JP5476475B2 - 熱交換器システム - Google Patents

Description

本発明は、海水等を冷却水として用いて作動流体との熱交換を行う熱交換器を、冷却水の流通経路に設置して熱交換を行わせる状態とする熱交換器の設置構造に関する。

蒸気動力サイクル等の熱サイクルを用いて、高温熱源からの熱を作動流体に伝え、また作動流体の熱を冷却水等の低温熱源に伝える場合、蒸発器や凝縮器としての熱交換器を利用するが、近年、コスト削減や省エネルギー化、環境対策等の目的から、熱交換器におけるさらなる熱交換効率の向上が求められており、熱交換効率の向上が望めるプレート式熱交換器の使用が提案されている。

こうしたプレート式の熱交換器の一例として、特開昭５３−５６７４８号公報に記載されるものがある。この従来の熱交換器は、積層状態とした熱交換用プレート間に熱交換対象の流体を交互に流通させて熱交換を行わせるものである。

特開昭５３−５６７４８号公報

従来のプレート式の熱交換器は前記特許文献に示されるような構成となっており、伝熱面積を最大限確保して効率よく熱交換が行えるものの、小さな間隙を設けつつプレートを積層した構造を採用した分、熱交換対象流体の流路が極めて狭くなっており、流路長さ当たりの圧力損失が他の形式に比べ大きい。また、プレートは通常金型を用いたプレスで成形されるため、大型のプレートを製造しようとする場合、金型やプレス機も大型のものを用いる必要があるが、金型やプレス機は技術上の制約やコスト面から大型化は難しく、プレートの大型化には限度がある。こうした圧力損失やプレート製造に係る制約等から、プレート式の熱交換器は、熱交換能力を大きくするために、単純に大型化することは困難であり、熱交換の処理量を大きくするには小型の熱交換器を多数配置する構成を取らざるを得なかった。

こうしたプレート式の熱交換器を、作動流体と冷却水とを熱交換させるものとして多数配置する場合、多数の熱交換器に向う大量の冷却水（海水等）を多数の熱交換器に各々分配する必要が生じ、このような冷却水流通用の管路が多系統化且つ大型化し、管路のコスト及びスペースが大きくなることを避けられないという課題を有していた。

また、プレート式の熱交換器で、熱交換対象流体として海水等の自然水を使用すると、自然水に含まれる微小生物に基づく生物性汚れのプレートへの付着が避けられず、熱交換性能が低下するため、プレートから汚れを除去する必要が生じるものの、こうしたプレート式の熱交換器を用いる際は、通常、積層状態としたプレートを取囲むシェル（圧力容器）や、熱交換対象流体を流通させる管路を設けることから、プレートに対する汚れ除去等のメンテナンスの際に、シェルや自然水側の管路が障害となり、作業が十分に行えず、熱交換性能を適切な状態に維持しにくいという課題を有していた。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、プレート式の熱交換器を多数配置する場合も無理なく大量の冷却水を導入して熱交換でき、配管の問題を回避でき、設備のコストを低減できる熱交換器システムを提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器システムは、複数並列状態とされた略矩形状金属薄板製の各熱交換用プレートを、所定の略平行をなす二端辺部位で隣合う一の熱交換用プレートと水密状態として溶接される一方、隣合う他の熱交換用プレートと前記二端辺と略直交する他の略平行な二端辺部位で水密状態として溶接されて全て一体化され、各熱交換用プレート間に作動流体の通る第一流路と熱交換用流体の通る第二流路とをそれぞれ一つおきに生じさせる熱交換器本体と、当該熱交換器本体の前記各第一流路に連通して前記作動流体を流入出させる管路と、前記熱交換器本体の前記各第二流路に連通する貫通孔を穿設され、熱交換器本体における第二流路の一側の開口部分と接合して配設される隔壁とを少なくとも備え、前記隔壁を挟んで、前記熱交換器本体の第二流路に通じる二つの領域が設定され、当該二つの領域に液相の熱交換用流体を存在させると共に、二つの領域における各熱交換用流体間にヘッド差が生じた状態として、隔壁の貫通孔及び熱交換器本体の第二流路を通る熱交換用流体の流れを生じさせ、第一流路の作動流体と第二流路の熱交換用流体との間で熱交換を行わせるものである。

このように本発明においては、熱交換器本体に対し、熱交換用流体の通る貫通孔を穿設した隔壁を接合配設し、隔壁で分けられた領域間で熱交換用流体を流通させて、熱交換器本体の第二流路に熱交換用流体を導入することにより、熱交換用流体側で管路の配設が不要となり、管路配設に係るコストを抑えられ、管の設置スペースを省略できる上、熱交換器の取り外しの際に熱交換用流体側の配管を取扱わずに済み、熱交換器本体を多数配設する場合でも問題が生じにくい。また、熱交換用流体の流路側で熱交換器本体に通じる管路を設けないことに加え、熱交換器本体の周囲に外部と各流路を隔離する耐圧容器も設けないことで、第二流路をはじめとする熱交換器本体各部へのアクセスが極めて容易となり、熱交換器本体に対する点検や洗浄等のメンテナンス作業を確実に行え、例えば熱交換用流体として海水や河川・湖沼水を使用した結果生じた生物汚れにも適切に対応して熱交換器本体からの汚れ除去作業を実行できる。

また、本発明に係る熱交換器システムは必要に応じて、前記熱交換器本体及び隔壁が、前記隔壁を挟む二つの領域を、自然水が大量に存在する外部空間に連ねて、前記二つの領域に前記熱交換用流体として自然水が存在し、熱交換器本体の第二流路に自然水が自然流入する状態として配設され、前記二つの領域のうち、一方の領域が前記外部空間に直接通じて自然水を外部空間と同じ状態で存在させると共に、他方の領域が大気開放状態とされ、当該他方の領域の水位を、機械的手段による自然水の加圧又は吸引で、前記外部空間における自然水面の水位と異ならせるものである。

このように本発明においては、熱交換器本体及び隔壁を熱交換器本体の第二流路に自然水が自然流入する状態で配設すると共に、隔壁を挟む二つの領域のうち、一方の領域に自然水を自然流入させ、この一方の領域をそのまま自然水のある外部空間と同じ状況とする一方で、他方の領域における水位を外部空間の自然水面とは異なる水位として、領域間でヘッド差を与え、熱交換器本体の第二流路に自然水の流れを生じさせることにより、自然水が大量に存在する海や河川、湖沼等の近傍で簡易に熱交換器本体に自然水を導入しつつ、自然水の自然の水位を基準としたヘッド差で流れを得ることとなり、ヘッド差を与える仕組みを簡略化しても適切に自然水の流れを生じさせて熱交換を行わせることができ、熱交換に係るコストを抑えられる。

また、本発明に係る熱交換器システムは必要に応じて、前記隔壁を挟む二つの領域の少なくとも一方を、作業者が領域内に入って作業可能な大きさに設定し、前記二つの領域に存在する熱交換用流体を、前記二つの領域からの機械的手段による外部への排出により、熱交換器本体より低い液位、又は各領域に存在しない状態、に調整可能とするものである。

このように本発明においては、隔壁を挟む二つの領域の少なくとも一方に、作業者の入れる作業スペースを確保すると共に、熱交換用流体の水位を少なくとも熱交換器本体より下側まで低下させられるようにし、熱交換用流体が周囲に存在しない状況で熱交換器本体を作業者が取扱える状態を得ることにより、作業者が直接熱交換器本体に対し作業を実行できると共に、水位を低下させた熱交換用流体が作業者の作業における障害となることもなく、熱交換器本体のメンテナンス等に係る作業を容易に実行でき、こうした熱交換器本体に対する作業性を向上させて、熱交換器本体を適切に管理して有効に動作させられる。

また、本発明に係る熱交換器システムは必要に応じて、前記隔壁が一領域を取囲む状態で連続した略環状形として形成され、複数の貫通孔が隔壁の連続する周方向に並べて穿設されてなり、前記熱交換器本体が、隔壁の外周側又は内周側に、隔壁の各貫通孔に対応させて複数並べて配設されるものである。

このように本発明においては、隔壁を略環状形とすると共に、熱交換器本体を隔壁の連続する周方向に複数並べて配設し、隔壁の外側の領域から内側の領域に向けて、あるいは隔壁の内側の領域から外側の領域に向けて、熱交換用流体の流れを生じさせることにより、複数の熱交換器本体に対し各第二流路に通じる同じ二つの領域を共通に設定して、複数の熱交換器本体に対する熱交換用流体の導入をより簡易に実現できると共に、複数の熱交換器本体をコンパクトに配置でき、必要最小限のスペースで効率よく熱交換を行わせることができる。また、隔壁内側の領域や外側の領域で熱交換器本体の第二流路に対するメンテナンス等作業を複数の熱交換器本体に対し同様に実行でき、作業効率を高められる。

また、本発明に係る熱交換器システムは必要に応じて、前記熱交換器本体が、第二流路の一側の開口部分にフランジを形成され、当該フランジを前記隔壁の貫通孔周囲部分に水密状態として着脱可能に取付けられ、前記作動流体を流入出させる管路が、前記熱交換器本体から隔壁に向う形状とされると共に、隔壁に水密状態として着脱可能に取付けられるフランジを形成されてなり、前記隔壁が、前記管路のフランジを連結する部分に、作動流体を通す他の貫通孔を穿設されると共に、管路のフランジを連結する側とは反対側の面に、前記他の貫通孔及び管路に連通する作動流体流通用の他の管路を水密状態として接続配設されてなるものである。

