(57)【要約】【課題】製造工程の簡素性及び長寿命性に優れた伝熱装置を提供すること。【解決手段】ガスタービン燃焼器のライナ８の表面に沿って流れる燃焼空気とライナ８との間の熱交換を促進する伝熱装置２０において、ライナ８を外周から取り囲むベルト状のシート２１と、シート２１から燃焼空気の環状流路１１に向かって突出した凸部であって、燃焼空気の流れ方向に中心軸を有する縦渦を発生させ、流路１１を流れる燃焼空気を攪拌する縦渦フィン２２と、シート２１上に設けられた線状の凸部であって、縦渦フィン２２により攪拌される燃焼空気に生ずる境界層を破壊するリブ２３とを備え、縦渦フィン２２に係る凸部の高さを、リブ２３に係る凸部の高さよりも高くする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱対象物の表面に沿って流れる伝熱媒体と当該伝熱対象物との間の熱交換を促進する伝熱装置において、
前記伝熱対象物を外周から取り囲むベルト状の帯部材と、
当該帯部材から伝熱媒体の流路に向かって突出した凸部であって、伝熱媒体の流れ方向に中心軸を有する縦渦を発生させ、前記流路を流れる伝熱媒体を攪拌する縦渦発生部と、
前記帯部材上に設けられた線状の凸部であって、前記縦渦発生部により攪拌される伝熱媒体に生ずる境界層を破壊する乱流促進部とを備え、
前記縦渦発生部に係る凸部の高さは、前記乱流促進部に係る凸部の高さよりも高いことを特徴とする伝熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の伝熱装置において、
前記帯部材は、前記伝熱対象物の外周に巻き付けられていることを特徴とする伝熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載の伝熱装置において、
前記帯部材における前記縦渦発生部と前記乱流促進部の間に位置し、伝熱媒体の流れ方向に沿って延びるフィン部をさらに備え、
前記フィン部の高さは、前記乱流促進部に係る凸部の高さと同等であることを特徴とする伝熱装置。
【請求項４】
請求項１に記載の伝熱装置において、
前記帯部材に設けられた複数の孔をさらに備えることを特徴とする伝熱装置。
【請求項５】
請求項１に記載の伝熱装置において、
前記縦渦発生部は、伝熱媒体の流れ方向に沿って前記帯部材上に複数設けられていることを特徴とする伝熱装置。
【請求項６】
請求項１に記載の伝熱装置において、
前記帯部材は、前記伝熱対象物と間隔を介して配置されており、
前記帯部材を前記伝熱対象物の表面に固定する支持部材をさらに備えることを特徴とする伝熱装置。
【請求項７】
請求項６に記載の伝熱装置において、
前記縦渦発生部は、前記帯部材と前記伝熱対象物によって画定される流路に向かって突出した第１の凸部、又は、前記帯部材から当該帯部材の外側に向かって突出した第２の凸部であることを特徴とする伝熱装置。
【請求項８】
請求項６に記載の伝熱装置において、
前記帯部材は、伝熱媒体の流れ方向に沿って前記伝熱対象物に対して複数配置されており、
当該複数の帯部材に設けられた前記縦渦発生部は、前記帯部材と前記伝熱対象物によって画定される流路に向かって突出した第１の凸部、又は、前記帯部材から当該帯部材の外側に向かって突出した第２の凸部であり、
前記第１の凸部が設けられた帯部材と、前記第２の凸部が設けられた帯部材は、伝熱媒体の流れ方向において交互に配置されていることを特徴とする伝熱装置。
【請求項９】
請求項６に記載の伝熱装置において、
前記帯部材と前記伝熱対象物の間に位置する間隙に挿入された波板状の放熱体をさらに備えることを特徴とする伝熱装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の伝熱装置において、
前記帯部材に取り付けられ、伝熱媒体の流れ方向に沿って延びる隔壁部をさらに備え、
当該隔壁部の高さは、前記縦渦発生部の高さより高いことを特徴とする伝熱装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の伝熱装置を燃焼器ライナの外周に固定したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項１２】
