(57)【要約】【課題】圧力損失を低減し、熱交換量を向上することができる熱交換器等を提供する。【解決手段】本実施形態の超臨界圧流体熱交換器では、水よりも沸点が低い超臨界圧の低沸点媒体と熱源媒体との熱交換が行われ、超臨界圧の低沸点媒体が加熱される。本実施形態の超臨界圧流体熱交換器は、複数の伝熱管と、胴と、複数の邪魔板とを有する。複数の伝熱管は、熱源媒体が内部を流れる。胴は、複数の伝熱管を内部に収容しており、超臨界圧の低沸点媒体が複数の伝熱管の周囲を流れる。複数の邪魔板は、胴の内部において超臨界圧の低沸点媒体が入口から出口に向かって蛇行して流れるように、胴の内部に間を隔てて並んで設置されている。ここで、複数の邪魔板は、一の邪魔板と、当該一の邪魔板の隣に設置された他の邪魔板との間の距離が、胴の内部での前記超臨界圧の低沸点媒体の流れに沿って長くなるように設置されている。【選択図】図２
2014214896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水よりも沸点が低い超臨界圧の低沸点媒体と熱源媒体との熱交換が行われ、前記超臨界圧の低沸点媒体が加熱される超臨界圧流体熱交換器であって、
前記超臨界圧流体熱交換器は、
前記熱源媒体が内部を流れる複数の伝熱管と
前記複数の伝熱管を内部に収容しており、前記超臨界圧の低沸点媒体が前記複数の伝熱管の周囲を流れる胴と、
前記胴の内部において前記超臨界圧の低沸点媒体が入口から出口に向かって蛇行して流れるように、前記胴の内部に間を隔てて並んで設置されている複数の邪魔板と
を有し、
前記複数の邪魔板は、一の邪魔板と、当該一の邪魔板の隣に設置された他の邪魔板との間の距離が、前記胴の内部での前記超臨界圧の低沸点媒体の流れに沿って長くなるように設置されていることを特徴とする、
超臨界圧流体熱交換器。
【請求項２】
前記複数の邪魔板のそれぞれは、前記超臨界圧の低沸点媒体が通過する切り欠き部が形成されており、
前記複数の邪魔板のそれぞれにおいて、前記切り欠き部は、前記胴の内部での前記超臨界圧の低沸点媒体の流れに沿って、面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする、
請求項１に記載の超臨界圧流体熱交換器。
【請求項３】
前記胴の内部において前記超臨界圧の低沸点媒体の出口側に位置する部分に設けられており、前記伝熱管を支持する伝熱管支持部
を有し、
前記伝熱管支持部は、前記複数の邪魔板のうち一の邪魔板と当該一の邪魔板の隣に設置された他の邪魔板との間に設置されていることを特徴とする、
請求項２に記載の超臨界圧流体熱交換器。
【請求項４】
前記伝熱管支持部は、
前記胴の内部に設置されており、前記伝熱管を支持する支持板
を含み、
前記支持板は、前記複数の邪魔板のうち前記一の邪魔板に形成された切り欠き部と同じ切り欠き部が同じ位置に形成されていると共に、当該一の邪魔板の隣に設置された他の邪魔板に形成された切り欠き部と同じ切り欠き部が同じ位置に形成されていることを特徴とする、
請求項３に記載の超臨界圧流体熱交換器。
【請求項５】
前記伝熱管支持部は、
前記胴の内部に設置されており、前記伝熱管を支持する支持格子
を含み、
前記支持格子は、複数の棒状体が前記複数の伝熱管の間において当該複数の伝熱管の配列に沿って配置されていることを特徴とする、
請求項３または４に記載の超臨界圧流体熱交換器。
【請求項６】
前記複数の伝熱管の外面のうち、前記超臨界圧の低沸点媒体の出口側に位置する部分に、凹凸部が形成されていることを特徴とする、
請求項１から５のいずれかに記載の超臨界圧流体熱交換器。
【請求項７】
前記複数の伝熱管は、前記複数の邪魔板のそれぞれの間において、前記複数の邪魔板の切り欠き部を貫通する部分の外面に前記凹凸部が形成されておらず、当該外面が平滑であることを特徴とする、
請求項６に記載の超臨界圧流体熱交換器。
【請求項８】
前記凹凸部には、フィンが形成されていることを特徴とする、
請求項６または７に記載の超臨界圧流体熱交換器。
【請求項９】
前記複数の邪魔板は、一の邪魔板と、当該一の邪魔板の隣に設置された他の邪魔板との間の距離が、前記胴の内部での前記超臨界圧の低沸点媒体の密度の変化に応じて異なっていることを特徴とする、
請求項１から８のいずれかに記載の超臨界圧流体熱交換器。
【請求項１０】
前記複数の邪魔板のそれぞれにおいて、前記切り欠き部は、前記胴の内部での前記超臨界圧の低沸点媒体の密度の変化に応じて、面積が異なっていることを特徴とする、
請求項２から９のいずれかに記載の超臨界圧流体熱交換器。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の超臨界圧流体熱交換器と、
前記超臨界圧流体熱交換部での熱交換によって気化された超臨界圧の低沸点媒体が作動媒体として供給される媒体タービンと
を備えることを特徴とする、
発電システム。
【請求項１２】
水よりも沸点が低い超臨界圧の低沸点媒体と熱源媒体との熱交換が行われ、前記超臨界圧の低沸点媒体が加熱される超臨界圧流体熱交換器であって、
前記超臨界圧流体熱交換器は、
前記熱源媒体が内部を流れる複数の伝熱管と
前記複数の伝熱管を内部に収容しており、前記超臨界圧の低沸点媒体が前記複数の伝熱管の周囲を流れる胴と、
前記胴の内部において前記超臨界圧の低沸点媒体が入口から出口に向かって蛇行して流れるように、前記胴の内部に間を隔てて並んで設置されている複数の邪魔板と
を有し、
前記複数の邪魔板は、一の邪魔板と、当該一の邪魔板の隣に設置された他の邪魔板との間の距離が、前記超臨界圧の低沸点媒体の入口側よりも出口側において長くなるように設置されていることを特徴とする、
超臨界圧流体熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超臨界圧流体熱交換器、および、発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱、バイオマスによる熱、製鉄所の廃熱などの熱を用いて作動媒体を加熱し、発電を行う発電システムが知られている。
【０００３】
このような発電システムでは、作動媒体を加熱する熱源の温度が比較的低いため、水よりも沸点が低い低沸点媒体を作動媒体として用いる場合がある。たとえば、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）などのフロン類や、ブタン、ペンタンなどの炭化水素等の有機媒体が、低沸点媒体として用いられる（たとえば、特許文献１から７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2009-221961号公報
【特許文献２】米国特許第5400598号明細書
【特許文献３】米国特許第5531073号明細書
【特許文献４】米国特許第6009711号明細書
【特許文献５】米国特許第7775045号明細書
【特許文献６】米国特許第7797940号明細書
【特許文献７】米国特許第7823386号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の発電システム（有機媒体ランキンサイクル（ＯＲＣ）発電システム）では、発電の効率化のために、低沸点媒体を超臨界圧に昇圧した後に、その超臨界圧の低沸点媒体を熱源媒体との熱交換によって加熱し、タービンに供給することが行われている。
【０００６】
超臨界圧の低沸点媒体と熱源媒体との間の熱交換は、たとえば、複数の伝熱管（チューブ）が胴（シェル）の内部に配列された多管式（シェル＆チューブ型）の熱交換器において行われる。多管式の熱交換器では、伝熱管内の方が胴よりも洗浄が容易である。このため、熱源媒体の清浄性が悪い場合には、伝熱管の内部に熱源媒体を流し、胴の内部において伝熱管の周囲に超臨界圧の低沸点媒体を流すことによって、両者の間の熱交換が行われる。
【０００７】
図１１は、超臨界圧流体について、温度と比熱の関係、および、温度と密度の関係を示す図である。図１１において、横軸は、温度Ｔ（℃）を示し、左縦軸は、定圧比熱Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ／Ｋ）を示し、右縦軸は、密度ρ（ｋｇ／ｍ３）を示している。
