JP2015121381A - 熱交換装置、および、発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】効果的な熱交換を実現可能であって安価な熱交換装置、および、効率化を容易に実現可能な発電システムを提供する。
【解決手段】本実施形態の熱交換装置では、一次流体と二次流体との熱交換が行われ、二次流体が加熱される。熱交換装置は、複数の中空管と中空胴複数のバッフルとを有する。複数の中空管は、一次流体が内部を流れる。中空胴は、複数の中空管を内部に収容しており、二次流体が複数の中空管の周囲を流れる。複数のバッフルは、中空胴の内部において二次流体が入口から出口に向かって蛇行して流れるように、中空胴の内部に間を隔てて並んで設置されている。ここでは、複数のバッフルは、一のバッフルと、当該一のバッフルの隣に設置された他のバッフルとの間の距離が、中空胴の内部での二次流体の流れに沿って、短くなった後に長くなるように、設置されている。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、熱交換装置、および、発電システムに関する。

熱交換装置は、高温流体である一次流体と、低温流体である二次流体との間において熱交換が行われる装置であって、エネルギ分野、発電システム、化学プラント等の種々の分野において利用されている。熱交換装置において、代表的な形式として、直接接触式、プレート式、および、多管式（シェル＆チューブ型）がある。

熱交換装置において、多管式は、機器の容積に対して大きな伝熱面積が得られること、内部を流動する流体の圧力損失が小さいことなどの特徴がある。また、多管式の熱交換装置は、幅広い温度範囲および圧力範囲において適用可能であり、流体の相変化が伴うときなど、様々な用途で用いることができる。

図２７，図２８は、従来技術に係る多管式の熱交換装置を示す図である。ここで、図２７は、側方から見たときの様子を示し、図２８は、上方から見たときの様子を示している。

多管式の熱交換装置は、図２７，図２８に示すように、中空管２１と中空胴２２と管板２３と水室部２４とバッフル２５とを備える。多管式の熱交換装置においては、中空胴２２の内部に複数の中空管２１および複数のバッフル２５が設置されている。

多管式の熱交換装置では、たとえば、一次流体Ｆ（高温流体）が左側の水室部２４の内部に導入管２４Ａを介して流入した後に、複数の中空管２１のそれぞれを流れ、右側の水室部２４から排出管２４Ｂを介して外部に流出する。また、たとえば、二次流体Ｍ（低温流体）が、導入管２２Ａを介して中空胴２２の内部に流入し、複数のバッフル２５によって中空胴２２の内部を蛇行して流れた後に（図２８参照）、中空胴２２の内部から排出管２２Ｂを介して外部へ流出する。一次流体Ｆと二次流体Ｍとの間においては、中空胴２２の内部で中空管２１の管壁を介して、熱交換が行われる。

多管式の熱交換装置では、一次流体Ｆと二次流体Ｍとのそれぞれを、中空管２１と中空胴２２とのどちらかに流通させるかが、設計上、重要である。特に、熱交換によって、相変化や、それに類似する事象が生ずる場合には重要である。

たとえば、亜臨界圧の二次流体Ｍを一次流体Ｆとの熱交換によって飽和温度を超える温度に加熱し、液体から気体へ気化させる場合には、気体と液体とが混在した気液二相流が生じる。その結果、浮力の影響によって、二次流体Ｍが液相と気相とに分離し、温度分布が不均一になるため、熱交換を効果的に行うことが、困難になる場合がある。

また、二次流体Ｍが超臨界圧流体である場合には、沸騰類似現象の発生によって、上記と同様な問題が生ずる場合がある。超臨界圧流体は、圧力が臨界圧を超えた流体であり、擬臨界温度の近傍に加熱されたときには、比熱が急激に変化すると共に、密度が急激に低下する。また、超臨界圧流体は、擬臨界温度よりも低いときには液体的な性質の状態になり、擬臨界温度よりも高いときには気体的な性質の状態になる。このため、超臨界圧である場合も亜臨界圧の場合と同様に、浮力の影響によって、温度分布が不均一になり、熱交換が効果的に行われなくなる場合がある。

このような事情から、亜臨界圧の二次流体Ｍを、飽和温度を超える温度まで加熱する場合には、一次流体Ｆを中空管２１の内部に流通させ、二次流体Ｍを中空胴２２の内部に流通させている。同様に、超臨界圧の二次流体Ｍを、擬臨界温度を超える温度に加熱する場合には、一次流体Ｆを中空管２１の内部に流通させ、二次流体Ｍを中空胴２２の内部に流通させている。

多管式の熱交換装置において熱交換を効果的に行うために、さまざまな方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開2012-172907号公報

しかしながら、従来の熱交換装置においては、熱交換の効率化を十分に実現することが容易でない。特に、熱交換によって、相変化や、それに類似する事象が生ずる場合においては、熱交換の効率化が容易でない。また、熱交換装置においては、複雑な構成でなく、安価であることが求められている。そして、上記の熱交換装置を用いた発電システムにおいては、効果的な熱交換を行うことが容易でないため、発電システムの効率化を十分に実現することが困難な場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、効果的な熱交換を実現可能であって安価な熱交換装置、および、効率化を容易に実現可能な発電システムを提供することである。

本実施形態の熱交換装置では、一次流体と二次流体との熱交換が行われ、二次流体が加熱される。熱交換装置は、複数の中空管と中空胴複数のバッフルとを有する。複数の中空管は、一次流体が内部を流れる。中空胴は、複数の中空管を内部に収容しており、二次流体が複数の中空管の周囲を流れる。複数のバッフルは、中空胴の内部において二次流体が入口から出口に向かって蛇行して流れるように、中空胴の内部に間を隔てて並んで設置されている。ここでは、複数のバッフルは、一のバッフルと、当該一のバッフルの隣に設置された他のバッフルとの間の距離が、中空胴の内部での二次流体の流れに沿って、短くなった後に長くなるように、設置されている。

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は、第１実施形態に係る発電システムにおいて、熱交換装置の要部を示す図である。 図３は、第１実施形態に係る発電システムにおいて、熱交換装置の要部を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る発電システムにおいて、熱交換装置の要部を示す図である。 図５は、第１実施形態に係る発電システムにおいて、熱交換装置の要部を示す図である。 図６は、第１実施形態に係る熱交換装置において、複数のバッフルの配置を詳細に示す断面図である。 図７は、超臨界圧流体について、温度と密度の関係を示す図である。 図８は、第２実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図９は、第２実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図１０は、第２実施形態に係る熱交換装置において、複数のバッフルの配置を詳細に示す断面図である。 図１１は、第３実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図１２は、第３実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図１３は、第３実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図１４は、第３実施形態に係る熱交換装置において、複数のバッフルの配置を詳細に示す断面図である。 図１５は、第４実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図１６は、第４実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図１７は、第４実施形態に係る熱交換装置において、複数のバッフルの配置を詳細に示す断面図である。 図１８は、第５実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図１９は、第５実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図２０は、第５実施形態に係る熱交換装置において、複数のバッフルの配置を詳細に示す断面図である。 図２１は、第６実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図２２は、第６実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図２３は、第６実施形態に係る熱交換装置において、複数のバッフルの配置を詳細に示す断面図である。 図２４は、第７実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図２５は、第７実施形態において、熱交換装置の要部を示す図である。 図２６は、第７実施形態に係る熱交換装置において、複数のバッフルの配置を詳細に示す断面図である。 図２７は、従来技術に係る多管式の熱交換装置を示す図である。 図２８は、従来技術に係る多管式の熱交換装置を示す図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜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。

本実施形態において、発電システムは、たとえば、ＯＲＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒａｎｋｉｎｅ Ｃｙｃｌｅ）発電システムであって、図１に示すように、熱交換装置２と、タービン３と、凝縮器４と、ポンプ５と、冷却水供給部６とを有する。

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。

［Ａ−１］熱交換装置２
熱交換装置２は、図１に示すように、一次流体供給源１から供給された一次流体Ｆ１を用いて、二次流体Ｍ５を加熱する。

具体的には、熱交換装置２は、一次流体供給源１との間に配管が設けられており、その配管を介して、一次流体供給源１から一次流体Ｆ１が加熱媒体として流入する。一次流体供給源１は、たとえば、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、一次流体Ｆ１として、熱交換装置２の内部に入る。

これと共に、熱交換装置２は、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、ポンプ５で昇圧された二次流体Ｍ５が流入する。たとえば、二次流体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）などのように、水よりも沸点が低い有機媒体である。そして、二次流体Ｍ５は、ポンプ５によって、たとえば、超臨界圧に昇圧される。