請求項１に記載の伝熱装置の製造方法において、
長方形状の板部材に型をプレスすることで前記縦渦発生部を成型加工する手順と、
前記板部材の長辺の少なくとも１辺を折り曲げて前記乱流促進部を成型加工する手順と、
前記縦渦発生部及び前記乱流促進部が加工された前記板部材を曲げて円筒状とすることで前記帯部材としつつ、当該帯部材を前記伝熱対象物の外周上に固定または当該外周面から間隔を空けて固定する手順とを備えることを特徴とする伝熱装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービン燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンなどの燃焼器ライナ、タービン翼、熱交換器、フィン、ボイラ、加熱炉など、冷却、加熱、熱交換等における流体と固体の間の伝熱促進に対しては、各機器に要求される仕様に基づいて様々な構造が考えられている。
【０００３】
例えば、発電用ガスタービンなどの燃焼器においては、ガスタービン効率を損なうことの無い程度の少ない圧力損失で必要な冷却性能を維持し、構造強度の信頼性を維持することが求められている。さらに、環境問題への配慮の観点からは、燃焼器内に生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減することが求められている。ＮＯｘの低減は、燃料と空気を燃焼前に混合して燃焼する予混合燃焼を利用し、かつ燃料と空気の混合比（燃空比）が理論混合比よりも小さい状態で燃焼させることによって図られる。
【０００４】
この点を鑑みたガスタービン燃焼器の伝熱装置（伝熱構造）として、略矩形の板材を筒状に丸めて形成した円筒材を軸方向に複数連結して形成したライナを備えるものがある（特開２００１−２８０１５４号公報）。当該ライナにおける各円筒材は、隣り合う他の円筒材とオーバーラップして連結されており、当該オーバーラップ部分は溶接及びロー付けで結合されている。また、各円筒材の一方の端部（圧縮機からの圧縮空気の流通方向の下流側）にはプレス加工等で形成した凸部（縦渦発生器）が周方向に沿って複数配置されている。この縦渦発生器は、伝熱媒体（圧縮空気）の流れる方向に回転の中心軸を持つ縦渦を発生させ、当該縦渦によって伝熱媒体の流通路を攪拌する。さらに、当該燃焼器ライナの外周面には、縦渦発生器によって攪拌される伝熱媒体に生じる境界層を破壊するためのリブ（乱流促進体）が、溶接及びロー付け又は遠心鋳造法によって設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８０１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記文献が開示する伝熱装置は、従前のものと比較して冷却性能、構造強度および低ＮＯｘ性等の点で優れたものであったが、製造工程の簡素性及び長寿命性という観点からは構造を改良する余地がある。
【０００７】
例えば、上記ライナは複数の円筒部材を軸方向に結合して形成されているが、各円筒部材はオーバーラップ部分で溶接接合されている。そのため、当該溶接部分はクラックの発生原因となる可能性があり、溶接を用いない場合（すなわち、単一の円筒部材でライナを形成した場合）と比較して長期間の利用が阻害されるおそれがある。また、溶接箇所が多いと工数が増加するため製造コストが増加する点も指摘できる。この点は、乱流促進体であるリブの取り付けに溶接を利用する場合には一層顕著になる。さらに、溶接を利用すると各円筒部材が熱変形するが、燃焼器ライナと組み合わされる他の円形の部材（例えば、燃料ノズルや予混合ノズルが取り付けられた円板や、トランジションピース（尾筒））への組み込み性が低下し、ライナを再度円形に整形する手間が生じて燃焼器の製造工程が複雑化するおそれもある。また、ライナを形成する各円筒部材のオーバーラップ部分は、二重構造となり他の部分よりも厚くなるため、当該他の部分と比較して伝熱性（冷却性）が低下する点も指摘できる。
【０００８】
