本公開涉及蒸發(fā)器以及蘭金循環(huán)(Rankine Cycle)系統(tǒng)。

背景技術：

作為蘭金循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器，為了避免工作流體被過度加熱而劣化，提出了具有被分為過熱器區(qū)、蒸發(fā)器區(qū)以及預熱器區(qū)這3個區(qū)的工作流體流路的蒸發(fā)器。圖5是專利文獻1所述的蒸發(fā)器的概略圖。

如圖5所示，直接蒸發(fā)裝置260包括具有熱源氣體入口236和熱源氣體出口238的外殼244。熱交換管體252完全配置于熱源氣體流路246內。熱源氣體流路246是沒有被熱交換管體252占有的直接蒸發(fā)裝置260的內部的空間。熱交換管體252構成為收納有機蘭金循環(huán)工作流體212，在工作期間內使工作流體2次、即在工作流體經由工作流體入口240流入直接蒸發(fā)裝置260的時間點和工作流體經由工作流體出口242從直接蒸發(fā)裝置260流出的時間點進出于外殼244。

工作流體沿著由熱交換管體252確定的工作流體流路而移動。熱交換管體252的除了部分250以外，位于熱源氣體流路246內。熱交換管體252確定3個區(qū)，即與熱源氣體出口238相鄰的第1區(qū)220(預熱器區(qū))、與熱源氣體入口236相鄰的第2區(qū)222(蒸發(fā)器區(qū))以及被配置于第1區(qū)220與第2區(qū)222之間的第3區(qū)224(過熱器區(qū))。第1區(qū)220不與上述第3區(qū)224直接流體連通。工作流體入口240與上述第1區(qū)220直接流體連通。工作流體出口242與上述第3區(qū)224直接流體連通。熱交換管體252在第1區(qū)220、第2區(qū)222、以及第3區(qū)224分別包含多個彎曲部。熱交換管體252在第1區(qū)220、第2區(qū)222、以及第3區(qū)224中分別由平行的列構成。熱交換管體252的第1區(qū)220、第2區(qū)222、以及第3區(qū)224分別形成至少1列而構成。

在使圖5所示的直接蒸發(fā)裝置260工作的期間，流入熱源氣體入口236的熱源氣體216最初遭遇第2區(qū)222。來自熱源氣體216的熱量被向存在于第2區(qū)222的工作流體212傳遞。具有比通過熱源氣體入口236流入直接蒸發(fā)裝置260的熱源氣體216相對較低的溫度和熱含量的熱源氣體接下來遭遇第3區(qū)224，在這里工作流體被過熱加熱，被過熱加熱后的工作流體228經由工作流體出口242從直接蒸發(fā)裝置260流出。具有比在第3區(qū)224最初遭遇熱交換管體252的熱源氣體相對較低的溫度和熱含量的熱源氣體接下來遭遇第1區(qū)220，在這里液相的工作流體212通過工作流體入口240流入，保持液相而被預熱。第1區(qū)220的工作流體沿著熱交換管體252被引導至第2區(qū)222，在這里蒸發(fā)而被供給到第3區(qū)224。