【０００８】
図１１に示すように、超臨界圧流体は、温度Ｔの上昇に伴って、定圧比熱Ｃｐが高くなる。ここで、超臨界圧流体が臨界温度ＴＣ付近になると、定圧比熱Ｃｐが急激に高くなる。そして、超臨界圧流体が擬臨界温度ＴＥになったときに、定圧比熱Ｃｐが最大になる。そして、超臨界圧流体が更に加熱されて擬臨界温度ＴＥを超えると、定圧比熱Ｃｐが低下していき、臨界温度ＴＣよりも低い温度範囲での定圧比熱Ｃｐと、ほぼ同じになる。
【０００９】
また、超臨界圧流体は、温度Ｔの上昇に伴って、密度ρが低くなる。ここでは、超臨界圧流体は、臨界温度ＴＣ付近を超えると、密度ρが急激に低くなって、臨界温度ＴＣよりも低いときの密度ρに対して、１／４〜１／６程度の密度ρになる。
【００１０】
このため、超臨界圧の低沸点媒体は、胴の内部において、流速が急激に上昇する場合がある。そして、その流速の増大に伴って、圧力損失が増大する場合がある。また、定圧比熱Ｃｐの増大に伴って、低沸点媒体と熱源媒体との間の温度差が小さくなり、熱交換量が低下する場合がある。
【００１１】
その結果、上記の発電システムについて効率化を十分に実現することが容易でない場合がある。
【００１２】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、圧力損失を低減し、熱交換量を向上することができる熱交換器、および、効率化を実現することができる発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本実施形態の超臨界圧流体熱交換器では、水よりも沸点が低い超臨界圧の低沸点媒体と熱源媒体との熱交換が行われ、超臨界圧の低沸点媒体が加熱される。本実施形態の超臨界圧流体熱交換器は、複数の伝熱管と、胴と、複数の邪魔板とを有する。複数の伝熱管は、熱源媒体が内部を流れる。胴は、複数の伝熱管を内部に収容しており、超臨界圧の低沸点媒体が複数の伝熱管の周囲を流れる。複数の邪魔板は、胴の内部において超臨界圧の低沸点媒体が入口から出口に向かって蛇行して流れるように、胴の内部に間を隔てて並んで設置されている。ここで、複数の邪魔板は、一の邪魔板と、当該一の邪魔板の隣に設置された他の邪魔板との間の距離が、胴の内部での前記超臨界圧の低沸点媒体の流れに沿って長くなるように設置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態に係る発電システムを示す系統図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る発電システムの超臨界圧流体熱交換器２において、複数の邪魔板２５の配置を詳細に示す断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【図９】図９は、第３実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【図１０】図１０は、第４実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【図１１】図１１は、超臨界圧流体について、温度と比熱の関係、および、温度と密度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
＜第１実施形態＞
［Ａ］発電システムの構成
図１は、第１実施形態に係る発電システムを示す系統図である。
【００１７】
本実施形態において、発電システムは、ＯＲＣ発電システムであって、図１に示すように、超臨界圧流体熱交換器２と、媒体タービン３と、凝縮器４と、超臨界圧媒体ポンプ５と、冷却水供給部６とを有する。
【００１８】
以下より、発電システムを構成する各部について、順次、説明する。
【００１９】
［Ａ−１］超臨界圧流体熱交換器２
超臨界圧流体熱交換器２は、図１に示すように、熱源媒体供給源１から供給された熱源媒体Ｆ１を用いて、水よりも沸点が低い超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５を加熱する。超臨界圧流体熱交換器２は、蒸発器であって、臨界温度ＴＣ、擬臨界温度ＴＥよりも高い温度に超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５を加熱して、超臨界圧ガス流体にする。
【００２０】
具体的には、超臨界圧流体熱交換器２は、熱源媒体供給源１との間に配管が設けられており、その配管を介して、熱源媒体供給源１から熱源媒体Ｆ１が加熱媒体として流入する。たとえば、熱源媒体供給源１は、地熱で加熱された地熱水を供給する生産井（図示省略）であり、その生産井から地熱水が、熱源媒体Ｆ１として、超臨界圧流体熱交換器２に流れて内部に入る。なお、熱源媒体Ｆ１は、地熱の他に、バイオマス資源による熱、製鉄所の廃熱などの熱で加熱された媒体であってもよい。
【００２１】
これと共に、超臨界圧流体熱交換器２は、超臨界圧媒体ポンプ５との間に配管が設けられており、その配管を介して、超臨界圧媒体ポンプ５で超臨界圧に昇圧された低沸点媒体Ｍ５が流入する。たとえば、低沸点媒体Ｍ５は、フロン（ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）など）、炭化水素（ブタン，ペンタンなど）などの有機媒体である。
【００２２】
そして、超臨界圧流体熱交換器２では、熱源媒体Ｆ１と超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５との間において、熱交換が行われる。
【００２３】
超臨界圧流体熱交換器２においては、熱源媒体Ｆ１が、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５との熱交換によって冷却される。そして、熱交換後の熱源媒体Ｆ２が、超臨界圧流体熱交換器２から外部へ排出される。
【００２４】
この一方で、超臨界圧流体熱交換器２においては、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が、熱源媒体Ｆ１との熱交換によって加熱される。ここでは、熱交換によって、臨界温度ＴＣよりも低い温度から、臨界温度ＴＣおよび擬臨界温度ＴＥを超えた温度に上昇するように（図１１参照）、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が加熱される。そして、その熱交換が行われた超臨界圧の低沸点媒体Ｍ２が、超臨界圧流体熱交換器２から媒体タービン３の内部に作動媒体として流入する。
【００２５】
超臨界圧流体熱交換器２の詳細な構成については、後述する。
【００２６】
［Ａ−２］媒体タービン３
媒体タービン３は、超臨界圧流体熱交換器２での熱交換によって加熱された超臨界圧の低沸点媒体Ｍ２が、作動媒体として供給されて駆動する。
【００２７】
具体的には、媒体タービン３は、主蒸気止め弁ＶＭ２（ＭＳＶ）が設置された配管が、超臨界圧流体熱交換器２との間に設けられており、その配管を介して、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ２が作動媒体として流入する。そして、媒体タービン３は、その超臨界圧の低沸点媒体Ｍ２の供給によって、ケーシング（図示省略）の内部に設置されたタービンロータ（図示省略）が回転する。
【００２８】
媒体タービン３は、たとえば、多段式の軸流タービンであって、静翼（ノズル翼）と動翼（タービン羽根）とによって構成されるタービン段落が、タービンロータの回転軸に沿って、複数段、設けられている。超臨界圧の低沸点媒体Ｍ２は、媒体タービン３において一方の端部に位置する初段のタービン段落に供給された後に、各タービン段落において、順次、仕事を行ってタービンロータを回転させる。超臨界圧の低沸点媒体Ｍ２は、一方の端部から他方の端部へ流れるに従って、圧力および温度が低下し、他方の端部に位置する最終段のタービン段落を通過した後に、排気される。
【００２９】
媒体タービン３においてタービンロータの回転軸には、発電機３Ｇが連結されており、タービンロータの回転によって発電機３Ｇが駆動して、発電が行なわれる。
【００３０】