このように本発明においては、熱交換器本体における隔壁との接合部分をフランジ構造とすると共に、熱交換器本体に作動流体を流入出させる管路についても隔壁とのフランジ接合部分を設けて、隔壁を抜ける形で作動流体が流通するようにし、熱交換器本体のフランジと管路のフランジの着脱で、隔壁に対し熱交換器本体と管路を一体に取付け取外し可能とすることにより、熱交換器本体に対するメンテナンス等の目的で熱交換器本体を隔壁に対し着脱する際に、作動流体側の管路をいったん取外したり固定を緩めたりしてずらし、熱交換器本体の着脱作業の障害とならないようにする手間が省け、管路を熱交換器本体と一体に取扱って隔壁に対し容易且つ速やかに着脱でき、メンテナンスや交換等の作業性を大きく向上させられる。

また、本発明に係る熱交換器システムは必要に応じて、前記熱交換器本体の前記各第二流路に連通する貫通孔を穿設され、熱交換器本体における第二流路の他方の開口部分に接合して配設される他の隔壁を備えるものである。

このように本発明においては、熱交換器本体を挟んで隔壁と対向する他の隔壁を配設し、隔壁と他の隔壁との間に位置する熱交換器本体の外側部分及び作動流体側の管路を、隔
壁と他の隔壁とで熱交換用流体から隔離して、熱交換用流体とは接触しない状態とすることにより、熱交換器本体の外側部分及び管路の汚損、腐食等を防止でき、耐久性の向上や保守の簡略化が図れると共に、作動流体側の管路の熱交換器本体に対する着脱等の作業を行う場合に、熱交換用流体が熱交換器本体や管路周囲に常に存在しない分、作業性に優れることとなる。

本発明の第１の実施形態に係る熱交換器システムの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器システムを適用する発電システムの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器システムにおける熱交換器本体の正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器システムにおける熱交換器本体の平面図及び中間省略側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器システムにおける熱交換器本体の熱交換用プレート一体化状態の概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器システムの逆洗実行状態説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換器システムの要部平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換器システムの一部切欠正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換器システムにおける隔壁を挟む領域間での海水移動状態説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換器システムにおける他の作動流体側管路配設状態説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱交換器システムの概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱交換器システムの逆洗実行状態説明図である。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。本実施形態では、海洋温度差発電用蒸気動力サイクルの一構成要素となる蒸発器としての熱交換器を、温かい表層海水のある海岸部に設ける例について説明する。

前記各図において本実施形態に係る熱交換器システム１は、複数並列状態の熱交換用プレート１０ａを溶接一体化して作動流体の通る第一流路１０ｂと熱交換用流体としての海水の通る第二流路１０ｃとをそれぞれ一つおきに生じさせた熱交換器本体１０と、この熱交換器本体１０の各第一流路１０ｂに連通して作動流体を流入出させる管路１１と、熱交換器本体１０の各第二流路１０ｃに連通する貫通孔１２ａを穿設され、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃの一方の開口部分に接合して配設される第一隔壁１２と、熱交換器本体１０の各第二流路１０ｃに連通する貫通孔１３ａを穿設され、熱交換器本体１０における第二流路１０ｃの他方の開口部分に接合して配設される前記他の隔壁としての第二隔壁１３と、前記第一隔壁１２、熱交換器本体１０、及び第二隔壁１３を挟んで熱交換器本体１０の第二流路１０ｃに通じる二つの領域１４、１５を外部に対し区画する区画壁１６と、前記二つの領域１４、１５における各海水間にヘッド差を生じさせるポンプ１７とを備える構成である。

本実施形態の熱交換器システムが用いられる蒸気動力サイクル利用の発電システム５０は、表層海水等の高温熱源と熱交換するアンモニア等の低沸点媒体である作動流体の相変化で発電のための動力を得るものである。

この発電システム５０は、作動流体（アンモニア等）と前記高温熱源としての表層海水とを熱交換させ、作動流体を加熱する蒸発器としての本熱交換器システム１と、この熱交換器システム１で得られた高温気相の作動流体を導入されて動作し、作動流体の保有する熱エネルギを動力に変換するタービン５１と、タービン５１により駆動される発電機５２と、タービン５１を出た作動流体を冷たい深層海水等と熱交換させることで凝縮させて液相とする凝縮器５３と、凝縮器５３から取出された液相作動流体を熱交換器システム１に送込むポンプ５４とを備える構成である（図２参照）。この発電システム５０の蒸気動力サイクルを成立させる前記各機器は、公知の海洋温度差発電用の蒸気動力サイクルに用いられるのと同様のものであり、詳細な説明を省略する。

前記熱交換器本体１０は、複数並列状態とされた略矩形状金属薄板製の各熱交換用プレート１０ａを、所定の略平行をなす二端辺部位で隣合う一の熱交換用プレートと水密状態として溶接される一方、隣合う他の熱交換用プレートと前記二端辺と略直交する他の略平行な二端辺部位で水密状態として溶接されて全て一体化され、各熱交換用プレート１０ａ間に作動流体の通る第一流路１０ｂと熱交換用流体としての海水の通る第二流路１０ｃとをそれぞれ一つおきに生じさせ、前記各第一流路１０ｂを通る作動流体と前記各第二流路１０ｃを通る海水とが直交流をなすものである。

前記熱交換器本体１０は、第二流路１０ｃの一方の開口部分にフランジ１０ｄを形成されると共に、第二流路１０ｃの他方の開口部分にフランジ１０ｅを形成されてなり、フランジ１０ｄを第一隔壁１２の貫通孔１２ａ周囲部分に、また、フランジ１０ｅを第二隔壁１３の貫通孔１３ａ周囲部分に、それぞれ水密状態として着脱可能に取付けられる構成である。

前記熱交換器本体１０は、自然水としての海水が自然水面（海面）を有して大量に存在する地点、例えば海岸の十分な深さのある水際や、海上の船内に、熱交換用流体としての海水が、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃに自然流入する状態として、第一隔壁１２及び第二隔壁１３と共に配設される。より具体的には、熱交換器本体１０は、海水の自然の海面ＷＬより下側に熱交換器本体１０の第二流路１０ｃが位置するようにして、第一隔壁１２と第二隔壁１３間に挟まれた状態で配設される構成である。

前記第一隔壁１２は、熱交換用流体としての海水が上端を越えて熱交換器本体１０側へ向うことのない十分な高さの壁体として形成され、熱交換器本体１０の配設位置に対応させて貫通孔１２ａを穿設され、この貫通孔１２ａ周囲部分を、熱交換器本体１０における第二流路１０ｃの一方のフランジ１０ｄと水密状態で接合させて、熱交換器本体１０と一体化される構成である。この第一隔壁１２の貫通孔１２ａには全体にわたってフィルタ１２ｂが配設されており、熱交換器本体１０に向う海水をフィルタ１２ｂで濾過して、不純物が熱交換器本体１０に流入するのを防いでいる。

前記第二隔壁１３は、熱交換用流体としての海水が上端を越えて熱交換器本体１０側へ向うことのない十分な高さの壁体として形成され、熱交換器本体１０の配設位置に対応させて貫通孔１３ａを穿設され、この貫通孔１３ａ周囲部分を、熱交換器本体１０における第二流路１０ｃの他方のフランジ１０ｅに水密状態で接合して、熱交換器本体１０と一体化されつつ、熱交換器本体１０を間に挟んで前記第一隔壁１２と対向させて配設される構成である。この第二隔壁１３の貫通孔１３ａにも、全体にわたってフィルタ１３ｂが配設されており、逆洗時に熱交換器本体１０に向う海水をフィルタ１３ｂで濾過して、不純物が熱交換器本体１０に流入するのを防げる仕組みである。

なお、これら第一隔壁１２と第二隔壁１３に挟まれた熱交換器本体１０の外側部分及び作動流体を流入出させる管路１１は、熱交換用流体である海水とは接触しない。

前記第一隔壁１２及び第二隔壁１３が設けられることで、これら第一隔壁１２及び第二隔壁１３を挟んで、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃに通じる二つの領域１４、１５が設定されることとなる。これら二つの領域１４、１５は、区画壁１６で外部から区画されて所定の大きさとされる。

また、二つの領域１４、１５は、周囲から隔離されず、大気開放状態とされており、このうち第二隔壁に隣接する領域１５は、区画壁１６開放部分を通じた外部からの海水の自然流入に伴い、海水を自然の海面ＷＬとほぼ一致する水位として存在させることとなる。一方、第一隔壁１２に隣接する領域１４にも、海水の区画壁１６開放部分を通じた自然流入に伴い、海水が存在するが、この領域１４での海水の水位は、ポンプ１７による加圧で、領域１５における水位より高い水位とされる。

こうして二つの領域１４、１５における各熱交換用流体間にヘッド差としての水位差（位置ヘッドの差）を与えていることで、領域１４から領域１５へ向う熱交換用流体としての海水の流れ、すなわち、第一隔壁１２の貫通孔１２ａ、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃ、及び第二隔壁１３の貫通孔１３ａを通る海水の流れが生じる仕組みである。