本発明の目的は、製造工程の簡素性及び長寿命性に優れた伝熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、伝熱対象物の表面に沿って流れる伝熱媒体と当該伝熱対象物との間の熱交換を促進する伝熱装置において、前記伝熱対象物を外周から取り囲むベルト状の帯部材と、当該帯部材から伝熱媒体の流路に向かって突出した凸部であって、伝熱媒体の流れ方向に中心軸を有する縦渦を発生させ、前記流路を流れる伝熱媒体を攪拌する縦渦発生部と、前記帯部材上に設けられた線状の凸部であって、前記縦渦発生部により攪拌される伝熱媒体に生ずる境界層を破壊する乱流促進部とを備え、前記縦渦発生部に係る凸部の高さを、前記乱流促進部に係る凸部の高さよりも高くする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、伝熱装置の製造に関する溶接箇所を低減できるので、製造工程の簡素化と長寿命化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係るガスタービン燃焼器の縦断図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る燃焼器ライナの斜視図。
【図３】図２中のIII-III断面における伝熱装置の断面図。
【図４】図２中の円筒状の伝熱装置を平面状に展開したときの上面図。
【図５】図３中のV方向から伝熱装置を見た矢視図。
【図６】図３と同じ断面における伝熱装置２０Ａの断面図。
【図７】図４と同様に伝熱装置２０Ａを平面状に展開したときの上面図。
【図８】図３と同じ断面における伝熱装置２０Ｂの断面図。
【図９】図４と同様に伝熱装置２０Ｂを平面状に展開したときの上面図。
【図１０】図３と同じ断面における伝熱装置２０Ｃの断面図。
【図１１】図４と同様に伝熱装置２０Ｃを平面状に展開したときの上面図。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る燃焼器ライナの斜視図。
【図１３】図５と同じ方向から伝熱装置２０Ｄを見た矢視図。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係る燃焼器ライナの斜視図。
【図１５】図１４中のXV-XV断面における伝熱装置２０Ｅの断面図。
【図１６】図１４中のXVI-XVI断面における伝熱装置２０Ｆの断面図。
【図１７】本発明の第７の実施の形態に係る燃焼器ライナの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係る伝熱装置の適用範囲は広いが、ここでは、高温領域でかつ流れが乱流場であるガスタービン燃焼器を例に挙げて説明する。
【００１３】
本発明に係る伝熱装置は、燃焼器ライナを外周から取り囲んで配置した環状の帯部材（シート）に対して、燃焼器ライナと外筒（フロースリーブ）の間に形成される空気用の環状流路に突き出した凸部である縦渦発生部を複数設けることで構成されている。縦渦発生部は、環状流路中の冷却空気の主流方向に対して一定の仰角を有しており、当該流れ方向に回転軸を持つ縦渦を発生する。当該縦渦は、環状流路の外周側（フロースリーブ側）と内周側（ライナ外壁面側）の冷却空気を大きく撹拌する渦を形成して下流に向かって流れる。この冷却空気が大きく撹拌しながら流れるということは、流路の下流に常に低温空気がライナ外壁面側に供給され、当該ライナ外壁面で暖められた空気は流路の外周側に運ばれるため、ライナの対流冷却を効率良く行うことができる。また、帯部材には、縦渦発生部とともに、当該縦渦発生部よりも高さの低い凸部である乱流促進部（リブ）を設けた。乱流促進部の長軸方向は、冷却空気の主流方向と略直角方向で交差しており、これにより環状流路の壁面近傍に小さな縦渦成分を含む複雑な渦が発生する。この渦は、前記の縦渦発生部のような作用はないものの、壁面近傍に生ずる伝熱媒体の境界層を破壊する効果が大きいため、縦渦発生部と併用することによってより大きな冷却促進効果が得られる。このように縦渦発生部及び乱流促進部を燃焼器ライナと異なる帯部材に構成すると、燃焼器ライナに溶接を利用する必要がないので、当該溶接に起因する製造コストの増加や燃焼器ライナの短寿命化などを抑制できる。