(57)【要約】【課題】寿命が長く、且つ、信頼性が高いという長所を生かしつつ、構造の小型化とメンテナンス性に優れたガスタービン用再生器を提供する。【解決手段】ガスタービンの排ガスｄを誘導する筒形のケーシング１２と、該ケーシング１２内に設けられ、且つ、燃焼用空気ａを誘導する多数の伝熱チューブ１３により構成されたガスタービン用再生器である。前記ケーシング１２に前記伝熱チューブ１３を出し入れするための開口部１５を設けると共に、該開口部１５を密閉する管板１４を設ける。更に、前記伝熱チューブ１３をＵ字状に形成すると共に、前記伝熱チューブ１３の開口端を管板１４に設けた孔９内に挿入固定する。更に、前記管板１４に前記伝熱チューブ１３の開口端１３ａ，１３ｂに対向する燃焼用空気入口１０ａ及び燃焼用空気出口１０ｂを有するヘッダ１０を設ける。【選択図】        図５
2006002622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの排ガスを誘導する筒形のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、且つ、燃焼用空気を誘導する多数の伝熱チューブにより構成されたガスタービン用再生器であって、前記ケーシングに前記伝熱チューブを出し入れするための開口部を設けると共に、該開口部を密閉する管板を設け、更に、前記伝熱チューブをＵ字状に形成すると共に、前記伝熱チューブの開口端を管板に設けた孔内に挿入固定し、且つ、前記管板に前記伝熱チューブの開口端に対向する燃焼用空気入口及び燃焼用空気出口を有するヘッダを設けたことを特徴とするガスタービン用再生器。
【請求項２】
ケーシングの排ガス通路断面を、廃熱ボイラの排ガス通路断面と同一又は相似形とすることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン用再生器。
【請求項３】
請求項１に記載のガスタービン用再生器を単位ユニットとすることを特徴とするガスタービン用再生器。
【請求項４】
単位ユニットを直列に配置すると共に、隣接する単位ユニットの燃焼用空気出口部と燃焼用空気入口部とを連絡管によって接続することを特徴とする請求項３記載のガスタービン用再生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの排ガスと燃焼用空気との熱交換により、燃焼用空気の予熱を行なうガスタービン用再生器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１次エネルギー（燃料）から２つ以上の２次エネルギー（電気や熱など）を取り出す所謂コージェネレーションシステムにおいて、ガスタービンの排ガスと燃焼用空気とを再生器によって熱交換して燃焼用空気の予熱を行ない、タービン効率、換言すれば、発電効率を高める試みが行なわれている。この種の再生器は、ガス同士で熱交換を行なうものであり、ガスタービン用再生器と言われている。
【０００３】
このガスタービン用再生器は、排ガスが流れる熱交換器内に伝熱チューブを有し、この伝熱チューブ内を燃焼用空気が流れるようになっており、一般に、（１）プレートフィン型熱交換器、（２）プレート型熱交換器、（３）プライマリサーフェイス型熱交換器、（４）フィンチューブ型熱交換器のうち、熱交換性能の点から上記（１）〜（３）項の熱交換器が使用されてきた。但し、構造上、熱疲労に弱く、寿命が短いという、致命的な欠陥があり、信頼性に難点があった。
【０００４】
また、燃焼用空気側および排ガス側が共に圧力損失が大きいため、ガスタービンの性能を悪化させることがある。また、排ガス（２次側）の流路断面が廃熱ボイラに比べて小さいため、接続のための接続ダクトを必要とし、スペース上、不利となる。
【０００５】
また、上記（４）項のフィンチューブ型熱交換器は、ボイラや冷却器など、汎用の熱交換器として広く使用されているが、形状が大型となるため（プレートフィン型熱交換器の約５倍）、提案されているもののガスタービン用再生器としての実績は見当たらない。
【０００６】
他方、ガスタービン用再生器において、排気ガスが流れる熱交換容器と、該熱交換容器内に配置されたチューブ内を燃焼用空気が流れる伝熱チューブとを有し、該伝熱チューブをヘアピン形状に蛇行させると共に、その中間部分を吊り具を介して熱交換容器の天井に取り付けたガスタービン用再生器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１２９９７９号公報（第４−５頁、第８図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このガスタービン用再生器は、燃焼用空気入口継手管と燃焼用空気出口継手管とが熱交換器の天井部を貫通した状態で、天井部に適宜の手段によって固定されたいるので、メンテナンス時に前記燃焼用空気入口継手管及び燃焼用空気出口継手管、並びに、この２つの継手管間に接続された伝熱チューブを熱交換器の外に簡単に取り出せないという問題がある。
【０００８】