なお、本実施形態では、上記のように、媒体タービン３が軸流式である場合について示したが、これに限らない。媒体タービン３は、半径流式（幅流式）などの種々の方式であってもよい。
【００３１】
［Ａ−３］凝縮器４
凝縮器４は、媒体タービン３から排気された低沸点媒体Ｍ３を冷却して凝縮させる。凝縮器４は、冷却水供給部６から供給された冷却水ｆ６２を用いて、低沸点媒体Ｍ３の凝縮を行う。
【００３２】
具体的には、凝縮器４は、媒体タービン３の排気口との間に配管が設けられており、その配管を介して、媒体タービン３から低沸点媒体Ｍ３が流入する。これと共に、凝縮器４は、冷却水供給部６との間に配管が設けられており、その配管を介して、冷却水供給部６から冷却水ｆ６２が流入する。そして、凝縮器４では、低沸点媒体Ｍ３と冷却水ｆ６２との間において、熱交換が行われる。
【００３３】
凝縮器４においては、低沸点媒体Ｍ３が冷却水ｆ６２との熱交換によって冷却されて凝縮し液化する。そして、その液体の低沸点媒体Ｍ４が、凝縮器４から流出する。
【００３４】
この一方で、凝縮器４においては、冷却水ｆ６２が低沸点媒体Ｍ３との熱交換によって加熱される。そして、その熱交換後の冷却水ｆ４が、凝縮器４から外部へ流れ出る。
【００３５】
［Ａ−４］超臨界圧媒体ポンプ５
超臨界圧媒体ポンプ５は、凝縮器４で凝縮した低沸点媒体Ｍ４を、超臨界圧に昇圧して、超臨界圧流体熱交換器２に送る。
【００３６】
具体的には、超臨界圧媒体ポンプ５は、凝縮器４との間に配管が設けられており、その配管を介して、凝縮器４から液体の低沸点媒体Ｍ４が流入する。そして、超臨界圧媒体ポンプ５は、その低沸点媒体Ｍ４を超臨界圧に昇圧し、その昇圧した超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が超臨界圧流体熱交換器２に移送される。
【００３７】
［Ａ−５］冷却水供給部６
冷却水供給部６は、冷却水ポンプ６１と冷却器６２と冷却ファン６３とを含み、凝縮器４に冷却水ｆ６２を供給する。
【００３８】
具体的には、冷却水供給部６においては、冷却水ポンプ６１が外部から冷却水ｆ１を吸引し、その吸引した冷却水ｆ６１を冷却器６２に送る。そして、冷却器６２では、冷却ファン６３による冷却風で、その冷却水ｆ６１を冷却する。そして、冷却器６２で冷却された冷却水ｆ６２が、凝縮器４に供給される。
【００３９】
［Ｂ］超臨界圧流体熱交換器２の詳細構成
図２，図３，図４は、第１実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【００４０】
図２は、断面を示しており、ここでは、熱源媒体Ｆ１，Ｆ２の流れを実線の矢印で示すと共に、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ２，Ｍ５の流れを、破線の矢印で示している。図３（ａ）は、図２においてＸａ−Ｘａ部分の断面を示し、図３（ｂ）は、図２においてＸｇ−Ｘｇ部分の断面を示している。図４は、図２において、Ｘ１−Ｘ１部分の断面を示している。
【００４１】
超臨界圧流体熱交換器２は、図２，図３，図４に示すように、多管式（シェル＆チューブ型）の熱交換器であって、伝熱管２１と胴２２と管板２３と水室部２４と邪魔板２５とを備える。
【００４２】
超臨界圧流体熱交換器２は、熱源媒体Ｆ１と超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５とが互いに向い合って流れる部分と、互いが直交して流れる部分とを含み、両者の間において熱交換が行なわれて、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が加熱される。
【００４３】
超臨界圧流体熱交換器２を構成する各部の詳細について、順次、説明する。
【００４４】
［Ｂ−１］伝熱管２１（チューブ）
伝熱管２１は、図２，図３，図４に示すように、胴２２の内部において、複数が間を隔てて配列されている。複数の伝熱管２１のそれぞれは、円筒形状の平滑管であって、中心軸（管軸）が水平方向に沿うように設置されている。
【００４５】
図２に示すように、複数の伝熱管２１のそれぞれは、左端（一端）に位置する入口２１Ａから熱源媒体Ｆ１が流入し、内部を流れる。そして、右端（他端）に位置する出口２１Ｂから外部に熱源媒体Ｆ２が流出する。
【００４６】
［Ｂ−２］胴２２（シェル）
胴２２は、図２，図３に示すように、円筒形状の管であって、複数の伝熱管２１のそれぞれと同様に、中心軸２２Ｃが水平方向に沿うように設置されている。
【００４７】
図２に示すように、胴２２の外周面において、右端（一端）側の部分には、導入管２２Ａが設置されている。導入管２２Ａは、垂直方向に中心軸が沿っており、上端（一端）が胴２２に連結されている。
【００４８】
また、胴２２の外周面において、左端（他端）側の部分には、排出管２２Ｂが設置されている。排出管２２Ｂは、垂直方向に中心軸が沿っており、下端（一端）が胴２２に連結されている。
【００４９】
胴２２においては、導入菅２２Ａを介して、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が外部から内部に流入し、排出管２２Ｂを介して、その内部から外部に超臨界圧の低沸点媒体Ｍ２が流出する。
【００５０】
［Ｂ−３］管板２３（チューブプレート）
管板２３は、図２，図４に示すように、たとえば、胴２２の外径よりも直径が大きい円板状の板状体であって、胴２２の右端（一端）と左端（他端）とのそれぞれにおいて、一対が対面するように設置されている。
【００５１】
一対の管板２３のそれぞれは、伝熱管２１の両端部（右端部，左端部）のそれぞれが貫通しており、複数の伝熱管２１のそれぞれを支持している。
【００５２】
具体的には、一対の管板２３のうち、胴２２の右端に設置された管板２３は、複数の伝熱管２１において右端側の部分が貫通している。また、一対の管板２３のうち、胴２２の左端に設置された管板２３は、複数の伝熱管２１の左端側の部分が貫通している。
【００５３】
［Ｂ−４］水室部２４（ボンネット，ヘッダ）
水室部２４は、図２に示すように、たとえば、半球形状であって、胴２２の右端と左端とのそれぞれにおいて、一対が対面するように設けられている。
【００５４】
一対の水室部２４のうち、胴２２の右端に設置された水室部２４には、排出管２４Ｂが設置されている。排出管２４Ｂは、水平方向に中心軸が沿っており、左端が水室部２４に連結されている。排出管２４Ｂにおいては、左端から右端へ熱源媒体Ｆ２が流れ、右端から熱源媒体Ｆ２が水室部２４の外部に流出する。
【００５５】
また、一対の水室部２４のうち、胴２２の左端に設置された水室部２４には、導入管２４Ａが設置されている。導入管２４Ａは、水平方向に中心軸が沿っており、右端が水室部２４に連結されている。導入管２４Ａにおいては、左端から右端へ熱源媒体Ｆ１が流れ、右端から熱源媒体Ｆ１が水室部２４の内部に流入する。
【００５６】
［Ｂ−５］邪魔板２５（バッフルプレート）
邪魔板２５は、図２に示すように、複数が胴２２の内部において水平方向に間を隔てて並んでいる。たとえば、胴２２の内部において導入管２２Ａ（入口）の側から排出管２２Ｂ（出口）の側に向かって、第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈが、順次、邪魔板２５として設置されている。
【００５７】
第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈは、図２に示すように、互いに厚みが同一であって、胴２２の内部において伝熱管２１に対して垂直方向に沿って立つように設置されている。第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈは、胴２２の内部の空間を、導入管２２Ａ（入口）の側から排出管２２Ｂ（出口）の側に向かって、順次、第１から第９の室Ｒ１〜Ｒ９に分割している。
【００５８】
図２，図３（ａ）に示すように、第１の邪魔板２５ａは、板状体であって、胴２２の内径よりも直径が小さい円板に、切り欠き部２５Ｋが形成されている。図３（ａ）に示すように、第１の邪魔板２５ａは、平面形状が欠円形状であって、切り欠き部２５Ｋは、水平方向に沿った切り欠き線２５Ｌで円板を分断したときの一方の部分に相当する。