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態に係るガスタービン燃焼器を縦断図で示すとともに、これを備えるガスタービンプラント（ガスタービン発電設備）の概略構成図である。この図に示すガスタービンプラントは、空気を圧縮して高圧の燃焼空気（圧縮空気）を生成する圧縮機１と、圧縮機１から導入される燃焼空気２と燃料を混合して燃焼させることで、高温の燃焼ガス４を生成する燃焼器６と、燃焼器６で生成された燃焼ガス４のエネルギーにより軸駆動力を得るタービン３と、タービン３によって駆動され発電を行う発電機７とを備えている。なお、図示した圧縮機１、タービン３及び発電機７の回転軸は機械的に連結されている。
【００１５】
燃焼器６は、外筒（フロースリーブ）１０と、外筒１０の内側に間隔を介して設けられ、燃焼室５を内部に形成する円筒状の燃焼器ライナ（内筒）８と、ライナ８のタービン３側の開口部に連接され、燃焼室５で生成された燃焼ガス４をタービン３に導くトランジションピース（尾筒）９と、外筒１０とライナ８の間に形成され、圧縮機１から供給される燃焼空気（伝熱媒体）２が流通する環状流路１１と、ライナ８の燃焼ガス流通方向上流側端部を全面的に塞ぎ、片側端面が燃焼室５に臨むようにライナ８の中心軸に略直交して配置されている略円板状のプレート１２と、プレート１２上に配置された複数のバーナ１３を備えている。
【００１６】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る燃焼器ライナ８の斜視図であり、図３は図２中のIII-III断面における伝熱装置の断面図であり、図４は図２中の円筒状の伝熱装置を平面状に展開したときの上面図であり、図５は図３中のV方向から伝熱装置（燃焼器）を見た矢視図である。図１中に矢印で示した方向は燃焼空気２の流通方向である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略することがある（後の図も同様とする）。
【００１７】
これらの図に示すライナ８は溶接接合部の無い単一の円筒部材で形成されている。ライナ８の外周の環状流路１１にはライナ８の外周面に沿って高圧の燃焼空気２が流れており、ライナ（伝熱対象物）８は当該燃焼空気（伝熱媒体）と熱交換をすることで冷却される。ライナ８の外周には、伝熱媒体である燃焼空気とライナ８の熱交換を促進する手段として、伝熱装置２０が設置されている。伝熱装置２０はライナ８に対して複数取り付けられており、図２の例では３つの伝熱装置２０がライナ８の軸方向（伝熱媒体の流れ方向）に沿って所定の間隔を介して配置されている。伝熱装置２０は、シート（帯部材）２１と、縦渦フィン（縦渦発生部）２２と、リブ（乱流促進部）２３を備えている。
【００１８】
シート２１は、ライナ８をその外周から取り囲むベルト状の部材である。図示した例のシート２１は、略矩形状に形成されおり、ライナ８の外周に巻き付けられている。ライナ８の外周面上にシート２１を固定する方法としては、シート２１として長方形状の板部材を用意しておき、そのシート２１をライナ８の表面に巻き付け、その後、シート２１の複数箇所にスポット溶接を施すものがある。なお、シート２１は、当初は長方形状の板部材であり、当該板部材を曲げて円筒状とすることで図示したようなベルト状の部材とするものである。シート２１をライナ８に巻き付ける前に、後述するように縦渦フィン２２とリブ２３をシート２１に成型加工しておくことが好ましい。
【００１９】
縦渦フィン２２は、シート２１から環状流路１１に向かって突出した凸部であり、縦渦フィン２２の高さは、燃焼空気の流れ方向の下流側に向かって徐々に高くなっている（図３参照）。また、本実施の形態に係る縦渦フィン２２は、図４に示すように、燃焼空気の流れ方向に対して所定の角度（仰角）θ（例えば、１０°〜２０°）で下流側に向かって左右に広がる２つのフィンを１組として形成されており、当該１組のフィンはシート２１の周方向に所定の間隔を介して複数配列されている。このように縦渦フィン２２を構成すると、図５に示したように、燃焼空気の流れ方向に中心軸を有する縦渦が発生し、環状流路１１を流れる燃焼空気が攪拌される。そして、角度θで左右に広がる１組のフィンでは、図５に示すように回転方向が互いに逆向きの縦渦が発生する。