專利文獻1：特開2011－64451號公報

技術實現(xiàn)要素：

本公開提供一種蒸發(fā)器，具備：

導入部，其從熱源氣體配管導入熱源氣體；

熱源氣體流路，其供從所述導入部導入的所述熱源氣體流動；

加熱部，其配置于所述熱源氣體流路上，通過所述熱源氣體加熱工作流體；

擴大部，其位于所述導入部與所述加熱部之間并形成有所述熱源氣體流路，從所述熱源氣體流路的上游側朝向下游側使所述熱源氣體流路的截面積逐漸擴大；以及

整流板，其在比所述加熱部靠上游側配置于所述熱源氣體流路上，具有允許所述熱源氣體通過的多個貫通孔，并進行所述熱源氣體的整流。

附圖說明

圖1是本公開的一實施方式所涉及的蘭金循環(huán)系統(tǒng)的構成圖。

圖2是圖1所示的蘭金循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器的構成圖。

圖3是圖2所示的蒸發(fā)器的整流板的俯視圖。

圖4是示出整流板的開孔率、內壁面的最高溫度、以及壓力損失的關系的圖表。

圖5是以往的蘭金循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器的構成圖。

具體實施方式

根據(jù)以往的構成，會產生熱源氣體的流速局部較快的區(qū)域，在該區(qū)域中工作流體被過度加熱，具有劣化的危險性。

本公開提供一種用于防止在蒸發(fā)器中工作流體被過度加熱同時將工作流體加熱到更高溫的新的技術。

圖5所示的以往的蒸發(fā)裝置260，在熱源氣體入口236與外殼244的連接部分，熱源氣體流路246的截面積不連續(xù)且急劇地擴大。熱源氣體的流速依賴于熱源氣體入口236的截面積，所以熱源氣體流路246中的熱源氣體的流速在外殼244的中心附近非?？臁Ｈ绻a生熱源氣體的流速局部較快的區(qū)域，則在該區(qū)域，工作流體被過度加熱，具有工作流體劣化的危險性。因此，為了防止工作流體的劣化，不得不使工作流體的目標到達溫度下降，也難以提高蘭金循環(huán)系統(tǒng)的性能。

本公開的第1技術方案所涉及的蒸發(fā)器，具備：

導入部，其從熱源氣體配管導入熱源氣體；

熱源氣體流路，其供從所述導入部導入的所述熱源氣體流動；

加熱部，其配置于所述熱源氣體流路上，通過所述熱源氣體加熱工作流體；

擴大部，其位于所述導入部與所述加熱部之間并形成有所述熱源氣體流路，從所述熱源氣體流路的上游側朝向下游側使所述熱源氣體流路的截面積逐漸擴大；以及

整流板，其在比所述加熱部靠上游側配置于所述熱源氣體流路上，具有允許所述熱源氣體通過的多個貫通孔，并進行所述熱源氣體的整流。

根據(jù)第1技術方案，通過擴大部將熱源氣體流路的截面積擴大，接著通過整流板進行熱源氣體的整流，由此能夠防止產生熱源氣體的流速局部較快的區(qū)域。因此，能夠防止工作流體被過度加熱，同時將工作流體加熱到更高溫度。當使用第1技術方案的蒸發(fā)器時，則能夠將更高溫度的工作流體向外部(例如膨脹機)供給，所以能夠提供高性能的蘭金循環(huán)系統(tǒng)。

在本公開的第2技術方案中，例如，第1技術方案所涉及的蒸發(fā)器的所述整流板的開孔率處于15％以上且35％以下的范圍。當開孔率處于這樣的范圍時，則能夠防止工作流體的熱分解并充分抑制壓力損失。

在本公開的第3技術方案中，例如，第1或第2技術方案所涉及的蒸發(fā)器的所述加熱部包含形成工作流體流路的傳熱管，所述多個貫通孔各自的直徑比所述傳熱管的外徑小。在多個貫通孔各自的直徑適度小的情況下，相鄰的貫通孔的間隔也充分窄，所以可發(fā)揮高的整流作用。

在本公開的第4技術方案中，例如第1～第3技術方案中的任一技術方案所涉及的蒸發(fā)器的所述整流板配置于所述擴大部與所述加熱部之間。當在這樣的位置配置整流板時，則能夠得到更高的整流效果。

在本公開的第5技術方案中，例如第1～第4技術方案中的任一技術方案所涉及的蒸發(fā)器的所述加熱部具有供所述工作流體流動的工作流體流路，所述工作流體流路沿著所述熱源氣體的流動方向形成包含第1段、第2段以及第3段的多個段，并且在所述多個段中分別具有蜿蜒形狀，所述第1段是位于所述熱源氣體的流動方向的最上游側的段，所述第2段是包含使所述工作流體向所述加熱部的外部流出的工作流體出口的段，所述第3段是位于所述熱源氣體的流動方向的最下游側的、包含將所述工作流體從所述加熱部的外部導入所述加熱部的工作流體入口的段。這樣的結構有利于防止工作流體被過度加熱。

