(57)【要約】【課題】外胴の内側に設けられた内胴の冷却を周方向において均一化することができる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器は、第１流体が流入する流入部と、流入部から流入した第１流体が流出する開口部と、を有する内胴と、第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換部と、外胴と、を備える。外胴は、内胴の周囲に設けられ、内胴との間に開口部から流出した第１流体が流れる周囲流路を画定する。また、外胴は、軸方向における流入部の側に設けられ、周囲流路から第１流体が流出する流出部を有する。周囲流路を流れる第１流体は、案内部によって周方向に案内される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と当該第１流体よりも温度の低い第２流体とを熱交換させる熱交換器であって、
軸方向における一端側に設けられ、前記第１流体が流入する流入部と、前記軸方向における他端側に設けられ、前記流入部から流入した前記第１流体が流出する開口部と、を有する内胴と、
前記内胴内に設けられ、前記第１流体と前記第２流体とを熱交換させる熱交換部と、
前記内胴の周囲に設けられ、前記内胴との間に前記開口部から流出した前記第１流体が流れる周囲流路を画定する外胴であって、前記軸方向における前記流入部の側に設けられ、前記周囲流路から前記第１流体が流出する流出部を有する外胴と、
前記周囲流路を流れる前記第１流体を周方向に案内する案内部と、を備える熱交換器。
【請求項２】
前記案内部は、螺旋状に延びる螺旋部材を含む、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記軸方向における前記螺旋部材の間隔は、前記開口部の側よりも前記流入部の側で小さい、請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記案内部は、前記軸方向に延びる仕切り部材と、第１の円弧部材と、第２の円弧部材と、を含み、
前記仕切り部材は、前記軸方向に直交する方向において互いに反対側に設けられた第１の面および第２の面を含み、
前記第１の円弧部材は、前記第１の面から前記周方向に延びるとともに前記第２の面から離間し、
前記第２の円弧部材は、前記第２の面から前記周方向に延びるとともに前記第１の面から離間し、
前記第１の円弧部材と前記第２の円弧部材は、前記軸方向に交互に入れ子状に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記案内部は、前記周方向に延びる第１の円弧部材と、前記周方向に延びる第２の円弧部材であって、前記軸方向から見たときに前記第１の円弧部材とは反対側に設けられた第２の円弧部材と、を含み、
前記第１の円弧部材の両端部は、前記第２の円弧部材が設けられた側において離間し、
前記第２の円弧部材の両端部は、前記第１の円弧部材が設けられた側において離間し、
前記第１の円弧部材と前記第２の円弧部材は、前記軸方向に交互に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記軸方向における前記第１の円弧部材と前記第２の円弧部材との間の間隔は、前記開口部の側よりも前記流入部の側で小さい、請求項４または５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記案内部は、前記軸方向における前記開口部の側に設けられておらず、前記軸方向における前記流入部の側に設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記案内部は、螺旋状に延びる螺旋部材と、前記周方向に延びる第１の円弧部材と、前記周方向に延びる第２の円弧部材であって、前記軸方向から見たときに前記第１の円弧部材とは反対側に設けられた第２の円弧部材と、を含み、
前記螺旋部材は、前記軸方向における一側に設けられ、前記第１の円弧部材および前記第２の円弧部材は、前記軸方向における他側に設けられ、
前記第１の円弧部材と前記第２の円弧部材は、前記軸方向に交互に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記案内部は、前記内胴の外周面に取り付けられている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１流体と当該第１流体よりも温度の低い第２流体とを熱交換させる熱交換器が知られている。熱交換器の一例として、蒸気タービンを備えた発電プラントなどで使用される給水加熱器が挙げられる。給水加熱器は、本体胴を備えており、本体胴内を蒸気タービンの抽気蒸気（第１流体）が流れるようになっている。また、本体胴内には、ボイラに供給するボイラ給水（第２流体）が流れる伝熱管が設けられている。このようにして本体胴内を流れる蒸気と、伝熱管内を流れるボイラ給水とを熱交換させて、ボイラ給水を加熱する。このように、ボイラ給水を、ボイラに戻す前に、蒸気タービンの抽気蒸気を用いて加熱することで、エネルギー効率の良い発電システムを実現している。
【０００３】
給水加熱器の本体胴に流入する抽気蒸気は高温であるため、本体胴の温度は上昇する。この場合、本体胴を形成する材料の許容応力が低下し得る。そのため、給水加熱器の本体胴を冷却するために、本体胴が内胴と外胴とにより構成された二重胴構造を有する給水加熱器が知られている。この給水加熱器では、内胴内に蒸気が流入し、内胴内にはボイラ給水が流れる伝熱管が設けられている。蒸気は、内胴内において伝熱管内を流れるボイラ給水と熱交換され、冷却される。この冷却された蒸気を内胴と外胴との間の周囲流路に流すことで、内胴が冷却される。
【０００４】
しかしながら、内胴と外胴との間の周囲流路において蒸気は周方向に偏るように流れ、内胴を周方向において均一に冷却することができないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−７７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、外胴の内側に設けられた内胴の冷却を周方向において均一化することができる熱交換器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】