このように、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃ部分をはじめとする大半や、第一隔壁１２及び第二隔壁１３の要部を、海水の自然の海面ＷＬより下側に位置させ、海水中に水没させて配設すると共に各領域の外部との連通を維持することで、二つの領域１４、１５には海面と同じ水位までは自然に海水が導入され、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃも自然に海水で満たされるなど、大量の海水を流入出させるために、第二流路１０ｃに連通する管路等の特別な構造を採用せずに済み、管路配設に係るコストを抑えられる。

また、熱交換器本体１０の周囲には貫通孔のある第一隔壁１２と第二隔壁１３のみ設けられ、熱交換器本体１０を覆うような耐圧容器等が存在しないことで、熱交換器本体１０への作業者のアクセスが極めて容易であり、熱交換器本体１０に対する目視点検や洗浄等のメンテナンス作業を確実に行え、熱交換用流体として海水を使用した結果生じる生物汚れにも、洗浄等で適切に対応できる。

前記区画壁１６は、前記第一隔壁１２、熱交換器本体１０、及び第二隔壁１３を側方及び下方から取囲むように配設される壁体として形成される構成である。区画壁１６は、前記二つの領域１４、１５を外部に対し区画する最外周部分とは別に、各領域１４、１５を隔壁寄り部分と隔壁から離れた部分とに分ける補助隔壁１６ａ、１６ｂを備えている。また、区画壁１６下部の各隔壁寄り部分には、開閉可能な海水出口１６ｃ、１６ｄが設けられ、ヘッド差により熱交換器本体１０を流れる海水がこの海水出口から領域の外に流出する仕組みである。

区画壁１６の補助隔壁１６ａ、１６ｂで分けられて生じた、領域１４の第一隔壁１２から離れた部分領域１４ａと、領域１５の第二隔壁１３から離れた部分領域１５ａは、連通用流路（図示を省略）で相互に連通状態とされる構成である。また、区画壁１６の補助隔壁１６ａで分けられた、領域１４の第一隔壁１２から離れた部分領域１４ａには、ポンプ１７が配設される。このポンプ１７は、海水を加圧することで部分領域１４ａ、１５ａの水位を高めると同時に、外部から海水を部分領域１４ａ、１５ａに流入させるものである。

前記補助隔壁１６ａ、１６ｂは、高さ調節可能とされ、海水出口１６ｃ、１６ｄの開閉と組合わせて熱交換器本体１０の第二流路１０ｃにおける海水の流れ方向を決定する仕組みである。通常の熱交換状態では、領域１４の補助隔壁１６ａの高さを低くし、また第一隔壁１２寄りの海水出口１６ｃは閉じて、領域１４における部分領域１４ａから第一隔壁１２寄りの部分領域１４ｂへの水の流入を許容して領域１４全体の水位を高くする一方、領域１５の補助隔壁１６ｂの高さを高めて、領域１５をより小さく区画し、且つ第二隔壁１３寄りの海水出口１６ｄを開放状態として、第二隔壁１３寄りの部分領域１５ｂの水位を海面ＷＬとほぼ同じとし、こうして与えられたヘッド差により、領域１４から熱交換器本体１０を経て領域１５に向う海水の流れを生じさせることとなる。この時、貫通孔１２ａ、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃ、及び貫通孔１３ａを通過した海水は、海水出口１６ｄから領域１５の外に流出する仕組みである。

逆に、領域１４の補助隔壁１６ａの高さを高め、補助隔壁１６ｂの高さを低くし、また第一隔壁１２寄りの海水出口１６ｃを開放状態とし、第二隔壁１３寄りの海水出口１６ｄを閉塞した場合には、補助隔壁１６ａで領域１４をより小さく区画すると共に、海水出口１６ｃを通じた海水の流入出で部分領域１４ｂの水位を海面とほぼ同じとし、領域１４から熱交換器本体１０側への水の流入を抑える一方、領域１５の低くなった補助隔壁１６ｂが、第二隔壁１３から離れた部分領域１５ａから第二隔壁１３寄りの部分領域１５ｂへの水の流入を許容して、領域１５を連続する一つの領域とすると共に、海水出口１６ｄの閉塞で海水を外部に向わせず、領域１５の水位をポンプ１７の動作に基づいて海面ＷＬより高くすることで、ヘッド差を与え、領域１５から熱交換器本体１０を経て領域１４に向う水の流れを生じさせ、熱交換器本体１０の逆洗を行える仕組みである。この時、貫通孔１３ａ、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃ、及び貫通孔１２ａを通過した海水は、開放状態となっている第一隔壁１２寄りの海水出口１６ｃから領域１４の外に流出する仕組みである。

次に、本実施形態に係る熱交換器システムの使用状態について説明する。前提として、熱交換器システムは発電用の蒸気動力サイクルにおける蒸発器とされて、液相の作動流体を熱交換器本体１０の第一流路１０ｂに流入させ、熱交換用流体である海水との熱交換で作動流体を気相に変化させ、高温気相の作動流体が熱交換器本体１０を出て、蒸気動力サイクルの後段側へ向うものとする。

熱交換を行う通常使用状態では、第一隔壁１２に隣接する領域１４の補助隔壁１６ａの高さは海面ＷＬより低い位置とされ、逆に第二隔壁１３に隣接する領域１５の補助隔壁１６ｂの高さは海面ＷＬより高い位置とされる。また、第一隔壁１２寄りの海水出口１６ｃは閉じ、第二隔壁１３寄りの海水出口１６ｄは開放した状態とされる。

二つの領域１４、１５及び熱交換器本体１０の第二流路１０ｃには、海水の自然流入に伴って海水が存在する状態となっている。第二隔壁１３に隣接する領域１５は、補助隔壁１６ｂにより部分領域１５ａ、１５ｂに分れた状態であり、第二隔壁１３から離れた部分領域１５ａにおける海水の水位は、他方の領域１４の部分領域１４ａと同様となるものの、第二隔壁１３寄りの部分領域１５ｂでは、区画壁１６下部の開放状態の海水出口１６ｄを通じて、海水を自然流入させて、海水を自然の海面ＷＬとほぼ一致する水位として存在させている。一方、第一隔壁１２に隣接する領域１４では、区画壁１６の取入れ口１６ｅを通じた海水の自然流入だけでなく、部分領域１４ａのポンプ１７による加圧も伴うことで、この領域１４での海水は、領域１５の部分領域１５ｂにおける水位より高い水位となる。

こうして、第一隔壁１２側の領域１４にある海水と、第二隔壁１３側の領域１５における部分領域１５ｂにある海水との間に、ヘッド差としての水位差が与えられることにより、領域１４から第一隔壁１２、熱交換器本体１０、及び第二隔壁１３を経て領域１５へ向う海水の流れ、すなわち、第一隔壁１２の貫通孔１２ａ、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃ、及び第二隔壁１３の貫通孔１３ａを通過する海水の流れが生じることとなる。

この熱交換器本体１０の第二流路１０ｃを通る海水の流れが生じるのに伴い、第一流路１０ｂの作動流体と第二流路１０ｃの海水との間で継続して熱交換を行わせることができる。熱交換器本体１０の第二流路１０ｃでの熱交換を終えた海水は、流れに従って第二隔壁１３の貫通孔１３ａを通過して部分領域１５ｂに達し、さらに、海水は開放状態となっている第二隔壁１３寄りの海水出口１６ｄから領域１５の外に流出し、外部の海中に拡散していく。一方、ポンプ１７の動作に伴い、新たな海水が取入れ口１６ｅから領域１４に入り、熱交換器本体１０での熱交換に供されることとなり、上記の各過程がシステムの使用の間、繰返される。

なお、熱交換用流体が極めて大量に存在する海水であるため、熱交換後の海水が外部の海中に拡散した後の、海水全体に与えられる熱交換後の海水の保有する熱の影響はほとんど無視でき、熱交換継続に伴い熱交換器本体１０に順次新規に導入される海水には温度変化は生じておらず、熱交換開始当初と同じ温度条件で継続して熱交換が行えると見なせる。

続いて、逆洗を行う状態について説明する。逆洗を行う場合、図６に示すように、前記通常使用状態とは逆に、第一隔壁１２に隣接する領域１４の補助隔壁１６ａの高さは海面ＷＬより高い位置とされ、第二隔壁１３に隣接する領域１５の補助隔壁１６ｂの高さは海面ＷＬより低い位置とされる。また、第一隔壁１２寄りの海水出口１６ｃは開放し、第二隔壁１３寄りの海水出口１６ｄは閉じた状態とされる。そして、熱交換器本体１０の第一流路１０ｂを通る作動流体の流れを止めて、熱交換を一時停止した状態とすることとなる。