在本公開的第6技術方案中，例如第5技術方案所涉及的蒸發(fā)器的所述工作流體流路具有包含所述第1段和所述第2段的過熱區(qū)以及包含所述第3段的蒸發(fā)區(qū)，所述第2段配置于所述過熱區(qū)中的所述熱源氣體的流動方向的最下游側，包含所述第1段和所述第2段的多個段以在所述熱源氣體與所述工作流體之間以并行流的形式進行熱交換的方式形成所述過熱區(qū)，所述第3段配置于所述蒸發(fā)區(qū)中的所述熱源氣體的流動方向的最下游側，包含所述第3段的多個段以在所述熱源氣體與所述工作流體之間以對向流的形式進行熱交換的方式形成所述蒸發(fā)區(qū)，流過所述蒸發(fā)區(qū)中的所述熱源氣體的流動方向的最上游側的段的所述工作流體被向所述第1段供給。根據(jù)這樣的結構，能夠高效地使熱源氣體與工作流體進行熱交換并防止工作流體被過度加熱。

在本公開的第7技術方案中，例如第1～第6技術方案中的任一技術方案所涉及的蒸發(fā)器的工作流體是有機工作流體。

本公開的第8技術方案所涉及的蘭金循環(huán)系統(tǒng)，具備第1～第7技術方案中的任一技術方案所涉及的蒸發(fā)器。

本公開的另外的第9技術方案所涉及的蘭金循環(huán)系統(tǒng)，具備：

路徑，其構成環(huán)(loop)，供有機工作流體流動；

膨脹機，其設置于所述路徑上；

冷凝器，其設置于所述路徑上；

發(fā)電機，其由所述膨脹機驅動；以及

設置于所述路徑上的第1～第7技術方案中的任一技術方案所涉及的蒸發(fā)器；

所述傳熱管構成所述路徑的一部分。

本公開的另一第1技術方案所涉及的蒸發(fā)器，具備：

殼體，其包含入口與出口；和

傳熱管，其至少一部分被配置于所述殼體的內部；

所述殼體包含隨著距所述殼體的入口的距離變遠而使截面積逐漸擴大的第1部分；

所述殼體包含位于所述第1部分與所述傳熱管之間的、具有多個貫通孔的整流板。

在本公開的另一第2技術方案中，例如，另一第1技術方案所涉及的蒸發(fā)器的所述整流板的開孔率處于15％以上且35％以下的范圍。

在本公開的另一第3技術方案中，例如，另一第1或第2技術方案所涉及的蒸發(fā)器的所述多個貫通孔各自的直徑比所述傳熱管的外徑小。

在本公開的另一第4技術方案中，例如，另一第1～第3技術方案中的任一技術方案所涉及的蒸發(fā)器的所述殼體中，熱源氣體從入口朝向出口流動，工作流體流入所述傳熱管的內部，所述傳熱管沿著所述熱源氣體的流動方向形成包含第1段、第2段以及第3段的多個段，并且在所述多個段中分別具有蜿蜒形狀，所述第1段是位于所述熱源氣體的流動方向的最上游側的段，所述第2段是包含使所述工作流體向所述殼體的外部流出的工作流體出口的段；所述第3段是位于所述熱源氣體的流動方向的最下游側的、包含將所述工作流體從所述殼體的外部導入所述殼體的工作流體入口的段。

在本公開的另一第5技術方案中，例如，另一第4技術方案所涉及的蒸發(fā)器的所述傳熱管具備包含所述第1段和所述第2段的過熱區(qū)以及包含所述第3段的蒸發(fā)區(qū)，所述第2段配置于所述過熱區(qū)中的所述熱源氣體的流動方向的最下游側，包含所述第1段和所述第2段的多個段以在所述熱源氣體與所述工作流體之間以并行流的形式進行熱交換的方式形成所述過熱區(qū)，所述第3段配置于在所述蒸發(fā)區(qū)中的所述熱源氣體的流動方向的最下游側，包含所述第3段的多個段以在所述熱源氣體與所述工作流體之間以對向流的形式進行熱交換的方式形成所述蒸發(fā)區(qū)，流過所述蒸發(fā)區(qū)中的所述熱源氣體的流動方向的最上游側的段的所述工作流體被向所述第1段供給。