実施の形態による熱交換器は、第１流体と当該第１流体よりも温度の低い第２流体とを熱交換させる熱交換器である。熱交換器は、軸方向における一端側に設けられ、第１流体が流入する流入部と、軸方向における他端側に設けられ、流入部から流入した第１流体が流出する開口部と、を有する内胴を備えている。また、熱交換器は、内胴内に設けられ、第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換部を備えている。また、熱交換器は、内胴の周囲に設けられ、内胴との間に開口部から流出した第１流体が流れる周囲流路を画定する外胴であって、軸方向における流入部の側に設けられ、周囲流路から第１流体が流出する流出部を有する外胴を備えている。さらに、熱交換器は、周囲流路を流れる第１流体を周方向に案内する案内部、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、外胴の内側に設けられた内胴の冷却を周方向において均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施の形態による熱交換器を適用した蒸気タービン発電システムの一例を示す部分系統図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態による熱交換器を示す断面図である。
【図３】図３は、図２の熱交換器の内胴を示す模式斜視図である。
【図４】図４は、第２の実施の形態による熱交換器の内胴を示す模式斜視図である。
【図５】図５は、図４の内胴を上方から見た平面図である。
【図６】図６は、第３の実施の形態による熱交換器の内胴を示す模式斜視図である。
【図７】図７は、図６の内胴を上方から見た平面図である。
【図８】図８は、第４の実施の形態による熱交換器の内胴を示す模式斜視図である。
【図９】図９は、第４の実施の形態の変形例による熱交換器の内胴を示す模式斜視図である。
【図１０】図１０は、第５の実施の形態による熱交換器の内胴を示す模式斜視図である。
【図１１】図１１は、第６の実施の形態による熱交換器の内胴を示す模式斜視図である。
【図１２】図１２は、第６の実施の形態の変形例による熱交換器の内胴を示す模式斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
以下、図１〜図３を参照して、第１の実施の形態による熱交換器について説明する。熱交換器は、第１流体と当該第１流体よりも温度の低い第２流体とを熱交換させる機器である。本実施の形態では、蒸気タービンを備えた蒸気タービン発電システムで使用される給水加熱器を例にとって説明する。まず、その蒸気タービン発電システムについて説明する。
【００１２】
図１に示すように、蒸気タービン発電システム１は、ボイラ７と、高圧タービン２ａと、中圧タービン２ｂと、低圧タービン２ｃと、復水器３と、ポンプ４ａ、４ｂと、低圧給水加熱器５と、脱気器１４と、第１高圧給水加熱器６ａと、第２高圧給水加熱器６ｂと、を備えている。
【００１３】
高圧タービン２ａは、ボイラ７からの主蒸気により駆動される。中圧タービン２ｂは、高圧タービン２ａの排気蒸気をボイラ７で再熱した再熱蒸気により駆動される。低圧タービン２ｃは、中圧タービン２ｂの排気蒸気により駆動される。高圧タービン２ａ、中圧タービン２ｂおよび低圧タービン２ｃが駆動されると、ロータが回転し、発電機Ｇが駆動され、発電機Ｇによる発電が行われる。
【００１４】
復水器３は、低圧タービン２ｃから排出された蒸気を冷却し、凝縮して水を生成するように構成されている。この水はボイラに供給される水であり、ボイラ給水とも称する。
【００１５】
ポンプ４ａ、４ｂは、ボイラ給水を、復水器３から給水管８を通ってボイラ７まで搬送するように構成されている。
【００１６】
復水器３とボイラ７とは、給水管８で連結されている。この給水管８には、低圧給水加熱器５と、脱気器１４と、第１高圧給水加熱器６ａと、第２高圧給水加熱器６ｂと、が設けられている。脱気器１４は、低圧給水加熱器５よりも下流側（ボイラ７の側）に設けられている。第１高圧給水加熱器６ａは、脱気器１４よりも更に下流側に設けられている。また、第２高圧給水加熱器６ｂは、第１高圧給水加熱器６ａよりも更に下流側に設けられている。
【００１７】
低圧給水加熱器５には、低圧タービン２ｃの低圧側の抽気口から低圧抽気管９に抽出された抽気蒸気が供給される。低圧給水加熱器５は、この抽気蒸気と給水管８を流れるボイラ給水とを熱交換させることで、ボイラ給水を加熱する。この抽気蒸気は、低圧回収管１１を通って復水器３に回収される。
【００１８】
脱気器１４には、中圧タービン２ｂの低圧側の抽気口から第２高圧抽気管１０ｂに抽出された抽気蒸気が供給される。脱気器１４は、この抽気蒸気と低圧給水加熱器５で加熱されたボイラ給水とを熱交換させることで、ボイラ給水を更に加熱し、ボイラ給水に含まれる気体を除去する。
【００１９】
第１高圧給水加熱器６ａには、中圧タービン２ｂの高圧側の抽気口から第１高圧抽気管１０ａに抽出された抽気蒸気が供給される。第１高圧抽気管１０ａの抽気蒸気は、後述するように第２高圧給水加熱器６ｂを通った後に、第２高圧回収管１２ｂを介して第１高圧給水加熱器６ａに供給される。第１高圧給水加熱器６ａは、この抽気蒸気と脱気器１４で加熱されたボイラ給水とを熱交換させることで、ボイラ給水を更に加熱する。この抽気蒸気は、第１高圧回収管１２ａを通って脱気器１４に回収される。
【００２０】
第２高圧給水加熱器６ｂには、中圧タービン２ｂの高圧側の抽気口から第１高圧抽気管１０ａに抽出された抽気蒸気が供給される。第２高圧給水加熱器６ｂは、この抽気蒸気と第１高圧給水加熱器６ａで加熱されたボイラ給水とを熱交換させることで、ボイラ給水を更に加熱する。この抽気蒸気は、第２高圧回収管１２ｂを通って上述した第１高圧給水加熱器６ａに供給される。
【００２１】