また、ヘアピン形状に蛇行させた伝熱チューブをブラケットやピンなどを用いて熱交換容器の天井に取り付けているため、熱交換器内における組み付け作業となり、メンテナンスが面倒になるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、寿命が長く、且つ、信頼性が高いという長所を生かしつつ、構造の小型化と、メンテナンス性に優れたガスタービン用再生器を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
【００１１】
請求項１に記載の発明に係るガスタービン用再生器は、ガスタービンの排ガスを誘導する筒形のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、且つ、燃焼用空気を誘導する多数の伝熱チューブにより構成されたガスタービン用再生器であって、前記ケーシングに前記伝熱チューブを出し入れするための開口部を設けると共に、該開口部を密閉する管板を設け、更に、前記伝熱チューブをＵ字状に形成すると共に、前記伝熱チューブの開口端を管板に設けた孔内に挿入固定し、且つ、前記管板に前記伝熱チューブの開口端に対向する燃焼用空気入口及び燃焼用空気出口を有するヘッダを設けたことを特徴とするガスタービン用再生器である。
【００１２】
請求項２に記載の発明に係るガスタービン用再生器は、ケーシングの排ガス通路断面を、廃熱ボイラの排ガス通路断面と同一又は相似形とすることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン用再生器である。
【００１３】
請求項３に記載の発明に係るガスタービン用再生器は、請求項１に記載のガスタービン用再生器を単位ユニットとすることを特徴とするガスタービン用再生器である。
【００１４】
請求項４に記載の発明に係るガスタービン用再生器は、単位ユニットを直列に配置すると共に、隣接する単位ユニットの燃焼用空気出口部と燃焼用空気入口部とを連絡管によって接続することを特徴とする請求項３記載のガスタービン用再生器である。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように、請求項１に記載の発明に係るガスタービン用再生器は、ガスタービンの排ガスを誘導する筒形のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、且つ、燃焼用空気を誘導する多数の伝熱チューブにより構成されたガスタービン用再生器であって、前記ケーシングに前記伝熱チューブを出し入れするための開口部を設けると共に、該開口部を密閉する管板を設け、更に、前記伝熱チューブをＵ字状に形成すると共に、前記伝熱チューブの開口端を管板に設けた孔内に挿入固定し、且つ、前記管板に前記伝熱チューブの開口端に対向する燃焼用空気入口及び燃焼用空気出口を有するヘッダを設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
従って、次のような多数の効果を有している。
【００１７】
すなわち、
（ａ）  上記のように、燃焼用空気を通すチューブをＵ字状にすることにより、熱膨張などによる熱疲労損傷を回避することができる。このため、寿命が大幅に延び、信頼性が格段に向上する。
【００１８】
（ｂ）  ヘッダを共通とすることにより、再生器のケーシングを設置したまま、管束部を外部に取り出すことができる。このため、再生器の点検やメンテナンスが容易になる。
【００１９】
（ｃ）  本方式の再生器は、特に、中間冷却サイクル型ガスタービンへの適用が有利であり、単純サイクル型に比べて１次側流体（燃焼用空気）と２次側流体（ガスタービンの排ガス）との温度差を約１．５倍以上とすることができる。このため、他の方式との熱交換器寸法差を抑制することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明に係るガスタービン用再生器は、ケーシングの排ガス通路断面を、廃熱ボイラの排ガス通路断面と同一又は相似形としたため、再生器のケーシングと廃熱ボイラとを、直接、接続することが可能となった。その結果、再生器の設置スペースを抑制することが可能になった。
【００２１】
請求項３に記載の発明に係るガスタービン用再生器は、請求項１に記載のガスタービン用再生器を単位ユニットとすることにより、標準化が可能となった。その結果、コストの低減や、容量の増加に伴う設計費の増加を削減することが可能となった。
【００２２】
また、上記のように、再生器を単位ユニット化することにより、大型化に際しても特別な構造変更が必要なく、信頼性を維持することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２４】
図１において、１はガスタービン装置、２は発電機、３は再生器、４は廃熱ボイラである。このガスタービン装置１は、図２に示すように、圧縮機６と、タービン７と、燃焼器８により構成されている。
【００２５】
しかして、吸気（燃焼用空気）ａは、図２に示すように、ガスタービン装置１の圧縮機６によって圧縮されて圧縮空気ａ’となった後、再生器３によって予熱され、高圧の予熱空気ａ”となる。この高圧の予熱空気ａ”と燃料ｂとは、燃焼器８に供給され、燃焼器８内で激しく燃焼する。