在本公開的另一第6技術方案中，例如，另一第1～第5技術方案中的任一技術方案所涉及的蒸發(fā)器的工作流體是有機工作流體。

本公開的另一第7技術方案所涉及的蘭金循環(huán)系統(tǒng)，具備另一第1～第6技術方案中的任一技術方案所涉及的蒸發(fā)器。

本公開的另一第8技術方案所涉及的蘭金循環(huán)系統(tǒng)，具備：

路徑，其構成環(huán)(loop)，供有機工作流體流動；

膨脹機，其設置于所述路徑上；

冷凝器，其設置于所述路徑上；

發(fā)電機，其由所述膨脹機驅動；以及

設置于所述路徑上的另一第1～第6技術方案中的任一技術方案所涉及的蒸發(fā)器；

所述傳熱管構成所述路徑的一部分。

以下，一邊參照附圖，一邊對本公開的實施方式進行說明。本公開不限于以下的實施方式。

圖1是本公開的一實施方式所涉及的蘭金循環(huán)系統(tǒng)的構成圖。蘭金循環(huán)系統(tǒng)100包括蒸發(fā)器10、膨脹機40、冷凝器41以及泵42。這些要素以形成閉合回路的方式通過多個配管以上述順序連接為環(huán)狀。在蘭金循環(huán)系統(tǒng)100中，也可以設有再生器等其他設備。

膨脹機40通過使工作流體膨脹而將工作流體的膨脹能轉換為旋轉動力。膨脹機40的旋轉軸連接有發(fā)電機43。通過膨脹機40驅動發(fā)電機43。膨脹機40例如是容積型或渦輪型的膨脹機。作為容積型的膨脹機，可列舉渦旋膨脹機、旋轉膨脹機、螺桿膨脹機、往復膨脹機等。渦輪型的膨脹機是所謂的膨脹渦輪。

作為膨脹機40，推薦使用容積型的膨脹機。一般，容積型的膨脹機能以比渦輪型的膨脹機更寬范圍的轉速發(fā)揮較高的膨脹機效率。例如，也能夠維持著高效率而以額定轉速一半以下的轉速使容積型的膨脹機運轉。即，能夠維持著高效率而使發(fā)電量下降到額定發(fā)電量的一半以下。容積型的膨脹機具有這樣的特性，所以如果使用容積型的膨脹機，則能夠靈活地應對與被供給到蒸發(fā)器10的熱源氣體的狀態(tài)的變化相伴的發(fā)電量的變化。

冷凝器41通過使從膨脹機40排出的高溫的工作流體與空氣、水等其他介質進行熱交換，將工作流體冷卻。作為冷凝器41，可以使用板式熱交換器、二重管式熱交換器等熱交換器。冷凝器41的種類可根據(jù)其他介質的種類而適當選擇。在其他介質為水等液體時，可優(yōu)選將板式熱交換器或二重管式熱交換器使用于冷凝器41。在其他介質為空氣等氣體時，可優(yōu)選將翅管熱交換器使用于冷凝器41。

泵42吸入從冷凝器41流出的工作流體并加壓，將被加壓后的工作流體向蒸發(fā)器10供給。作為泵42，可以使用一般的容積型或渦輪型的泵。作為容積型的泵，可列舉活塞泵、齒輪泵、葉片泵、旋轉泵等。作為渦輪型的泵，可列舉離心泵、斜流泵、軸流泵等。

蒸發(fā)器10是吸收熱源氣體的熱能的熱交換器。熱源氣體與蘭金循環(huán)系統(tǒng)100的工作流體在蒸發(fā)器10中進行熱交換。由此，工作流體被加熱而蒸發(fā)。

作為蘭金循環(huán)系統(tǒng)100的工作流體，可優(yōu)選使用有機工作流體。作為有機工作流體，可列舉鹵代烴、烴、醇等。作為鹵代烴，可列舉R－123、R－245fa、R－1233zd、R－365mfc等。作為烴，可列舉丙烷、丁烷、戊烷、異戊烷等烷烴。作為醇，可列舉乙醇等。這些有機工作流體可以單獨使用，也可以使用2種類以上的混合物。

接下來，對蒸發(fā)器10的詳細構造進行說明。

如圖2所示，蒸發(fā)器10包括管體30(殼體30)、整流板14以及加熱部15。管體30是形成供熱源氣體流動的熱源氣體流路22的部分。整流板14和加熱部15配置于管體30的內部。加熱部15是形成蘭金循環(huán)的工作流體的流路的部分。

管體30由導入部12、擴大部13(第1部分13)、中間部24、縮小部16、以及熱源氣體排出部17構成。熱源氣體被從導入部12導入蒸發(fā)器10的內部，依次通過擴大部13、整流板14、加熱部15以及縮小部16，通過熱源氣體排出部17而被向蒸發(fā)器10的外部排出。在本說明書中，“截面”這一用語意味著與熱源氣體的流動方向垂直的截面。