そして、熱交換装置２では、一次流体Ｆ１と二次流体Ｍ５との間において、熱交換が行われる。

熱交換装置２においては、一次流体Ｆ１が、二次流体Ｍ５との熱交換によって冷却される。そして、熱交換後の一次流体Ｆ２が、熱交換装置２から外部へ排出される。

この一方で、熱交換装置２においては、二次流体Ｍ５が一次流体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、臨界温度よりも低い温度から擬臨界温度Ｔｐｃを超えた温度に上昇するように、二次流体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二次流体Ｍ２が、熱交換装置２からタービン３の内部に作動媒体として流入する。

熱交換装置２の詳細な構成については、後述する。

［Ａ−２］タービン３
タービン３は、熱交換装置２での熱交換によって加熱された二次流体Ｍ２が、作動媒体として供給されて、駆動する。

具体的には、タービン３は、主蒸気止め弁ＶＭ２（ＭＳＶ）が設置された配管が、熱交換装置２との間に設けられており、その配管を介して、二次流体Ｍ２が作動媒体として流入する。そして、タービン３は、その二次流体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。

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。二次流体Ｍ２は、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。二次流体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。

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、発電が行われる。

なお、本実施形態では、上記のように、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。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。

［Ａ−３］凝縮器４
凝縮器４は、タービン３から排気された二次流体Ｍ３を冷却し、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、二次流体Ｍ３の凝縮を行う。

具体的には、凝縮器４は、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、タービン３から二次流体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、二次流体Ｍ３と冷却水ｆ６２との間において、熱交換が行われる。

凝縮器４においては、二次流体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、その液体の二次流体Ｍ４が、凝縮器４から流出する。

この一方で、凝縮器４においては、冷却水ｆ６２が二次流体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。

［Ａ−４］ポンプ５
ポンプ５は、凝縮器４で凝縮した二次流体Ｍ４を昇圧して、熱交換装置２に送る。

具体的には、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から液体の二次流体Ｍ４が流入する。そして、ポンプ５は、その二次流体Ｍ４を、たとえば、超臨界圧に昇圧し、その昇圧した二次流体Ｍ５が熱交換装置２に移送される。

［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。

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。

［Ｂ］熱交換装置２の詳細構成
図２，図３，図４，図５は、第１実施形態に係る発電システムにおいて、熱交換装置２の要部を示す図である。

図２と図３とのそれぞれは、熱交換装置２の断面を模式的に示している。ここで、図２は、図２７と同様に、側方から見たときの様子を示し、図３は、図２８と同様に、上方から見たときの様子を示している。図２と図３とにおいては、一次流体Ｆ１，Ｆ２の流れを実線の矢印で示すと共に、二次流体Ｍ２，Ｍ５の流れを、破線の矢印で示している。図４は、図２および図３において、Ｘ−Ｘ部分の断面を示している。図５は、図２および図３において、Ｘａ−Ｘａ部分の断面を示している。

熱交換装置２は、図２，図３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、中空管２１と中空胴２２と管板２３と水室部２４とバッフル２５とを備える。

熱交換装置２は、一次流体Ｆ１と二次流体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、一次流体Ｆ１と二次流体Ｍ５との間において熱交換が行われて、二次流体Ｍ５が加熱される。

熱交換装置２を構成する各部の詳細について、順次、説明する。

［Ｂ−１］中空管２１（チューブ）
中空管２１は、図２，図３，図４に示すように、中空胴２２の内部において、複数が間を隔てて配列されている。複数の中空管２１のそれぞれは、円筒形状の平滑管であり、中空管２１の管軸方向（ｘ方向）が水平方向に沿うように設置されている。

図２に示すように、複数の中空管２１のそれぞれは、左端（一端）に位置する入口２１Ａから一次流体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から外部に一次流体Ｆ２が流出する。

［Ｂ−２］中空胴２２（シェル）
中空胴２２は、図２，図３に示すように、円筒形状の管であって、複数の中空管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。つまり、中空胴２２の中心軸２２ｃと中空管２１の管軸方向（ｘ方向）とが平行になるように設置されている。

図２に示すように、中空胴２２の外周面において、右端（一端）側の下部には、導入管２２Ａが設置されている。導入管２２Ａは、鉛直方向（ｚ方向）に中心軸が沿っており、上端（一端）が中空胴２２に連結されている。

また、中空胴２２の外周面において、左端（他端）側の上分には、排出管２２Ｂが設置されている。排出管２２Ｂは、鉛直方向（ｚ方向）に中心軸が沿っており、下端（一端）が中空胴２２に連結されている。

中空胴２２においては、導入管２２Ａを介して、二次流体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二次流体Ｍ２が流出する。

［Ｂ−３］管板２３（チューブプレート）
管板２３は、図２，図３，図４に示すように、たとえば、中空胴２２の外径よりも直径が大きい円板状の板状体であって、中空胴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。

一対の管板２３のそれぞれは、中空管２１の両端部（右端部，左端部）のそれぞれが貫通しており、複数の中空管２１のそれぞれを支持している。

具体的には、一対の管板２３のうち、中空胴２２の右端に設置された管板２３は、複数の中空管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、中空胴２２の左端に設置された管板２３は、複数の中空管２１において左端側の部分が貫通している。

［Ｂ−４］水室部２４（ボンネット，ヘッダ）
水室部２４は、図２，図３に示すように、たとえば、半球形状であって、中空胴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。

一対の水室部２４のうち、中空胴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、鉛直方向（ｚ方向）に中心軸が沿っており、上端が水室部２４に連結されている。排出管２４Ｂにおいては、上端から下端へ一次流体Ｆ２が流れ、下端から一次流体Ｆ２が水室部２４の外部に流出する。

また、一対の水室部２４のうち、中空胴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、鉛直方向（ｚ方向）に中心軸が沿っており、下端が水室部２４に連結されている。導入管２４Ａにおいては、上端から下端へ一次流体Ｆ１が流れ、下端から一次流体Ｆ１が水室部２４の内部に流入する。

［Ｂ−５］バッフル２５（邪魔板）
バッフル２５は、図２，図３に示すように、中空胴２２の内部において複数が間を隔てて配置されている。たとえば、中空胴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７のバッフル２５ａ〜２５ｇが、順次、設置されている。

第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇは、図２，図３に示すように、互いに厚みが同一であって、中空胴２２の内部において鉛直方向（ｚ方向）に沿って立つように設置されている。第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇは、中空胴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８の室Ｒ１〜Ｒ８に分割している。

図２，図３，図５に示すように、第１のバッフル２５ａは、板状体であって、中空胴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。第１のバッフル２５ａは、平面形状が欠円形状であって、切り欠き部２５Ｋは、鉛直方向（ｚ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。また、第１のバッフル２５ａは、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中空管２１が貫通している。

第１のバッフル２５ａ以外の他のバッフル（第２から第７のバッフル２５ｂ〜２５ｇ）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って、互いに同様な形状である。そして、第１のバッフル２５ａの場合と同様に、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中空管２１が貫通している。

第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇのそれぞれは、図３に示すように、中空胴２２の内部において、二次流体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、中空胴２２の内周面に固定されている。ここでは、第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇのそれぞれは、中空管２１の管軸方向（ｘ方向）および鉛直方向（ｚ方向）に対して直交する方向（ｙ方向）において、切り欠き部２５Ｋの位置が中空胴２２の中心軸２２ｃを介して互い違いに並ぶように設置されている。

具体的には、図３に示すように、中心軸２２ｃを通る鉛直面（ｘｚ面）で中空胴２２の内部を区切った空間のうち、一方の空間（図３では上側）に第１のバッフル２５ａの切り欠き部２５Ｋが位置している。そして、その第１のバッフル２５ａの隣に設置された第２のバッフル２５ｂにおいては、第１のバッフル２５ａとは逆に、他方の空間（図３では下側）に切り欠き部２５Ｋが位置している。

第１のバッフル２５ａと同様に、第３のバッフル２５ｃと第５のバッフル２５ｅと第７のバッフル２５ｇとのそれぞれは、切り欠き部２５Ｋが一方の空間（図３では上側）に位置している。これに対して、第４のバッフル２５ｄと第６のバッフル２５ｆとのそれぞれは、第２のバッフル２５ｂと同様に、切り欠き部２５Ｋが他方の空間（図３では下側）に位置している。

