(57)【要約】二重交換器（２２）は、主要フロー通路（２８、３２）と、協同するカウンターヒート通路（３０、３４）を各々含む第一及び第二熱交換器（２４、２６）を含んでいる。第一カウンターヒート通路（３０）は、第一主要フロー通路（２８）に、そこから冷却された主ストリーム（１８）を受け入れるために、連結されている。第二カウンターヒート通路（３４）は、第一主要通路（２８）に、そこから主ストリームを分配するべく、また連結されている。蒸発冷却剤（３８）は、第一カウンターヒート通路（３０）へ噴射され、蒸発飽和剤（３８）は、第二カウンターヒート通路（３４）へ噴射される。第一交換器（２４）内の初期の熱い主ストリーム（１８）からの熱は、第一カウンターヒート通路（３０）内で冷却剤を、第一主要通路（２８）内で主ストリームを自己冷却するために、蒸発させる。第二主要通路（３２）を通して導かれる熱い副ストリーム（２０）からの熱は、第二カウンターヒート通路（３４）内で飽和剤を、それを通して導かれる主ストリームに質量を加えるために、蒸発させる。
2005533960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一主要フロー通路と、その上にフロー伝達状態でつなげられた第一カウンターヒート通路とを含む第一熱交換器と、
第二主要フロー通路と、前記第一熱交換器とフロー伝達状態でつなげられた第二カウンターヒート通路とを含む第二熱交換器と、そして、
前記第一カウンターヒート通路へ蒸発冷却剤を噴射する手段と、
を備えることを特徴とする二重交換器。
【請求項２】
前記第二カウンターヒート通路は、前記第一主要通路とフロー伝達状態でつなげられていることを特徴とする請求項１に記載の二重交換器。
【請求項３】
前記第二カウンターヒート通路へ蒸発飽和剤を噴射する手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の二重交換器。
【請求項４】
前記第二カウンターヒート通路は、前記第一カウンターヒート通路とフロー伝達状態でさらにつなげられていることを特徴とする請求項３に記載の二重交換器。
【請求項５】
前記第一主要通路を通じて熱い主ガスストリームを導くこと、
前記第一及び第二カウンターヒート通路の両方へ前記主ストリームを分配すること、
前記第一主要通路を貫流する前記熱い主ストリームによって蒸発させられ、それによって前記主ストリームをそこで冷却するために、前記第一カウンターヒート通路へ前記蒸発冷却剤を噴射すること、
前記第二カウンターヒート通路で前記冷却された主ストリームを加熱するために前記第二主要通路を通じて熱い副流動体ストリームを導くこと、そして、
前記第二主要通路を貫流する前記熱い副ストリームによって蒸発させられ、それによって前記第二カウンターヒート通路を通じて送り出される前記主ストリームを飽和させるために、前記第二カウンターヒート通路へ前記蒸発飽和剤を噴射すること、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の前記二重交換器を使用する方法。
【請求項６】
前記第二カウンターヒート通路の中間ステージへ前記第一カウンターヒート通路から前記主ストリームを送り出すことをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第二カウンターヒート通路の初期ステージの間に前記蒸発飽和剤を噴射すること、そして、
前記第二主要通路を通じて導かれる前記副ストリームからの熱を用いて前記初期ステージの下流の前記第二カウンターヒート通路において前記主ストリームを過熱することをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第一カウンターヒート通路の初期ステージの間に前記蒸発冷却剤を噴射すること、そして、
前記第一主要通路を通じて導かれる前記主ストリームからの熱を用いて前記初期ステージの下流の前記第一カウンターヒート通路において前記主ストリームを過熱することをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第一カウンターヒート通路へ過度の蒸発冷却剤を、その冷却のために噴射すること、そして、前記第一熱交換器から前記冷却された過度の蒸発冷却剤を取り除くことをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一熱交換器は、前記第一主要通路を集合的に画成する第一チューブのバンクを含み、前記第一主要通路は前記第一チューブ周りに前記第一カウンターヒート通路を集合的に画成する複数の交互性の第一バッフルに支持されていて、そして、
前記第二熱交換器は、前記第二主要通路を集合的に画成する第二チューブのバンクを含み、前記第二主要通路は前記第二チューブ周りに前記第二カウンターヒート通路を集合的に画成する複数の第二バッフルに支持されていることを特徴とする請求項４に記載の二重交換器。
【請求項１１】
前記第一及び第二熱交換器を分ける隔壁を、それらの間の流れを制御するためにさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の二重交換器。
【請求項１２】
前記第一熱交換器は、第一チューブ状シェルに配置され、前記第二熱交換器は、第二チューブ状シェルに配置され、そして、前記シェルはそれらの間に二つの隔壁を備えることを特徴とする請求項１１に記載の二重交換器。
【請求項１３】
両方の前記第一及び第二熱交換器は、共通のチューブ状シェルに配置され、そして前記隔壁は前記熱交換器用に二つの対応する区画に前記シェルを分けることを特徴とする請求項１１に記載の二重交換器。
【請求項１４】
前記第一及び第二チューブは、前記蒸発冷却剤及び飽和剤用にそのぬれる表面積を増加するために外部フィンを含むことを特徴とする請求項１１に記載の二重交換器。
【請求項１５】
前記第一熱交換器は、前記第一チューブに前記主ストリームを供給するために前端部に第一入口を、前記第一チューブから前記主ストリームの第一部分を送り出すために反対側の後端部に第一出口を、そして前記第一カウンターヒート通路から前記主ストリームの第二部分を送り出すために前記第一入口と出口との間に配置される第二出口を含み、