二つの領域１４、１５及び熱交換器本体１０の第二流路１０ｃには、前記通常使用状態の場合同様、自然流入に伴い海水が存在する状態となっているが、第一隔壁１２に隣接する領域１４は、補助隔壁１６ａにより部分領域１４ａ、１４ｂに分れた状態となり、部分領域１４ａ、１４ｂごとの海水の水位は互いに異なったものとなる。第一隔壁１２から離れた部分領域１４ａにおける海水の水位は、取入れ口１６ｅを通じた海水の自然流入だけでなく、ポンプ１７による加圧を伴うことで、自然の海面ＷＬより高いものとなり、また、第一隔壁１２寄りの部分領域１４ｂでは、区画壁１６下部の開放状態の海水出口１６ｃを通じて、海水を自然流入させて、海水を自然の海面ＷＬとほぼ一致する水位として存在させることとなる。一方、第二隔壁１３に隣接する領域１５では、部分領域１５ａと連通用流路（図示を省略）を介して連通する部分領域１４ａを通じて、海水の自然流入が生じると共に、部分領域１４ａのポンプ１７による加圧も伴うことで、この領域１５での海水は、領域１４の部分領域１４ａとほぼ同じ水位となり、また部分領域１４ｂにおける水位より高い水位となる。

こうして、第一隔壁１２側の領域１４にある海水と、第二隔壁１３側の領域１５における部分領域１５ｂにある海水との間に、ヘッド差としての水位差が与えられることにより、領域１５から第二隔壁１３、熱交換器本体１０、及び第一隔壁１２を経て領域１４へ向う海水の流れ、すなわち、第二隔壁１３の貫通孔１３ａ、熱交換器本体１０の第二流路１０ｃ、及び第一隔壁１２の貫通孔１２ａを通過する海水の流れが生じることとなる。

この熱交換器本体１０の第二流路１０ｃを通る海水の流れが生じるのに伴い、上記の熱交換を行っていた際に第二流路１０ｃをなす各熱交換用プレート１０ａ表面に付着した汚れを、熱交換の際とは逆向きの水流で剥がして除去する、すなわち逆洗を行うことができる。

熱交換器本体１０の第二流路１０ｃで汚れを除去した海水は、流れに従って第一隔壁１２の貫通孔１２ａを通過して部分領域１４ｂに達し、さらに、海水は開放状態となっている第一隔壁１２寄りの海水出口１６ｃから領域１４の外に流出し、外部の海中に拡散していく。一方、ポンプ１７の動作に伴い、新たな海水が取入れ口１６ｅから領域１４の部分領域１４ａに入り、さらに領域１５に達して、熱交換器本体１０での汚れの除去に供されることとなり、上記の各過程が逆洗動作を継続する間、繰返される。

このように、本実施形態に係る熱交換器システムにおいては、熱交換器本体１０に対し、熱交換用流体としての海水の通る貫通孔１２ａを穿設した隔壁１２を接合配設し、隔壁１２で分けられた領域１４、１５間で海水を流通させて、管路を経由させずに熱交換器本体１０の第二流路１０ｃ側に熱交換用流体を導入することで、熱交換用流体側で管路の配設が不要となり、管路配設に係るコストを抑えられ、管の設置スペースを省略できる上、熱交換器本体１０の取り外しの際に海水側配管を取扱わずに済むこととなる。また、海水側で管路を設けないことに加え、熱交換器本体１０の周囲に外部と各流路を隔離する耐圧容器も設けないことで、熱交換器本体１０へのアクセスが極めて容易となり、熱交換器本体１０に対する点検や洗浄等のメンテナンス作業を確実に行え、熱交換用流体として海水を使用した結果生じた生物汚れにも適切に対応できる。

なお、前記実施形態に係る熱交換器システムにおいては、熱交換器本体１０を単独で配設する構成としているが、これに限らず、隔壁に貫通孔を複数並べて穿設し、貫通孔に対応させて隔壁間に熱交換器本体を複数並べて配設する構成とすることもできる。

また、前記実施形態に係る熱交換器システムにおいて、熱交換器本体１０を挟んで隔壁１２、１３を対向状態で二つ設ける構成としているが、これに限らず、隔壁を熱交換器本体１０の一方の開口部分に唯一配設する構成とすることもでき、構造を簡略化できる。この場合、熱交換器本体外側部分や作動流体を通す管路の一部も熱交換用流体中に没する状態となるが、作動流体の保温の面ではむしろ好ましく、管路での作動流体の不要な凝縮又は蒸発の防止が図れ、熱交換効率を高められる。

また、前記実施形態に係る熱交換器システムにおいては、熱交換器本体１０における第二流路１０ｃの一方の開口部分と他方の開口部分を対向配置状態とし、開口部分に流入して第二流路を流れる海水をそのまま直進させ、作動流体と海水が直交流をなす構成としているが、これに限らず、例えば第二流路の一方の開口位置を上側に、他方の開口位置を下側に偏らせて配置し、一方の開口位置から他方の開口位置へ向う、又はその逆へ向う海水が、第二流路における開口間の中間位置で、作動流体に対し向流又は並流の関係となる構成とすることもでき、使用状況に応じた適切な流れ関係に設定可能である。

（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図７ないし図９に基づいて説明する。
前記各図において本実施形態に係る熱交換器システムは、前記第１の実施形態同様、熱
交換器本体２０と、管路２１と、隔壁２２と、区画壁２６と、ポンプ２７とを備える一方、異なる点として、前記隔壁２２が一つの領域２４を取囲む状態で連続した円環状形として形成され、複数の貫通孔２２ａが隔壁２２の周方向に並べて穿設されると共に、前記熱交換器本体２０が、隔壁２２の外側周囲に各貫通孔２２ａに対応させて複数配設される構成を有するものである。

前記熱交換器本体２０は、前記第１の実施形態同様、複数並列状態とされた略矩形状金属薄板製の各熱交換用プレート１０ａを溶接一体化して、各熱交換用プレート１０ａ間に作動流体の通る第一流路１０ｂと、熱交換用流体としての海水の通る第二流路１０ｃとをそれぞれ一つおきに生じさせ（図５参照）、前記各第一流路１０ｂを通る作動流体と前記各第二流路１０ｃを通る海水とが直交流をなすようにしたものであり、詳細な説明を省略する。この熱交換器本体２０は、前記第１の実施形態同様、第二流路１０ｃの一方の開口部分にフランジ２０ｄを形成されてなり、フランジ２０ｄを隔壁２２の貫通孔２２ａ周囲部分に水密状態として着脱可能に取付けられる構成である。

前記熱交換器本体２０は、自然水としての海水の自然水面（海面）より下側、例えば海面に近い海中に、熱交換用流体としての海水が、熱交換器本体２０の第二流路１０ｃに自然流入する状態として隔壁２２と共に配設される。より具体的には、熱交換器本体２０は、海水の自然の海面位置より下側に全体が位置するようにして配設される構成である。

前記隔壁２２は、熱交換用流体としての海水を壁内外で隔離可能な円環状形の壁体として形成され、各熱交換器本体２０の配設位置に対応させて貫通孔２２ａを穿設され、この貫通孔２２ａ周囲部分を、熱交換器本体２０における第二流路１０ｃの一方のフランジ２０ｄに水密状態で接合して、各熱交換器本体２０と一体化される構成である。この隔壁２２に対し、各熱交換器本体２０は隔壁外周に等間隔で配置された状態となっている。

前記隔壁２２が設けられることで、この隔壁２２を挟んで、熱交換器本体２０の第二流路１０ｃに通じる二つの領域２４、２５が設定されることとなる。これら二つの領域２４、２５のうち、領域２４は隔壁２２に取囲まれた内側の領域であり、また隔壁２２の外側の領域２５は、区画壁２６で外部から区画されて所定の大きさとされるが、これら二つの領域２４、２５においては、少なくとも各領域内に作業者が入って各熱交換器本体２０に対し洗浄等の作業を十分行える程度の大きさが確保される。

また、二つの領域２４、２５は、区画壁２６で周囲から隔離されているものの、管路２６ａ、２６ｂを通じて海水が自然流入可能な状態とされており、いずれの領域２４、２５も外部から区画壁２６開放部分を通じた海水の自然流入に伴い、海水を領域の全体に存在させることとなる。このうち、隔壁２２の内側の領域２４では、存在する海水の圧力が、ポンプ２７による吸引で、外側の領域２５における圧力より低い状態とされる。

こうして二つの領域２４、２５における各熱交換用流体間にヘッド差としての圧力差（圧力ヘッドの差）を与えていることで、領域２５から領域２４へ向う熱交換用流体としての海水の流れ、すなわち、熱交換器本体２０の第二流路１０ｃ、及び隔壁２２の貫通孔２２ａを通る海水の流れが生じる仕組みである。

このように、熱交換器本体２０や隔壁２２を、海水の自然の海面位置より下側の海中に配設し、二つの領域２４、２５の外部との連通を維持することで、二つの領域２４、２５の全体に自然に海水が導入され、熱交換器本体２０の第二流路１０ｃも自然に海水で満たされるなど、大量の海水を流入出させるために、熱交換器本体２０において第二流路１０ｃに連通する管路等の複雑な構造を採用せずに済む。

前記区画壁２６は、熱交換器本体２０、及び隔壁２２を側方及び上下から取囲むように配設される壁体として形成される構成である。また、区画壁２６の各領域２４、２５と面する箇所にはそれぞれ開口部が設けられ、これに海水を流通させる管路２６ａ、２６ｂが接続され、これら管路２６ａ、２６ｂを通じて海水が領域２４、２５に対し流入出する仕組みである。区画壁２６の外側には、管路２６ａを通じて領域２４の海水を吸引するポンプ２７が配設され、領域２４における海水の吸引に伴い、外部の海水を管路２６ｂを通じて領域２５に流入させることとなる。