図６は、第１実施形態に係る熱交換装置２において、複数のバッフル２５の配置を詳細に示す断面図である。図６は、図３と同じ断面を示しているが、中空管２１などについては記載を省略している。

図６に示すように、第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇのそれぞれにおいては、一のバッフル２５と、その一のバッフル２５の隣に設置された他のバッフル２５との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｆｇ）が、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、短くなった後に長くなるように設置されている。また、第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇのそれぞれは、中空胴２２の中心軸２２ｃに沿った方向において、中空胴２２の中心に対して対称に配置されている。

具体的には、第１のバッフル２５ａと第２のバッフル２５ｂとの間の距離Ｄａｂよりも、第２のバッフル２５ｂと第３のバッフル２５ｃとの間の距離Ｄｂｃの方が短い。第２のバッフル２５ｂと第３のバッフル２５ｃとの間の距離Ｄｂｃよりも、第３のバッフル２５ｃと第４のバッフル２５ｄとの間の距離Ｄｃｄの方が短い（Ｄａｂ＞Ｄｂｃ＞Ｄｃｄ）。そして、第４のバッフル２５ｄと第５のバッフル２５ｅとの間の距離Ｄｄｅよりも、第５のバッフル２５ｅと第６のバッフル２５ｆとの間の距離Ｄｅｆの方が長い。第５のバッフル２５ｅと第６のバッフル２５ｆとの間の距離Ｄｅｆよりも、第６のバッフル２５ｆと第７のバッフル２５ｇとの間の距離Ｄｆｇの方が長い（Ｄｄｅ＜Ｄｅｆ＜Ｄｆｇ）。

これと共に、本実施形態では、第１のバッフル２５ａと第２のバッフル２５ｂとの間の距離Ｄａｂ、および、第６のバッフル２５ｆと第７のバッフル２５ｇとの間の距離Ｄｆｇは、互いに同じである（Ｄａｂ＝Ｄｆｇ）。また、第２のバッフル２５ｂと第３のバッフル２５ｃとの間の距離Ｄｂｃ、および、第５のバッフル２５ｅと第６のバッフル２５ｆとの間の距離Ｄｅｆは、互いに同じである（Ｄｂｃ＝Ｄｅｆ）。また、第３のバッフル２５ｃと第４のバッフル２５ｄとの間の距離Ｄｃｄ、および、第４のバッフル２５ｄと第５のバッフル２５ｅとの間の距離Ｄｄｅは、互いに同じである（Ｄｃｄ＝Ｄｄｅ）。

このように、本実施形態では、中空胴２２の内部において隣りに並ぶ一対のバッフル２５の間の間隙は、二次流体Ｍ５の流れに沿って、広い状態から段階的に狭い状態になった後に、再度、段階的に広い状態になっている。つまり、中空胴２２の内部において複数のバッフル２５によって区画された第２から第７の室Ｒ２〜Ｒ７の容積は、二次流体Ｍ５の流れに沿って、大きい状態から小さくなった後に、再度、大きくなっている。

ここでは、複数のバッフル２５のそれぞれにおいて、一のバッフル（たとえば、２５ａ）と、当該一のバッフル（たとえば、２５ａ）の隣に設置された他のバッフル（たとえば、２５ｂ）との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｆｇ）は、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の密度の変化に応じて異なっている。たとえば、複数のバッフル２５のそれぞれにおいて上記の距離Ｄが最も短い部分が、中空胴２２の内部において二次流体Ｍ５の密度が最も急激に低下する部分に位置するように、複数のバッフル２５が配置されている。本実施形態においては、中空胴２２の内部のうち、複数のバッフル２５の間の距離Ｄが最も短い部分において、二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃになるように構成されている。

なお、図６に示すように、第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇのそれぞれは、切り欠き部２５Ｋの切り欠き線２５Ｌと、中空胴２２の内周面との間の最大距離Ｙａ〜Ｙｇが、互いに同じである（Ｙａ＝Ｙｂ＝Ｙｃ＝Ｙｄ＝Ｙｅ＝Ｙｆ＝Ｙｇ）。つまり、第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇのそれぞれは、切り欠き部２５Ｋの面積Ｓ（＝Ｓａ，Ｓｂ，・・・，Ｓｇ）が、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って互いに同じになるように形成されている。

また、中空胴２２の内部において、第１のバッフル２５ａと右端側に設置された管板２３との間の距離Ｄａと、第７のバッフル２５ｇと左端側に設置された管板２３との間の距離Ｄｇとの両者は、同じになるように構成されている（Ｄａ＝Ｄｇ）。

［Ｃ］動作
上記の熱交換装置２における動作に関して、図１，図２，図３を参照して説明する。

ここでは、熱交換装置２の動作に関して、一次流体Ｆ１，Ｆ２の流れと、二次流体Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５の流れとのそれぞれに分けて、詳細に説明する。

［Ｃ−１］一次流体Ｆ１，Ｆ２について
熱交換装置２においては、図１に示すように、一次流体供給源１から一次流体Ｆ１が流入する。そして、一次流体Ｆ１は、熱交換装置２において、二次流体Ｍ５との熱交換がされる。その後、その熱交換がされた一次流体Ｆ２が、熱交換装置２から外部へ流出する。

具体的には、一次流体Ｆ１は、図２に示すように、まず、導入管２４Ａを介して、中空胴２２の左端に設置された水室部２４の内部（水室）に流入する。

つぎに、一次流体Ｆ１は、図２，図３に示すように、複数の中空管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、一次流体Ｆ１は、複数の中空管２１の周囲を流れる二次流体Ｍ５との間において熱交換を行う。

つぎに、一次流体Ｆ１は、図２，図３に示すように、複数の中空管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、中空胴２２の右端に設置された水室部２４の内部（水室）に流入する。

つぎに、一次流体Ｆ２は、図２に示すように、その中空胴２２の右端に設置された水室部２４の内部から、排出管２４Ｂを介して、外部に流出する。

［Ｃ−２］二次流体Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５について
二次流体Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５は、図１に示すように、熱交換装置２とタービン３と凝縮器４とポンプ５とを、順次、循環する。

ここでは、図１に示すように、熱交換装置２から二次流体Ｍ２がタービン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、タービン３から排出される。つぎに、タービン３から二次流体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で凝縮された二次流体Ｍ４がポンプ５に流入し、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、ポンプ５で昇圧された二次流体Ｍ５は、熱交換装置２に流入する。つまり、二次流体Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５は、ランキンサイクルによって、各部を循環する。

図２，図３に示すように、熱交換装置２において、二次流体Ｍ５は、中空胴２２の内部に流入し、一次流体Ｆ１との熱交換によって順次温度が上昇した後に、外部へ流出する。本実施形態では、超臨界圧の二次流体Ｍ５が、熱交換装置２において、臨界温度よりも低い温度から擬臨界温度Ｔｐｃを超えた温度に上昇する。

具体的には、二次流体Ｍ５は、まず、中空胴２２の内部のうち、右端に設置された管板２３と、第１のバッフル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。第１の室Ｒ１では、二次流体Ｍ５は、一次流体Ｆ１の流れ方向に対して直交する方向に流れる。

つぎに、二次流体Ｍ５は、第１の室Ｒ１から、第１のバッフル２５ａの切り込み部２５Ｋを介して、第１のバッフル２５ａと第２のバッフル２５ｂとの間に位置する第２の室Ｒ２に流入する。二次流体Ｍ５は、第１のバッフル２５ａの切り込み部２５Ｋでは、一次流体Ｆ１の流れ方向に対して逆行する方向に流れる。そして、第２の室Ｒ２では、二次流体Ｍ５は、一次流体Ｆ１の流れ方向に対して直交する方向であって、第１の室Ｒ１で二次流体Ｍ５が流れた方向と逆の方向に流れる。

つぎに、二次流体Ｍ５は、第２の室Ｒ２から、第２のバッフル２５ｂの切り込み部２５Ｋを介して、第２のバッフル２５ｂと第３のバッフル２５ｃとの間に位置する第３の室Ｒ３に流入する。二次流体Ｍ５は、第２のバッフル２５ｂの切り込み部２５Ｋでは、第１のバッフル２５ａの切り込み部２５Ｋでの流れと同様に、一次流体Ｆ１の流れ方向に対して逆行する方向に流れる。そして、第３の室Ｒ３では、二次流体Ｍ５は、第１の室Ｒ１で二次流体Ｍ５が流れた方向と同じ方向に流れる。