前記第二熱交換器は、前記第二チューブに前記副ストリームを供給するために前端部に第一入口を、前記第二チューブから前記副ストリームを送り出すために反対側の後端部に第一出口を、前記第二カウンターヒート通路から前記主ストリームを送り出すためにその前記第一入口に隣接する第二出口を、そして前記第一熱交換器の前記第一出口から前記主ストリームの前記第一部分を受け入れるためにその前記第一出口に隣接する第二入口を含むことを特徴とする請求項１１に記載の二重交換器。
【請求項１６】
前記第二熱交換器は、前記第一熱交換器の前記第二出口から前記主ストリームの前記第二部分を受け入れるために、その前記第一入口に隣接する第三入口をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の二重交換器。
【請求項１７】
前記第一及び第二熱交換器はプレートの共通のスタックを含み、
前記プレートの各々は、それと共に不可欠な第一チューブのバンクを含み、前記第一主要通路を集合的に画成し、そして前記第一カウンターヒート通路は前記第一チューブの外側の前記プレート間に画成され、そして、
前記プレートの各々は、前記第二主要通路をこれに対して画成する、それと共に不可欠な第二チューブのバンクを含み、前記第二カウンターヒート通路は前記第二チューブの外側の前記プレート間に画成されることを特徴とする請求項４に記載の二重交換器。
【請求項１８】
前記第一チューブは、前記プレートの前端部に共通の入口を、そして前記プレートの反対側の端部に別個の出口を有し、前記プレート間の前記第一及び第二カウンターヒート通路にフロー伝達を供給し、そして、
前記第二チューブは、前記プレートの前端部に共通の入口を、そして前記プレートの後端部に共通の出口を有することを特徴とする請求項１７に記載の二重交換器。
【請求項１９】
前記第一及び第二チューブのバンクを互いから分け、前記プレート間の前記第一及び第二カウンターヒート通路をまた分ける隔壁をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の二重交換器。
【請求項２０】
前記冷却剤及び飽和剤の噴射手段は、その中に前記第一及び第二チューブの外側の前記プレート間に前記冷却剤及び飽和剤を噴射するために構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の二重交換器。
【請求項２１】
前記第一及び第二熱交換器は、相互性の第一及び第二プレートのスタックを含み、
前記プレートの各々は、前記プレートの相互性の対の間に前記第一及び第二主要通路を集合的に画成する仕切りを含み、そして、前記第一及び第二カウンターヒート通路は前記プレートの異なる相互性の対の間に画成され、
前記第一プレートの各々は、前記第一主要通路のために前端部に入口を、そして両方の前記第一及び第二カウンターヒート通路とフロー伝達状態で配置された前記第一主要通路のために反対側の後端部に出口を、前記第二主要通路のために前記前端部に別の入口を、そして前記第二主要通路のために前記後端部に別の出口をさらに含み、
前記第二プレートの各々は、前記第一及び第二カウンターヒート通路のために前端部に出口をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の二重交換器。
【請求項２２】
前記第一及び第二プレートは、前記相互性のプレート間に、前記第一及び第二主要通路と、前記第一及び第二カウンターヒート通路とをさらに画成するべく、取り囲んでいる周辺シールの内側に互いに隣接する補完的な波形のしわをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の二重交換器。
【請求項２３】
前記冷却剤及び飽和剤の噴射手段は、前記第一及び第二カウンターヒート通路と前記第一主要通路とをつなげている前記第一プレートにおいて、前記出口の下流の前記第一及び第二カウンターヒート通路へ冷却し、飽和させる流動体を一般に噴射することを特徴とする請求項２１に記載の二重交換器。
【請求項２４】
前記第一及び第二カウンターヒート通路を分けるべく、前記第一及び第二プレート間の少なくとも一部分に配置される隔壁シールをさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の二重交換器。
【請求項２５】
第一主要通路を通じて前記主ストリームを導くこと、
第二主要通路を通じて熱い副流動体ストリームを導くこと、
前記第一主要通路に隣接する第一カウンターヒート通路に、そして前記第二主要通路に隣接する第二カウンターヒート通路に流れるべく、前記第一主要通路から送り出される前記主ストリームを分配すること、
前記第一主要通路を貫流する前記主ストリームを蒸発冷却するべく、前記第一カウンターヒート通路へ蒸発流動体を噴射すること、そして、
前記第二カウンターヒート通路へ蒸発流動体を、それらを貫流する前記主ストリームを飽和させるべく、噴射することを備える熱い主ガスストリームを飽和させる方法。
【請求項２６】
前記第二カウンターヒート通路の中間ステージへ前記第一カウンターヒート通路から前記主ストリームを送り出すことをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第一主要通路において、前記主ストリームを、入ってくる主ストリームの露点温度に向かってその湿球温度を下げるために、蒸発冷却すること、
前記第一カウンターヒート通路において、前記主ストリームを、前記第一主要通路から送り出された、前記冷却された主ストリームの湿球温度まで飽和させることをさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第一主要通路における前記熱い主ストリームによって前記第一カウンターヒート通路における前記冷却された主ストリームを、その露点温度を上昇させ、そしてその中の前記主ストリームを飽和させるために、加熱することをさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第二カウンターヒート通路における前記主ストリームの前記蒸発流動体を蒸発させること、そしてそれによって前記第二カウンターヒート通路における前記主ストリームの湿球温度に向かって第二主要通路における前記副ストリームを冷却することをさらに備えることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第二主要通路における前記熱い副ストリームによって前記第二カウンターヒート通路における前記冷却された主ストリームを、その湿球温度と飽和率を増加させるために、加熱することをさらに備えることを特徴する請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第二カウンターヒート通路の初期ステージの間に前記蒸発流動体を噴射すること、そして、