【００２０】
縦渦フィン２２をシート２１上に設ける方法としては、縦渦フィン２２の形状に対応する金型を用意しておき、当該金型をプレス機等でプレスすることでシート２１に成型加工するものがある。このようにプレス加工で縦渦フィン２２を形成すると、シート２１と同一の部材に縦渦フィン２２を容易に設けることができ、製造方法の簡素化により製造コスト低減も図れる。なお、図示した、流れ方向に対して角度θで傾いた１組の縦渦フィン２２は、プレス機による１回のプレスで形成されるもので、当該２つのフィンの間のシート２１はプレス時に打ち抜かれて開口部となっている。なお、１回のプレスで複数組の縦渦フィン２２を一度に成型しても良い。
【００２１】
リブ２３は、ライナ８の周方向に沿ってシート２１上に設けられた線状の凸部である。図示したリブ２３は、矩形状の断面を有しているが、後述する機能をそうする形状であれば他のものでも良い。また、リブ２３は、燃焼空気の流れ方向に対して略直交する方向に沿ってシート２１上に配設されており、図示したリブ２３は、シート２１の２つの端辺（長方形のシート２１の２つの長辺）にそれぞれ設けられている。このようにリブ２３を形成すると、ライナ８の表面近傍に小さな縦渦成分を含む複雑な渦が発生する。この渦は、縦渦フィン２２のような流路１１の全体を大きく攪拌する効果は持たないものの、縦渦フィン２２により攪拌される燃焼空気がライナ８の表面近傍に発生させる境界層を破壊する効果を奏するので、縦渦フィン２２と併用すると冷却効果を促進できる。リブ２３の高さは、縦渦フィン２２の高さよりも低くなっており、境界層を破壊する観点からは当該境界層の厚さに対応する１〜３ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２２】
リブ２３をシート２１上に設ける方法としては、燃焼空気の流れ方向に対して略直交するように配置されるシート２１の両端を折り曲げて成型加工するものがある。このように曲げ加工でリブ２３を成型すると、シート２１と同一の部材にリブ２３を容易に設けることができ、製造方法の簡素化により製造コスト低減も図れる。なお、リブ２３と縦渦フィン２２のシート２１に対する成型順序に特に限定はなく、いずれを先に成型しても良い。また、図示した例では、シート２１の上流及び下流の両端にリブ２３を設ける場合について説明したが、いずれか一方に設けるだけでも良い。さらに、図示した例ではリブ２３をシート２１の全周に設けたが周方向の一部に設けても良く、また、リブ２３の設置位置はシート２１上であれば端部でなくても良い。
【００２３】
なお、ライナ８の軸方向に配置される複数の伝熱装置２０（シート２１）の間隔は、前段の縦渦フィン２２によって発生する渦が消滅する位置より短い距離とし、常にライナ８の外周面上で縦渦が存在するようにする。また、伝熱装置２０をライナ８に巻き付けて一体化することで、局所的にライナ８の板厚が増すことから構造的強度が増加する。それにより、構造的強度の信頼性向上および長寿命化も図ることができる。
【００２４】
上記のように構成した本実施の形態に係る伝熱装置２０によれば、何も加工を施していない単純円筒のライナ８に対して、ベルト状のシート２１を巻き付けて適宜スポット溶接等で固定するだけで伝熱装置２０を取り付けることができる。そのため、ライナ８に対して溶接が行われることが無いので、溶接に起因する不具合（例えば、クラック、工数増加、熱変形等）の発生を防止できる。また、縦渦フィン２２及びリブ２３を有する伝熱装置２０は、単一の部材（シート２１）で成型されているので、複数の部材を組み合わせて伝熱装置を製造する場合と比較して加工及び製造が容易であり、製造コストを削減することができる。さらに、上記文献に係る技術のように、ライナを複数に分割して得た部材同士のオーバーラップ部での伝熱性の低下が懸念されることもない。したがって、本実施の形態によれば、伝熱装置２０の製造に関する溶接箇所を低減できるので、製造工程の簡素化と長寿命化を実現できる。