このように、二次流体Ｍ５は、中空胴２２の内部を蛇行して、第１から第８の室Ｒ１〜Ｒ８のそれぞれを、順次、流れる。

そして、最後に、二次流体Ｍ２は、図２に示すように、中空胴２２の内部から、排出管２２Ｂを介して、外部へ流出する。

［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、熱交換装置２は、一次流体Ｆ１と二次流体Ｍ５との熱交換が行われ、超臨界圧の二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃを超える温度に加熱される。

図７は、超臨界圧流体について、温度と密度の関係を示す図である。図７において、横軸は、温度Ｔを示し、縦軸は、密度ρを示している。図７では、超臨界圧流体が第１の圧力Ｐ１である場合を実線で示し、その第１の圧力Ｐ１よりも高い第２の圧力Ｐ２の場合を破線で示している。

図７に示すように、超臨界圧流体は、温度Ｔの上昇に伴って、密度ρが低くなり、擬臨界温度Ｔｐｃの近傍になると、密度ρの低下が急激になる。このため、従来技術（図２７，図２８参照）においては、擬臨界温度Ｔｐｃの近傍に達したときに、中空胴２２の内部を流れる二次流体Ｍ５の流速が増大し、大きな圧力損失が生ずる場合がある。また、上述したように、超臨界圧流体は、擬臨界温度Ｔｐｃよりも低いときには液体的な性質の状態になり、擬臨界温度Ｔｐｃよりも高いときには気体的な性質の状態になるので、浮力の影響が大きくなって、熱交換が効果的に行われなくなる場合がある。

しかし、本実施形態では、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄが、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、長い状態から短い状態になった後に、再度、長い状態になっている。このため、本実施形態では、中空胴２２の内部のうち、その一対のバッフル２５の間の距離Ｄが長い入口側の部分において、まず、超臨界圧の二次流体Ｍ５の温度が上昇する。そして、中空胴２２の内部のうち、バッフル２５の間の距離Ｄが入口側の部分よりも短い中央部分（遷移領域）において、超臨界圧の二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃに加熱され、密度ρが低下する。その後、中空胴２２の内部のうち、バッフル２５の間の距離Ｄが中央部分よりも長い出口側の部分において、その密度ρが小さくなった超臨界圧の二次流体Ｍ５が加熱される。

このように、本実施形態では、バッフル２５の間の距離Ｄが短い中央部分（遷移領域）で二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃに加熱されるため、この中央部分において、二次流体Ｍ５が液体的な性質の状態と気体的な性質の状態とに分離することを防止することができる。また、この中央部分（遷移領域）は、バッフル２５の間の距離Ｄが短いので、二次流体Ｍ５の流速が増大し、二次流体Ｍ５が効果的に混合される。つまり、流れが均一になる。その結果、本実施形態では、熱交換を効果的に行うことができる。

また、本実施形態では、二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃになって密度が低下した後には、バッフル２５の間の距離Ｄが長い出口側の部分を二次流体Ｍ５が流れる。このため、二次流体Ｍ５の流速を低下させることができる。その結果、本実施形態では、圧力損失を低減することができる。なお、この部分においては、二次流体Ｍ５の体積流量が十分に大きいため、流路面積が大きいが流速は大きく、伝熱性能の低下を抑制することができる。

そして、本実施形態の発電システムにおいては、上記の熱交換装置２を用いているので、効率化を容易に実現することができる。

なお、図７に示すように、超臨界圧流体の圧力が高い場合（Ｐ２の場合）には、擬臨界温度Ｔｐｃ近傍での密度ρの変化は、圧力が小さい場合（Ｐ１の場合）よりも小さくなる。このため、超臨界圧流体の圧力を高くすることで熱交換の効率を向上させることができるが、この場合には、その高い圧力に耐えるために、中空胴２２を強固にする必要がある。このため、材料コストが上昇する。しかし、本実施形態では、上記のように、簡便な構成によって、効果的な熱交換を実現することができる。

［Ｅ］変形例
上記したように、本実施形態では、第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇの７枚が、バッフル２５として設置されているが、これに限らない。当然ながら、７枚を超える枚数のバッフル２５を設置してもよく、７枚未満の枚数のバッフル２５を設置してもよい。

上記したように、本実施形態では、熱交換装置２に高温媒体として流入する一次流体Ｆ１が、地熱で加熱された地熱流体である場合について説明したが、これに限らない。一次流体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、他の熱源で加熱された高温媒体であってもよい。つまり、本実施形態の熱交換装置２を、地熱発電システム以外の発電システムに適用してもよい。

上記したように、本実施形態では、熱交換装置２に低温媒体として流入する二次流体Ｍ５が、水よりも沸点が低い有機媒体である場合について説明したが、これに限らない。二次流体Ｍ５は、たとえば、水、二酸化炭素などの他の流体でもよい。つまり、本実施形態の熱交換装置２を、ＯＲＣ発電システム以外の発電システムに適用してもよい。

上記したように、本実施形態では、熱交換装置２に低温媒体として流入する二次流体Ｍ５の圧力が、超臨界圧である場合について説明したが、これに限らない。熱交換装置２に流入する二次流体Ｍ５の圧力が、臨界圧よりも低い亜臨界圧であってもよい。この場合には、亜臨界圧の二次流体Ｍ５を加熱して液体から気体へ気化させる場合に、上記の熱交換装置２を好適に利用することができる。このとき、中空胴２２の内部のうち、複数のバッフル２５の間の距離Ｄが最も短い部分において、二次流体Ｍ５が飽和温度に加熱されるように、構成することが好ましい。上述したように、亜臨界圧流体を飽和温度に加熱して気化させたときには、亜臨界圧流体の密度が急激に低下し、体積流量が増大する。このため、従来技術（図２７，図２８参照）においては、大きな圧力損失が生ずる場合がある。また、気体と液体とが混在した気液二相流が存在し、浮力の影響が大きくなって、熱交換が効果的に行われなくなる場合がある。しかし、上記した本実施形態のように構成したときには、バッフル２５の間の距離Ｄが短い中央部分（遷移領域）で二次流体Ｍ５が飽和温度に加熱される。このため、この中央部分において、二次流体Ｍ５が液体と気体とに分離することを防止可能であって、熱交換を効果的に行うことができる。また、二次流体Ｍ５が飽和温度になって密度が低下した後には、バッフル２５の間の距離Ｄが長い出口側の部分を二次流体Ｍ５が流れる。このため、この出口部分において、二次流体Ｍ５の流速が低下し、圧力損失の発生を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
［Ａ］構成等
図８，図９は、第２実施形態において、熱交換装置２の要部を示す図である。

図８と図９とのそれぞれは、図２と図３とのそれぞれと同様に、熱交換装置２の断面を示している。図８は、図２と同様に、側方から見たときの様子を示し、図９は、図３と同様に、上方から見たときの様子を示している。図８と図９とにおいては、一次流体Ｆ１，Ｆ２の流れを実線の矢印で示すと共に、二次流体Ｍ２，Ｍ５の流れを、破線の矢印で示している。

図８，図９に示すように、本実施形態において、熱交換装置２は、バッフル２５の配置が第１実施形態の場合と異なっている。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、上記の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。

図８，図９に示すように、バッフル２５は、複数が中空胴２２の内部において間を隔てて並んでいる。

本実施形態では、中空胴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のバッフル２５ａ〜２５ｈが、順次、設置されている。第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈは、中空胴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。

第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、図９に示すように、中空胴２２の内部において、二次流体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、中空胴２２の内周面に固定されている。ここでは、第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、中空管２１の管軸方向（ｘ方向）および鉛直方向（ｚ方向）に対して直交する方向（ｙ方向）において、切り欠き部２５Ｋの位置が中空胴２２の中心軸２２ｃを介して互い違いに並ぶように設置されている。

図１０は、第２実施形態に係る熱交換装置２において、複数のバッフル２５の配置を詳細に示す断面図である。図１０は、図９と同じ断面を示しているが、中空管２１などについては記載を省略している。

図１０に示すように、第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈのそれぞれにおいては、一のバッフル２５と、その一のバッフル２５の隣に設置された他のバッフル２５との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｆｇ，Ｄｇｈ）が、第１実施形態の場合と同様に、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、短くなった後に長くなっている。

しかし、本実施形態においては、第１実施形態の場合と異なり、第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、中空胴２２の中心軸２２ｃに沿った方向において、中空胴２２の中心に対して対称に配置されていない。