このように、蒸気タービン発電システム１は、ボイラ給水を、ボイラ７に戻す前に、蒸気タービン２の抽気蒸気を用いて加熱するように構成されている。なお、ここでは、１つの低圧給水加熱器５と、１つの脱気器１４と、２つの高圧給水加熱器６ａ、６ｂと、を用いてボイラ給水を加熱する構成としているが、これに限定されない。例えば、それ以上の数の給水加熱器を用いてボイラ給水を加熱する構成としてもよい。
【００２２】
本実施の形態による熱交換器は、これら低圧給水加熱器５、第１高温給水加熱器６ａおよび第２高圧給水加熱器６ｂに適用し得るが、より高温かつ高圧の抽気蒸気が供給される第２高圧給水加熱器６ｂに適用することで、後述する内胴６１をより効果的に冷却することが好適である。以下、第２高圧給水加熱器６ｂに適用した例について説明する。
【００２３】
図２に示すように、第２高圧給水加熱器６ｂは、内胴６１と、内胴６１内に設けられた熱交換部６２と、内胴６１の外側に設けられた外胴６３と、内胴６１と外胴６３との間に設けられた案内部６４と、を備えている。
【００２４】
まずは、内胴６１について説明する。内胴６１は、軸方向Ｘ（水平方向）に延びる中空の円筒状の構造物である。内胴６１は、入口座６１１（流入部）と、入口座６１１の下流側に設けられたインピンジメントプレート６１２と、インピンジメントプレート６１２の下流側に設けられた支持部６１３と、軸方向Ｘにおいて入口座６１１と反対側に設けられた開口部６１４と、を有している。
【００２５】
入口座６１１は、内胴６１の軸方向Ｘにおける一端側（図２の左側）に設けられている。入口座６１１は、第２高圧抽気管１０ａに連結されており、中圧タービン２ｂから第２高圧抽気管１０ａに抽出された抽気蒸気（第１流体、以下、蒸気１３と称する）は、この入口座６１１から内胴６１内に流入する。
【００２６】
インピンジメントプレート６１２は、内胴６１内において、入口座６１１と対向する位置に設けられている。インピンジメントプレート６１２は、入口座６１１から流入する蒸気１３の方向に対して垂直な方向に延びている。このことにより、内胴６１内に流入した蒸気１３は、まず、このインピンジメントプレート６１２に衝突し、流速が低下する。このため、内胴６１内に設けられた伝熱管６２２に蒸気１３が勢いよく衝突して伝熱管６２２が損傷するという事態を防止することができる。
【００２７】
支持部６１３は、内胴６１内において、後述する熱交換部６２を構成する伝熱管６２２を支持する。また、支持部６１３は、図２における内胴６１の下部から上方に延びる第１の支持板６１３ａと、内胴６１の上部から下方に延びる第２の支持板６１３ｂと、を含んでいる。このうち第１の支持板６１３ａの上端部と内胴６１の上部との間には、蒸気１３が流れる流路が形成されている。また、第２の支持板６１３ｂの下端部と内胴６１の下部との間には、蒸気１３が流れる流路が形成されている。そして、第１の支持板６１３ａと第２の支持板６１３ｂは、軸方向Ｘに交互に設けられている。このことにより、第１の支持板６１３ａと第２の支持板６１３ｂとにより、伝熱管６２２の周囲に上下方向にジグザクの内部流路が画定されており、蒸気１３は、伝熱管６２２の周囲を上下方向にジグザグに流れる。このため、複数の伝熱管６２２の周囲における蒸気１３の流れが均等化され、蒸気１３と水との熱交換が効率的に行われる。
【００２８】
開口部６１４は、軸方向Ｘにおける他端側（図２の右側）に設けられている。また、開口部６１４は、軸方向Ｘで見たときに後述する出口座６３２の側、すなわち内胴６１の上部に形成されている。内胴６１内において熱交換部６２で冷却された蒸気１３は、この開口部６１４から流出する。
【００２９】
次に、熱交換部６２について説明する。熱交換部６２は、内胴６１内に設けられており、蒸気１３とボイラ給水とを熱交換させるように構成されている。熱交換部６２は、ボイラ給水が流れる複数の伝熱管６２２を有している。伝熱管６２２は、内胴６１内でＵ字形状に形成されている。ところで、第２高圧給水加熱器６ｂは、第１高圧給水加熱器６ａの側の給水管８と連結された入口部６２１と、ボイラ７の側の給水管８と連結された出口部６２３とを有している。このため、ボイラ給水は、入口部６２１から内胴６１内に流入し、各伝熱管６２２内を流れて、出口部６２３から流出する。内胴６１内において、蒸気１３は、各伝熱管６２２の周囲を流れる。伝熱管６２２内を流れるボイラ給水は、蒸気１３よりも低い温度を有している。このため、内胴６１内を流れる蒸気１３と伝熱管６２２内を流れるボイラ給水とで熱交換が行われ、ボイラ給水が加熱されるとともに蒸気１３が冷却される。
【００３０】
次に、外胴６３について説明する。外胴６３は、軸方向Ｘに延びる中空の円筒状の構造物であり、内胴６１の外側に設けられている。外胴６３は、内胴６１と同心に形成されている。外胴６３と内胴６１との間には、内胴６１の開口部６１４から流出した蒸気１３が流れる周囲流路６３１が画定されている。また、外胴６３は、周囲流路６３１を流れた蒸気１３が流出する出口座６３２（流出部）を有している。出口座６３２は、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側に設けられており、外胴６３の上部に形成されている。出口座６３２は、第２高圧回収管１２ｂに連結されている。
【００３１】
次に、案内部６４について説明する。案内部６４は、周囲流路６３１を流れる蒸気１３を周方向に案内するように構成されている。本実施の形態による案内部６４は、図３に示すように、螺旋状に延びる螺旋板６４１（螺旋部材）を含んでいる。螺旋板６４１は、内胴６１の外周面に溶接などにより固定されている。本実施の形態では、内胴６１の外周面に１つの螺旋板６４１が固定されており、この螺旋板６４１によって、１条の螺旋流路が形成されている。開口部６１４から流出した蒸気１３は、この螺旋板６４１に沿うように螺旋流路内を周方向に案内される。すなわち、蒸気１３は、軸方向速度成分を有しつつ周方向速度成分を有するように旋回しながら、出口座６３２に向かう。なお、螺旋板６４１と外胴６３との間には、微小な隙間が設けられていてもよい。しかしながら、螺旋板６４１は、外胴６３に接続されて内胴６１に対して外胴６３を支持する支持部材としての機能を有していてもよい。