【００５９】
図２，図３（ｂ）に示すように、第７の邪魔板２５ｇは、第１の邪魔板２５ａと同様に、切り欠き部２５Ｋが形成された欠円形状の板状体である。
【００６０】
第１の邪魔板２５ａおよび第７の邪魔板２５ｇ以外の他の邪魔板（第２から第６の邪魔板２５ｂ〜２５ｆ，第８の邪魔板２５ｈ）については、平面形状の図示を省略しているが、いずれも、上記と同様に、切り欠き部２５Ｋが形成された欠円形状の板状体である。
【００６１】
第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、図２に示すように、胴２２の内部において、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が導入管２２Ａ（入口）から排出管２２Ｂ（出口）に向かって蛇行して流れるように設置されている。ここでは、第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、水平方向において、切り欠き部２５Ｋの位置が胴２２の中心軸２２Ｃを介して互い違いに並ぶように、胴２２の内周面に固定されている。
【００６２】
具体的には、複数の邪魔板２５のうち、第１の邪魔板２５ａは、切り欠き部２５Ｋが胴２２の中心軸２２Ｃよりも上方に位置している。そして、胴２２の内部において、第１の邪魔板２５ａの隣に設置された第２の邪魔板２５ｂは、第１の邪魔板２５ａとは逆に、切り欠き部２５Ｋが胴２２の中心軸２２Ｃよりも下方に位置している。
【００６３】
第１の邪魔板２５ａと同様に、第３の邪魔板２５ｃと第５の邪魔板２５ｅと第７の邪魔板２５ｇとのそれぞれは、切り欠き部２５Ｋが胴２２の中心軸２２Ｃよりも上方に位置している。これに対して、第４の邪魔板２５ｄと第６の邪魔板２５ｆと第８の邪魔板２５ｈとのそれぞれは、第２の邪魔板２５ｂと同様に、切り欠き部２５Ｋが胴２２の中心軸２２Ｃよりも下方に位置している。これにより、胴２２の内部において、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が、第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈの切り欠き部２５Ｋのそれぞれを、順次、通過して、導入管２２Ａ（入口）から排出管２２Ｂ（出口）に向かって蛇行して流れる。
【００６４】
図５は、第１実施形態に係る発電システムの超臨界圧流体熱交換器２において、複数の邪魔板２５の配置を詳細に示す断面図である。図５は、図２と同じ断面を示しているが、伝熱管２１については記載を省略している。
【００６５】
図５に示すように、第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、一の邪魔板２５と、当該一の邪魔板２５の隣に設置された他の邪魔板２５との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・．Ｄｇｈ）が、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って、順次、長くなるように設置されている。
【００６６】
具体的には、第１の邪魔板２５ａと第２の邪魔板２５ｂとの間の距離Ｄａｂよりも、第２の邪魔板２５ｂと第３の邪魔板２５ｃとの間の距離Ｄｂｃの方が長い。第２の邪魔板２５ｂと第３の邪魔板２５ｃとの間の距離Ｄｂｃよりも、第３の邪魔板２５ｃと第４の邪魔板２５ｄとの間の距離Ｄｃｄの方が長い。このように、第１の邪魔板２５ａと第２の邪魔板２５ｂとの間の距離Ｄａｂ、第２の邪魔板２５ｂと第３の邪魔板２５ｃとの間の距離Ｄｂｃ、第３の邪魔板２５ｃと第４の邪魔板２５ｄとの間の距離Ｄｃｄ、第４の邪魔板２５ｄと第５の邪魔板２５ｅとの間の距離Ｄｄｅ、第５の邪魔板２５ｅと第６の邪魔板２５ｆとの間の距離Ｄｅｆ、第６の邪魔板２５ｆと第７の邪魔板２５ｇとの間の距離Ｄｆｇ、第７の邪魔板２５ｇと第８の邪魔板２５ｈとの間の距離Ｄｇｈの順で、長くなっている（つまり、Ｄａｂ＜Ｄｂｃ＜Ｄｃｄ＜Ｄｄｅ＜Ｄｅｆ＜Ｄｆｇ＜Ｄｇｈ）。
【００６７】
すなわち、胴２２の内部で隣り合う一対の邪魔板２５の間の間隙が、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って順次広くなっており、これに伴って、複数の邪魔板２５で区画された第２から第８の室Ｒ２〜Ｒ８の容積が順次大きくなっている。
【００６８】
この他に、本実施形態において、第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、図３および図５から判るように、切り欠き部２５Ｋの面積Ｓ（＝Ｓａ，Ｓｂ，・・・，Ｓｈ）が、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って大きくなるように形成されている。
【００６９】
具体的には、図５に示すように、第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、切り欠き部２５Ｋの切り欠き線２５Ｌと、胴２２の内周面との間の最大距離Ｙａ〜Ｙｈが、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って、順次、大きくなっている（Ｙａ＜Ｙｂ＜Ｙｃ＜Ｙｄ＜Ｙｅ＜Ｙｆ＜Ｙｇ＜Ｙｈ）。このため、図３および図５から判るように、第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈのそれぞれにおいて、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が通過する切り込み部２５Ｋの面積Ｓａ〜Ｓｈが、順次、広くなっている。すなわち、第１の邪魔板２５ａの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓａ、第２の邪魔板２５ｂの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓｂ、第３の邪魔板２５ｃの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓｃ、第４の邪魔板２５ｄの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓｄ、第５の邪魔板２５ｅの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓｅ、第６の邪魔板２５ｆの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓｆ、第７の邪魔板２５ｇの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓｇ、第８の邪魔板２５ｈの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓｈの順で、広くなっている（Ｓａ＜Ｓｂ＜Ｓｃ＜Ｓｄ＜Ｓｅ＜Ｓｆ＜Ｓｇ＜Ｓｈ）。
【００７０】
また、第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈのそれぞれにおいては、図２，図３に示すように、複数の貫通孔が形成されており、その複数の貫通孔のそれぞれに伝熱管２１が水平方向に貫通している。
【００７１】
なお、複数の邪魔板２５のそれぞれにおいて、一の邪魔板（たとえば、２５ａ）と、当該一の邪魔板（たとえば、２５ａ）の隣に設置された他の邪魔板（たとえば、２５ｂ）との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｇｈ）については、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の密度の変化に応じて異なっていることが好ましい。この場合、複数の邪魔板２５のそれぞれの間の距離Ｄが、胴２２の内部において超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の密度が変化する割合（密度比）の逆数に比例して、順次、長くなることが好適である。