前記第二主要通路を通じて導かれる前記副ストリームからの熱を用いて前記初期ステージの下流の前記第二カウンターヒート通路において前記主ストリームを過熱することをさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第一カウンターヒート通路の初期ステージの間に前記蒸発流動体を噴射すること、そして、
前記第一主要通路を通じて導かれる前記主要ストリームからの熱を用いて前記初期ステージの下流の前記第一カウンターヒート通路において前記主ストリームを過熱することをさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記第一カウンターヒート通路へ過度の蒸発流動体をその冷却のために噴射すること、そして、前記第一熱交換器から前記冷却された過度の蒸発流動体を取り除くことをさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン発電に概して関し、さらに特に、その点で熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンにおいて、外気はコンプレッサーで加圧され、熱い燃焼ガスを発生させるために、燃焼器において燃料と混ぜられる。エネルギーは、コンプレッサーに、それに連結されたシャフトを介して動力を供給するタービンで、燃焼ガスから引き出される。出力は、コンプレッサーに動力を供給する同じタービンから引き出されうる、又はそれから下流に配置された低圧タービンから引き出されうる。アウトプット・シャフト出力は、典型的な応用例において、発電機を駆動するために用いられうる。
【０００３】
タービンシステムの効率は、エネルギーがタービンによって引き出される燃焼ガスを生み出すために燃料と混ぜられる空気の効率的な圧縮に加えて、大部分は空気の効率的な圧縮に基づく。コンプレッサーから送り出される空気は、その圧縮加熱のため相対的に熱く、燃焼器に入る際、対応する温度、圧力、および密度を有する。
【０００４】
熱交換器の様々な様式は、タービンの分野において知られている。一例において、復熱装置として知られている熱交換器は、燃焼器における使用に先立って、圧縮された空気をさらに加熱するために熱い燃焼ガスを使用する。このようにして、タービンからの他の廃熱は、タービンサイクルへ再導入される。
【０００５】
タービンサイクルの全効率を同様に増加するために、その質量流量を増加することを目的として、燃焼ガスへ蒸気を噴射することがまた知られている。しかしながら、復熱装置と蒸気噴射は、そのための対応する器具を必要とし、タービンシステムの複雑さとコストを増加する。
【０００６】
熱交換器の個々の発達において、蒸発冷却は、その湿球温度よりも下に、そして改善された冷却サイクルにおけるその露天温度以下に、空気を冷却するために使われうる。このMaisotsenkoサイクルは、特許文献１、特許文献２、および特許文献３を含む様々な特許において様々な構成で開示されている。このサイクルの付加情報は、idalextechnologies.com．のworldwide web上で入手可能である。
【０００７】
従って、例えば、Maisotsenkoサイクルにおける別の進歩を用いることで、タービンサイクルにおける熱交換器の性能を改善することが望まれる。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，４５３，２２３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４９７，１０７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５８１，４０２号明細書
【発明の開示】
【０００９】
二重交換器は、主要フロー通路と、協同するカウンターヒート通路とを各々が含む第一および第二熱交換器を含んでいる。第一カウンターヒート通路は、第一主要フロー通路に、それから冷却された主ストリームを受け入れるためにつなげられている。第二カウンターヒート通路は、第一主要通路に、それから主ストリームを分かつために、またつなげられている。蒸発冷却剤は、第一カウンターヒート通路へ噴射され、蒸発飽和剤は、第二カウンターヒート通路へ噴射される。第一交換器の当初は熱い主ストリームからの熱は、第一カウンターヒート通路においてその冷却剤を、第一主要通路における主ストリームを自己冷却するために蒸発させる。第二主要通路を通じて導かれる熱い副ストリームからの熱は、第二カウンターヒート通路における飽和剤を、それを通して導かれる主ストリームに質量を加えるために蒸発させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１において、概略的に図解されているのは、任意の従来型の構成を有し得るところの、多段式コンプレッサー１２、燃焼器１４、およびタービン１６を、連続的なフロー伝達状態で含むガスタービンシステム１０である。外気１８は運転中にコンプレッサーにおいて加圧され、燃焼器において燃料と混ぜられ、熱い燃焼ガス２０を発生させ、該燃焼ガス２０はタービンへ下流に流れる。
【００１１】
エネルギーは、タービン回転翼の羽根において、燃焼ガスから引き出される。そのタービン回転翼の羽根は、コンプレッサーの回転翼の羽根にシャフトによって連結されているローターディスクに対して支持されていて、それに力を供給する。出力は、高圧タービンから得られ、又は別の従来型の構成においては、それから下流に配置され、別々のドライブシャフト（不図示）に取り付けられた低圧タービンから得られても良い。その出力は、例えば、模範的な発電システムにおいて発電機(不図示)に電力を供給するように、任意の適した目的のために使用され得る。