【００２５】
次の本発明の第２の実施の形態について図６及び図７を用いて説明する。本実施の形態に係る伝熱装置２０Ａは、第１の実施の形態の伝熱装置２０に対して複数のフィン２４を追加したものに相当し、他の部分は第１の実施の形態と同じなので説明は省略する。
【００２６】
図６は図３と同じ断面における伝熱装置２０Ａの断面図であり、図７は図４と同様に伝熱装置２０Ａを平面状に展開したときの上面図である。これらの図示に召す伝熱装置２０Ａは、シート２１上で縦渦フィン２２とリブ２３（上流側のリブ２３又は下流側のリブ２３）の間に位置し、燃焼空気の流れ方向に沿って延びるフィン（フィン部）２４を複数備えている。図示した例では、フィン２４の高さはリブ２３の高さと同等としている。フィン２４の製造方法は、縦渦フィン２２と同様に、プレス機等の工作機械によりシート２１に成型加工するものがある。また、上流側のリブ２３と縦渦フィン２２の間に位置するフィン２４のライナ８における周方向の位置と、縦渦フィン２２と下流側のリブ２３の間に位置するフィン２４のライナ８の周方向における位置は異なっており、両者は一方のフィン２４の周方向配置間隔の半分だけずれて配置されている。
【００２７】
上記のようにフィン２４を設けると、リブ２３によって発生される渦が他の渦と干渉することが抑制されて壊れにくくなる。これにより、第１の実施の形態よりも境界層の破壊が容易になる。また、第１の実施の形態に係る伝熱装置２０では、シート２１をライナ８表面に巻き付ける構造上、ライナ８とシート２１（伝熱装置２０）が重なる領域（オーバーラップ部）が発生するため、当該領域で局所的に伝熱特性が低下するおそれがあった。これに対して、本実施の形態では、プレス加工によってフィン２４を設けることによりシート２１に開口部が設けられることになるので、当該領域の面積を減少させることができる。これにより、ライナ８とシート２１の伝熱特性を向上できる。
【００２８】
次の本発明の第３の実施の形態について図８及び図９を用いて説明する。本実施の形態に係る伝熱装置２０Ｂは、第１の実施の形態のシート２１に複数の貫通孔（開口部）２５を設けたものに相当する。他の部分は第１の実施の形態と同じなので説明は省略する。
【００２９】
図８は図３と同じ断面における伝熱装置２０Ｂの断面図であり、図９は図４と同様に伝熱装置２０Ｂを平面状に展開したときの上面図である。これらの図示に示す伝熱装置２０Ｂは、シート２１に設けられた複数の貫通孔２５を備えている。シート２１上における貫通孔２５の配置に特に限定は無いが、伝熱装置２０Ｂの伝熱特性を均等化する観点からは、シート２１上に均等配置することが好ましい。また、図示した貫通孔２５は円形であるが、その形状に特に限定は無い。貫通孔２５の加工方法としては、先述の各部と同様に、プレス機等の工作機械によりシート２１を打ち抜いて成型するものがある。
【００３０】
このように貫通孔２５を設けても、ライナ８とシート２１（伝熱装置２０）が重なる領域の面積を減少させることができるので、ライナ８とシート２１の伝熱特性を向上できる。
【００３１】
次の本発明の第４の実施の形態について図１０及び図１１を用いて説明する。本実施の形態に係る伝熱装置２０Ｃは、第１の実施の形態のシート２１に複数の縦渦フィン２２Ａを設けたものに相当する。他の部分は第１の実施の形態と同じなので説明は省略する。
【００３２】
図１０は図３と同じ断面における伝熱装置２０Ｃの断面図であり、図１１は図４と同様に伝熱装置２０Ｃを平面状に展開したときの上面図である。これらの図示に召す伝熱装置２０Ｃは、シート２１上に燃焼空気の流れ方向に沿って所定の間隔を介して並列配置された複数の縦渦フィン２２Ａを備えている。図示した伝熱装置２０Ｃでは、燃焼空気の流れ方向に２列の縦渦フィン２２Ａが配置されており、各列の縦渦フィン２２Ａは、ライナ８の周方向に沿って複数配列されている。また、上流側の列の縦渦フィン２２Ａの配置位置と、下流側の列の縦渦フィン２２Ｂの配置位置とは、一方の列における縦渦フィン２２Ａの周方向間隔の半分だけずれている。このように各列の縦渦フィン２２Ａの配置位置を異ならせると、各列で発生する縦渦の干渉を抑制できるというメリットがある。