導入部12在熱源氣體入口配管連接部19連接于熱源氣體入口配管11。熱源氣體入口配管11的截面形狀例如是圓形。因此，導入部12的截面形狀也可以是圓形。導入部12形成有熱源氣體入口21。在連接部19中高溫的熱源氣體不會泄露，熱源氣體從熱源氣體入口21導入蒸發(fā)器10的內部。導入部12與熱源氣體入口配管11的連接方法沒有特別限定。在導入部12的端部和熱源氣體入口配管11的端部都具有凸緣構造時，可通過螺栓固定將導入部12與熱源氣體入口配管11連接(凸緣連接)。另外，導入部12與熱源氣體入口配管11也可通過焊接等其他連接方法完全地接合。

從導入部12導入蒸發(fā)器10的內部的熱源氣體接下來通過擴大部13。擴大部13是位于導入部12與中間部24之間的部分。換言之，擴大部13位于導入部12與加熱部15之間。擴大部13在從導入部12到加熱部15的范圍內形成熱源氣體流路22。另外，擴大部13使熱源氣體流路22的截面積從熱源氣體流路22的上游側朝向下游側以預定的比例逐漸擴大。在本實施方式中，通過使管體30的截面積連續(xù)地增加，形成研缽狀的擴大部13。在擴大部13，熱源氣體流路22的截面積連續(xù)地增加。

在通過擴大部13后，熱源氣體通過整流板14。整流板14在比加熱部15靠上游側處配置于熱源氣體流路22上。整流板14具有允許熱源氣體通過的多個貫通孔14h，起到進行熱源氣體的整流的作用。即，整流板14在熱源氣體流路22中成為流體阻力。熱源氣體在整流板14中減速。由此，熱源氣體流路22中的流速分布的偏差被消除。在本實施方式中，整流板14配置于中間部24的上游端的位置(擴大部13的下游端的位置)。換言之，整流板14在熱源氣體的流動方向上，配置于擴大部13與加熱部15之間。如果在這樣的位置配置有整流板14，則能夠得到更高的整流效果。但是，整流板14也可以配置于擴大部13。

如圖3所示，整流板14例如具有與配置有整流板14的位置處的管體30的截面形狀相同的俯視形狀。典型地，整流板14具有與中間部24的截面形狀(中間部24中的熱源氣體流路22的截面形狀)相同的俯視形狀。在與整流板14的主面平行的方向上，在整流板14與管體30之間沒有間隙，熱源氣體能夠僅通過整流板14的貫通孔14h。但是，在整流板14與管體30之間也可以存在間隙。整流板14可以通過焊接等接合方法接合于管體30，也可以通過螺栓等緊固部件緊固于管體30。另外，在整流板14的周緣部和管體30的中間部24的端部(以及/或擴大部13的端部)都具有凸緣構造時，可通過螺栓固定將整流板14固定于管體30的中間部24(凸緣連接)。

如圖3所示，整流板14具有規(guī)則排列的多個貫通孔14h。在本實施方式中，多個貫通孔14h排列成互相錯位。多個貫通孔14h也可以以格子排列等其他的有規(guī)則的排列形成。貫通孔14h的形狀和大小沒有特別限定。貫通孔14h的俯視的形狀典型地為圓形。但是，貫通孔14h也可以具有矩形、三角形等其他的形狀。貫通孔14h的直徑(俯視的直徑)例如比構成加熱部15的傳熱管31的外徑小。在貫通孔14h的直徑適度小的情況下，相鄰的貫通孔14h的間隔也充分窄，所以可發(fā)揮較高的整流作用，能夠使熱源氣體均勻地流動到熱源氣體流路22的端部。貫通孔14h的直徑的下限從加工成本等觀點出發(fā)例如是0.5mm。另外，在貫通孔14h具有圓形以外的形狀的情況下，貫通孔14h的直徑能夠以具有與該貫通孔14h的開口面積(俯視的開口面積)相等的面積的圓的直徑來規(guī)定。另外，所有貫通孔14h并不是必須具有相同的大小和形狀。例如，也可以在整流板14上形成有第1貫通孔和具有與第1貫通孔的直徑不同的直徑的第2貫通孔。