なお、隔壁２２の内側の領域２４に面する区画壁２６における管路２６ａの接続位置（開口部）は、管路２６ａと各熱交換器本体２０との位置関係を同様にして、領域２４における各熱交換器本体２０での海水の流入出を均等化するよう、円環状形の隔壁２２の円中心軸上となる位置に設定するのが好ましい。一方、隔壁２２の外側の領域２５に面する区画壁２６における管路２６ｂの接続位置（開口部）は、一つのみの場合、各熱交換器本体２０との位置関係を同様にすることはできず、通常は管路２６ｂに近い熱交換器本体と管路２６ｂから遠い熱交換器本体が生じるなど偏った状態となってしまい、そのままでは各熱交換器本体２０への海水の流入が不均一となることから、隔壁２２外側における区画壁２６の配置を適正化すると共に、ガイドベーン等を設けるようにして、領域２５において管路２６ｂを出た海水が各熱交換器本体２０に均一に流入するよう構成したり、区画壁２６における管路２６ｂの接続位置を隔壁２２周囲に複数設けて、海水の各熱交換器本体２０への均一な流入を図るようにするのが好ましい。

次に、本実施形態に係る熱交換器システムの使用状態について説明する。
作動流体と海水との熱交換を行わせる通常使用状態では、二つの領域２４、２５及び各熱交換器本体２０の第二流路１０ｃには、管路２６ａ、２６ｂを通じた海水の自然流入に伴って海水が存在する状態となっている。この海水が自然流入した状態となっている隔壁２２の外側の領域２５に対し、隔壁２２の内側の領域２４では、海水に対しポンプ２７による吸引を伴っていることで、この領域２４での海水は、領域２５における圧力より低い圧力となる。

こうして、隔壁２２の内側の領域２４にある海水と、隔壁２２の外側の領域２５にある海水との間に、ヘッド差としての圧力差が与えられることにより、領域２５から、熱交換器本体２０の第二流路１０ｃ、及び隔壁２２の貫通孔２２ａを経て領域２４へ向う海水の流れが生じることとなる。

この熱交換器本体２０の第二流路１０ｃを通る海水の流れが生じるのに伴い、第一流路１０ｂの作動流体と第二流路１０ｃの海水との間で継続して熱交換を行わせることができる。熱交換用流体が極めて大量に存在する海水であるため、熱交換後の海水が外部の海水中に拡散した後の海水全体の温度変化は無視でき、同じ温度条件で継続して熱交換が行えると見なせる。

熱交換器本体２０の第二流路１０ｃでの熱交換を終えた海水は、流れに従って隔壁２２の貫通孔２２ａを通過して領域２４に達し、さらに、ポンプ２７の動作に伴い、海水は区画壁２６の開口部から管路２６ａに至り、領域２４の外に流出する。管路２６ａを経た海水は、最終的に外部の海中に拡散していく。一方、新たな海水が管路２６ｂを通じて領域２５に入り、熱交換器本体２０での熱交換に供されることとなり、上記の各過程がシステムの使用の間、繰返される。

続いて、逆洗を行う状態について説明する。逆洗を行う場合、前記通常使用状態とは異なり、ポンプ２７を停止させる一方、管路２６ａに接続されて領域２４に向け海水を送出す逆洗用ポンプ（図示を省略）を動作状態とする。そして、熱交換器本体２０の第一流路１０ｂを通る作動流体の流れを止めて、熱交換を一時停止した状態とすることとなる。

二つの領域２４、２５及び熱交換器本体２０の第二流路１０ｃには、前記通常使用状態の場合同様、自然流入に伴い海水が存在する状態となっているが、この海水が自然流入した状態となっている隔壁２２の外側の領域２５に対し、隔壁２２の内側の領域２４における海水の圧力は、管路２６ａを通じた海水の自然流入だけでなく、逆洗用ポンプ（図示を省略）による加圧を伴うことで、領域２５における圧力より高い圧力となる。

こうして、隔壁２２の内側の領域２４にある海水と、隔壁２２の外側の領域２５にある海水との間に、ヘッド差としての圧力差が与えられることにより、領域２４から、隔壁２２の貫通孔２２ａ、及び熱交換器本体２０の第二流路１０ｃを経て領域２５へ向う海水の流れが生じることとなる。

この熱交換器本体２０の第二流路１０ｃを通る海水の流れが生じるのに伴い、上記の熱交換を行っていた際に第二流路１０ｃをなす各熱交換用プレート１０ａ表面に付着した汚れを、熱交換の際とは逆向きの水流で剥がして除去する、すなわち逆洗を行うことができる。

熱交換器本体２０の第二流路１０ｃで汚れを除去した海水は、流れに従って第二流路１０ｃを出て領域２５に達し、さらに、海水は区画壁２６の開口部から管路２６ｂに至り、領域２５の外に流出する。管路２６ｂを経た海水は、最終的に外部の海中に拡散していく。一方、逆洗用ポンプの動作に伴い、新たな海水が管路２６ａを通じて領域２４に入り、熱交換器本体２０での汚れの除去に供されることとなり、上記の各過程が逆洗動作を継続する間、繰返される。

逆洗以外の熱交換器本体２０のメンテナンスを行う場合は、熱交換を停止させ、機械的手段（ポンプ等）を用いて、二つの領域２４、２５から管路２６ａ、２６ｂを通じ海水を排出すると共に、海水の二つの領域２４、２５への自然流入を完全に抑止し、二つの領域２４、２５における海水の水位が、熱交換器本体２０に対する作業に支障のない程度の低位置になった状態、より好ましくは、各領域に海水が存在しない状態とする。この状態で作業者が領域２４や領域２５に入り、熱交換器本体２０への高温、高圧の水や洗浄液噴射を伴う洗浄、あるいは熱交換器本体２０の隔壁２２に対する着脱、交換等の作業を直接行うこととなる。

隔壁２２が領域２４を取囲む円環状形として形成され、この隔壁２２外周に複数の熱交換器本体２０が配設されており、熱交換器本体２０の周囲にはこの熱交換器本体２０を覆うような耐圧容器等が存在しないことで、熱交換器本体２０への作業者のアクセスが極めて容易であり、熱交換器本体２０に対する目視点検や洗浄等のメンテナンス作業を確実に行え、特に、隔壁２２の内側の領域２４からは各熱交換器本体２０の第二流路１０ｃに対する洗浄等の作業をまとめて実行でき、作業者が必要最小限の動きで作業を進められ、作業性の点で優れる。

このように、本実施形態に係る熱交換器システムにおいては、隔壁２２を円環状形とすると共に、熱交換器本体２０を隔壁２２の周方向に並べて配設し、熱交換用流体としての海水を隔壁２２の外側から内側に向けて流すことから、複数の熱交換器本体に対し各第二流路１０ｃに通じる同じ二つの領域を設定して簡易に熱交換用流体を領域に導入し且つ領域から取り出すことができると共に、複数の熱交換器をよりコンパクトに配置でき、必要最小限のスペースで効率よく熱交換を行わせることができる。

なお、前記実施形態に係る熱交換器システムにおいては、隔壁２２を円環状形とし、その外側に各熱交換器本体２０が等間隔で取付けられる構成としているが、この他、隔壁は環状に閉じて内側に領域を生じさせられる形状であれば、矩形や方形、また三角形など四角以外の多角形、あるいは長円や楕円等の、様々な環状形を採用する構成とすることもできる。

また、前記実施形態に係る熱交換器システムにおいては、隔壁外側の領域２５で、各熱交換器本体２０は、第二流路１０ｃの一側の開口部分にフランジ２０ｄをそれぞれ形成されて、フランジ２０ｄを隔壁２２に各々着脱可能に取付けられる一方、作動流体側の管路２１は、領域２５に存在するのみで、特に着脱等に配慮したものとはしない構成としているが、これに限らず、図１０に示すように、作動流体側の管路２９を、熱交換器本体２０から隔壁２８に向う形状とすると共に、端部に隔壁２８に取付けられるフランジ２９ａを形成し、合わせて隔壁２８のフランジ２９ａを連結する部分に、作動流体を通す他の貫通孔２８ａを穿設し、さらに隔壁２８の前記フランジ２９ａを連結する側とは反対側の面に、貫通孔２８ａ及び管路２９に連通する他の管路２９ｂを配設し、隔壁２８に対し熱交換器本体２０と管路２９を一体に取付け取外し可能にする構成とすることもできる。この場合、熱交換器本体２０に対するメンテナンス等の目的で熱交換器本体２０を隔壁２８に対し着脱する際に、作動流体側の管路をいったん取外したり固定を緩めたりしてずらし、熱交換器本体の着脱作業の障害とならないようにする手間が省け、管路２９を熱交換器本体２０と一体に取扱って隔壁２８に対し容易且つ速やかに着脱でき、メンテナンスや交換等の作業性を大きく向上させられる。