【００１２】
前述の通り、図１に図解されたタービンシステムの効率は、外気１８の圧縮効率、燃焼器における空気と燃料との燃焼効率にある程度は基づき、そして、タービンにおいての燃焼ガスからのエネルギー抜き出し効率に補足的な程度において基づく。図１において図解されているタービンシステムの全効率を改善するための一つの方法は、タービンを通じて導かれる燃焼ガス２０の質量流速を増加するべく、コンプレッサーから送り出される加圧された空気１８に質量を加えることである。
【００１３】
図１において概略的に示されているのは、運転中、コンプレッサーから送り出される空気１８に添加質量を効率的に取り入れるために、タービンシステムのコンポーネントと協同するための加湿機、すなわちサチュレーターとして構成される蒸発の二重カウンターヒート交換器、すなわち機械２２である。さらに特に、二重交換器は、第一、すなわち主熱交換器２４と、協同する第二、すなわち副熱交換器２６とを含むコンポーネントのアセンブリである。
【００１４】
第一熱交換器は、第一主要フロー通路２８を含んでいて、それに適切に連結されたコンプレッサーから熱い圧縮された空気１８の模範的な形式の主ガスストリームを受け入れる。第一交換器は第一カウンターヒート通路３０をまた含んでいて、それは第一主要通路２８と、フロー伝達状態で連結されている。
【００１５】
同様に、第二熱交換器２６は、第二主要フロー通路３２を含んでいて、それに適切に連結されたタービン１６から送り出される熱い燃焼ガス２０の模範的な形式の副流動体ストリームを受け入れる。第二熱交換器は、第二カウンターヒート通路３４をまた含んでいて、それは第一熱交換器と、フロー伝達状態で連結されている。
【００１６】
第一および第二カウンターヒート通路は、主要フローが熱を交換するために対応する第一および第二主要フロー通路に導かれるように、対立して又は対照をなして、流れを導く、従来の如何なる様式でも構成され得る。従って、そのカウンターヒートは、主要フローの方向と反対の任意の適切な方向に月並みに取り入れられる向流によって一般的にはもたらされ、そして対応する量の横に向かった横流を含んで、蛇行するやり方で、典型的にはそれに傾いている。他の実施形態において、カウンターヒートは、逆流フローに沿って横に向かった横流又は他の形式によって取り込まれるだろう。
【００１７】
手段３６は、運転中、第一カウンターヒート通路３０中へ蒸発流動体３８を噴射するために二重交換器に設けられている。噴射手段は、カウンターヒート通路へ蒸発流動体を適切に噴射し、又は分配し、又は吹き付け、又は吸い上げ、又はさもなければ取り入れるための任意の従来の形式を有し得、さらに後述するように、それはその中で主ガスストリームと協同する。図１に図解された模範的な応用例において、質量は、その中に水蒸気の導入によって圧縮された空気１８に加えられても良く、それ故、この目的のために任意の従来の方法で噴射される蒸発流動体３８は単に水である。
【００１８】
しかしながら、二重交換器は様々な他の応用例において用いられ得、その中で流動体の冷却が望まれ、又は一の流動体の別のへの充満が様々な量において望まれていて、それ故、蒸発流動体は、タービンサイクルと関連した特有の例として、石油流動体又はディーゼル燃料を含む、任意の適した種類を有し得る。他の応用例において、他の蒸発流動体は用いられ得る。
【００１９】
二つの熱交換器は、第一主要通路２８の送出端部と、フロー伝達状態で、第二カウンターヒート通路３４とを適切に連結することによって、互いに連携する。このようにして、最初の熱い主ストリーム１８は、第一主要通路２８で初めに自己冷却され、次に、第二熱交換器の第二カウンターヒート通路３４の入口端部に送られる。
【００２０】
噴射手段３６は、通常の蒸発流動体、すなわち飽和剤、同様に指定されたもの３８を、第一カウンターヒート通路中へ蒸発流動体、すなわち冷却剤を噴射するためのそれと同様に第二カウンターヒート通路３４中へ噴射するために、また設けられている。同じ主ストリーム１８は、両方のカウンターヒート通路３０、３４を通じて導かれるので、同じ蒸発流動体３８は、各ステージにおいて主ストリームの蒸発冷却を提供する同様の目的のために両方の熱交換器で使われ得、好ましい実施形態で主ストリームに十分な飽和率に達するため、各ステージにおいて、それの加湿又は飽和にも使われ得る。
【００２１】
二つの熱交換器は、構成および働きにおいて類似し、それらを通じて導かれる主および副フローストリーム用の両方の主要およびカウンターヒート通路を含んでいる。主ストリーム１８は、第一主要フロー通路２８の送出端部で分配され、第一、好ましくはより大きい配分は、第二カウンターヒート通路３４の入口端部に導かれ、そして第二、好ましくは分配主ストリームのより小さい配分は第一カウンターヒート通路３０の入口端部に導かれる。分配主ストリームは、次に、二つの主要フロー通路２８、３２の間、それの反対側の端部までカウンターヒート状態で流れる。
【００２２】
好ましい実施形態において、第二カウンターヒート通路３４は、第一主要通路２８の送出端部からそれのストリームを受け取り、そして、第一カウンターヒート通路３０の送出端部と、フロー伝達状態でまた連結され、それは第二カウンターヒート通路３４の下流端部近くで主ストリームの分配第一配分との応答のために主ストリームの分配第二配分を受け入れる。そして、再合流された主ストリームは、第二熱交換器２６から、タービンシステムの燃焼器１４と、フロー伝達状態で連結されたそれの適切な出口を通じて排出される。
【００２３】
図１に概略的に図解された二重交換器２２は、普通の熱交換器の従来の形式を使用する様々な構成において実施されても良い。例えば、図２は、およそ５０気圧であり得る高圧圧縮送出空気１８を用いるためのチューブ・イン・シェル構造の、分配向流形サチュレーター２２としての使用のために構成される二重交換器の第一の実施形態を示している。図２は、また、熱い主ガスストリーム１８に、水という模範的な形式の蒸発流動体３８を飽和させるため、二重交換器サチュレーター２２を用いる模範的な手法を、流れ図の形式で示している。