【００３２】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３３】
蒸気タービン発電システム１が稼働すると、ボイラ７で発生した蒸気が、高圧タービン２ａに供給される。高圧タービン２ａの出口から排出された蒸気は、ボイラ７で再熱されて中圧タービン２ｂに供給される。中圧タービン２ｂの出口から排出された蒸気は、低圧タービン２ｃに供給される。これにより、高圧タービン２ａ、中圧タービン２ｂおよび低圧タービン２ｃが駆動され、ロータが回転する。ロータが回転すると、発電機Ｇを駆動し、発電機Ｇによる発電が行われる。蒸気タービン２の出口から排出された蒸気は、復水器３で冷却され、凝縮されて水になる。水（ボイラ給水）は、ポンプ４ａ、４ｂにより給水管８を通ってボイラ７まで搬送される。
【００３４】
給水管８を流れるボイラ給水は、低圧給水加熱器５、脱気器１４、第１高圧給水加熱器６ａ、第２高圧給水加熱器６ｂをこの順番に通過する。まず、ボイラ給水は、低圧給水加熱器５において、低圧タービン２ｃの低圧側の抽気口から低圧抽気管９に抽出された抽気蒸気と熱交換され、加熱される。次に、ボイラ給水は、脱気器１４において、中圧タービン２ｂの低圧側の抽気口から第２高圧抽気管１０ｂに抽出された抽気蒸気と熱交換され、更に加熱される。これにより、ボイラ給水に含まれる気体が除去される。続いて、ボイラ給水は、第１高圧給水加熱器６ａにおいて、中圧タービン２ｂの高圧側の抽気口から第１高圧抽気管１０ａに抽出され、第２高圧給水加熱器６ｂを通った抽気蒸気と熱交換され、更に加熱される。その後、ボイラ給水は、第２高圧給水加熱器６ｂにおいて、中圧タービン２ｂの高圧側の抽気口から第１高圧抽気管１０ａに抽出された抽気蒸気と熱交換され、更に加熱される。以下、第２高圧給水加熱器６ｂでの作用について説明する。
【００３５】
第１高圧抽気管１０ａに抽出された蒸気１３は、第２高圧給水加熱器６ｂの入口座６１１から内胴６１内に流入する。内胴６１内に流入した蒸気１３は、インピンジメントプレート６１２に衝突し、流速が低下する。そして、蒸気１３は、伝熱管６２２の周囲を流れる。この際、第１の支持板６１３ａと第２の支持板６１３ｂとにより伝熱管６２２の周囲の流路が上下方向にジグザクに形成されているため、蒸気１３は、開口部６１４に向かいながら上下方向にジグザグに流れる。一方、ボイラ給水は、入口部６２１から内胴６１内に流入し、複数の伝熱管６２２内を流れる。これにより、蒸気１３と伝熱管６２２を流れるボイラ給水とで熱交換が行われ、ボイラ給水が加熱されるとともに蒸気１３が冷却される。加熱されたボイラ給水は、出口部６２３から流出し、ボイラ７へ流れる。また、冷却された蒸気１３は、開口部６１４から流出する。
【００３６】
開口部６１４から流出した蒸気１３は、内胴６１と外胴６３との間の周囲流路６３１を流れる。周囲流路６３１を流れる蒸気１３は、熱交換部６２で冷却されているため、内胴６１内を流れる蒸気１３よりも低い温度を有している。このため、蒸気１３は、内胴６１を冷却しながら周囲流路６３１を流れる。ここで、周囲流路６３１には、案内部６４が設けられている。周囲流路６３１を流れる蒸気１３は、この案内部６４により周方向に案内される。より具体的には、案内部６４は、螺旋状に延びる螺旋板６４１を含んでおり、開口部６１４から流出した蒸気１３は、この螺旋板６４１に沿うように周方向に案内される。すなわち、蒸気１３は、軸方向速度成分を有しつつ周方向速度成分を有するように旋回しながら、出口座６３２に向かう。このように、蒸気１３が周方向に案内されながら周囲流路６３１を流れるため、蒸気１３による内胴６１の冷却は周方向において均一化される。
【００３７】
出口座６３２に達した蒸気１３は、出口座６３２から流出する。流出した蒸気１３は、第２高圧回収管１２ｂ、第２高圧給水加熱器６ａおよび第１高圧回収管１２ａを通って脱気器１４に回収される。
【００３８】
このように本実施の形態によれば、内胴６１と外胴６３との間の周囲流路６３１を流れる蒸気１３を周方向に案内する案内部６４が設けられている。ここで、案内部６４が設けられていない場合、周囲流路６３１を流れる蒸気１３の流れに周方向において偏りが生じるおそれがある。例えば、開口部６１４が内胴６１の上部に設けられるとともに出口座６３２が外胴６３の上部に設けられている場合、周囲流路６３１のうち内胴６１の上側に蒸気１３の流れが偏るおそれがある。このため、内胴６１の上側は蒸気１３により冷却されるが、内胴６１の下側は蒸気１３により冷却されにくくなる。この場合、蒸気１３による内胴６１の均一な冷却が困難になるおそれがある。これに対して本実施の形態によれば、開口部６１４から流出した蒸気１３は、周囲流路６３１内において、案内部６４によって周方向に案内されながら流れることができる。このため、周囲流路６３１の周方向における蒸気１３の流れの偏りが抑制され、蒸気１３による内胴６１の冷却を周方向において均一化することができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、案内部６４は、螺旋状に延びる螺旋板６４１を含んでいる。このことにより、開口部６１４から流出した蒸気１３は、この螺旋板６４１に沿うように周方向に案内される。すなわち、蒸気１３は、軸方向速度成分を有しつつ周方向速度成分を有するように旋回しながら、出口座６３２に向かう。このように、蒸気１３は軸方向速度成分を失わないように周囲流路６３１を流れるため、蒸気１３が周方向に案内されることにより生じる圧力損失を低減することができる。
【００４０】
また、本実施の形態によれば、案内部６４は、内胴６１の外周面に取り付けられている。このことにより、給水加熱器６ｂを作製する際、まずは内胴６１の外周面に案内部６４を溶接などにより取り付けてから、外胴６３を組み付ければよい。また、溶接作業を、内胴６１の外周面に対して行うことができるため、溶接の作業性を向上させることができる。このため、給水加熱器６ｂの作製作業を簡易化し、給水加熱器６ｂの作製時の作業効率を向上することができる。
【００４１】