本実施形態では、中空胴２２の内部において互いに隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｆｇ，Ｄｇｈ）のうち、二次流体Ｍ５が流出する出口側に最も近い部分は、二次流体Ｍ５が流入する入口側に最も近い部分よりも長くなっている（Ｄａｂ＜Ｄｇｈ）。

具体的には、第１のバッフル２５ａと第２のバッフル２５ｂとの間の距離Ｄａｂよりも、第２のバッフル２５ｂと第３のバッフル２５ｃとの間の距離Ｄｂｃの方が短い。第２のバッフル２５ｂと第３のバッフル２５ｃとの間の距離Ｄｂｃよりも、第３のバッフル２５ｃと第４のバッフル２５ｄとの間の距離Ｄｃｄの方が短い。第３のバッフル２５ｃと第４のバッフル２５ｄとの間の距離Ｄｃｄよりも、第４のバッフル２５ｄと第５のバッフル２５ｅとの間の距離Ｄｄｅの方が短い。第４のバッフル２５ｄと第５のバッフル２５ｅとの間の距離Ｄｄｅよりも、第５のバッフル２５ｅと第６のバッフル２５ｆとの間の距離Ｄｅｆの方が短い（Ｄａｂ＞Ｄｂｃ＞Ｄｃｄ＞Ｄｄｅ＞Ｄｅｆ）。また、第５のバッフル２５ｅと第６のバッフル２５ｆとの間の距離Ｄｅｆよりも、第６のバッフル２５ｆと第７のバッフル２５ｇとの間の距離Ｄｆｇの方が長い。第６のバッフル２５ｆと第７のバッフル２５ｇとの間の距離Ｄｆｇよりも、第７のバッフル２５ｇと第８のバッフル２５ｈとの間の距離Ｄｇｈの方が長い（Ｄｅｆ＜Ｄｆｇ＜Ｄｇｈ）。

本実施形態では、第１から第６のバッフル２５ａ〜２５ｆのそれぞれの間の距離（Ｄａｂ，Ｄｂｃ，Ｄｃｄ，Ｄｄｅ，Ｄｅｆ）が二次流体Ｍ５の流れに沿って減少する割合よりも、第５から第８のバッフル２５ｅ〜２５ｈのそれぞれの間の距離（Ｄｅｆ，Ｄｆｇ，Ｄｇｈ）が二次流体Ｍ５の流れに沿って増加する割合の方が大きくなるように配置されている。

ここでは、複数のバッフル２５のそれぞれにおいて上記の距離Ｄが最も短い部分が、中空胴２２の内部において二次流体Ｍ５の密度が最も急激に低下する部分に位置するように、複数のバッフル２５が配置されている。本実施形態においては、中空胴２２の内部のうち、複数のバッフル２５の間の距離Ｄが最も短い部分において、二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃになるように構成されている。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態において、熱交換装置２は、一次流体Ｆ１と二次流体Ｍ５との熱交換が行われ、超臨界圧の二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃを超える温度に加熱される。本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄが、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、長い状態から短い状態になった後に、再度、長い状態になっている。

本実施形態では、複数のバッフル２５において、二次流体Ｍ２が流出する出口側に最も近い部分は、二次流体Ｍ５が流入する入口側に最も近い部分よりも、一のバッフル２５と当該一のバッフル２５の隣に設置された他のバッフル２５との間の距離が長い。

このため、本実施形態では、熱交換を効果的に行うことができると共に、圧力損失を低減することができる。その結果、発電システムにおいては、効率化を容易に実現することができる。

［Ｃ］変形例
上記したように、本実施形態では、熱交換装置２に低温媒体として流入する二次流体Ｍ５の圧力が、超臨界圧である場合について説明したが、これに限らない。熱交換装置２に流入する二次流体Ｍ５の圧力が、臨界圧よりも低い亜臨界圧であってもよい。その他、本実施形態では、他の実施形態の場合と同様に、種々の変形形態を適用することができる。

＜第３実施形態＞
［Ａ］構成等
図１１，図１２，図１３は、第３実施形態において、熱交換装置２の要部を示す図である。

図１１と図１２とのそれぞれは、図２と図３とのそれぞれと同様に、熱交換装置２の断面を示している。図１１は、図２と同様に、側方から見たときの様子を示し、図１２は、図３と同様に、上方から見たときの様子を示している。図１１と図１２とにおいては、一次流体Ｆ１，Ｆ２の流れを実線の矢印で示すと共に、二次流体Ｍ２，Ｍ５の流れを、破線の矢印で示している。図１３は、図１１および図１２において、Ｘｃ−Ｘｃ部分の断面を示している。

図１１，図１２，図１３に示すように、本実施形態において、熱交換装置２は、バッフル２５の配置が第１実施形態の場合と異なっている。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、上記の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。

図１１，図１２に示すように、バッフル２５は、複数が中空胴２２の内部において間を隔てて並んでいる。

本実施形態においては、第１実施形態の場合と同様に、中空胴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７のバッフル２５ａ〜２５ｇが、順次、設置されている。第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇは、中空胴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８の室Ｒ１〜Ｒ８に分割している。

しかし、本実施形態では、第１実施形態の場合（図２参照）と異なり、第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇのうち、第３のバッフル２５ｃと第４のバッフル２５ｄとの設置が異なっている。

具体的には、図１１，図１２，図１３に示すように、第３のバッフル２５ｃは、板状体であって、中空胴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。第３のバッフル２５ｃは、第１実施形態の場合（図５参照）と同様に、平面形状が欠円形状であるが、本実施形態では、切り欠き線２５Ｌが鉛直方向（ｚ方向）に沿っていない。本実施形態においては、第３のバッフル２５ｃの切り欠き線２５Ｌは、中空管２１の管軸方向（ｘ方向）および鉛直方向（ｚ方向）に対して直交する方向（ｙ方向）に沿っている。

第４のバッフル２５ｄについては、平面図を省略しているが、図１１，図１２に示すように、第３のバッフル２５ｃと同様に、切り欠き線２５Ｌが、中空管２１の管軸方向（ｘ方向）および鉛直方向（ｚ方向）に対して直交する方向（ｙ方向）に沿っている。

第３のバッフル２５ｃと第４のバッフル２５ｄのそれぞれは、図１１，図１２に示すように、中空胴２２の内部において、二次流体Ｍ５が鉛直方向（ｚ方向）において蛇行して流れるように、中空胴２２の内周面に固定されている。ここでは、第３のバッフル２５ｃと第４のバッフル２５ｄのそれぞれは、第１実施形態の場合と異なり、鉛直方向（ｚ方向）において、切り欠き部２５Ｋの位置が中空胴２２の中心軸２２ｃを介して互い違いに並ぶように設置されている。

具体的には、図１１に示すように、中心軸２２ｃを通る水平面（ｘｙ面）で中空胴２２の内部を区切った空間のうち、一方の空間（図１１では上側）に第３のバッフル２５ｃの切り欠き部２５Ｋが位置している。そして、その第３のバッフル２５ｃの隣に設置された第４のバッフル２５ｄにおいては、第３のバッフル２５ｃとは逆に、他方の空間（図１１では下側）に切り欠き部２５Ｋが位置している。

図１４は、第３実施形態に係る熱交換装置２において、複数のバッフル２５の配置を詳細に示す断面図である。図１４は、図３と同じ断面を示しているが、中空管２１などについては記載を省略している。

図１４に示すように、第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇのそれぞれにおいては、一のバッフル２５と、その一のバッフル２５の隣に設置された他のバッフル２５との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・．Ｄｆｇ）が、第１実施形態の場合と同様に、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、長い状態から短くなった後に、再度、長くなるように設置されている。

しかし、本実施形態においては、第３のバッフル２５ｃと第４のバッフル２５ｄとの間の距離Ｄｃｄの方が、他（Ｄａｂ，Ｄｂｃ，Ｄｄｅ，Ｄｅｆ，Ｄｆｇ）と比較して最も短くなっている。そして、第３のバッフル２５ｃと第４のバッフル２５ｄとの間において、二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃになるように構成されている。

このように、本実施形態では、複数のバッフル２５のうち互いが対面する間の距離Ｄが最も短い一対のバッフル２５（ここでは、２５ｃ，２５ｄ）において、二次流体Ｍ５の上流側に位置する一方のバッフル２５（２５ｃ）は上方に切り欠き部２５Ｋが位置し、下流側に位置する他方のバッフル２５（２５ｄ）は、下方に切り欠き部２５Ｋが位置している。