【００２４】
主ガスストリーム１８は、模範的なタービンシステムにおいて、コンプレッサー１２からの加圧された送出空気であり、それはその点で圧縮のために相対的に熱い。主ストリームは、図解された模範的なタービンシステムにとって、天然ガス又は窒素のような従来のガスといった他の種類を有しても良く、又は副流動体と共にその飽和が望まれるところのそれは任意の他の化学組成を有しても良い。
【００２５】
従って、熱い主ガスストリーム１８は、第一熱交換器の第一主要通路２８を通して初めに導かれ、その中で冷却される。主要通路２８の送出端部で、主ストリームは、対応する第一および第二カウンターヒート通路３０、３４への流れのため、二つの部分に分かれる。
【００２６】
燃焼器１４で発生された燃焼ガス２０は、タービン１６への貫流後、なお依然としてかなりの熱を有し、サチュレーター２２において利益を得るために用いられ得る。従って、比較的に熱い副流動体ストリーム２０は、タービン１６の送出端部から第二主要通路３２の入口端部まで適切に導かれ、第二カウンターヒート通路３４を通じて導かれる冷却された主ストリームを加熱するのに用いられる。
【００２７】
典型的な方法において、第一主要通路２８は、反対方向の第一カウンターヒート通路３０、すなわち向流形通路３０に並流状態で隣接する。そして、第二主要通路３２は、反対方向の第二カウンターヒート通路３４、すなわち向流形通路３４に並流状態で隣接する。二つの主要通路を通じて導かれる熱いストリーム１８、２０は、二つの向流形通路３０、３４を通じて導かれる分配主ストリームによって蒸発冷却され、それに相応してその温度および湿度は共に増加する。
【００２８】
蒸発冷却剤３８は、第一向流形通路３０中へ適切に噴射され、協同する第一主要通路２８を貫流する熱い主ストリームによって蒸発させられる。従って、冷却剤は向流形通路において蒸発して、それは相応するように主要フロー通路の内側の主ストリームを冷却する。そして、蒸発している冷却剤は、冷却された主ストリームにその飽和を開始するために湿度を加え、第一向流形通路を通して送り出される。
【００２９】
同じ蒸発流動体３８、すなわち飽和剤は、第二向流形通路３４中へ同様に噴射され、第二主要通路３２を貫流する熱い副ストリーム２０によって蒸発させられる。熱い副ストリーム２０は、それ故、第二向流形通路３４の予冷却された主ストリームを加熱し、飽和剤３８の蒸発は、第二向流形通路を通して加熱されて、送り出される主ストリーム１８をさらに湿らせ、又は飽和させるために用いられる。
【００３０】
同じ主ストリーム１８は、二つの熱交換器の両方の向流形通路３０、３４における効率的な使用のために第一主要通路２８の送出端部で好ましくは分配される。例えば、主ストリームの全流量の約三分の一は、第一向流形通路３０を通してもとへ導かれ得、そして主ストリームの残った三分の二は、第二向流形通路３４を通してもとへ導かれ得る。
【００３１】
二つの向流形通路３０、３４を通して離れ離れになって導かれる二つの分配主ストリームは、それぞれに加熱されて、それぞれに湿らされるが、第二熱交換器における適切な位置で一緒に再び合流され得る。例えば、第一向流形通路３０からの分配主ストリーム１８は、第二向流形通路３４の中間ステージ又は中間部分へその出口から送り出され、離れ離れにされて導かれている分配主ストリームの温度および湿度と概して調和するようになる。
【００３２】
図２において図解された下側にある、すなわち第一熱交換器２４において、圧縮された空気１８は、チューブ・サイド主要通路に一端部で入り、その反対側の端部に抜ける間に、それは第一向流形通路においてチューブの外側に添加された水の蒸発によってかなり冷却される。第一主要通路から送り出された冷却され圧縮された空気の第一配分は、上側にある、すなわち第二熱交換器２６中へ放出され、そして向流状態で第二主要通路のチューブを交差していたるところに方向付けられている。精神測定分析は、第一熱交換器内の空気温度が、圧縮空気の露点温度に向かって、その中に主要通路の長さの間、かなり、増加的に冷却されることを示している。
【００３３】
理想的には、第一熱交換器内の圧縮された空気は、かなり冷却され、入ってくる圧縮された空気の露点温度まで、その湿球温度を下げる。冷却された空気の第二配分が、第一主要通路を出て、そして水噴射にさらされるとき、すでに冷却されて乾燥した空気の湿球温度までそれは湿らされるだろう。そして、空気が第一主要通路の外側のいたるところにそれに向流状態で続けて移動するにつれて、向流空気のその飽和状態を確実にする露点温度を上昇させるために、主要通路の内側の空気によって加熱される。
【００３４】
図２に図解されている上側にある、すなわち第二熱交換器は、下側にある熱交換器から二つの空気ストリームを受け入れる。その二つの気流は、第二向流形通路の入口端部での一方の気流と、その熱交換器の前端部近くの、それから下流の中間ステージでのもう一方の気流である。第一主要通路２８の送出端部から離れる乾燥して冷却された気流の第一配分は、上側にある熱交換器に移動し、第二主要通路３２を通じて導かれる熱いタービン排気ガスに向流状態で案内される。
【００３５】
第二向流形通路における冷たく圧縮された空気１２は、第一熱交換器におけるそれと同様にして、空気を湿らせ、又は飽和させるために水が噴射される。第二主要通路３２における熱い排気ガスは、第二向流形通路３４内の空気の湿球温度に向かって相応して冷却される。
【００３６】
第二向流形通路における空気の湿球温度は、副ストリーム２０から熱を吸収し、向流空気の湿度を上げるように、第二主要フロー通路３２に向流状態でそれが動くにつれて、増加する。第二熱交換器の所定の位置で、第一向流形通路３０からの第二気流は第二向流形通路内で第一気流に再び加わり、続いて合流された主ストリームは、第二主要通路３２を通して導かれる熱いタービン排気ガスに向流状態で移動する。
【００３７】
従って、主ストリーム１８は、第一主要通路２８において蒸発冷却され、入ってくる主ストリームの露点温度に向かってその湿球温度を下げるだろう。そして、第一向流形通路３０における主ストリームは、第一主要通路２８から送り出される冷却された主ストリームの湿球温度まで湿らされ、又は飽和されるだろう。