また、前記実施形態に係る熱交換器システムにおいては、隔壁２２に複数の貫通孔２２ａを穿設し、隔壁２２における各貫通孔２２ａ位置に熱交換器本体２０を一つずつ配置する構成としているが、この他、隔壁の熱交換器本体を設ける側の領域が十分に大きい場合には、熱交換器本体を各貫通孔位置ごとに熱交換用流体の流れ方向に直列に連結して複数配設する構成とすることもでき、同じ隔壁面積あたりでより多くの熱交換器本体を配設して、スペースを有効に活用しつつ、作動流体の熱交換量を多くできる。

（本発明の第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図１１及び図１２に基づいて説明する。本実施形態では、海洋温度差発電用蒸気動力サイクルの構成要素となる蒸発器及び凝縮器としての各熱交換器を、海洋構造物に設ける例について説明する。

前記各図において本実施形態に係る熱交換器システムは、蒸気動力サイクルの蒸発器として用いられる熱交換器本体３０と、凝縮器として用いられる他の熱交換器本体４０とを、互いの動作の独立した状態を確保しつつ上下に並べて配設し、逆洗時等、状況によってはポンプ４７等を通常とは異なる熱交換器本体との組合せで使用するようにしたものである。

より具体的には、本実施形態に係る熱交換器システムは、前記第１の実施形態同様に複数の熱交換用プレート１０ａからなる蒸発器としての熱交換器本体３０と、この熱交換器本体３０に作動流体を流入出させる管路３１と、熱交換器本体３０に接合して配設される上部隔壁３２と、前記熱交換器本体３０と同様に複数の熱交換用プレート１０ａからなる凝縮器としての熱交換器本体４０と、この熱交換器本体４０に作動流体を流入出させる管路４１と、熱交換器本体４０に接合して配設される下部隔壁４２と、前記上部隔壁３２及び熱交換器本体３０を挟む二つの上部領域３４、３５と前記下部隔壁４２及び熱交換器本体４０を挟む二つの下部領域４４、４５との間を仕切って隔離すると共に、これら上部領域３４、３５と下部領域４４、４５をそれぞれ外部に対し区画する区画壁３６、４６、４８と、前記二つの上部領域３４、３５における各海水間にヘッド差を生じさせるポンプ３７と、前記二つの下部領域４４、４５における各海水間にヘッド差を生じさせるポンプ４７とを備える構成である。

前記熱交換器本体３０は、前記第１の実施形態同様、複数並列状態とされた熱交換用プレート１０ａを溶接一体化して、各熱交換用プレート１０ａ間に作動流体の通る第一流路１０ｂと、熱交換用流体としての海水の通る第二流路１０ｃとをそれぞれ一つおきに生じさせ（図５参照）、各第一流路１０ｂを通る作動流体と各第二流路１０ｃを通る海水とが直交流をなすようにしたものであり、詳細な説明を省略する。

また、前記熱交換器本体４０も、前記第１の実施形態同様、複数並列状態とされた熱交換用プレート１０ａを溶接一体化して、各熱交換用プレート１０ａ間に作動流体の通る第一流路１０ｂと、熱交換用流体としての海水の通る第二流路１０ｃとをそれぞれ一つおきに生じさせ、各第一流路１０ｂを通る作動流体と各第二流路１０ｃを通る海水とが直交流をなすようにしたものであり、詳細な説明を省略する。

これらの熱交換器本体３０、４０は、前記第１の実施形態同様、各第二流路１０ｃの一方の開口部分にフランジ３０ｄ、４０ｄをそれぞれ形成されてなり、フランジ３０ｄを上部隔壁３２に穿設された貫通孔３２ａの周囲部分に、フランジ４０ｄを下部隔壁４２に穿設された貫通孔４２ａの周囲部分に、各々水密状態として着脱可能に取付けられる構成である。

熱交換器本体３０は、自然水としての海水の自然水面（海面）より下側、例えば船や掘削リグ等の海洋構造物内の海面ＷＬより下の部分に前記上部隔壁３２と共に配設され、熱交換用流体としての海水が、熱交換器本体３０の第二流路１０ｃに自然流入可能な状態とされる構成である。そして、他の熱交換器本体４０は、前記熱交換器本体３０配設部分の下側の区画壁３６で隔てられた部分に前記下部隔壁４２と共に配設され、前記同様海水が熱交換器本体４０の第二流路１０ｃに自然流入可能な状態とされる構成である。

前記上部隔壁３２は、海水を壁両側で隔離可能な壁体として形成され、熱交換器本体３０の配設位置に対応させて貫通孔３２ａを穿設され、この貫通孔３２ａ周囲部分を、熱交換器本体３０のフランジ３０ｄに水密状態で接合させて、熱交換器本体３０と一体化される構成である。この上部隔壁３２が設けられることで、この上部隔壁３２を挟んで、熱交換器本体３０の第二流路１０ｃに通じる二つの上部領域３４、３５が設定されることとなる。これら二つの上部領域３４、３５は、区画壁３６、４８で外部や他の領域から区画されて所定の大きさとされるが、少なくとも領域内に作業者が入って熱交換器本体３０に対し洗浄等の作業を十分行えるスペースが確保される。

前記下部隔壁４２は、海水を壁両側で隔離可能な壁体として上部隔壁３２の下側に形成され、熱交換器本体４０の配設位置に対応させて貫通孔４２ａを穿設され、この貫通孔４２ａ周囲部分を、熱交換器本体４０のフランジ４０ｄに水密状態で接合させて、熱交換器本体４０と一体化される構成である。この下部隔壁４２が設けられることで、この下部隔壁４２を挟んで、熱交換器本体４０の第二流路１０ｃに通じる二つの下部領域４４、４５が設定されることとなる。これら二つの下部領域４４、４５は、区画壁３６、４６、４８で外部や他の領域から区画されて所定の大きさとされるが、少なくとも領域内に作業者が入って熱交換器本体４０に対し洗浄等の作業を十分行えるスペースが確保される。

前記二つの上部領域３４、３５は、周囲から隔離されず、大気開放状態とされており、このうち熱交換器本体３０のある側の上部領域３５は、領域上部が自然の海面ＷＬより低くなっていることもあり、海水の区画壁４８開放部分を通じた自然流入に伴い、表層の海水を領域全体に存在させることとなる。一方、熱交換器本体３０の無い側の上部領域３４にも、海水の区画壁３６開放部分を通じた自然流入に伴い、海水が存在するが、この上部領域３４での海水の水位は、ポンプ３７による吸引で、自然の海面ＷＬより低い水位とされる。このため、上部領域３４における海水と、上部領域３５における海水との間にはヘッド差が与えられた状態となっており、上部領域３５から隣の上部領域３４へ向う海水の流れが生じる仕組みである。

また、二つの下部領域４４、４５は、区画壁３６、４６、４８で周囲から隔離されているものの、管路４６ａ、４６ｂを通じて深層の海水が流入可能な状態とされており、いずれの下部領域４４、４５も海水の区画壁４６開放部分を通じた自然流入に伴い、海水を領域全体に存在させることとなる。このうち、熱交換器本体４０の無い領域４４では、存在する海水の圧力が、ポンプ４７による加圧で、熱交換器本体４０のある領域４５における圧力より高い状態とされる。こうして二つの下部領域４４、４５における各海水間にヘッド差としての圧力差を与えていることで、下部領域４４から隣の下部領域４５へ向う海水の流れが生じる仕組みである。

このように、熱交換器本体３０、４０や上部隔壁３２、下部隔壁４２を、海水の自然の海面より下側に配設することで、二つの上部領域３４、３５や二つの下部領域４４、４５に自然に海水が導入され、熱交換器本体３０、４０の各第二流路１０ｃも自然に海水で満たされるなど、大量の海水を流入出させるために、熱交換器本体３０、４０において第二流路１０ｃに連通する管路等の複雑な構造を採用せずに済む。

前記区画壁３６、４６、４８は、熱交換器本体３０、４０、上部隔壁３２、及び下部隔壁４２を側方及び上下から取囲むように配設される壁体として形成される構成である。このうち区画壁４８の上部領域３５と外部にそれぞれ面する箇所には、海水の流入出口４８ａが設けられ、この流入出口４８ａを通じて海水が上部領域３５に対し流入出する仕組みである。一方、区画壁３６の上部領域３４と面する箇所には開口部が設けられ、これに海水を流通させる管路３６ａが接続され、この管路３６ａを通じて海水が上部領域３４に対し流入出可能とされる。下側の区画壁４６で二つの下部領域４４、４５と隔てられた他の領域には、海水を吸引するポンプ３７が管路３６ａと接続して配設され、海水を管路３６ａを通じて吸引して上部領域３４から流出させることとなる。

また、区画壁４６の各下部領域４４、４５と面する箇所にはそれぞれ開口部が設けられ、これに海水を流通させる管路４６ａ、４６ｂが接続され、これら管路４６ａ、４６ｂを通じて海水が領域４４、４５に対し流入出可能とされる仕組みである。区画壁４６で二つの下部領域４４、４５と隔てられた他の領域には、海水を加圧するポンプ４７が配設され、加圧した海水を管路４６ａを通じて下部領域４４に流入させることとなる。