【００７２】
たとえば、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が第７の邪魔板２５ｇと第８の邪魔板２５ｈとの中間を通過するときの密度ρｇｈが、第１の邪魔板２５ａと第２の邪魔板２５ｂとの中間を通過するときの密度ρａｂに対して、１／２倍になったと仮定する（つまり、ρｇｈ／ρａｂ＝１／２）。この場合には、第７の邪魔板２５ｇと第８の邪魔板２５ｈとの間の距離Ｄｇｈを、第１の邪魔板２５ａと第２の邪魔板２５ｂとの間の距離Ｄａｂに対して２倍にすることが好適である（つまり、Ｄｇｈ／Ｄａｂ＝２（＝ρａｂ／ρｇｈ））。
【００７３】
この他に、複数の邪魔板２５のそれぞれにおいて、切り欠き部２５Ｋは、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の密度の変化に応じて、面積Ｓａ〜Ｓｈが異なっていることが好ましい。この場合、複数の邪魔板２５のそれぞれの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓａ〜Ｓｈが、胴２２の内部において超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の密度が変化する割合（密度比）の逆数に比例して、順次、広くなることが好適である。
【００７４】
たとえば、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が第８の邪魔板２５ｈの切り欠き部２５Ｋを通過するときの密度ρｈが、第１の邪魔板２５ａを通過するときの密度ρａに対して、１／２倍になったと仮定する（つまり、ρｈ／ρａ＝１／２）。この場合には、第８の邪魔板２５ｈの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓｈを、第１の邪魔板２５ａの切り欠き部２５Ｋの面積Ｓａに対して２倍にすることが好適である（つまり、Ｓｈ／Ｓａ＝２（＝ρａ／ρｈ））。
【００７５】
［Ｃ］動作
上記の超臨界圧流体熱交換器２における動作に関して、図１，図２を参照して説明する。
【００７６】
ここでは、超臨界圧流体熱交換器２の動作に関して、熱源媒体Ｆ１，Ｆ２の流れと、低沸点媒体Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５の流れとのそれぞれに分けて、詳細に説明する。
【００７７】
［Ｃ−１］熱源媒体Ｆ１，Ｆ２について
超臨界圧流体熱交換器２においては、図１に示すように、熱源媒体供給源１から熱源媒体Ｆ１が流入する。そして、熱源媒体Ｆ１は、超臨界圧流体熱交換器２において、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５との熱交換がされる。その後、その熱交換がされた熱源媒体Ｆ２が、超臨界圧流体熱交換器２から外部へ流出する。
【００７８】
具体的には、図２に示すように、熱源媒体Ｆ１は、まず、導入管２４Ａを介して、胴２２の左端に設置された水室部２４の内部（水室）に流入する。
【００７９】
つぎに、熱源媒体Ｆ１は、複数の伝熱管２１のそれぞれにおいて、左端に位置する入口２１Ａから流入し、内部を流れる。このとき、熱源媒体Ｆ１は、複数の伝熱管２１の周囲を流れる超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５との間において熱交換を行う。
【００８０】
つぎに、熱源媒体Ｆ１は、複数の伝熱管２１のそれぞれにおいて、右端に位置する出口２１Ｂから流出し、胴２２の右端に設置された水室部２４の内部（水室）に流入する。
【００８１】
つぎに、その胴２２の右端に設置された水室部２４の内部から、熱源媒体Ｆ２が、排出管２４Ｂを介して、外部に流出する。
【００８２】
［Ｃ−２］低沸点媒体Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５について
低沸点媒体Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５は、図１に示すように、超臨界圧流体熱交換器２と媒体タービン３と凝縮器４と超臨界圧媒体ポンプ５とを、順次、循環する。
【００８３】
ここでは、図１に示すように、超臨界圧流体熱交換器２から低沸点媒体Ｍ２が媒体タービン３の内部に作動媒体として流入し、発電機３Ｇを駆動させた後に、媒体タービン３から排出される。つぎに、媒体タービン３から低沸点媒体Ｍ３が凝縮器４に流入し、凝縮器４で凝縮される。つぎに、凝縮器４で凝縮された低沸点媒体Ｍ４が超臨界圧媒体ポンプ５に流入し、超臨界圧媒体ポンプ５において超臨界圧に昇圧されて移送される。つぎに、超臨界圧媒体ポンプ５で昇圧された超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、超臨界圧流体熱交換器２に流入する。つまり、低沸点媒体Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５は、ランキンサイクルによって、各部を循環する。
【００８４】
図２に示すように、超臨界圧流体熱交換器２においては、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が、胴２２の内部に流入して、内部を流れ、熱源媒体Ｆ１との熱交換によって加熱される。
【００８５】
具体的には、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、胴２２の内部のうち、右端に設置された管板２３と、第１の邪魔板２５ａとの間に位置する第１の室Ｒ１に、導入管２２Ａを介して、流入する。そして、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、第１の室Ｒ１において下部から上部へ向かって流れる。
【００８６】
つぎに、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、第１の邪魔板２５ａにおいて上方に位置する切り込み部２５Ｋを介して、第１の邪魔板２５ａと第２の邪魔板２５ｂとの間に位置する第２の室Ｒ２に流入する。そして、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、第２の室Ｒ２において上部から下部へ向かって流れる。
【００８７】
つぎに、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、第２の邪魔板２５ｂにおいて下方に形成された切り込み部２５Ｋを介して、第２の邪魔板２５ｂと第３の邪魔板２５ｃとの間に位置する第３の室Ｒ３に流入する。そして、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、第３の室Ｒ３において下部から上部へ向かって流れる。
【００８８】
このように、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、胴２２の内部を蛇行して、第１から第９の室Ｒ１〜Ｓ９のそれぞれを、順次、流れる。
【００８９】
そして、最後に、胴２２の内部から、排出管２２Ｂを介して、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ２が外部へ流出する。
【００９０】
上記のように、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、胴２２の内部を流れるとき、第１から第９の室Ｒ１〜Ｓ９のそれぞれにおいて、熱源媒体Ｆ１との熱交換が行われ、順次、温度が上昇する。ここでは、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、超臨界圧流体熱交換器２において、臨界温度ＴＣよりも低い温度から、臨界温度ＴＣおよび擬臨界温度ＴＥを超えた温度に上昇する。このとき、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、温度Ｔの上昇に伴って、密度ρが低くなり、臨界温度ＴＣ付近を超えると密度ρの低下が急激になる（図１１参照）。