在本實施方式中，整流板14相對于熱源氣體的流動方向垂直地配置。換言之，整流板14的主面(具有最大的面積的面)的法線方向與熱源氣體的流動方向一致。整流板14的具體例為沖孔金屬(punching metal)。沖孔金屬是通過對金屬板實施用于形成多個貫通孔的開孔加工而得到的部件。作為整流板14，也可以使用金屬網(wǎng)、多孔質材料等其他部件。

通過整流板14后，熱源氣體通過中間部24。在中間部24配置有加熱部15。即，加熱部15配置于熱源氣體流路22上。在本實施方式中，中間部24的截面形狀是長方形(詳細地說是正方形)。在熱源氣體的流動方向上，中間部24的截面形狀是一定的。即，在中間部24，熱源氣體流路22的截面積是一定的。在加熱部15，通過熱源氣體將工作流體加熱。

加熱部15具有供工作流體流動的工作流體流路33。工作流體流路33沿著熱源氣體的流動方向，形成包含第1段33a、第2段33b以及第3段33c的多個段，并且在多個段分別具有蜿蜒形狀。在本實施方式中，加熱部15沿著熱源氣體的流動方向以5段形成。第1段33a是位于熱源氣體的流動方向的最上游側的段。第2段33b是包含用于使工作流體向加熱部15的外部(蒸發(fā)器10的外部)流出的工作流體出口36的段。第3段33c是位于熱源氣體的流動方向的最下游側的、包含用于將工作流體從加熱部15的外部導入加熱部15的工作流體入口32的段。這樣的結構有利于防止工作流體被過度加熱。另外，在工作流體流路33設有溫度傳感器(未圖示)。能夠基于溫度傳感器的輸出值(檢測值)來調整蒸發(fā)器10中的工作流體的溫度。

在本實施方式中，加熱部15具有具備多個傳熱翅片37和多個傳熱管31的翅管熱交換器的構造。多個傳熱翅片37以其表面和背面與熱源氣體的流動方向平行的方式排列。換言之，多個傳熱翅片37與整流板14的法線方向平行。多個傳熱翅片37的表面和背面也能夠與鉛直方向平行。傳熱翅片37與傳熱翅片37之間的空間形成有熱源氣體流路22。多個傳熱管31沿著應該與工作流體進行熱交換的熱源氣體的流動方向而以多個段排列。在本實施方式中，多個傳熱管31沿著流動方向以5段排列。

如圖2和圖3所示，多個傳熱管31在與熱源氣體的流動方向垂直的方向(例如，鉛直方向)上也以多個列(在本實施方式中為5列)排列。即，傳熱管31在水平方向(x方向)和高度方向(y方向)這兩個方向上呈矩陣狀排列。工作流體在流過位于相同段的多個傳熱管31后，被送向位于另外的段的傳熱管31。從與傳熱翅片37的表面垂直的方向觀察加熱部15，多個傳熱管31配置成互相錯位。在本實施方式中，多個傳熱管31以工作流體流路33形成單一的流路的方式互相連接。但是，并不是必須通過所有傳熱管31形成單一的流路。也可以通過使用分配器等公知的部件，并列形成2個以上的流路。

在本實施方式中，工作流體入口32處于位于熱源氣體的流動方向的最下游側的段(第3段33c)。工作流體通過工作流體入口32而流入加熱部15。工作流體在流動到工作流體流路33的中間部后，流入位于熱源氣體的流動方向的最上游側的段(第1段33a)。在流過位于最上游側的段(第1段33a)后，工作流體移向最上游側的段(第1段33a)以外的段(第2段33b)，通過設置于該段的工作流體出口36，流出到加熱部15的外部。

具體地說，工作流體流路33包含蒸發(fā)區(qū)34和過熱區(qū)35。蒸發(fā)區(qū)34是包含第3段33c的區(qū)。過熱區(qū)35是包含第1段33a和第2段33b的區(qū)。第2段33b配置于過熱區(qū)35中的熱源氣體的流動方向的最下游側。包含第1段33a和第2段33b的多個段以在熱源氣體與工作流體之間以并行流的形式進行熱交換的方式形成過熱區(qū)35。第3段33c配置于蒸發(fā)區(qū)34中的熱源氣體的流動方向的最下游側。包含第3段33c的多個段以在熱源氣體與工作流體之間以對向流的形式進行熱交換的方式形成蒸發(fā)區(qū)34。流過蒸發(fā)區(qū)34中的熱源氣體的流動方向的最上游側的段的工作流體被向第1段33a供給。根據(jù)這樣的構成，能夠高效地使熱源氣體與工作流體進行熱交換，并防止工作流體被過度加熱。