［Ｂ］動作
上記の熱交換装置２を流れる二次流体Ｍ５について説明する。

熱交換装置２において、二次流体Ｍ５は、図１１，図１２に示すように、中空胴２２の内部に流入し、一次流体Ｆ１との熱交換によって順次温度が上昇した後に、外部へ流出する。本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、超臨界圧の二次流体Ｍ５が、熱交換装置２において、臨界温度よりも低い温度から擬臨界温度Ｔｐｃを超えた温度に上昇する。

しかし、本実施形態においては、図１１に示すように、第１実施形態の場合（図２，図３参照）と異なり、二次流体Ｍ５は、第３のバッフル２５ｃにおいて上側に設けられた切り欠き部２５Ｋを介して、第３の室Ｒ３から第４の室Ｒ４へ流入する。

そして、二次流体Ｍ５は、第４の室Ｒ４の内部において、鉛直方向のうち下側へ流れる。その後、二次流体Ｍ５は、第４のバッフル２５ｄにおいて下側に設けられた切り欠き部２５Ｋを介して、第４の室Ｒ４から第５の室Ｒ５へ流出する。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄが、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、長い状態から短い状態になった後に、再度、長い状態になっている。

上述したように、中空管２１の管壁において熱交換が行われると、浮力によって、鉛直方向において上方へ向かう力が作用する。しかし、本実施形態では、上記のように、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄが最も短い部分（遷移領域）において、二次流体Ｍ５が鉛直方向の下方へ向かう。このため、本実施形態では、この部分において、二次流体Ｍ５が液体的な性質の状態と気体的な性質の状態とに分離することを防止することができる。つまり、二次流体Ｍ５が効果的に混合され、流れが均一になる。

その結果、本実施形態では、熱交換を効果的に行うことができる。そして、上記の熱交換装置２を用いることによって、発電システムの効率化を容易に実現することができる。

［Ｄ］変形例
上記したように、本実施形態では、熱交換装置２に低温媒体として流入する二次流体Ｍ５の圧力が、超臨界圧である場合について説明したが、これに限らない。熱交換装置２に流入する二次流体Ｍ５の圧力が、臨界圧よりも低い亜臨界圧であってもよい。その他、本実施形態では、他の実施形態等の場合と同様に、種々の変形形態を適用することができる。

＜第４実施形態＞
［Ａ］構成等
図１５，図１６は、第４実施形態において、熱交換装置２の要部を示す図である。

図１５と図１６とのそれぞれは、図２と図３とのそれぞれと同様に、熱交換装置２の断面を示している。図１５は、図２と同様に、側方から見たときの様子を示し、図１６は、図３と同様に、上方から見たときの様子を示している。図１５と図１６とにおいては、一次流体Ｆ１，Ｆ２の流れを実線の矢印で示すと共に、二次流体Ｍ２，Ｍ５の流れを、破線の矢印で示している。

図１５，図１６に示すように、本実施形態において、熱交換装置２は、バッフル２５の配置が第１実施形態の場合と異なっている。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、上記の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。

図１５，図１６に示すように、バッフル２５は、複数が中空胴２２の内部において間を隔てて並んでいる。

本実施形態では、中空胴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のバッフル２５ａ〜２５ｈが、順次、設置されている。第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈは、中空胴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。

第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、図１６に示すように、中空胴２２の内部において、二次流体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、中空胴２２の内周面に固定されている。ここでは、第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、中空管２１の管軸方向（ｘ方向）および鉛直方向（ｚ方向）に対して直交する方向（ｙ方向）において、切り欠き部２５Ｋの位置が中空胴２２の中心軸２２ｃを介して互い違いに並ぶように設置されている。

図１７は、第４実施形態に係る熱交換装置２において、複数のバッフル２５の配置を詳細に示す断面図である。図１４は、図１６と同じ断面を示しているが、中空管２１などについては記載を省略している。

図１７に示すように、第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈのそれぞれにおいては、一のバッフル２５と、その一のバッフル２５の隣に設置された他のバッフル２５との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｆｇ，Ｄｇｈ）が、第１実施形態の場合と同様に、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、短くなった後に長くなっている。

しかし、本実施形態においては、第１実施形態の場合と異なり、第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈのそれぞれは、中空胴２２の中心軸２２ｃに沿った方向において、中空胴２２の中心に対して対称に配置されていない。

本実施形態では、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄが最も短い部分（遷移領域）が、中空胴２２の内部において二次流体Ｍ５の下流側に位置するように、第１から第８のバッフル２５ａ〜２５ｈが配置されている。

具体的には、第５のバッフル２５ｅと第６のバッフル２５ｆとの間の距離Ｄｅｆは、他（Ｄａｂ，Ｄｂｃ，Ｄｃｄ，Ｄｄｅ，Ｄｆｇ，Ｄｇｈ）よりも短い。そして、第５のバッフル２５ｅと第６のバッフル２５ｆとの間は、中空胴２２の中心よりも二次流体Ｍ５の出口側に位置している。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態において、熱交換装置２は、一次流体Ｆ１と二次流体Ｍ５との熱交換が行われ、超臨界圧の二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃを超える温度に加熱される。本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄが、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、長い状態から短い状態になった後に、再度、長い状態になっている。

また、本実施形態では、複数のバッフル２５のうち、一のバッフル２５と当該一のバッフル２５の隣に設置された他のバッフル２５との間の距離Ｄが最も短い一対のバッフル２５は、中空胴２２の内部において二次流体Ｍ５の下流側に位置している。

このため、本実施形態では、熱交換を効果的に行うことができると共に、圧力損失を低減することができる。その結果、発電システムにおいては、効率化を容易に実現することができる。

［Ｃ］変形例
上記したように、本実施形態では、熱交換装置２に低温媒体として流入する二次流体Ｍ５の圧力が、超臨界圧である場合について説明したが、これに限らない。熱交換装置２に流入する二次流体Ｍ５の圧力が、臨界圧よりも低い亜臨界圧であってもよい。その他、本実施形態では、他の実施形態の場合と同様に、種々の変形形態を適用することができる。

＜第５実施形態＞
［Ａ］構成等
図１８，図１９は、第５実施形態において、熱交換装置２の要部を示す図である。

図１８と図１９とのそれぞれは、図２と図３とのそれぞれと同様に、熱交換装置２の断面を示している。図１８は、図２と同様に、側方から見たときの様子を示し、図１９は、図３と同様に、上方から見たときの様子を示している。図１８と図１９とにおいては、一次流体Ｆ１，Ｆ２の流れを実線の矢印で示すと共に、二次流体Ｍ２，Ｍ５の流れを、破線の矢印で示している。

図１８，図１９に示すように、本実施形態において、熱交換装置２は、仕切り板２６が設置されていること、および、バッフル２５の配置が、第１実施形態の場合と異なっている。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、上記の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。

仕切り板２６は、図１８，図１９に示すように、中空胴２２の内部において、鉛直面（ｘｚ面）に沿って立つように設置されている。

本実施形態では、仕切り板２６は、図１９に示すように、中空胴２２の中心軸２２ｃが貫通するように配置されており、中空管２１の管軸方向（ｘ方向）および鉛直方向（ｚ方向）に対して直交する方向（ｙ方向）において、中空胴２２の内部を２つに分割している。

また、仕切り板２６は、右端側においては、管板２３に連結されている。これに対して、左端側においては、仕切り板２６は、管板２３に連結されておらず、仕切り板２６と管板２３との間には、開口が設けられている。

バッフル２５は、図１８，図１９に示すように、複数が中空胴２２の内部において間を隔てて並んでいる。

本実施形態では、図１９に示すように、中空胴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１１のバッフル２５ａ〜２５ｋが、順次、設置されている。第１から第１１のバッフル２５ａ〜２５ｈは、中空胴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１３の室Ｒ１〜Ｒ１３に分割している。第１から第１１のバッフル２５ａ〜２５ｋのそれぞれは、中空胴２２の中心軸２２ｃを介して、対称に配置されている。

第１から第１１のバッフル２５ａ〜２５ｋのそれぞれは、図１９に示すように、中空胴２２の内部において、二次流体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、中空胴２２の内周面または仕切り板２６に固定されている。ここでは、第１から第１１のバッフル２５ａ〜２５ｋのそれぞれは、中空管２１の管軸方向（ｘ方向）および鉛直方向（ｚ方向）に対して直交する方向（ｙ方向）において、切り欠き部２５Ｋの位置が互い違いに並ぶように設置されている。

