では、液流路として機能する第２流路Ｆ２の下端部である第２下側開口部Ｆ２ａが第１のチャンバ１０ｃ内に溜まった液状の中間媒体ＬＭに浸かっているので、第２流路Ｆ２の全体が液状の中間媒体ＬＭで満たされた状態で運転することができる。このため、第２流路Ｆ２の中にガス状の中間媒体ＧＭが流入したとしても、第２流路Ｆ２の中で液状の中間媒体ＬＭが流れやすい状態が維持され、第２流路Ｆ２は液流路として機能し続けることができる。

【0133】

なお、連通管３０は、図１２の形態に限定されない。例えば、図１３に示す第１変形例のように、内管３１は、第１のチャンバ１０ｃ内で、直管状ではなく、水平方向、例えば第１の伝熱管１０ｄの延びる方向と直交する方向（図１３の左右方向）に屈曲してクランク状をなしてもよい。

【0134】

そして、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａは、第１のチャンバ１０ｃ内において、液状の中間媒体ＬＭの液面よりも下側の位置であって、かつ、第１の伝熱管１０ｄの直上から側方にずれた位置に配置されている。

【0135】

第１のチャンバ１０ｃ内における液状の中間媒体ＬＭに浸かっている第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａが、第１の伝熱管１０ｄの直上に配置されている場合には、第１の伝熱管１０ｄから発生するガス状の中間媒体ＧＭが第２下側開口部Ｆ２ａ内に流入する場合がある。これに対し、第１変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、第２下側開口部Ｆ２ａが第１の伝熱管１０ｄの直上から側方にずれた位置に配置されているため、第２下側開口部Ｆ２ａから第２流路Ｆ２内にガス状の中間媒体ＧＭが流入することが抑制される。

【0136】

連通管３０の下端部が第１の伝熱管１０ｄの直上に位置する構成において、図１４に示す第２変形例及び図１５に示す第３変形例のように、ガス流入抑止部材５０が設けられてもよい。ガス流入抑止部材５０は、第１のチャンバ１０ｃ内のガス状の中間媒体ＧＭが第２下側開口部Ｆ２ａを通じて第２流路Ｆ２内に流入することを抑止する。

【0137】

ガス流入抑止部材５０は、第２下側開口部Ｆ２ａと第１の伝熱管１０ｄとの間で水平方向に延びるように配置される板状の部材である。すなわち、ガス流入抑止部材５０は、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａの下側に位置する部分を有するガス流入抑止板である。ガス流入抑止部材５０は、第１のチャンバ１０ｃの底面から上方を見たときに、第２下側開口部Ｆ２ａを覆って見えなくする程度に十分な面積を有する。

【0138】

図１４に示す第２実施形態の第２変形例及び図１５に示す第３変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、ガス流入抑止部材５０によって、第１のチャンバ１０ｃ内の第１の伝熱管１０ｄで発生したガス状の中間媒体ＧＭが、液中を浮上したとしても、第２下側開口部Ｆ２ａを通じて第２流路Ｆ２内に流入することが抑止される。

【0139】

一方、第２実施形態においても、図１６に示す第４変形例のように、内管３１の内側空間をガス流路として機能する第１流路Ｆ１とし、内管３１と外管３２との間の空間を液流路として機能する第２流路Ｆ２としてもよい。

【0140】

第４変形例において、第２流路Ｆ２を形成する外管３２は、第１のチャンバ１０ｃ内で、直管状ではなく、内管３１から径方向に離れるように、例えば第１の伝熱管１０ｄの延びる方向と直交する方向（図１６の左右方向）に屈曲してクランク状をなしてもよい。

【0141】

外管３２が第１のチャンバ１０ｃ内で屈曲して内管３１から離れながら液状の中間媒体ＬＭの液面よりも下側の位置にまで延びる一方で、内管３１が形成する第１流路Ｆ１の第１下側開口部Ｆ１ａは液面より上側に位置している。このため、連通管３０は、中間壁３３を更に有する。中間壁３３は、外管３２が径方向外向きに屈曲する位置よりも下側の位置であって、第２下側開口部Ｆ２ａよりも上側の位置において、外管３２の管壁との間で第２流路として必要な間隔をおいて、内管３１から径方向外向きに延びる部位と、この部位から下向きに屈曲し、第１のチャンバ１０ｃ内における液状の中間媒体ＬＭの液面よりも下側の位置に延びる部位と、を含む。これにより、中間壁３３と外管３２との間で第２流路Ｆ２としての空間が確保され、同時に、中間壁３３と内管３１との間で、ガス状の中間媒体ＧＭが第１下側開口部Ｆ１ａに向かうための空間が確保される。