【００３８】
これに対して、第一向流形通路３０における冷却された主ストリームは、第一主要通路２８における熱い主ストリームによって加熱され、その露点温度を上昇させ、その中の主ストリームを飽和させる。
【００３９】
第二熱交換器において、蒸発流動体は、第二向流形通路３４内の主ストリームにおいて蒸発させられ、それにより、第二向流形通路内の主ストリームの湿球温度に向かって第二主要通路内の副ストリーム２０を冷却する。
【００４０】
冷却された主ストリームが、第二向流形通路３４を通じて導かれるにつれて、それは第二主要通路３２内の熱い副ストリームによって加熱され、その湿度又は飽和率を増加させるばかりでなく、その湿球温度を増加させる。それ故、主ストリームは要望通りに湿らされ、又は飽和され、その有効質量を増加し、サチュレーターから燃焼器１４に、その中で燃焼を受けるべく戻すために適切に送り出されるだろう。主気流の付加的な質量は、タービン１６を通じて導かれる燃焼ガス２０の質量流量を増加し、タービンシステムの効率を増加させる。
【００４１】
前述の通り、図１および２に図解されている流動体噴射手段３６は、様々な導管、ノズル、およびバルブを含む、任意の適切な構成を有し、両方の熱交換器内へ噴射される蒸発流動体の位置および流量を制御し得る。一実施形態において、第二向流形通路の残った終末ステージが、流動体噴射が第二主要通路３２の初期長の間その極めて熱い温度を有する副ストリームからまだまだ加熱されやすいということなしである状態で、蒸発流動体は、第二向流形通路３４の初期ステージ又は初期長の間もっぱら噴射されるだろう。それ故、副ストリームの熱は、第二向流形通路３４の初期ステージの下流において、主ストリーム１８に熱を加え、それを過熱するために使われ得る。
【００４２】
同様に、蒸発流動体は、第一向流形通路３０の初期ステージの間もっぱら噴射され、第一主要フロー通路を貫流する熱い主ストリームを用いて第一向流形通路の出口端部の間分配主ストリームを過熱し得る。
【００４３】
高圧主ストリーム用に特に構成される二重交換器のサチュレーター２２の一実施形態は、図２から４に概略的に図解されている。第一熱交換器２４は、第一主要通路を集合的に画成する第一チューブ２８のバンクを含み、そのチューブは、下側にあるシェルにおいて第一チューブ回りに第一向流形通路を集合的に画成する複数の交互性の第一バッフル３０に支持されている。
【００４４】
同様に、第二熱交換器２６は、第二主要通路を集合的に画成する第二チューブ３２のバンクを含んでいる。その第二チューブは、上側にあるシェルにおいて第二チューブ回りに第二向流形通路を集合的に画成する複数の交互性の第二バッフル３４に支持されている。
【００４５】
チューブとバッフルの熱交換器は、様々な構成において周知のことだが良く知られていて、上記の如く組み合わされ、そしてここで記述される性能を高めることを味わうために変更されても良い。
【００４６】
図２に図解されている模範的な実施形態において、第一熱交換器２４は、第一チューブ状シェル４０の内側に配置され、第二熱交換器２６は、第一シェルから間隔を空けられた同様のデザインのもう一つの、すなわち第二チューブ状シェル４０に同様に配置される。二つのシェルは、それらの間に二重の隔壁を備え、それは互いから、それらの間に所望のフローストリームを制御するために二つの熱交換器２４、２６をそれ相応に分離、又は分裂させる。例えば、相応する導管は、上述の如く第一熱交換器から第二熱交換器に、第一の乾いて冷たい主ストリームスプリットと第二の湿って冷たい主ストリームスプリットを離れて導くように二つのシェル間に設けられる。
【００４７】
図４に図解されたように、第一チューブ２８は、好ましくは外側の溝又はフィン４２を含んでいて、蒸発流動体に対して濡れることと熱伝達表面積とを増加する。第二熱交換器の対応するチューブ３２は、第一熱交換器の第一チューブ２８と同じであり、それらの周りに外部フィンが同様に盛り込まれていても良い。このように、二つの熱交換器において二組の主要チューブ２８、３２を囲むように流動体を蒸発させるから、効率は増大させられる。
【００４８】
図２に図解されている二つのシェルのデザインの図において、第一熱交換器２４は、第一入口４４をその前端部に含み、第一チューブ２８へ主ストリーム１８を受け入れ、提供する。第一交換器は、第一出口４６を反対側の後端部に含む、第一チューブから主ストリーム１８の第一分配配分を送り出す。第二出口４８は、第一熱交換器の入口と第一出口との間に配置され、第一向流形通路３０から主ストリームの第二分配配分を送り出す。
【００４９】
これに対して、第二熱交換器２６は、個別の第一入口４４をその前端部に含み、第二チューブ３２へ副ストリーム２０を受け入れ、提供する。個別の第一出口４６は第一熱交換器の後端部に設けられ、第二チューブ３２から比較的に冷たい廃流動体として、副ストリーム２０を送り出す。
【００５０】
個別の第二出口４８は、また、第二熱交換器にその第一入口４４に隣接して配置されていて、第二向流形通路３４から図１に図解された模範的なタービンシステムの燃焼器のもとへ飽和された主ストリーム１８を送り出す。第二熱交換器は、第二入口５０をその第一出口４６に隣接してさらに含み、第一熱交換器の対応する第一出口４６から主ストリームの第一配分を受け入れる。
【００５１】
第一および第二熱交換器間の協同を達成するために、第二熱交換器２６は、第三入口５２をその第一入口４４に隣接してさらに含み、第一熱交換器２４の対応する第二出口４８から主ストリームの第二配分を受け入れる。
【００５２】
二つの熱交換器の二つの向流形通路内で、初め熱い主ストリームを冷却し、その初期に乾いて冷却されたストリームを分配し、そしてそれに質量又は湿気を加えるためのそれらの間の特別な協同状態で、二つの熱交換器の様々な入口および出口は、その単独操業を典型的な向流形熱交換器として可能とする。それ故、主ストリームは、主および副ストリームの両方によって再加熱され、第二熱交換器から送り出され、模範的なタービンシステムの操業効率を改善するために飽和状態まで質量が加えられる。
【００５３】