図示を省略しているが、部品点数を減少させるために、第１のバッフル２５ａと第１１のバッフル２５ｋとの両者は、たとえば、一体であって、両者全体として、たとえば、環形状になるように形成されている。第３のバッフル２５ｃと第９のバッフル２５ｉ、および、第５のバッフル２５ｅと第７のバッフル２５ｇのそれぞれも、第１のバッフル２５ａと第１１のバッフル２５ｋの場合と同様に形成されている。

同様に、第２のバッフル２５ｂと第１０のバッフル２５ｊは、たとえば、一体であって、両者全体として、たとえば、円形状になるように形成されている。第４のバッフル２５ｄと第８のバッフル２５ｈは、第２のバッフル２５ｂと第１０のバッフル２５ｊとの場合と同様に形成されている。

また、第６のバッフル２５ｆは、たとえば、円形状で形成されている。

図２０は、第５実施形態に係る熱交換装置２において、複数のバッフル２５の配置を詳細に示す断面図である。図２０は、図１９と同じ断面を示しているが、中空管２１などについては記載を省略している。

図２０に示すように、第１から第１１のバッフル２５ａ〜２５ｋのそれぞれにおいては、一のバッフル２５と、その一のバッフル２５の隣に設置された他のバッフル２５との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｊｋ）が、第１実施形態の場合と同様に、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、長い状態から短くなった後に、再度、長くなっている。

また、仕切り板２６の左端側に設置された第６のバッフル２５ｆと、中空胴２２の左端側に設置された管板２３との間の距離Ｄｆは、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｊｋ）よりも短い。

［Ｂ］動作
上記の熱交換装置２を流れる二次流体Ｍ５について説明する。

熱交換装置２において、二次流体Ｍ５は、図１８，図１９に示すように、中空胴２２の内部に流入し、一次流体Ｆ１との熱交換によって順次温度が上昇した後に、外部へ流出する。本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、超臨界圧の二次流体Ｍ５が、熱交換装置２において、臨界温度よりも低い温度から擬臨界温度Ｔｐｃを超えた温度に上昇する。

本実施形態においては、図１９に示すように、二次流体Ｍ５は、まず、中空管２１の内部のうち、仕切り板２６で分割された一方の空間を蛇行して流れる。ここでは、二次流体Ｍ５は、中空管２１の内部において、第１の室Ｒ１に流入した後に、第２から第６の室Ｒ２〜Ｒ６のそれぞれにおいて、一次流体Ｆ１の流れ方向と逆の方向に向かって、蛇行して流れる。

つぎに、二次流体Ｍ５は、左端側において仕切り板２６と管板２３との間に位置する第７の室Ｒ７を介して、中空管２１の内部のうち仕切り板２６で分割された他方の空間に流入する。

そして、二次流体Ｍ５は、中空管２１の内部のうち仕切り板２６で分割された他方の空間を蛇行して流れる。ここでは、二次流体Ｍ５は、中空管２１の内部において、第８の室Ｒ８に流入した後に、第９から第１３の室Ｒ９〜Ｒ１３のそれぞれにおいて、一次流体Ｆ１の流れ方向と同じ方向に向かって、蛇行して流れる。

このように、本実施形態では、二次流体Ｍ５は、中空管２１の内部において、折り返して流れる。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態において、熱交換装置２は、一次流体Ｆ１と二次流体Ｍ５との熱交換が行われ、超臨界圧の二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃを超える温度に加熱される。本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄが、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、長い状態から短い状態になった後に、再度、長い状態になっている。

本実施形態では、中空胴２２の内部を分割する仕切り板２６を有し、二次流体Ｍ５は、中空胴２２の内部において仕切り板２６で分割された一対の空間のうち、一方から他方へ折り返して流れる。

このため、本実施形態では、熱交換を効果的に行うことができると共に、圧力損失を低減することができる。その結果、発電システムにおいては、効率化を容易に実現することができる。

また、本実施形態では、中空胴２２の内部において二次流体Ｍ５が折り返す側に設置された管板２３と第６のバッフル２５ｆの間の距離Ｄｆは、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｊｋ）よりも短い。このため、本実施形態では、さらに、混合を促進できるので、熱交換を効果的に行うことができる

［Ｃ］変形例
上記したように、本実施形態では、熱交換装置２に低温媒体として流入する二次流体Ｍ５の圧力が、超臨界圧である場合について説明したが、これに限らない。熱交換装置２に流入する二次流体Ｍ５の圧力が、臨界圧よりも低い亜臨界圧であってもよい。その他、本実施形態では、他の実施形態の場合と同様に、種々の変形形態を適用することができる。

＜第６実施形態＞
［Ａ］構成等
図２１，図２２は、第６実施形態において、熱交換装置２の要部を示す図である。

図２１と図２２とのそれぞれは、図１８と図１９とのそれぞれと同様に、熱交換装置２の断面を示している。図２１は、図１８と同様に、側方から見たときの様子を示し、図２２は、図１９と同様に、上方から見たときの様子を示している。図２１と図２２とにおいては、一次流体Ｆ１，Ｆ２の流れを実線の矢印で示すと共に、二次流体Ｍ２，Ｍ５の流れを、破線の矢印で示している。

図２１，図２２に示すように、本実施形態において、熱交換装置２は、第５実施形態の場合と同様に、仕切り板２６が設置されているが、バッフル２５の配置が、第５実施形態の場合と異なっている。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、上記の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。

本実施形態では、図２１，図２２に示すように、第５実施形態の場合と同様に、仕切り板２６が中空胴２２の内部において鉛直面（ｘｚ面）に沿って立つように設置されている。

また、本実施形態では、図２２に示すように、第５実施形態の場合と同様に、第１から第１１のバッフル２５ａ〜２５ｋが、中空胴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、順次、設置されている。第１から第１１のバッフル２５ａ〜２５ｋのそれぞれは、中空胴２２の内部において、二次流体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、中空胴２２の内周面または仕切り板２６に固定されている。

しかし、本実施形態では、第１から第１１のバッフル２５ａ〜２５ｋのそれぞれは、中空胴２２の中心軸２２ｃを介して、対称に配置されていない。

図２３は、第６実施形態に係る熱交換装置２において、複数のバッフル２５の配置を詳細に示す断面図である。図２３は、図２２と同じ断面を示しているが、中空管２１などについては記載を省略している。

図２３に示すように、第１から第１１のバッフル２５ａ〜２５ｋのそれぞれにおいては、一のバッフル２５と、その一のバッフル２５の隣に設置された他のバッフル２５との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｊｋ）が、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、長い状態から短くなった後に、再度、長くなっている。

これと共に、本実施形態では、中空胴２２の内部において互いに隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｊｋ）のうち、二次流体Ｍ５が流出する出口側に最も近い部分は、二次流体Ｍ５が流入する入口側に最も近い部分よりも長くなっている（Ｄａｂ＜Ｄｊｋ）。

本実施形態では、仕切り板２６で分割された一方の空間において第１から第７のバッフル２５ａ〜２５ｇのそれぞれの間の距離Ｄ（Ｄａｂ，・・・，Ｄｆｇ）が二次流体Ｍ５の流れに沿って減少する割合よりも、他方の空間において第７から第１１のバッフル２５ｇ〜２５ｋのそれぞれの間の距離Ｄ（Ｄｇｈ，・・・，Ｄｊｋ）が二次流体Ｍ５の流れに沿って増加する割合の方が大きくなるように配置されている。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態において、熱交換装置２は、一次流体Ｆ１と二次流体Ｍ５との熱交換が行われ、超臨界圧の二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃを超える温度に加熱される。本実施形態では、第５実施形態の場合と同様に、隣り合う一対のバッフル２５の間の距離Ｄが、中空胴２２の内部での二次流体Ｍ５の流れに沿って、長い状態から短い状態になった後に、再度、長い状態になっている。

このため、本実施形態では、熱交換を効果的に行うことができると共に、圧力損失を低減することができる。その結果、発電システムにおいては、効率化を容易に実現することができる。

［Ｃ］変形例
上記したように、本実施形態では、熱交換装置２に低温媒体として流入する二次流体Ｍ５の圧力が、超臨界圧である場合について説明したが、これに限らない。熱交換装置２に流入する二次流体Ｍ５の圧力が、臨界圧よりも低い亜臨界圧であってもよい。その他、本実施形態では、他の実施形態の場合と同様に、種々の変形形態を適用することができる。