【0142】

すなわち、外管３２と内管３１及び中間壁３３のそれぞれとの間に形成される空間が、第２流路Ｆ２となる。第２流路Ｆ２は、外管３２及び中間壁３３の屈曲に伴い屈曲し、第１の伝熱管の直上から側方にずれた位置に延びている。そして、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａは、第１のチャンバ１０ｃ内における液状の中間媒体ＬＭの液面よりも下側の位置であって第１の伝熱管の直上から側方にずれた位置に配置されている。

【0143】

第４変形例に係る中間媒体式熱交換器１では、上記の第２実施形態の第１変形例と同様に、第２下側開口部Ｆ２ａが第１のチャンバ１０ｃ内において第１の伝熱管１０ｄの直上から側方にずれた位置に配置されているため、第２下側開口部Ｆ２ａから第２流路Ｆ２内にガス状の中間媒体ＧＭが流入することが抑制される。

【0144】

さらに、図１６に示す第４変形例に、ガス流入抑止部材５０が更に設けられる、第２実施形態の第５変形例を図１７に示す。

【0145】

すなわち、中間媒体蒸発器Ｅ１は、第２流路Ｆ２の第２下側開口部Ｆ２ａと第１の伝熱管１０ｄとの間に配置されたガス流入抑止部材５０を更に有している。

【0146】

これにより、ガス状の中間媒体ＧＭが第２下側開口部Ｆ２ａを通じて第２流路Ｆ２内に流入することがより効果的に抑止される。

【0147】

次に、第１実施形態及び第２実施形態について、図示されていない他の変形例を示す。

【0148】

第２実施形態及びその変形例において、中間媒体式熱交換器１は、複数の連通管３０を備えてもよい。この場合においても、中間媒体式熱交換器１全体での中間媒体の循環量を増大させることができ、中間媒体式熱交換器１の効率を向上させることができる。

【0149】

連通管３０において、第１流路Ｆ１の水力直径が第２流路Ｆ２の水力直径よりも大きくなるように、内管３１及び外管３２のそれぞれの径が設定されてもよい。ガス流路として機能する第１流路Ｆ１での圧力損失は、液流路として機能する第２流路Ｆ２での圧力損失よりも、大きくなる。したがって、第１流路Ｆ１の水力直径が第２流路Ｆ２の水力直径よりも大きければ、第１流路Ｆ１による圧力損失を抑えることが可能となる。そして、第１流路Ｆ１による圧力損失が抑えられると、第２流路Ｆ２における液面高さが抑えられるため、連通管３０の長さをより短くすることが可能となる。

【0150】

なお、水力直径（Ｄ_Ｈ）とは、次のように定義される長さである。
Ｄ_Ｈ＝４Ａ／Ｐ
ここで、Ａは、流れの断面積であり、Ｐは、断面のうち濡れている部分（濡れ縁）の周長である。

【0151】

内管３１が円管である場合の内管３１の中に形成される流路の水力直径は、内管３１の内径に等しい。内管３１及び外管３２が共に円管である場合の、内管３１と外管３２との間に形成される流路の水力直径Ｄ_Ｈｒは、当該流路の断面積をＡ_ｒとし、内管３１の外径をＤ_１とし、外管３２の内径をＤ_２とした場合に、
Ｄ_Ｈｒ＝４Ａ_ｒ／｛π×（Ｄ_１＋Ｄ_２）｝
として、計算される。

【0152】

連通管３０について、上記では内管３１と外管３２とからなる２重管構造として説明を行ったが、２重管構造の連通管に限定されず、２重管以上の多重管による構造の連通管であってもよい。この場合において、連通管の中において径方向に重なる複数の管で区切られる複数の空間のうち、いずれを液流路とし、いずれをガス流路とするかは、任意であり限定されるものではない。