なお、図３では、螺旋板６４１は、内胴６１の外周面に４周分巻き付いている例を示しているが、これに限定されることはない。内胴６１の外周面への螺旋板６４１の巻付数は、任意である。また、本実施の形態では、案内部６４が１つの螺旋板６４１を含んでいる例について説明したが、２つ以上の螺旋板６４１を含んで２条以上の螺旋流路が形成されるようにしてもよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
次に、図４および図５を用いて、第２の実施の形態による熱交換器について説明する。
【００４３】
図４および図５に示す第２の実施の形態においては、案内部が、軸方向に延びる仕切り部材と、周方向に延びて軸方向に交互に入れ子状に配置される第１の円弧部材および第２の円弧部材と、を含んでいる点が主に異なり、他の構成は、図１〜図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図４および図５において、図１〜図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４４】
図４および図５に示すように、案内部６４は、軸方向Ｘに延びる仕切り板６４２（仕切り部材）と、周方向に延びて軸方向に交互に入れ子状に配置される複数の第１の円弧板６４３（第１の円弧部材）および複数の第２の円弧板６４４（第２の円弧部材）と、を含んでいる。
【００４５】
仕切り板６４２は、軸方向Ｘに延びており、軸方向Ｘで見たときに開口部６１４の側、すなわち内胴６１の上部に設けられている。仕切り板６４２は、軸方向Ｘに直交する方向（図５における上下方向）において互いに反対側に設けられた第１の面６４２ａおよび第２の面６４２ｂを含んでいる。図５に示すように、仕切り板６４２の一側（図５における下側）に第１の面６４２ａが形成され、他側（図５における上側）に第２の面６４２ｂが形成されている。
【００４６】
第１の円弧板６４３は、仕切り板６４２の第１の面６４２ａから周方向に延びているが、仕切り板６４２の第２の面６４２ｂからは離間している。すなわち、第１の円弧板６４３の一端は、第１の面６４２ａに接続され、他端は、第２の面６４２ｂに接続されていない。第１の円弧板６４３の当該他端と第２の面６４２ｂとの間には、蒸気１３が流れる流路が形成されている。
【００４７】
また、第２の円弧板６４４は、仕切り板６４２の第２の面６４２ｂから周方向に延びているが、仕切り板６４２の第１の面６４２ａからは離間している。すなわち、第２の円弧板６４４の一端は、第２の面６４２ｂに接続され、他端は、第１の面６４２ａに接続されていない。第２の円弧板６４４の当該他端と第１の面６４２ａとの間には、蒸気１３が流れる流路が形成されている。
【００４８】
第１の円弧板６４３と第２の円弧板６４４は、軸方向Ｘに交互に入れ子状に配置されている。より具体的には、第１の円弧板６４３と第２の円弧板６４４は、周方向で入れ子状に形成されており、軸方向Ｘで見たときに第１の円弧板６４３の一部と第２の円弧板６４４の一部が、互いに重なり合っている。なお、仕切り板６４２、第１の円弧板６４３および第２の円弧板６４４は、内胴６１の外周面に溶接などにより固定されている。仕切り板６４２、第１の円弧板６４３および第２の円弧板６４４と外胴６３との間には、微小な隙間が設けられていてもよい。しかしながら、仕切り板６４２、第１の円弧板６４３および第２の円弧板６４４は、外胴６３に接続されて内胴６１に対して外胴６３を支持する支持部材としての機能を有していてもよい。
【００４９】
図５に示すように、本実施の形態では、開口部６１４から流出した蒸気１３は、まず、仕切り板６４２の第２の面６４２ｂと第１の円弧板６４３との間の流路を軸方向Ｘに流れ、第１の円弧板６４３と第２の円弧板６４４との間の流路に流入する。すると、蒸気１３は、第１の円弧板６４３および第２の円弧板６４４により周方向の一側に案内されながら流れ、内胴６１の外周面をおよそ一周する。そして、蒸気１３は、仕切り板６４２の第１の面６４２ａと第２の円弧板６４４との間の流路を軸方向Ｘに流れ、第２の円弧板６４４と、当該第２の円弧板６４４よりも出口座６３２の側の第１の円弧板６４３との間の流路に流入する。すると、蒸気１３は、第２の円弧板６４４および当該第１の円弧板６４３により周方向の他側に案内されながら流れ、内胴６１の外周面をおよそ一周する。このように、開口部６１４から流出した蒸気１３は、これらの仕切り板６４２、第１の円弧板６４３、および第２の円弧板６４４に沿うようにして、周方向にジグザグに流れながら、出口座６３２に向かう。出口座６３２に達した蒸気１３は、出口座６３２から流出する。
【００５０】
このように本実施の形態によれば、案内部６４は、軸方向Ｘに延びる仕切り板６４２と、周方向に延びて軸方向Ｘに交互に入れ子状に配置される第１の円弧板６４３および第２の円弧板６４４と、を含んでいる。このことにより、開口部６１４から流出した蒸気１３は、周囲流路６３１において、周方向にジグザグに案内されながら流れることができる。このため、周囲流路６３１の周方向における蒸気１３の流れの偏りが抑制され、蒸気１３による内胴６１の冷却を周方向において均一化することができる。また、案内部６４は、軸方向Ｘに延びる仕切り板６４２と、周方向に延びる第１の円弧板６４３および第２の円弧板６４４とにより構成されているため、それらの板６４２、６４３、６４４の作製を容易化させることができ、給水加熱器６ｂの製造コストを低減することができる。
【００５１】
なお、図４および図５では、案内部６４は、１つの仕切り板６４２と、３つの第１の円弧板６４３と、２つの第２の円弧板６４４と、を含んでいる例を示しているが、これらの数に限定されることはない。案内部６４は、仕切り板６４２と、第１の円弧板６４３と、第２の円弧板６４４と、をそれぞれ１つ以上含んでいればよい。
【００５２】
（第３の実施の形態）
次に、図６および図７を用いて、第３の実施の形態による熱交換器について説明する。
【００５３】
図６および図７に示す第３の実施の形態においては、案内部が、周方向に延びて軸方向に交互に配置される第１の円弧部材および第２の円弧部材を含んでいる点が主に異なり、他の構成は、図１〜図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図６および図７において、図１〜図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５４】