【００２６】
上記の燃焼器８で得られた高温・高圧の燃焼ガスｃは、タービン７に導入され、タービン７、圧縮機６および発電機２を稼働する。この発電機２によって発電された電力は、需要先に供給される。
【００２７】
上記タービン７から排出された排ガスｄは、既に説明したように、再生器３において圧縮空気ａ’を予熱した後、廃熱ボイラ４に導入され、廃熱ボイラ４による熱エネルギーの回収が行なわれる。
【００２８】
上記再生器３は、図３に示すように、ヘッダ１０と、管束１１と、ケーシング１２により構成されている。管束１１には、多数本のペアチューブ又はプレート式チューブを用いている。例えば、ペアチューブ１３は、図５に示すように、側面視で外側のチューブ１３’と、内側のチューブ１３”により構成されている。
【００２９】
上記管束１１は、図５に示すように、ケーシング１２内に設けられている。その上、管束１１を構成しているペアチューブ１３’及び１３”は、夫々、Ｕ字状に形成され、管板１４から吊り下げた構造となっている。このため、熱膨張などによって拘束されない構造となっている。
【００３０】
このように、ペアチューブ１３’及び１３”をＵ字状にすることにより、その２つの先端部、つまり、２つの開口端１３ａ及び１３ｂを共通の管板１４に取り付けることができる。具体的に説明すると、ペアチューブ１３’及び１３”は、その先端開口端１３ａ及び１３ｂを管板１４に設けた図示しない孔９内に挿入して固定している。
【００３１】
上記管板１４は、ケーシング１２の上壁面に設けた開口部１５を密閉するように、ケーシング１２に取り付けられている。したがって、メンテナンス時に、管板１４及び管束１１をケーシング１２から簡単に取り出すことができる。
【００３２】
更に、管板１４上には、燃焼用空気入口１０ａと燃焼用空気出口１０ｂとを有するヘッダ１０を設け、全体をコンパクトにする。このヘッダ１０は、燃焼用空気入口１０ａがペアチューブ１３の一方の開口端１３ａに対向し、燃焼用空気出口１０ｂがペアチューブ１３の一方の開口端１３ｂに対向するようになっている。
【００３３】
しかして、ヘッダ１０の燃焼用空気入口１０ａから導入された燃焼用空気ａ’は、ペアチューブ１３’及び１３”の一方の開口端１３ａからペアチューブ１３内に入り、その中を通過する間にガスタービンの排ガスｄによって予熱される。予熱された燃焼用空気ａ”は、ペアチューブ１３’及び１３”の他方の開口端１３ｂからヘッダ１０の燃焼用空気出口１０ｂに流出する。
【００３４】
このペアチューブ１３は、図４に示すように、排ガスｄが通過する方向に対して半ピッチずつ位相をずらし、熱エネルギーを効率的に回収するようになっている。
【００３５】
上記ケーシング１２の排ガス通路断面は、廃熱ボイラ４の排ガス通路断面と同一、或いは相似形とし、再生器３と廃熱ボイラ４とを、直接、接続し、連絡用ダクトスペースを削減するようになっている。
【００３６】
また、熱交換容量が増加する場合には、図６に示すように、上記再生器３を１つの単位ユニット２０とする。そして、この単位ユニット２０を直列に配置し、ヘッダ１０の外部にてＵ字型の連絡管１６によって隣接する単位ユニット２０の燃焼用空気出口１０ｂと燃焼用空気入口１０ａとをそれぞれ接続する。
【００３７】
また、上記管束１１には、数枚のプレート（図示せず）が取り付けられ、ベアチューブ１３の振動防止が図られている。更に、図７のように、伝熱促進用プレート１７を取り付けることにより、プレートチューブ型とすることができる。これにより、再生器の全体寸法を変えることなく、排ガス側（２次側）の熱伝達性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るガスタービン用再生器を含むコージェネレーション設備の側面図である。
【図２】本発明に係るガスタービン用再生器を含むコージェネレーションシステムの構成図である。
【図３】本発明に係るガスタービン用再生器の正面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ’拡大断面図である。
【図５】本発明に係るガスタービン用再生器の要部拡大断面図である。
【図６】本発明に係るガスタービン用再生器を直列に組付けた場合の要部拡大断面図である。
【図７】本発明に係るガスタービン用再生器の他の実施形態の要部拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
ａ  燃焼用空気
ｄ  ガスタービンの排ガス
３  再生器
９  孔  
１０  ヘッダ
１０ａ  燃焼用空気入口
１０ｂ  燃焼用空気出口
１２  ケーシング
１３  伝熱チューブ
１３ａ，１３ｂ  伝熱チューブの開口端
１４  管板
１５  開口部
【図１】
2006002622.tif 000003
【図２】
2006002622.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006002622.tif 000006
【図５】
2006002622.tif 000007
【図６】
2006002622.tif 000008
【図７】
2006002622.tif 000009