在剛從泵42排出而流入蒸發(fā)器10(加熱部15)后，工作流體處于液相狀態(tài)或氣液二相狀態(tài)，在蒸發(fā)器10中具有最低的溫度。工作流體在工作流體流路33中流動，由熱源氣體加熱而蒸發(fā)。在本實施方式中，在與工作流體流路33的前半部分相當?shù)恼舭l(fā)區(qū)34，工作流體變?yōu)闅庖憾酄顟B(tài)。在與工作流體流路33的后半部分相當?shù)倪^熱區(qū)35，工作流體從氣液二相狀態(tài)變?yōu)闅庀酄顟B(tài)。在蒸發(fā)器10的出口(工作流體出口36)，工作流體處于氣相狀態(tài)，在蒸發(fā)器10中具有最高的溫度。

在蒸發(fā)區(qū)34，工作流體處于液相狀態(tài)或氣液二相狀態(tài)，所以從熱源氣體向工作流體給予的熱量被利用于相變化。即，可抑制工作流體的溫度變化，工作流體發(fā)生熱分解的可能性較低。與此相對，在過熱區(qū)35，從熱源氣體向工作流體給予的熱量被利用于溫度變化。因此，具有工作流體發(fā)生熱分解的可能性。

如果將工作流體出口36的位置移至熱源氣體的流動方向的下游側，則工作流體的熱分解的可能性減少。但是，如果將工作流體出口36的位置移至熱源氣體的流動方向的下游側，則熱源氣體出口23處的熱源氣體的溫度上升。即，熱源氣體與工作流體之間的熱交換量減少，蒸發(fā)器10的熱交換效率會下降。為了達成較高的熱交換效率，需要將工作流體出口36設置于熱源氣體的流動方向的上游側。

在本實施方式中，與第1段33a相鄰的段為第2段33b，該第2段33b含有工作流體出口36。在該情況下，能夠達成較高的熱交換效率。但是，在熱源氣體的流動方向的上游側，熱源氣體的溫度較高，所以工作流體發(fā)生熱分解的可能性也上升。

工作流體的溫度越上升，工作流體發(fā)生熱分解的可能性也越上升。但是，不僅是工作流體的溫度，熱源氣體的溫度、熱源氣體的流速等加熱條件也較大地影響工作流體的熱分解。如果存在熱源氣體產生的加熱量局部較大的部分，則具有在該部分發(fā)生工作流體的熱分解的危險性。

如參照圖5說明，根據(jù)專利文獻1所記載的蒸發(fā)裝置260，在熱源氣體入口236與第2區(qū)222之間不存在障礙物，熱源氣體216能夠從熱源氣體入口236順利地到達第2區(qū)222和第3區(qū)224。因此，高溫、低密度、且高流速的熱源氣體被供給至第2區(qū)222和第3區(qū)224。在該情況下，在第2區(qū)222和第3區(qū)224容易發(fā)生工作流體的熱分解。在熱源氣體入口236與外殼244的連接部分，熱源氣體流路246的截面積擴大，但僅通過流路截面積的擴大難以使熱源氣體的流速下降。因此，熱源氣體流路246中的熱源氣體的流速在外殼244的中心附近極快，在外殼壁248的附近較慢。如果產生熱源氣體的流速局部較快的區(qū)域，則在該區(qū)域工作流體被過度加熱，會發(fā)生工作流體的熱分解。

根據(jù)本實施方式，在過熱區(qū)35的上游側設有擴大部13和整流板14。通過擴大部13和整流板14的工作，不但能夠使熱源氣體的流速下降，還能夠消除熱源氣體的流速分布的不勻。

由整流板14帶來的整流效果受到整流板14的開孔率的影響。“開孔率”是貫通孔14h的合計開口面積相對于整流板14的面積(主面的面積)的比例。在預定的條件(熱源氣體的溫度400度、熱源氣體入口21處的流速18m/sec)下，進行了用于調查整流板14的開孔率、傳熱管31的內壁面的最高溫度、以及壓力損失的關系的模擬。將結果示于圖4。