図６および図７に示すように、案内部６４は、周方向に延びて軸方向Ｘに交互に配置される複数の第１の円弧板６４５（第１の円弧部材）および複数の第２の円弧板６４６（第２の円弧部材）を含んでいる。
【００５５】
第１の円弧板６４５は、周方向に延びており、軸方向Ｘで見たときに開口部６１４の側、すなわち内胴６１の上側に設けられている。第１の円弧板６４５の両端部は、下側（第２の円弧板６４６が設けられた側）において離間している。本実施の形態では、第１の円弧板６４５は、内胴６１の上半部に設けられており、半円弧状に形成されている。すなわち、第１の円弧板６４５は、内胴６１の上半部を流れる蒸気１３を内胴６１の下半部まで案内するように構成されている。
【００５６】
また、第２の円弧板６４６は、周方向に延びており、軸方向Ｘで見たときに第１の円弧板６４５とは反対側、すなわち内胴６１の下側に設けられている。第２の円弧板６４６の両端部は、上側（第１の円弧板６４５が設けられた側）において離間している。本実施の形態では、第２の円弧板６４６は、内胴６１の下半部に設けられており、半円弧状に形成されている。すなわち、第２の円弧板６４６は、内胴６１の下半部を流れる蒸気１３を内胴６１の上半部まで案内するように構成されている。
【００５７】
第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６は、軸方向Ｘに交互に配置されている。なお、第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６は、内胴６１の外周面に溶接などにより固定されている。第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６と外胴６３との間には、微小な隙間が設けられていてもよい。しかしながら、第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６は、外胴６３に接続されて内胴６１に対して外胴６３を支持する支持部材としての機能を有していてもよい。
【００５８】
図７に示すように、本実施の形態では、開口部６１４から流出した蒸気１３は、まず、第１の円弧板６４５により周方向に案内される。より具体的には、開口部６１４から流出した蒸気１３は、第１の円弧板６４５により案内されて、内胴６１の上半部から内胴６１の下半部に流れる。蒸気１３は、内胴６１の下半部まで案内されると、軸方向Ｘに流れる。すると、蒸気１３は、第２の円弧板６４６により周方向に案内されて、内胴６１の下半部から内胴６１の上半部に流れる。蒸気１３は、内胴６１の上半部まで案内されると、軸方向Ｘに流れる。そして、蒸気１３は、当該第２の円弧板６４６よりも出口座６３２の側の第１の円弧板６４５により周方向に案内されて、内胴６１の上半部から内胴６１の下半部に流れる。このように、開口部６１４から流出した蒸気１３は、第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６に沿うようにして、周方向にジグザグに流れながら、出口座６３２に向かう。出口座６３２に達した蒸気１３は、出口座６３２から流出する。
【００５９】
このように本実施の形態によれば、案内部６４は、周方向に延びて軸方向に交互に配置される第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６を含んでいる。このような第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６が設けられた簡易な構成により、開口部６１４から流出した蒸気１３を、周方向にジグザグに案内することができる。このため、周囲流路６３１の周方向における蒸気１３の流れの偏りが抑制され、蒸気１３による内胴６１の冷却を周方向において均一化することができる。また、案内部６４は、周方向に延びる第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６により構成されているため、それらの板６４５、６４６の作製を容易化させることができ、給水加熱器６ｂの製造コストを低減することができる。また、第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６は、半円弧状に形成されているため、内胴６１の内周面に容易に取り付けることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６は、半円弧状に形成されている例について説明したが、これに限定されることはない。第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６の周方向長さは、半円弧状に形成される場合の周方向長さよりも長く形成されてもよい。また、第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６の周方向長さは、互いに異なる長さで形成されてもよい。その場合、例えば、第１の円弧板６４５の周方向長さが、半円弧状に形成される場合の周方向長さよりも長く、第２の円弧板６４６の周方向長さが、半円弧状に形成される場合の周方向長さよりも短くてもよい。
【００６１】
また、図６および図７では、案内部６４は、３つの第１の円弧板６４５と、２つの第２の円弧板６４６と、を含んでいる例を示しているが、これらの数に限定されることはない。案内部６４は、第１の円弧板６４５と、第２の円弧板６４６と、をそれぞれ１つ以上含んでいればよい。
【００６２】
（第４の実施の形態）
次に、図８および図９を用いて、第４の実施の形態による熱交換器について説明する。
【００６３】
図８および図９に示す第４の実施の形態においては、案内部が、軸方向における開口部の側に設けられておらず、軸方向における流入部の側に設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１〜図７に示す上述した実施の形態と略同一である。なお、図８および図９において、図１〜図７に示す上述した実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】