なお、上部領域３４に連通する管路３６ａや、下部領域４５に連通する管路４６ｂには、それぞれバルブ３６ｂ、４６ｃが設けられ、必要に応じて海水の各領域からの流出を停止させられる構成である。さらに、上部領域３４に連通する管路３６ａと、下部領域４４に連通する管路４６ａとの間には、これら管路を必要に応じ連通状態とするバイパス管路３６ｃが配設されており、このバイパス管路３６ｃを開いて、管路３６ａと管路４６ａを連通状態とすると共に、管路３６ａのバルブ３６ｂ及び管路４６ｂのバルブ４６ｃをそれぞれ閉じ、ポンプ４７を動作させると、加圧された海水が管路４６ａ、バイパス管路３６ｃ、管路３６ａを通じて上部領域３４に流入し、海水が上部領域３４から熱交換器本体３０を通じて隣の上部領域３５に達する、通常とは逆の海水の流れを生じさせることができ、熱交換器本体３０の逆洗を実行できる。

次に、本実施形態に係る熱交換器システムの使用状態について説明する。
作動流体と海水との熱交換を行わせる通常使用状態では、二つの上部領域３４、３５及び熱交換器本体３０の第二流路１０ｃには、区画壁４８の流入出口４８ａを通じた表層の海水の自然流入に伴って海水が存在する状態となっている。この海水が自然流入した状態となっている熱交換器本体３０のある側の上部領域３５に対し、熱交換器本体３０の無い側の領域３４では、海水に対しポンプ３７による吸引も伴っていることで、この上部領域３４での海水は、自然の海面ＷＬより低い水位となる（図１１参照）。こうして、一方の上部領域３４にある海水と、他方の上部領域３５にある海水との間に、ヘッド差が与えられることにより、上部領域３５から、熱交換器本体３０の第二流路１０ｃ、及び上部隔壁３２の貫通孔３２ａを経て上部領域３４へ向う海水の流れが生じる。

この熱交換器本体３０の第二流路１０ｃに海水の流れが生じるのに伴い、第一流路１０ｂの作動流体と第二流路１０ｃの海水との間で継続して熱交換を行わせることができる。第二流路１０ｃを流れる海水は温かい表層の海水であることから、熱交換器本体３０は、海水と作動流体との熱交換で作動流体を蒸発させる蒸発器の役割を果せることとなる。

なお、上部領域３５は海水で満たされた状態となっているため、熱交換器本体３０に作動流体を流入出させる管路３１の外側にも、当然ながら海水が存在しており、温かい表層の海水が管路３１を加熱保温する状態となって、管路３１内の作動流体を温めて熱交換器本体３０での蒸発を促す他、熱交換器本体３０でいったん蒸発した気相の作動流体を継続的に保温することで、管路３１内での作動流体の再凝縮を防止でき、管路３１に対する断熱材配設等の対策を特に講じなくても、作動流体の気相状態を維持可能となっている。

熱交換器本体３０の第二流路１０ｃでの熱交換を終えた海水は、流れに従って上部隔壁３２の貫通孔３２ａを通過して上部領域３４に達し、さらに、海水は区画壁３６の開口部から管路３６ａに至り、上部領域３４の外に流出する。管路３６ａを経た海水は、ポンプ３７の動作により最終的に外部の表層でない海中に放出され、拡散していく。一方、ポンプ３７の動作に伴い、新たな表層の海水が流入出口４８ａを通じて上部領域３５に入り、熱交換器本体３０での熱交換に供されることとなり、上記の各過程がシステムの使用の間、繰返される。

また、同じ通常使用状態で、二つの下部領域４４、４５及び熱交換器本体４０の第二流路１０ｃには、管路４６ａ、４６ｂを通じた深層の海水の流入に伴って海水が存在する状態となっている。この海水が自然に流入した状態となっている熱交換器本体４０のある側の下部領域４５に対し、熱交換器本体の無い側の下部領域４４では、海水に対しポンプ４７による加圧も伴っていることで、この下部領域４４での海水は、下部領域４５における圧力より高い圧力となる。こうして、一方の下部領域４４にある海水と、他方の下部領域４５にある海水との間に、ヘッド差が与えられることにより、下部領域４４から、下部隔壁４２の貫通孔４２ａ、及び熱交換器本体４０の第二流路１０ｃを経て下部領域４５へ向う海水の流れが生じる。

この熱交換器本体４０の第二流路１０ｃを通る海水の流れが生じるのに伴い、第一流路１０ｂの作動流体と第二流路１０ｃの海水との間で継続して熱交換を行わせることができる。第二流路１０ｃを流れる海水は冷たい深層の海水であることから、熱交換器本体４０は、海水と作動流体との熱交換で作動流体を凝縮させる凝縮器の役割を果せることとなる。

なお、下部領域４５は海水で満たされた状態となっているため、熱交換器本体４０に作動流体を流入出させる管路４１の外側にも、当然ながら海水が存在しており、熱交換器本体４０での熱交換を終えてもなお、作動流体に比べて温度の低い深層の海水が、管路４１を冷却保温する状態となって、管路４１内の作動流体を冷して熱交換器本体４０での凝縮を促す他、熱交換器本体４０でいったん凝縮した液相の作動流体を継続的に保温することで、管路４１内での作動流体の再蒸発を防止でき、管路４１に対する断熱材配設等の対策を特に講じなくても、作動流体の液相状態を維持可能となっている。

熱交換器本体４０の第二流路１０ｃでの熱交換を終えた海水は、流れに従って第二流路１０ｃを出て下部領域４５に達し、さらに、海水は区画壁４６の開口部から管路４６ｂに至り、下部領域４５の外に流出する。管路４６ｂを経た海水は、最終的に外部の表層でない海中に放出され、拡散していく。一方、ポンプ４７の動作に伴い、新たな深層の海水が管路４６ａを通じて下部領域４４に入り、熱交換器本体４０での熱交換に供されることとなり、上記の各過程がシステムの使用の間、繰返される。

続いて、上側の熱交換器本体３０の逆洗を行う状態について説明する。熱交換器本体３０は、温かい表層の海水を通すことに伴い、その第二流路１０ｃを温かい海水中に多く含まれる生物も通過しており、第二流路１０ｃをなす各熱交換用プレート１０ａの表面に生物汚れが付着しやすい状況にあることから、逆洗の必要性が高くなっている。逆洗を行う場合には、まず熱交換器本体３０、４０の第一流路１０ｂを通る作動流体の流れを止めて、熱交換を一時停止した状態とする。同時に、ポンプ３７を停止させ、管路３６ａのバルブ３６ｂを閉じるのに加え、管路４６ｂのバルブ４６ｃも閉じる。ただし、管路４６ａに接続されて下部領域４４に向け海水を送出していたポンプ４７は動作状態とし、さらに、バイパス管路３６ｃを開放して、管路３６ａと管路４６ａを連通状態とする。これにより、ポンプ４７で加圧された深層の海水が、バルブ４６ｃにより出口を閉じられた下部領域４４には向わず、代りに、管路４６ａ、バイパス管路３６ｃ、及び管路３６ａを通じて上部領域３４に流入することとなる。

二つの上部領域３４、３５及び熱交換器本体３０の第二流路１０ｃには、前記通常使用状態の場合同様、海水が存在する状態となっているが、熱交換器本体３０の無い側の上部領域３４における海水の圧力は、ポンプ４７による加圧を伴った海水の流入に伴い、海水が自然流入した状態の熱交換器本体３０のある側の上部領域３５における海水の圧力より高い圧力となり、上部領域３４における海水の水位も、自然の海面ＷＬより高くなる（図１２参照）。

こうして、一方の上部領域３４にある海水と、他方の上部領域３５にある海水との間に、ヘッド差が与えられることにより、上部領域３４から、上部隔壁３２の貫通孔３２ａ、及び熱交換器本体３０の第二流路１０ｃを経て上部領域３５へ向う海水の流れが生じることとなる。

この熱交換器本体３０の第二流路１０ｃを通る海水の流れが生じるのに伴い、上記の熱交換を行っていた際に第二流路１０ｃをなす各熱交換用プレート１０ａ表面に付着した汚れを、熱交換の際とは逆向きの水流で剥がして除去する、すなわち逆洗を行うことができる。管路４６ａ、バイパス管路３６ｃ、及び管路３６ａを経て上部領域４４に流入する海水は、冷たい深層の海水であることから、この深層の海水が熱交換器本体３０の第二流路１０ｃを通ることとなり、各熱交換用プレート１０ａ表面に付着している、元々表層の温かい海水に適応した生物に、冷たい深層の海水で温度差による大きなダメージを与えることができ、熱交換用プレート１０ａ表面に生物が付着し続けられない状態として、第二流路１０ｃの熱交換用プレート１０ａ表面から生物を確実に除去することができる。

熱交換器本体３０の第二流路１０ｃで汚れを除去した海水は、流れに従って第二流路１０ｃを出て上部領域３５に達し、さらに、海水は区画壁３６の流入出口４８ａから外部の海中に流出し、拡散していく。一方、ポンプ４７の動作に伴い、新たな深層の海水が管路４６ａ、バイパス管路３６ｃ、及び管路３６ａを通じて上部領域３４に入り、熱交換器本体３０での汚れの除去に供されることとなり、上記の各過程が逆洗動作を継続する間、繰返される。