図５は、二重交換器のサチュレーター、指定されたもの２２Ｂの代わりの実施形態を示し、そこには、二つの熱交換器２４、２６が、共通のチューブ状シェル４０に配置され、付加された隔壁４０ｂは、そのシェルを、熱交換器のために二つの対応する区画に分ける。図２に図解された二つの熱交換器の様々な要素が、図５に図解された単一のシェルのサチュレーターに同様に取り入れられ、対応する入口および出口は図２と同様に相互接続され、協同する二つの主要フロー通路２８、３２と二つの向流形通路３０、３４を提供する。
【００５４】
従って、図５の単一のシェルのデュアル熱交換器の実施形態は、図２のデュアルシェルのデュアル熱交換器の実施形態の働きと同等であり、共に図１に概略的に示されている。例えば水のような過度の蒸発流動体は、第一熱交換器内へ噴射され得、それ自体冷却され、その水は第一チューブ２８の送出端部近くで最も冷たいだろうということが言及されるだろう。
【００５５】
それ故、第一熱交換器は、過剰水を除去するべく一つ以上の水出口５４を含み、最も冷たい過剰水は、例えば熱交換器の向流形通路へ噴射されるように全サイクルにおいて適切に再利用される。第二熱交換器２６は、また、それから過度の蒸発流動体を除去するべく一つ以上の水出口５４を含んでいる。デュアルシェルのサチュレーターの構成は、二つの仮の特許出願書類において、前もって取り入れられている。その記述の特徴は、下記の通り再生される。
【００５６】
図２に図解されているデュアルシェルおよびチューブの加湿器、すなわちサチュレーター２２は、熱力学の第一法則を使用し、それはかなりガスを冷却し、次にこの冷却されたガスストリームへ液体を蒸発させる。より良く記述するべく、この工程では、冷却されるべきガスを、熱い圧縮された生産空気１８と、そして水３８のように蒸発されるべき液体とみなしている。
【００５７】
チューブの加湿器は、二つのシェルと、下側にある熱交換器２４および上端の熱交換器２６であるチューブの熱交換器とを含んでいる。下側にある熱交換器２４は、長いチューブと短いチューブ２８を備え、それらのチューブは、中間に付加的な部分的なバッフル３０と、圧縮された生産空気１８のための入口４４を備え、反対側の端部でチューブシートとふっくらしたバッフルとの間に配置される。
【００５８】
長いチューブは、その前端部がチューブシートに固定され、その後端部がふっくらしたバッフルに固定され、生産空気の第一配分を送り出す。短いチューブは、その前端部がチューブシートにまた固定されていて、圧縮された生産空気１８の第二配分をその内側に通すために、出口のない向流形チャンバーを形成するべくふっくらしたバッフルの手前に取り付けられた後端部を有する。最後に、第二配分は、前方ダクトを介して上端の熱交換器２６へ案内される。そして、主気流１８の第一配分は、下側にある熱交換器２４から後方ダクトを介して上端の熱交換器２６へ案内される。
【００５９】
上端の熱交換器２６は、長いチューブ３２のみを備え、二つのチューブシート間に配置されている。上端の交換器は、タービンからの煙道ガス２０用に反対側の端部に入口４４および出口４６、そして圧縮された生産空気１８用に別の出口４８をさらに含んでいる。
【００６０】
全てのチューブ２８、３２は、外側の多孔性のまたは溝を彫られた表面４２を有し、水３８によってぬらされる。両方の熱交換器２４、２６は、チューブ間の開いた空間における主気流の安定した分配のために、水トレイと、供給機と、入口と、出口と、そしてバッフルとをまた含んでいる。
【００６１】
下側にある熱交換器２４において、熱い圧縮された生産空気１８は、チューブ２８に入り、それらの反対側の端部へ抜け、かなり冷却される。次に、この冷却された空気の第一配分は、上端の熱交換器２６に、後方ダクトを介して直接的に通過する。冷却された圧縮空気の第二配分は、開いた短いチューブの後端部で出口のない向流形チャンバーへ解放され、向流状態でチューブの向こう側へ案内される。
【００６２】
水３８は、水供給機により分配され、空気の第二配分へ吹きかけられ、そして、出口のないチャンバーにおける長いチューブおよび短いチューブ２８の外側の多孔性の表面をも濡らす。これは、圧縮された生産空気に、第二空気部分への水の蒸発によってチューブの長さの間連続的に冷却されることを引き起こす。精神測定分析は、チューブ２８の内側の圧縮された生産空気の温度が、その露点温度に向かってチューブの長さの間、かなり、そして増加的に減少されることを示している。
【００６３】
これは、理想的には入ってくる空気の露点温度と等しい、より低い湿球温度までかなり冷却されている下側にある熱交換器２４の閉ざされた向流形チャンバーにおける第二空気部分によって成し遂げられる。第二空気部分は閉ざされたチャンバーの内側に、そして向流状態でチューブ２８の濡らされた外側の多孔性の表面のいたる所に進み続けるので、それはチューブ２８の内側に通っている圧縮された生産空気によって加熱され、第二空気部分の湿球温度を上昇させ、空気のこの部分が飽和状態であることを確実にする。
【００６４】
上端の熱交換器２６は、下側にある熱交換器、各端部の近くの一から主気流の二つの分配配分を受け入れる。下側にある熱交換器２４からチューブ２８を離れる乾燥して冷却された空気の第一配分は、上端の熱交換器２６に後方のダクトを経由して移動し、次に上端の熱交換器のチューブ３２の内側に通っている熱い煙道ガス２０に向流状態で案内される。その乾いて冷却され圧縮された空気の第一配分は、加えられた水に、下側にある熱交換器２４においてこの配分に湿らされることを引き起こさせ、チューブ３２の湿った外側の多孔性の表面に沿って通っている第一空気部分の湿球温度まで上端の熱交換器２６のチューブ３２の内側の煙道ガス２０を冷却させる。
【００６５】
第一空気部分の湿球温度は、空気がチューブ３２の向こう側へ移動し、チューブの内側の煙道ガス２０から熱を吸収し、空気の絶対湿気を上昇させるにつれて、増加する。ある所定の位置で、第二空気部分は、第一空気部分に再び加わるべく、上端の熱交換器に前方ダクトを介して入る。次に、空気のこれら第一および第二配分は同時に、タービンからの熱い煙道ガス２０に向流状態で移動する。最後に、熱い飽和させられた圧縮された生産空気１８は、燃焼チャンバーに出口４８を介して案内される。
【００６６】