【００９１】
しかし、本実施形態では、複数の邪魔板２５の間の距離Ｄが、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って、順次、長くなっている。これと共に、複数の邪魔板２５のそれぞれは、切り欠き部２５Ｋの面積Ｓが、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って、順次、大きくなっている。
【００９２】
このため、本実施形態では、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が温度Ｔの上昇によって密度ρが急激に低下しても、第１から第９の室Ｒ１〜Ｓ９のそれぞれにおいて、圧力の変化を抑制することができる。その結果、本実施形態においては、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流速が急激に上昇しないため、圧力損失が増大することを防止することができる。圧力損失は、主に管群の中心部で発生するが、本実施形態では、この管群の中心部での圧力損失を、超臨界圧液状態での圧力損失に近付けることができるため、好適である。
【００９３】
［Ｄ］まとめ
以上のように、本実施形態の発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２は、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５と熱源媒体Ｆ１との熱交換が行われ、その超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が臨界温度ＴＣおよび擬臨界温度ＴＥを超えた温度に加熱される。
【００９４】
超臨界圧流体熱交換器２は、伝熱管２１と胴２２と邪魔板２５とを有する。伝熱管２１は、胴２２の内部に収容されており、熱源媒体Ｆ１が内部を流れる。胴２２は、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が、内部において伝熱管２１の周囲を流れる。邪魔板２５は、胴２２の内部において、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が入口から出口に向かって蛇行して流れるように、複数が胴２２の内部に間を隔てて並んで設置されている。
【００９５】
ここで、複数の邪魔板２５は、上述したように、一の邪魔板２５と、当該一の邪魔板２５の隣に設置された他の邪魔板２５との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｇｈ）が、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って長くなるように設置されている。
【００９６】
このため、本実施形態では、上述したように、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が臨界温度ＴＣ付近を超えて密度ρが急激に低下しても、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流速が急激に上昇しないため、圧力損失が増大することを防止することができる。
【００９７】
その結果、本実施形態では、発電システムにおいて、効率化を容易に実現することができる。
【００９８】
この他に、本実施形態では、複数の邪魔板２５のそれぞれにおいて、切り欠き部２５Ｋは、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って、面積Ｓ（＝Ｓａ，Ｓｂ，・・・，Ｓｈ）が大きくなるように形成されている。
【００９９】
このため、本実施形態では、圧力損失が増大することを、更に効果的に防止することができる。
【０１００】
［Ｅ］変形例
上記したように、本実施形態では、第１から第８の邪魔板２５ａ〜２５ｈの８枚が、邪魔板２５として設置されているが、これに限らない。当然ながら、８枚を超える枚数の邪魔板２５を設置してもよく、８枚未満の枚数の邪魔板２５を設置してもよい。
【０１０１】
上記したように、本実施形態では、複数の邪魔板２５の間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｇｈ）が、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って長くなるように、複数の邪魔板２５が設置されている。これと共に、本実施形態では、複数の邪魔板２５のそれぞれにおいて、切り欠き部２５Ｋは、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って、面積Ｓ（＝Ｓａ，Ｓｂ，・・・，Ｓｈ）が大きくなるように形成されている。しかし、これに限らない。複数の邪魔板２５の切り欠き部２５Ｋについては、必要に応じて、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って、順次、面積Ｓが大きくなるように形成すればよい。
【０１０２】
上記したように、本実施形態では、複数の邪魔板２５の間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｇｈ）のそれぞれが、胴２２の内部での超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って長くなっている（つまり、Ｄａｂ＜Ｄｂｃ＜Ｄｃｄ＜Ｄｄｅ＜Ｄｅｆ＜Ｄｆｇ＜Ｄｇｈ）。しかしながら、これに限らない。複数の邪魔板２５の間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｇｈ）が、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の入口側よりも出口側において長くなるように、複数の邪魔板２５を設置してもよい。たとえば、入口側の部分では、複数の邪魔板２５の間の距離Ｄが等しく、出口側の部分において、複数の邪魔板２５の間の距離Ｄが、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って長くなるように構成してもよい（たとえば、Ｄａｂ＝Ｄｂｃ＝Ｄｃｄ＝Ｄｄｅ＜Ｄｅｆ＜Ｄｆｇ＜Ｄｇｈ）。これと同様に、切り欠き部２５Ｋの面積Ｓ（＝Ｓａ，Ｓｂ，・・・，Ｓｈ）に関しても、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の入口側よりも出口側において大きくなるように構成してもよい。たとえば、入口側の部分では、面積Ｓが等しく、出口側の部分において、面積Ｓが超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れに沿って大きくなるように構成してもよい（たとえば、Ｓａ＝Ｓｂ＝Ｓｃ＝Ｓｄ＜Ｓｅ＜Ｓｆ＜Ｓｇ＜Ｓｈ）。
【０１０３】
上記したように、本実施形態では、発電システムは、超臨界圧流体熱交換器２と、媒体タービン３と、凝縮器４と、超臨界圧媒体ポンプ５と、冷却水供給部６とを有するが、これら以外の機器を、別途、設けてもよい。たとえば、再生器、気液分離器、バイパス弁などの機器を、適宜、設置してもかまわない。
【０１０４】
＜第２実施形態＞
［Ａ］構成等
図６，図７，図８は、第２実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【０１０５】
図６は、図２と同様に、断面を示している。図６では、図２の場合と異なり、熱源媒体Ｆ１の流れ、および、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れについて、一部を省略しているが、図２の場合と同様に、熱源媒体Ｆ１および超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が流れる。図７は、図６においてＸｆｇ−Ｘｆｇ部分の断面を示し、図８は、図６においてＸｇｈ−Ｘｇｈ部分の断面を示している。
【０１０６】