如圖4所示，傳熱管31的內壁面的最高溫度是各條件下的傳熱管31的內壁面的最高溫度。在傳熱管31的內壁面的最高溫度超過工作流體的分解溫度時，發(fā)生工作流體的熱分解。壓力損失是在擴大部13和整流板14產生的熱源氣體的壓力損失。

整流板14的開孔率越小則可得到越大的整流效果。在該情況下，具有熱源氣體的流速局部較快的區(qū)域消失、傳熱管31的內壁面的最高溫度下降的傾向。開孔率為35％以下時，能夠將傳熱管31的內壁面的最高溫度維持為比上限設定溫度低的溫度。上限設定溫度是設定為比工作流體的熱分解溫度低的溫度的溫度。上限設定溫度例如設定為比工作流體的熱分解溫度低20～30℃的溫度。例如，在工作流體的熱分解溫度為250℃時，上限設定溫度可以是225℃。

另外，隨著整流板14的開孔率減少，流體阻力增加。在開孔率下降到15％以下時，壓力損失急速上升。在壓力損失較大的情況下，用于使熱源氣體流動的風扇的消耗電力增加。為了實現(xiàn)高性能的蘭金循環(huán)系統(tǒng)，需要抑制蒸發(fā)器10的壓力損失。

基于上述的見解，可以將整流板14的開孔率設定為15％以上且35％以下的范圍。如果開孔率處于這樣的范圍，則能夠防止工作流體的熱分解，并能夠充分抑制壓力損失。

通過加熱部15后的熱源氣體通過縮小部16而到達熱源氣體排出部17?？s小部16具有例如與擴大部13相同的構造。

熱源氣體排出部17在熱源氣體出口配管連接部20連接于熱源氣體出口配管18。熱源氣體出口配管18的截面形狀通常是圓形。因此，熱源氣體排出部17的截面形狀也可以是圓形。熱源氣體排出部17形成有熱源氣體出口23。在連接部20中，高溫的熱源氣體不會泄露，熱源氣體從熱源氣體出口23排出到蒸發(fā)器10的外部。熱源氣體排出部17與熱源氣體出口配管18的連接方法沒有特別限定。在熱源氣體排出部17的端部和熱源氣體出口配管18的端部都具有凸緣構造時，能夠通過螺栓固定將熱源氣體排出部17與熱源氣體出口配管18連接(凸緣連接)。另外，熱源氣體排出部17與熱源氣體出口配管18也可以通過焊接等其他連接方法完全地接合。

本說明書所公開的技術在工作流體為有機工作流體的情況下特別有效。更詳細地說，在熱源氣體的溫度超過工作流體的熱分解溫度的情況下特別有效。如果使用有機工作流體，則不僅能夠構筑使用了氣體鍋爐(gasboiler)那樣的高溫的熱源的蘭金循環(huán)系統(tǒng)，還能夠構筑使用了比較低溫的熱源的蘭金循環(huán)系統(tǒng)。熱源氣體的溫度越高，能夠使蘭金循環(huán)系統(tǒng)100以越高的效率運轉。在一例中，在氣體鍋爐生成的燃燒氣體的溫度最高為1500℃，有機工作流體的熱分解溫度處于150～300℃的范圍。

本說明書所公開的技術不僅可適用于通過工作流體回收、利用熱量的熱回收系統(tǒng)，也可適用于CHP系統(tǒng)(Combined Heat and Power System：熱電聯(lián)產系統(tǒng))等熱電系統(tǒng)。

標號說明

10：蒸發(fā)器

11：熱源氣體入口配管

12：導入部

13：擴大部

14：整流板

15：加熱部

16：縮小部

17：熱源氣體排出部

18：熱源氣體出口配管

19：熱源氣體入口配管連接部

20：熱源氣體出口配管連接部

21：熱源氣體入口

22：熱源氣體流路

23：熱源氣體出口

24：中間部

30：管體

31：傳熱管

32：工作流體入口

33：工作流體流路

33a：第1段

33b：第2段

33c：第3段

34：蒸發(fā)區(qū)

35：過熱區(qū)

36：工作流體出口

37：傳熱翅片

40：膨脹機

41：冷凝器

42：泵

43：發(fā)電機

100：蘭金循環(huán)系統(tǒng)