【００３３】
上記のようにシート２１上の縦渦フィン２２Ａの個数を増加させると、燃焼空気に発生する縦渦の発生数を増加することができる。この場合の縦渦フィン２２Ａの形状は、第１の実施の形態のものと比較して、製作寸法上、小型化するものと考えられるが、当該縦渦フィン２２Ａによって発生する小さな縦渦は、リブ２３の機能と組み合わさることにより、ライナ８の表面近傍の燃焼空気流を更に撹拌するので、境界層の破壊作用を向上できる。したがって、本実施の形態によれば、ライナ８の冷却効率を向上できる。
【００３４】
なお、各列（すなわち、一列目と二列目）の縦渦フィン２２Ａの大きさ・高さを変えることにより、発生する縦渦の大きさを変化させても良い。
【００３５】
次の本発明の第５の実施の形態について図１２及び図１３を用いて説明する。本実施の形態に係る伝熱装置２０Ｄは、第１の実施の形態の伝熱装置２０（シート２１）に対して複数の隔壁（隔壁部）２６を追加したものに相当する。他の部分は第１の実施の形態と同じなので説明は省略する。
【００３６】
図１２は本発明の第５の実施の形態に係る燃焼器ライナの斜視図であり、図１３は図５と同じ方向から伝熱装置２０Ｄを見た矢視図である。これらの図に示した伝熱装置２０Ｄは、シート２１に取り付けられ、燃焼空気の流れ方向に沿って延びる複数の隔壁２６を備えている。各隔壁２６は、ライナ８の軸方向において異なる位置に設置された複数のシート２１に架け渡されている。また、各隔壁２６は、１組の縦渦フィン２２を区切るように当該１組の縦渦フィン２２の左右両側に設置されており、ライナ８に対する軸方向位置が異なる他の伝熱装置２０Ｄの縦渦フィン２２も同様に区切っている。各隔壁２６の高さは、縦渦フィン２２の高さよりも高くなっている。
【００３７】
既に述べたように、１組の縦渦フィン２２において対向する２つの縦渦フィンが発生する渦の回転方向は互いに逆向きになるため、当該１組の縦渦フィン２２とライナ８の周方向で隣接する他の縦渦フィン２２の形成する縦渦が互いに干渉するおそれがあった。これに対して、上記のように隔壁２６を設けると、図１３に示すように、隣接する他の縦渦フィン２２の形成する縦渦との干渉を抑制できるので、縦渦崩壊を防止できる。さらに本実施の形態では、１組の縦渦フィン２２によって発生する１対の渦の独立作用を高めるために、１対の縦渦フィンごとに燃焼空気の流れ方向に沿って隔壁３２を設けた。これにより、各々隔壁２６で区切られた流路内に１対の縦渦フィン２２が設置されることから、隣接する渦の影響を受けることがなく、安定した渦の独立作用を得ることが可能となる。また、伝熱媒体の流れ方向に沿って隔壁３２を設けているので、圧力損失の増加を招くことなく、放熱フィンとしての作用も同時に得ることができるため、ライナ８の冷却効率を向上できる。
【００３８】
次の本発明の第６の実施の形態について図１４、図１５及び図１６を用いて説明する。本実施の形態に係る伝熱装置２０Ｅ，２０Ｆは、第１の実施の形態の伝熱装置２０（シート２１）をライナ８の外表面から径方向に間隔を介して配置したものに相当する。他の部分は第１の実施の形態と同じなので説明は省略する。
【００３９】
図１４は本発明の第６の実施の形態に係る燃焼器ライナの斜視図であり、図１５は図１４中のXV-XV断面における伝熱装置２０Ｅの断面図であり、図１６は図１４中のXVI-XVI断面における伝熱装置２０Ｆの断面図である。これらの図に示したライナ８は、ライナ８の軸方向に所定の間隔を介して配置された２つの伝熱装置２０Ｅと、この２つの伝熱装置２０Ｅの間に位置するように配置された伝熱装置２０Ｆを備えている。
【００４０】
伝熱装置２０Ｅ，２０Ｆは、それぞれ、シート２１Ａと、リブ２３Ａと、サポート（支持部材）２７を備えている。シート２１Ａは、ライナ８の外周面の外側（ライナ８の径方向外側）に間隔を介して配置された円筒状の部材である。シート２１Ａの径は、ライナ８の径よりも大きく、ライナ８の円筒とともにシート２１Ａによって形成される円筒が配置される二重円筒方式となっている。シート２１Ａは、ライナ８の外周面（外表面）から突出するように取り付けられたサポート２７を介してライナ８に固定されている。