＜第７実施形態＞
［Ａ］構成等
図２４，図２５は、第７実施形態において、熱交換装置２の要部を示す図である。

図２４と図２５とのそれぞれは、図１８と図１９とのそれぞれと同様に、熱交換装置２の断面を示している。図２４は、図１８と同様に、側方から見たときの様子を示し、図２５は、図１９と同様に、上方から見たときの様子を示している。図２１と図２２とにおいては、一次流体Ｆ１，Ｆ２の流れを実線の矢印で示すと共に、二次流体Ｍ２，Ｍ５の流れを、破線の矢印で示している。

図２４，図２５に示すように、本実施形態において、熱交換装置２は、仕切り板２６の配置、および、バッフル２５の配置が、第５実施形態の場合と異なっている。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、上記の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。

仕切り板２６は、図２４，図２５に示すように、第５実施形態の場合と異なり、中空胴２２の内部において、水平面（ｘｙ面）に沿うように設置されている。

本実施形態では、仕切り板２６は、図２４に示すように、中空胴２２の中心軸２２ｃが貫通するように配置されており、鉛直方向（ｚ方向）において、中空胴２２の内部を２つに分割している。

バッフル２５は、図２４，図２５に示すように、複数が中空胴２２の内部において間を隔てて並んでいる。

本実施形態では、図２４に示すように、中空胴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１５のバッフル２５ａ〜２５ｏが、順次、設置されている。第１から第１５のバッフル２５ａ〜２５ｏは、中空胴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１７の室Ｒ１〜Ｒ１７に分割している。第１から第１５のバッフル２５ａ〜２５ｏのそれぞれは、中空胴２２の中心軸２２ｃを介して、対称に配置されている。

第１から第１５のバッフル２５ａ〜２５ｏのそれぞれは、図２４に示すように、中空胴２２の内部において、二次流体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、中空胴２２の内周面または仕切り板２６に固定されている。ここでは、第１から第１５のバッフル２５ａ〜２５ｏのそれぞれは、鉛直方向（ｚ方向）において、切り欠き部２５Ｋの位置が互い違いに並ぶように設置されている。

図２６は、第７実施形態に係る熱交換装置２において、複数のバッフル２５の配置を詳細に示す断面図である。図２６は、図２４と同じ断面を示しているが、中空管２１などについては記載を省略している。

図２６に示すように、第１から第１５のバッフル２５ａ〜２５ｏのそれぞれにおいて、一のバッフル２５と、その一のバッフル２５の隣に設置された他のバッフル２５との間の距離Ｄ（＝Ｄａｂ，Ｄｂｃ，・・・，Ｄｎｏ）は、他の実施形態と異なり、互いに同じである。

［Ｂ］動作
上記の熱交換装置２を流れる二次流体Ｍ５について説明する。

熱交換装置２において、二次流体Ｍ５は、図２４，図２５に示すように、中空胴２２の内部に流入し、一次流体Ｆ１との熱交換によって順次温度が上昇した後に、外部へ流出する。本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、超臨界圧の二次流体Ｍ５が、熱交換装置２において、臨界温度よりも低い温度から擬臨界温度Ｔｐｃを超えた温度に上昇する。

本実施形態においては、図２４に示すように、二次流体Ｍ５は、まず、中空管２１の内部のうち、仕切り板２６で分割された一方の空間を蛇行して流れる。ここでは、二次流体Ｍ５は、中空管２１の内部において、第１の室Ｒ１に流入した後に、第２から第８の室Ｒ２〜Ｒ８のそれぞれにおいて、一次流体Ｆ１の流れ方向と逆の方向に向かって、蛇行して流れる。

つぎに、二次流体Ｍ５は、左端側において仕切り板２６と管板２３との間に位置する第９の室Ｒ９を介して、中空管２１の内部のうち仕切り板２６で分割された他方の空間に流入する。この第９の室Ｒ９では、二次流体Ｍ５は、鉛直方向（ｚ方向）の下方へ流れる。

そして、二次流体Ｍ５は、中空管２１の内部のうち仕切り板２６で分割された他方の空間を蛇行して流れる。ここでは、二次流体Ｍ５は、中空管２１の内部において、第１０の室Ｒ１０に流入した後に、第１０から第１７の室Ｒ１０〜Ｒ１７のそれぞれにおいて、一次流体Ｆ１の流れ方向と同じ方向に向かって、蛇行して流れる。

このように、本実施形態では、二次流体Ｍ５は、中空管２１の内部において、折り返して流れる。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態において、熱交換装置２は、一次流体Ｆ１と二次流体Ｍ５との熱交換が行われ、超臨界圧の二次流体Ｍ５が擬臨界温度Ｔｐｃを超える温度に加熱される。

上述したように、中空管２１の管壁において熱交換が行われると、浮力によって、鉛直方向において上方へ向かう力が作用する。しかし、本実施形態では、中空管２１の内部において仕切り板２６で分割された一対の空間のうち、一方から他方へ二次流体Ｍ５が折り返して流れるときには、二次流体Ｍ５は鉛直方向の下方へ向かう。このため、本実施形態では、この部分において、二次流体Ｍ５が液体的な性質の状態と気体的な性質の状態とに分離することを防止することができる。つまり、二次流体Ｍ５が効果的に混合され、流れが均一になる。

その結果、本実施形態では、熱交換を効果的に行うことができる。そして、上記の熱交換装置２を用いることによって、発電システムの効率化を容易に実現することができる。

［Ｃ］変形例
上記したように、本実施形態では、熱交換装置２に低温媒体として流入する二次流体Ｍ５の圧力が、超臨界圧である場合について説明したが、これに限らない。熱交換装置２に流入する二次流体Ｍ５の圧力が、臨界圧よりも低い亜臨界圧であってもよい。その他、本実施形態では、他の実施形態の場合と同様に、種々の変形形態を適用することができる。

＜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。

１…一次流体供給源、２…熱交換装置、３…タービン、３Ｇ…発電機、４…凝縮器、５…ポンプ、６…冷却水供給部、２１…中空管，２２…中空胴、２３…管板、２４…水室部、２５…バッフル

Claims (8)

1. 一次流体と二次流体との熱交換が行われ、前記二次流体が加熱される熱交換装置であって、
   前記熱交換装置は、
   前記一次流体が内部を流れる複数の中空管と
   前記複数の中空管を内部に収容しており、前記二次流体が前記複数の中空管の周囲を流れる中空胴と、
   前記中空胴の内部において前記二次流体が入口から出口に向かって蛇行して流れるように、前記中空胴の内部に間を隔てて並んで設置されている複数のバッフルと
   を有し、
   前記複数のバッフルは、一のバッフルと、当該一のバッフルの隣に設置された他のバッフルとの間の距離が、前記中空胴の内部での前記二次流体の流れに沿って、短くなった後に長くなるように、設置されていることを特徴とする、
   熱交換装置。
2. 前記複数のバッフルにおいて、前記二次流体が流出する出口側に最も近い部分は、前記二次流体が流入する入口側に最も近い部分よりも、一のバッフルと当該一のバッフルの隣に設置された他のバッフルとの間の距離が長いことを特徴とする、
   請求項１に記載の熱交換装置。
3. 前記複数のバッフルのうち、一のバッフルと当該一のバッフルの隣に設置された他のバッフルとの間の距離が最も短い一対のバッフルの間においては、前記二次流体が鉛直方向の下方へ向かって流れることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の熱交換装置。
4. 前記複数のバッフルのうち、一のバッフルと当該一のバッフルの隣に設置された他のバッフルとの間の距離が最も短い一対のバッフルは、前記中空胴の内部において前記二次流体の下流側に位置していることを特徴とする、
   請求項１から３のいずれかに記載の熱交換装置。
5. 前記中空胴の内部を分割する仕切り板
   を有し、
   前記二次流体は、前記中空胴の内部において前記仕切り板で分割された一対の空間のうち、一方から他方へ折り返して流れることを特徴とする、
   請求項１から４のいずれかに記載の熱交換装置。
6. 前記中空管の内部において前記仕切り板で分割された一対の空間のうち、一方から他方へ前記二次流体が折り返して流れるときに、前記二次流体が鉛直方向の下方へ向かうように、前記仕切り板が設置されていることを特徴とする、
   請求項５に記載の熱交換装置。
7. 前記中空胴の内部において前記二次流体が折り返す側に設置された管板とバッフルとの間の距離は、隣り合う一対のバッフルの間の距離よりも短いことを特徴とする、
   請求項５または６に記載の熱交換装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の熱交換装置と、
   前記熱交換装置での熱交換によって加熱された前記二次流体が作動媒体として供給されるタービンと
   を備えることを特徴とする、
   発電システム。

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