こうした逆洗を行う場合、熱交換器本体３０、４０で海水と作動流体との熱交換が行えないため、この熱交換器システムを含む動力サイクルで出力を得ることは通常できない。この逆洗実行の際におけるポンプ動力を確保するなど、常に動力サイクルで出力を得る必要がある場合には、海水の流入出経路を互いに異ならせた熱交換器システムを複数系統設け、いずれかのシステムにおける熱交換器本体の逆洗を実行する際に、少なくとも一系統は熱交換状態を維持するようにして動力サイクルの稼働を確保し、逆洗用のポンプ稼働に必要な電力等エネルギーを得られるようにするのが好ましい。

逆洗以外の熱交換器本体３０、４０のメンテナンスを行う場合は、それぞれの熱交換を停止させ、上側の熱交換器本体３０については、流入出口４８ａを閉鎖した上で二つの上部領域３４、３５から管路３６ａを通じて海水を排出し、各上部領域３４、３５に海水が存在しない状態とする。下側の熱交換器本体４０については、二つの下部領域４４、４５から管路４６ａ、４６ｂを通じて海水を排出すると共に海水の二つの下部領域４４、４５への自然流入を完全に抑止し、各下部領域４４、４５に海水が存在しない状態とする。

こうした状態で、作業者が上部領域３４、３５や下部領域４４、４５に入り、熱交換器本体３０、４０への高温、高圧の水や洗浄液噴射を伴う洗浄等の作業、上部領域３５での熱交換器本体３０の上部隔壁３２に対する着脱、交換等の作業、あるいは、下部領域４５での熱交換器本体４０の下部隔壁４２に対する着脱、交換等の作業を行うこととなる。

上部隔壁３２や下部隔壁４２に熱交換器本体３０、４０が取付けられ、熱交換器本体３０、４０の周囲にはこれら熱交換器本体３０、４０を覆うような耐圧容器等が存在せず、また熱交換器本体３０、４０周囲には十分なスペースが確保されていることで、熱交換器本体３０、４０への作業者のアクセスが極めて容易であり、熱交換器本体３０、４０に対する目視点検や洗浄等のメンテナンス作業を確実に行える。

このように、本実施形態に係る熱交換器システムにおいては、表層海水を熱交換用流体とする蒸発器としての熱交換器本体３０と、深層海水を熱交換用流体とする凝縮器としての熱交換器本体４０を上下に配置し、隔壁３２、４２で分けられた領域間でそれぞれ海水を流通させて熱交換器本体３０、４０に海水を導入するようにして、海水を流通させる管路を設けずに済むと共に、熱交換器本体３０、４０の周囲には耐圧容器も不要となることで、熱交換器本体３０、４０に対するメンテナンス等の作業を容易且つ確実に実行できることとなる。また、熱交換を行う通常使用状態では、ポンプ３７、４７の動作で、上側の熱交換器本体３０には表層海水を、下側の熱交換器本体４０には深層海水をそれぞれ流入させられる一方、管路の連通状態を変えた場合には、熱交換器本体３０に対し表層海水の場合と逆向きに深層海水を流入させられることから、温かい表層海水の使用に伴って生物汚れが付着した状態の熱交換器本体３０に、冷たい深層海水を流して生物の付着を阻害して適切に生物汚れを除去でき、より効率よく逆洗を実行可能となる。

なお、前記第１ないし第３の各実施形態に係る熱交換器システムにおいては、熱交換用流体として用いる自然水を海水とし、熱交換器本体を海面より下側に位置させて熱交換を行わせる構成としているが、この他、自然水としては、大量に存在して使用が容易な河川水や湖沼水、ダム等の貯水池の水を用いる構成とすることもでき、海水を用いる場合同様、熱交換器本体を水没状態で配設して熱交換器システムを低コストで構築できる。さらに、熱交換用流体としては自然水に限られるものではなく、熱交換器本体での熱交換を経て温度変化した分の、流体全体に与える温度の影響を無視できる程度に、大量に順次入替え使用できるものであれば、調製された水や水以外の液相の媒体を使用する構成とすることもできる。

１ 熱交換器システム
１０、２０ 熱交換器本体
１０ａ 熱交換用プレート
１０ｂ 第一流路
１０ｃ 第二流路
１０ｄ、１０ｅ、２０ｄ フランジ
１１、２１ 管路
１２ 第一隔壁
１２ａ、１３ａ、２２ａ 貫通孔
１２ｂ、１３ｂ フィルタ
１３ 第二隔壁
１４、１５、２４、２５ 領域
１４ａ、１４ｂ 部分領域
１５ａ、１５ｂ 部分領域
１６、２６ 区画壁
１６ａ、１６ｂ 補助隔壁
１６ｃ、１６ｄ 海水出口
１６ｅ 取入れ口
１７、２７ ポンプ
２２、２８ 隔壁
２６ａ、２６ｂ 管路
２８ａ 貫通孔
２９、２９ｂ 管路
２９ａ フランジ
３０、４０ 熱交換器本体
３０ｄ、４０ｄ フランジ
３１、４１ 管路
３２ 上部隔壁
３４、３５ 上部領域
３６、４６、４８ 区画壁
３６ａ、４６ａ、４６ｂ 管路
３６ｂ、４６ｃ バルブ
３６ｃ バイパス管路
３７、４７ ポンプ
４２ 下部隔壁
４４、４５ 下部領域
４８ｅ 流入出口
５０ 発電システム
５１ タービン
５２ 発電機
５３ 凝縮器
５４ ポンプ
ＷＬ 海面

Claims (6)

1. 複数並列状態とされた略矩形状金属薄板製の各熱交換用プレートを、所定の略平行をなす二端辺部位で隣合う一の熱交換用プレートと水密状態として溶接される一方、隣合う他の熱交換用プレートと前記二端辺と略直交する他の略平行な二端辺部位で水密状態として溶接されて全て一体化され、各熱交換用プレート間に作動流体の通る第一流路と熱交換用流体の通る第二流路とをそれぞれ一つおきに生じさせる熱交換器本体と、
   当該熱交換器本体の前記各第一流路に連通して前記作動流体を流入出させる管路と、
   前記熱交換器本体の前記各第二流路に連通する貫通孔を穿設され、熱交換器本体における第二流路の一側の開口部分と接合して配設される隔壁とを少なくとも備え、
   前記隔壁を挟んで、前記熱交換器本体の第二流路に通じる二つの領域が設定され、当該二つの領域に液相の熱交換用流体を存在させると共に、二つの領域における各熱交換用流体間にヘッド差が生じた状態として、隔壁の貫通孔及び熱交換器本体の第二流路を通る熱交換用流体の流れを生じさせ、第一流路の作動流体と第二流路の熱交換用流体との間で熱交換を行わせることを
   特徴とする熱交換器システム。
2. 前記請求項１に記載の熱交換器システムにおいて、
   前記熱交換器本体及び隔壁が、前記隔壁を挟む二つの領域を、自然水が大量に存在する外部空間に連ねて、前記二つの領域に前記熱交換用流体として自然水が存在し、熱交換器本体の第二流路に自然水が自然流入する状態として配設され、
   前記二つの領域のうち、一方の領域が前記外部空間に直接通じて自然水を外部空間と同じ状態で存在させると共に、他方の領域が大気開放状態とされ、
   当該他方の領域の水位を、機械的手段による自然水の加圧又は吸引で、前記外部空間における自然水の水位と異ならせることを
   特徴とする熱交換器システム。
3. 前記請求項１又は２に記載の熱交換器システムにおいて、
   前記隔壁を挟む二つの領域の少なくとも一方を、作業者が領域内に入って作業可能な大きさに設定し、
   前記二つの領域に存在する熱交換用流体を、前記二つの領域からの機械的手段による外部への排出により、熱交換器本体より低い液位、又は各領域に存在しない状態、に調整可能とすることを
   特徴とする熱交換器システム。
4. 前記請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器システムにおいて、
   前記隔壁が一領域を取囲む状態で連続した略環状形として形成され、複数の貫通孔が隔壁の連続する周方向に並べて穿設されてなり、
   前記熱交換器本体が、隔壁の外周側又は内周側に、隔壁の各貫通孔に対応させて複数並べて配設されることを
   特徴とする熱交換器システム。
5. 前記請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器システムにおいて、
   前記熱交換器本体が、第二流路の一側の開口部分にフランジを形成され、当該フランジを前記隔壁の貫通孔周囲部分に水密状態として着脱可能に取付けられ、
   前記作動流体を流入出させる管路が、前記熱交換器本体から隔壁に向う形状とされると共に、隔壁に水密状態として着脱可能に取付けられるフランジを形成されてなり、
   前記隔壁が、前記管路のフランジを連結する部分に、作動流体を通す他の貫通孔を穿設されると共に、管路のフランジを連結する側とは反対側の面に、前記他の貫通孔及び管路に連通する作動流体流通用の他の管路を水密状態として接続配設されてなることを
   特徴とする熱交換器システム。
6. 前記請求項１ないし５のいずれかに記載の熱交換器システムにおいて、
   前記熱交換器本体の前記各第二流路に連通する貫通孔を穿設され、熱交換器本体における第二流路の他方の開口部分に接合して配設される他の隔壁を備えることを
   特徴とする熱交換器システム。
   

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