図８に示すように、案内部６４は、第１の実施の形態で説明したような、螺旋板６４１を含んでいる。本実施の形態では、内胴６１の外周面のうち螺旋板６４１が設けられる領域の軸方向Ｘに沿う長さが、第１の実施の形態よりも短くなっている。そして、螺旋板６４１は、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側に設けられておらず、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側に設けられている。
【００６５】
蒸気１３は、入口座６１１の付近において温度が高い。一方、蒸気１３は、熱交換部６２で水と熱交換されると温度が低下するため、開口部６１４の付近においては温度が比較的低い。このため、内胴６１は、開口部６１４の側よりも入口座６１１の側において特に温度が上昇し易い。
【００６６】
このように本実施の形態によれば、案内部６４は、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側に設けられている。このため、特に温度が上昇し易い内胴６１の軸方向Ｘにおける入口座６１１の側では、蒸気１３を周方向に案内し、蒸気１３による内胴６１の冷却を均一化することができる。一方、案内部６４は、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側に設けられていない。このため、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側では、蒸気１３の流路断面を大きくすることができ、圧力損失の発生を防止することができる。また、給水加熱器６ｂの構成を簡易化させることができ、給水加熱器６ｂの製造コストを低減することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態の変形例として、図９に示すように、案内部６４が、第３の実施の形態で説明したような、第１の円弧板６４５と、第２の円弧板６４６と、を含んでいてもよい。この場合、第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６が、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側に設けられておらず、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側に設けられている。図９に示す変形例においても、図８に示す本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００６８】
また、本実施の形態の別の変形例として、案内部６４が、第２の実施の形態で説明したような、仕切り板６４２と、第１の円弧板６４３と、第２の円弧板６４４と、を含んでいてもよい。この場合、第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６が、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側に設けられておらず、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側に設けられている。この場合においても、図８に示す本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００６９】
（第５の実施の形態）
次に、図１０を用いて、第５の実施の形態による熱交換器について説明する。
【００７０】
図１０に示す第５の実施の形態においては、案内部が、螺旋状に延びる螺旋部材と、周方向に延びて軸方向に交互に配置される第１の円弧部材および第２の円弧部材と、を含んでいる点が主に異なり、他の構成は、図１〜図９に示す上述した実施の形態と略同一である。なお、図１０において、図１〜図９に示す上述した実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１０に示すように、案内部６４は、第１の実施の形態で説明したような、螺旋板６４１と、第３の実施の形態で説明したような、第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６と、を含んでいる。本実施の形態では、内胴６１の外周面のうち螺旋板６４１が設けられる領域の軸方向Ｘに沿う長さが、第１の実施の形態よりも短くなっている。同様に、内胴６１の外周面のうち第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６が設けられる領域の軸方向Ｘに沿う長さが、第３の実施の形態よりも短くなっている。
【００７２】
そして、螺旋板６４１は、軸方向Ｘにおける一側に設けられ、第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６が、軸方向Ｘにおける他側に設けられている。本実施の形態では、螺旋板６４１は、開口部６１４の側に設けられており、第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６が、入口座６１１の側に設けられている。また、第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６は、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側で軸方向Ｘに交互に配置されている。
【００７３】