図６，図７，図８に示すように、本実施形態の発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２は、伝熱管支持部２６（振動抑制部）を更に有する。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
【０１０７】
伝熱管支持部２６は、図６，図７，図８に示すように、胴２２の内部に設置されており、伝熱管２１を支持して、振動の発生を抑制する。
【０１０８】
ここでは、伝熱管支持部２６は、胴２２の内部において、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口側（排出管２２Ｂ）に位置する部分に設置されている。つまり、伝熱管支持部２６は、胴２２の内部のうち、複数の邪魔板２５の間が狭い入口側（導入管２２Ａの側）には設置されておらず、複数の邪魔板２５の間が広い出口側（排出管２２Ｂの側）に設置されている。
【０１０９】
本実施形態では、図６，図７，図８に示すように、伝熱管支持部２６として、支持格子２６１と、第１の支持板２６２Ａと、第２の支持板２６２Ｂとが設置されている。
【０１１０】
伝熱管支持部２６を構成する各部について、順次、説明する。
【０１１１】
［Ａ−１］支持格子２６１
支持格子２６１は、図６に示すように、胴２２の内部において、第６の邪魔板２５ｆと第７の邪魔板２５ｇとの中間に設置されている。つまり、支持格子２６１は、第７の室Ｒ７に設けられている。
【０１１２】
図７に示すように、支持格子２６１は、複数の棒状体が複数の伝熱管２１の間において複数の伝熱管２１の配列に沿って配置されて構成されている。
【０１１３】
支持格子２６１は、複数の棒状体で区画された開口部のそれぞれに、複数の伝熱管２１が貫通しており、その開口部に貫通した複数の伝熱管２１を支持している。
【０１１４】
支持格子２６１が設けられた第７の室Ｒ７では、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が、下方から上方に向かって、支持格子２６１の開口部を通過して流れる。
【０１１５】
［Ａ−２］第１の支持板２６２Ａ
第１の支持板２６２Ａは、図６に示すように、胴２２の内部において、第７の邪魔板２５ｇと第８の邪魔板２５ｈとの中間に設置されている。つまり、第１の支持板２６２Ａは、第８の室Ｒ８に設けられている。ここでは、第１の支持板２６２Ａは、第７の邪魔板２５ｇおよび第８の邪魔板２５ｈと同様に、面が垂直方向に沿っている。
【０１１６】
図６，図８に示すように、第１の支持板２６２Ａは、板状体であって、第７の邪魔板２５ｇに形成された切り欠き部２５Ｋと同じ切り欠き部２６２Ｋが同じ位置に形成されている。これと共に、第１の支持板２６２Ａは、第８の邪魔板２５ｈに形成された切り欠き部２５Ｋと同じ切り欠き部２６２Ｋが同じ位置に形成されている。
【０１１７】
第１の支持板２６２Ａは、複数の伝熱管２１が貫通孔を貫通しており、その貫通孔に貫通した複数の伝熱管２１を支持している。
【０１１８】
第１の支持板２６２Ａが設けられた第８の室Ｒ８では、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が、上方から下方に向かって、第１の支持板２６２Ａの両面に沿って流れる。
【０１１９】
［Ａ−３］第２の支持板２６２Ｂ
第２の支持板２６２Ｂは、図６に示すように、胴２２の内部において、第８の邪魔板２５ｈと、胴２２の左端に設置された管板２３との中間に設置されている。つまり、第２の支持板２６２Ｂは、第９の室Ｒ９に設けられている。ここでは、第２の支持板２６２Ｂは、第８の邪魔板２５ｈ、および、胴２２の左端に設置された管板２３と同様に、面が垂直方向に沿っている。
【０１２０】
平面形状については図示を省略しているが、第２の支持板２６２Ｂは、第１の支持板２６２Ａと同様に、切り欠き部２６２Ｋが形成されている（図８参照）。
【０１２１】
第２の支持板２６２Ｂは、第１の支持板２６２Ａと同様に、複数の伝熱管２１が貫通孔を貫通しており、その貫通孔に貫通した複数の伝熱管２１を支持している。
【０１２２】
第２の支持板２６２Ｂが設けられた第９の室Ｒ９では、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が、下方から上方に向かって、第２の支持板２６２Ｂの両面に沿って流れる。
【０１２３】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の超臨界圧流体熱交換器２では、胴２２の内部において、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口（排出管２２Ｂ）側に位置する部分に、伝熱管支持部２６が設置されている。伝熱管支持部２６は、隣り合う一対の邪魔板２５の間、または、隣合う邪魔板２５と管板２３との間に設けられている。ここでは、伝熱管支持部２６として、支持格子２６１と第１の支持板２６２Ａと第２の支持板２６２Ｂとのそれぞれが設置されており、伝熱管２１を支持している。
【０１２４】
第１実施形態の場合と同様に、胴２２の内部のうち、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口側（排出管２２Ｂの側）では、伝熱管２１において隣り合う一対の邪魔板２５で挟まれる部分が、入口側（導入管２２Ａの側）よりも長い。その部分では、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が伝熱管２１の中心軸に対して直交する方向に流れる。このため、伝熱管２１が大きく振動する場合がある。
【０１２５】
しかしながら、本実施形態では、上記のように、伝熱管２１が振動する部分に、伝熱管支持部２６が設置されており、伝熱管２１を支持している。
【０１２６】
したがって、本実施形態では、伝熱管２１の振動を抑制することができる。
【０１２７】
［Ｃ］変形例
上記のように、本実施形態では、伝熱管支持部２６として、支持格子２６１と、第１の支持板２６２Ａと、第２の支持板２６２Ｂとの３つが設置されているが、これに限らない。たとえば、支持格子２６１と第１の支持板２６２Ａと第２の支持板２６２Ｂといずれか１つを設置するように構成してもよい。
【０１２８】
＜第３実施形態＞
［Ａ］構成等
図９は、第３実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【０１２９】
図９は、図２と同様に、断面を示している。図９では、図２の場合と異なり、熱源媒体Ｆ１の流れ、および、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れについて、一部を省略しているが、図２の場合と同様に、熱源媒体Ｆ１および超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が流れる。
【０１３０】
図９に示すように、本実施形態の発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２は、伝熱管２１の外周面の一部に凹凸部２１Ｆが形成されている。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
【０１３１】
凹凸部２１Ｆは、図９に示すように、複数の伝熱管２１の外周面のうち、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口（排出管２２Ｂ）側に位置する部分に形成されている。
【０１３２】
ここでは、凹凸部２１Ｆは、胴２２の内部において複数の邪魔板２５および一対の管板２３によって区画される第１から第９の室Ｒ１〜Ｒ９のうち、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口（排出管２２Ｂ）側に位置する第６から第９の室Ｒ６〜Ｒ９に形成されている。凹凸部２１Ｆは、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の入口（導入管２２Ａ）側に位置する第１から第５の室Ｒ１〜Ｒ５には形成されておらず、この部分では、伝熱管２１の外周面は平滑である。