【００４１】
リブ２３Aは、シート２１Ａの軸方向の両端に対応するように、ライナ８の外周面上に取り付けられている。すなわち、リブ２３Ａの位置は、第１の実施の形態のもの（リブ２３）と同じである。
【００４２】
伝熱装置２０Ｅは、図１５に示すように、シート２１Ａと外筒１０によって画定される外側環状流路１１Ａに向かって突出する凸部である縦渦フィン２２を備えている。すなわち、縦渦フィン２２は、第１の実施の形態と同様にライナ８における径方向の外側に向かって突出している。一方、伝熱装置Ｆは、図１６に示すように、シート２１Ａとライナ８によって画定される内側環状流路１１Ｂに向かって突出する凸部である縦渦フィン２２Ｂを備えている。すなわち、縦渦フィン２２Ｂは、ライナ８における径方向の内側に向かって突出している。そして、縦渦フィン２２が設けられたシート２１Ａと、縦渦フィン２２Ｂが設けられたシート２１Ａは、燃焼空気の流れ方向（ライナ８の軸方向）において交互に配置されている。
【００４３】
このように燃焼器ライナを構成すると、伝熱装置２０Ｅの近傍ではシート２１Ａの外周側（外側環状流路１１Ａ）に縦渦が形成され、伝熱装置２０Ｆの近傍ではシート２１Ａの内周側（内側環状流路１１Ｂ）に縦渦が形成されることになり、ライナ８を全体でみるとその外周面に近いところと遠いところで交互に縦渦が形成されることになる。これにより、低温状態の燃焼空気と高温状態の燃焼空気を効果的に撹拌できるのでライナ８の冷却効率を向上できる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、内側と外側に縦渦フィンを有する伝熱装置を交互に配置したが、内側及び外側の一方に縦渦フィンを有する伝熱装置をライナ８の軸方向に複数配置しても良い。
【００４５】
次の本発明の第７の実施の形態について図１７を用いて説明する。本実施の形態に係る伝熱装置２０Ｇは、第６の実施の形態の伝熱装置２０Ｅをライナ８の軸方向に複数配置し、各伝熱装置２０Ｅがライナ８の外周とともに形成する内側環状流路１１Ｂ内に波板状の放熱体２８を追加したものに相当する。
【００４６】
図１７は本発明の第７の実施の形態に係る燃焼器ライナの斜視図である。この図に示す伝熱装置２０Ｇがライナ８の外周とともに形成する内側環状流路１１Ｂ内には、板材を蛇腹状に折って形成した波板状の放熱体２８が挿入されている。このように環状流路１１Ｂ内に放熱体２８を挿入すると、ライナ８の外表面の熱が放熱体２８を介して燃焼空気に放熱される。さらに、縦渦フィン２２が発生する縦渦の作用により燃焼空気が撹拌され、低温状態の燃焼空気が効果的に放熱体２８に供給されるので、ライナ８の冷却効率を向上できる。
【００４７】
ところで、本発明は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の各実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【００４８】
また、上記の各実施の形態では、伝熱対象物がガスタービン燃焼器のライナの場合についてのみ説明したが、空気等の伝熱媒体が表面に沿って流れる物体であれば、本発明は燃焼器ライナと同様に適用することができる。また、上記の各実施の形態では、伝熱対象物たる燃焼器ライナを伝熱媒体で冷却する場合について説明したが、伝熱対象物を伝熱媒体で加熱する場合についても本発明は同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…圧縮機、２…燃焼空気、３…タービン、４…燃焼ガス、５…燃焼室、６…燃焼器、７…発電機、８…ライナ、９…トランジションピース、１０…外筒、１１…環状流路、１２…プレート、１３…バーナ、２０…伝熱装置、２１…シート、２２…縦渦フィン、２３…リブ、２４…フィン、２５…貫通孔、２６…隔壁、２７…サポート、２８…放熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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