このように本実施の形態によれば、螺旋板６４１は、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側に設けられている。このことにより、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側では、蒸気１３は、軸方向速度成分を有しつつ周方向速度成分を有するように旋回しながら流れることができる。一方、第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６は、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側で軸方向Ｘに交互に配置されている。このことにより、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側では、蒸気１３は、第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６に沿うようにして、周方向にジグザグに案内されながら流れることができる。このため、案内部６４が、螺旋状に延びる螺旋板６４１と、周方向に延びて軸方向に交互に配置される第１の円弧板６４５および第２の円弧板６４６と、を含む場合においても、周囲流路６３１の周方向における蒸気１３の流れの偏りが抑制され、蒸気１３による内胴６１の冷却を周方向において均一化することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、螺旋板６４１が、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側に設けられ、第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６が、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側で軸方向Ｘに交互に配置される例について説明したが、これに限定されることはない。螺旋板６４１が、軸方向Ｘにおける入口座６１１の側に設けられ、第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６が、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側で軸方向Ｘに交互に配置されていてもよい。
【００７５】
（第６の実施の形態）
次に、図１１および図１２を用いて、第６の実施の形態による熱交換器について説明する。
【００７６】
図１１に示す第６の実施の形態においては、軸方向における螺旋部材の間隔が、開口部の側よりも流入部の側で小さい点が主に異なり、他の構成は、図１〜図１０に示す上述した実施の形態と略同一である。なお、図１１および図１２において、図１〜図１０に示す上述した実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７７】
図１１に示すように、案内部６４は、第１の実施の形態で説明したような、螺旋板６４１を含んでいる。本実施の形態では、軸方向Ｘにおける、入口座６１１の側における螺旋板６４１の間隔ｄ１が、開口部６１４の側における螺旋板６４１の間隔ｄ２よりも小さくなっている。ここで、螺旋板６４１の間隔は、開口部６１４の側から入口座６１１の側に向かうにつれて徐々に小さくなるようにしてもよい。あるいは、段階的に螺旋板６４１の間隔が小さくなるようにしてもよい。
【００７８】
このように本実施の形態によれば、軸方向Ｘにおける螺旋板６４１の間隔は、開口部６１４の側よりも入口座６１１の側で小さくなっている。このことにより、軸方向Ｘにおける開口部６１４の側では、蒸気１３の流路断面を大きくすることができ、蒸気１３が周方向に案内されることにより生じる圧力損失を更に低減することができる。一方、温度が上昇し易い軸方向Ｘにおける入口座６１１の側では、蒸気１３が周方向により一層緊密に流れることができ、蒸気１３による内胴６１の冷却を周方向においてより一層均一化することができる。このため、圧力損失の低減と内胴６１の冷却の均一化とをバランス良く行うことができる。
【００７９】
また、本実施の形態の変形例として、図１２に示すように、案内部６４が、第３の実施の形態で説明したような、第１の円弧板６４３と、第２の円弧板６４４と、を含んでいてもよい。この場合、軸方向Ｘにおける第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６との間の間隔が、開口部６１４の側よりも入口座６１１の側で小さくなるように、第１の円弧板６４５と第２の円弧板６４６とが配置される。図１２に示す変形例においても、図１１に示す本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００８０】
また、本実施の形態の別の変形例として、案内部６４が、第２の実施の形態で説明したような、仕切り板６４２と、第１の円弧板６４３と、第２の円弧板６４４と、を含んでいてもよい。この場合、軸方向Ｘにおける第１の円弧板６４３と第２の円弧板６４４との間の間隔が、開口部６１４の側よりも入口座６１１の側で小さくなるように、第１の円弧板６４３と第２の円弧板６４４とが配置される。この場合においても、図１１に示す本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００８１】
以上述べた実施の形態によれば、外胴の内側に設けられた内胴の冷却を周方向において均一化することができる。
【００８２】
なお、上述した実施の形態では、第１流体を抽気蒸気とし、第２流体をボイラ給水としたが、これに限定されない。第１流体として専用の加熱用の気体を用いてもよく、また第２流体として専用の冷却用の液体を用いてもよい。また、第１流体、第２流体ともに、気体または液体に限定されず、第２流体の温度が第１流体の温度よりも低ければ、気体および液体のいずれであってもよい。
【００８３】
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
６ｂ：第２高圧給水加熱器、１３：蒸気、６１：内胴、６２：熱交換部、６３：外胴、６４：案内部、６１１：入口座、６１４：開口部、６２２：伝熱管、６３１：周囲流路、６３２：出口座、６４１：螺旋板、６４２：仕切り板、６４２ａ：第１の面、６４２ｂ：第２の面、６４３、６４５：第１の円弧板、６４４、６４６：第２の円弧板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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