【０１３３】
具体的には、第６の室Ｒ６においては、凹凸部２１Ｆは、下部に位置する伝熱管２１の外周面に形成されている。第７の室Ｒ７から第９の室Ｒ９のそれぞれにおいては、凹凸部２１Ｆは、伝熱管２１の外周面の全体に渡って形成されている。
【０１３４】
凹凸部２１Ｆには、たとえば、複数のフィンが伝熱管２１の外周面から外側に突き出るように形成されている。複数のフィンは、いわゆるローフィンであって、たとえば、伝熱管２１の外周面を転造で加工することによって形成されている。
【０１３５】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の超臨界圧流体熱交換器２では、複数の伝熱管２１の外周面のうち、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口（排出管２２Ｂ）側に位置する部分に、凹凸部２１Ｆが形成されている。たとえば、凹凸部２１Ｆにおいては、複数のフィンが形成されている。
【０１３６】
本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、胴２２の内部において隣り合う一対の邪魔板２５の間の間隔は、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口（排出管２２Ｂ）側の方が、入口（導入管２２Ａ）側よりも広いため、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流速が遅くなり、熱伝達率が低下する場合がある。
【０１３７】
しかし、本実施形態では、上記したように、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口側においては、伝熱管２１の外周面に凹凸部２１Ｆが形成されており、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が伝熱管２１に接触する接触面積が大きくなっている。
【０１３８】
したがって、本実施形態では、伝熱性能を向上させることができる。
【０１３９】
［Ｃ］変形例
上記のように、本実施形態では、伝熱管２１の外周面にフィンを形成することで、凹凸部２１Ｆが設けられた場合について説明したが、これに限らない。伝熱管２１と超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５とが接触する面積が増えるものであれば、フィン以外であってもよい。
【０１４０】
＜第４実施形態＞
［Ａ］構成等
図１０は、第４実施形態に係る発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２の要部を示す図である。
【０１４１】
図１０は、図９と同様に、断面を示している。図１０では、図９と同様に、熱源媒体Ｆ１の流れ、および、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の流れについて、一部を省略しており、図２の場合と同様に、熱源媒体Ｆ１および超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５が流れる。
【０１４２】
図１０に示すように、本実施形態の発電システムにおいて、超臨界圧流体熱交換器２は、伝熱管２１の外周面にて凹凸部２１Ｆが形成されている範囲が、第３実施形態の場合と異なる（図９参照）。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第３実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
【０１４３】
凹凸部２１Ｆは、図１０に示すように、第３実施形態の場合（図９参照）と同様に、複数の伝熱管２１の外周面のうち、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口（排出管２２Ｂ）側に位置する部分に形成されている。ここでは、凹凸部２１Ｆは、胴２２の内部において複数の邪魔板２５および一対の管板２３によって区画される複数の室Ｒ１〜Ｒ９のうち、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の出口（排出管２２Ｂ）側に位置する各室Ｒ７〜Ｒ９に形成されている。凹凸部２１Ｆは、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５の入口（導入管２２Ａ）側に位置する室Ｒ１〜Ｒ６には、形成されていない。
【０１４４】
しかし、第３実施形態の場合と異なり、複数の邪魔板２５のそれぞれの間において、複数の邪魔板２５の切り欠き部２５Ｋを貫通する部分の外周面には、凹凸部２１Ｆが形成されておらず、その外周面が平滑である。つまり、第７の室Ｒ７と第８の室Ｒ８と第９の室Ｒ９とのそれぞれのうち、伝熱管２１が邪魔板２５の切り欠き部２５Ｋを貫通する部分に関しては、伝熱管２１の外周面に凹凸部２１Ｆが形成されていない。
【０１４５】
具体的には、第７の室Ｒ７では、凹凸部２１Ｆは、伝熱管２１の外周面のうち、第６の邪魔板２５ｆと第７の邪魔板２５ｇとが対面する間に位置する中心部分に形成されている。これに対して、第７の室Ｒ７において、この中心部分以外の下側部分および上側部分には、凹凸部２１Ｆが形成されておらず、伝熱管２１の外周面が平滑である。
【０１４６】
第８の室Ｒ８では、凹凸部２１Ｆは、伝熱管２１の外周面のうち、第７の邪魔板２５ｇと第８の邪魔板２５ｈとが対面する間に位置する中心部分に形成されている。これに対して、第８の室Ｒ８において、この中心部分以外の下側部分および上側部分には、凹凸部２１Ｆが形成されておらず、伝熱管２１の外周面が平滑である。
【０１４７】
第９の室Ｒ９では、凹凸部２１Ｆは、伝熱管２１の外周面のうち、第８の邪魔板２５ｈと、胴２２の他端（左端）に設置された管板２３とが対面する間に位置する、中心部分と上側部分とのそれぞれに形成されている。これに対して、第９の室Ｒ９において、この中心部分と上側部分との両者以外の下側部分には、凹凸部２１Ｆが形成されておらず、伝熱管２１の外周面が平滑である。
【０１４８】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の超臨界圧流体熱交換器２において、複数の伝熱管２１は、複数の邪魔板２５のそれぞれの間において、複数の邪魔板２５の切り欠き部２５Ｋを貫通する部分の外面に凹凸部２１Ｆが形成されておらず、その外面が平滑である。
【０１４９】
本実施形態の超臨界圧流体熱交換器２において、邪魔板２５の切り欠き部２５Ｋが設けられた部分では、超臨界圧の低沸点媒体Ｍ５は、伝熱管２１の管軸に対して平行に流れる。このため、邪魔板２５の切り欠き部２５Ｋが設けられた部分において、伝熱管２１の外周面に凹凸部２１Ｆが形成されているときには、圧力損失が増大する場合がある。
【０１５０】
しかし、本実施形態では、上記したように、複数の伝熱管２１において、複数の邪魔板２５の切り欠き部２５Ｋを貫通する部分の外面には、凹凸部２１Ｆが形成されておらず、平滑である。
【０１５１】
したがって、本実施形態では、圧力損失の増大を抑制することができる。
【０１５２】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、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】
【０１５３】
１…熱源媒体供給源、２…超臨界圧流体熱交換器、３…媒体タービン、３Ｇ…発電機、４…凝縮器、５…超臨界圧媒体ポンプ、６…冷却水供給部、２１…伝熱管、２１Ｆ…凹凸部、２２…胴、２３…管板、２４…水室部、２５…邪魔板、２６…伝熱管支持部、６１…冷却水ポンプ、６２…冷却器、６３…冷却ファン、２６１…支持格子、２６２Ａ…第１の支持板、２６２Ｂ…第２の支持板
【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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