【0153】

さらに、連通管３０について、上記では、図１３、図１５に示す本発明の第２実施形態の第１変形例、第３変形例を除き、径方向に対称な形状であることを前提として、説明を行ったが、多重管構造の連通管であれば、径方向に非対称な形状のものであってもよい。例えば、連通管３０について、内管３１の中心軸線と外管３２の中心軸線とが重なっておらず、偏心しているようなものであってもよい。また、内管３１及び外管３２の両方又は一方が円管でなくてもよい。

【0154】

また、液溜め部４０について、図３に示す第１実施形態の第１変形例において、液溜め部４０を通過する液状の中間媒体ＬＭの下向きの流れを上向きの流れに曲げる曲面を含んだ形状に形成されていてもよいとして説明を行ったが、他の変形例における液溜め部４０についても、同様に曲面を含んだ形状に形成されていてもよい。

【0155】

図１８に示すように、第６の変形例に係る中間媒体式熱交換器１において、連通管３０の内管３１及び外管３２には、断熱材が設けられている。図１０～１１に示す前述の第１実施形態の第８の変形例と同様に、内管３１は、内側管３１Ａと、内側管３１Ａの外側に配置された外側管３１Ｂと、内側管３１Ａと外側管３１Ｂの間に配置された断熱材３１Ｃとが重ねられた三重構造の断熱管として構成されている。外管３２には、大気と接触する部位に断熱材３２Ｃが設けられている。

【0156】

内管３１の断熱材３１Ｃによって、第２流路Ｆ２の液状の中間媒体ＬＭが、第１流路Ｆ１のガス状の中間媒体ＧＭによって温められて気化することを抑制できる。これにより、第２流路Ｆ２における、フラッディング現象の発生及び流路抵抗の増加による中間媒体の循環量の低下は抑制される。

【0157】

内管３１の断熱材３１Ｃと、外管３２に設けられた断熱材３２Ｃとによって、第１流路Ｆ１のガス状の中間媒体ＧＭが、大気及び第２流路Ｆ２の液状の中間媒体ＬＭによって冷やされて液化することを抑制できる。これにより、第１流路Ｆ１におけるフラッディング現象の発生及び第１流路Ｆ１の流路抵抗の増加による中間媒体の循環量の低下は抑制される。さらに、液化ガス気化器Ｅ２における、ガス状の中間媒体ＧＭの気化効率の低下は抑制される。

【0158】

なお、内管３１及び外管３２のうち、いずれか一方だけに断熱材が設けられていてもよい。

【0159】

また、内管３１は、第１流路Ｆ１と接する部位だけが、断熱材を用いた三重構造の断熱管として構成されていてもよい。

【0160】

また、外管３２には、大気と接触する部位に断熱材３２Ｃが設けられているが、これに限らない。例えば、外管３２は、内管３１と同様に、内側管と、内側管の外側に配置された外側管と、内側管と外側管の間に配置された断熱材とが重ねられた三重構造の断熱管として構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0161】

１ 中間媒体式熱交換器
Ｅ１ 中間媒体蒸発器
１０ｃ 第１のチャンバ
１０ｄ 第１の伝熱管
Ｅ２ 液化ガス気化器
２０ｃ 第２のチャンバ
２０ｄ 第２の伝熱管
３０ （第１の）連通管
３０Ｂ 第２の連通管
３１ 内管
３１Ａ 内側管
３１Ｂ 外側管
３１Ｃ、３２Ｃ 断熱材
３１Ｋ 内管上側部
３１Ｌ 内管拡径部
３１Ｍ 内管下側部
３２ 外管
３２Ｋ 外管上側部
３２Ｌ 外管拡径部
３２Ｍ 外管下側部
３３ 中間壁
３４ 液流入抑止部材
３５ 液流入抑止部材の下端部
４０ 液溜め部
４１ 液溜め部の底部
４２ 液溜め部の底部の上縁部
４３ 液溜め部の天部
５０ ガス流入抑止部材
Ｆ１ 第１流路
Ｆ１ａ 第１下側開口部
Ｆ１ｂ 第１上側開口部
Ｆ２ 第２流路
Ｆ２１ 第２流路の上側流路部
Ｆ２１ｓ 上側流路部の下端部
Ｆ２２ 第２流路の下側流路部
Ｆ２２ｔ 下側流路部の上端部
Ｆ２ａ 第２下側開口部
Ｆ２ｂ 第２上側開口部
５０ ガス流入抑止部材（ガス流入抑止板）
ＬＭ 液状の中間媒体
ＧＭ ガス状の中間媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】