圧縮された生産空気に熱を加えるか、または過熱することが望まれ得て、その時、水は、上端の熱交換器のチューブ３２の外側の多孔質の表面の一部分に吹きかけられず、少しのさらなる加湿も防止し、熱だけを加えるだろう。同時に、圧縮された生産空気は、下側にある熱交換器のチューブ２８の内側で冷却され、開いた短いチューブの後端部近くの過度の水は、その周りの空気の湿球温度まで、また冷却される。それ故、その短いチューブの後端部近くの水は、最も冷たい。
【００６７】
この理由のために、幾つかの水の入口および出口を有することが望まれ得、だから最も冷たい水はガスタービンの多段式コンプレッサーの中間冷却器を、例えば冷却するために使われ得る。付加的な水の入口は、上端の熱交換器において過熱量を規制するのを助けるべく、望まれるだろう。
【００６８】
圧縮されたガス燃料または天然ガスは、同じ温度で、圧縮された生産空気１８よりも、非常に多くの場合、より低い水蒸気圧を有し、それ故、低い温度を有する。これは、ガス燃料がより低い温度で水蒸気を吸収する能力をも有することを意味している。加湿機２２において主ガスストリーム１８として圧縮された生産空気の代わりに圧縮されたガス燃料を使うとき、水３８は、高蒸発速度を推し進めるために使われる煙道ガス排気２０からの廃熱でガス燃料へ蒸発され得る。
【００６９】
圧縮された燃料ガスの露点温度が２００°Ｆ（９３．３℃）より減じるならば、そのとき煙道ガスにおける水蒸気は、煙道ガス内の湿度により濃縮し始め得る。これは、排気煙道ガスの実用本位の熱と、潜在している熱の両方に、加えられた廃熱回収を与える。
【００７０】
デュアルシェルとチューブの熱交換器および質量交換器、すなわちサチュレーター２２は、既知の装置と比べて多くの利点を有している。これらは、
１．圧縮を求めて、サチュレーターに入る前に、サチュレーターからの冷たい水で圧縮された空気を冷却することを、熱交換器は必要でない、
２．復熱装置は、その機能が上端の交換器に含まれているので、必要でない、
３．空気を十分に飽和させることができない、そして熱交換器に依存している加湿タワーは必要でない、
４．ボイラーは、圧縮された空気をより良く湿らすために、必要でない、
５．利用できる熱だけが、圧縮された空気の加湿を制限する、
６．圧縮された空気の加湿、およびこの空気を排気ガスで過熱することを制御することは、上端の交換器のシェルのサイドに入る水の量及び位置によって簡単に達成され、高圧空気と水蒸気混合との特性は、既存の装置を評価し、設計する際の問題を引き起こすことが良く知られておらず、これはそのデザインによって自動制御であるので、加湿機２２に関する状況ではなく、どんな状態が望まれていても、容易に適応し得る、
７．冷却水は、必要なら、下側にある熱交換器の冷たい水の出口から抜かれ得る、
８．通り抜けて移動するための、装置の要素が少ないので、圧力損失はほとんどない、
９．伝熱率はチューブの外側における蒸発のために高いので、より少ない表面積が必要とされる、
１０．チューブ壁温度は周囲の空気の湿球温度になるので、温度差は、より大きい、
１１．初期のコストと進行中の操業コストは少ない、
１２．このコンセプトは、何種類かの装置においてかなり証明されている、
１３．シェルとチューブの熱交換器用の、明確なそして実績のある熱、および物質移動計算は、評価するために使用され得る、
１４、プレート熱交換器は、この同じコンセプトでまた使用され得る、
ことを含んでいる。
【００７１】
プレート二重交換器の例は、図６から図１０に概略的に図解されている。分配向流形プレートサチュレーターの第一の実施形態、指定されたもの２２Ｃは、図６から図７に図解されている。上述の第一及び第二熱交換器２４、２６は、ボックスハウジング又はフレーム５８に、適切に取り付けられた薄いプレート５６の共通のスタックに組み込まれている。
【００７２】
そのプレートの各々は、第一熱交換器の第一主要フロー通路を集合的に画成するところの、それと共に不可欠な第一チューブ２８のバンクを含み、第一向流形通路３０は第一チューブ２８の外側のプレートの対応する部分間に画成される。
【００７３】
同様に、プレートの各々は、第二熱交換器の第二主要通路を集合的に画成するところの、それと共に不可欠な第二チューブ３２のバンクをまた含み、第二向流形通路３４は第二チューブの外側のプレートの対応する部分間に画成される。
【００７４】
図７に示されるように、第一および第二チューブ２８、３２は、任意の従来の様式でプレートに一体化して形成され、積み重ねられたプレート間に側面に沿って画成される対応する向流形通路３０、３４に突き出ている。
【００７５】
図６に示されるように、各プレートの第一チューブ２８は、プレートの前端部に共通の入口４４を、そしてプレートの反対側の端部に別個の出口４６を有し、好ましくは、それについて短く仕切り、共通に両方の向流形通路３０、３４にフロー伝達を供給する。プレートの各々における第二チューブ３２は、その前端部に共通の入口４４を、そのプレートの後端部に共通の出口４６をまた有する。
【００７６】
こんな具合に、副流動体ストリーム２０は、その囲いの上方部分に貫流するように、第二主要通路３２内に完全に封じ込められている。主ガスストリーム１８は、第一主要通路２８を通して導かれ、両方の向流形通路３０、３２を画成する積み重ねられたプレート間の空間へその後端部で送り出される。次に、第一主要通路２８のスタックから送り出される冷たい、乾いた主ストリームは、もとのそのプレートの前端部へ、プレート間を向流状態で流れ、ハウジングの共通の出口４８を通して送り出される。
【００７７】
図６および図７において図解されているプレート５６のスタックは、第一及び第二チューブ２８、３２を互いから分ける任意の隔壁又はシール４０ｃをまた含んでも良い。その隔壁は、第一及び第二向流形通路３０、３４を、積み重ねられたプレート間で互いから少なくとも一部分分離する。
【００７８】
図６に示されるように、隔壁は冷たい乾いた主ストリーム１８を分配し、両方の向流形通路３０、３４を通して流れるために、隔壁の後端部で第一チューブ２８から送り出される。二つの向流形通路は、隔壁４０ｃの前端部で再び結合され、再合流された、飽和された主ストリームを共通の出口４８を介して送り出す。
【００７９】
二つの向流形通路３０、３４へ蒸発流動体３８を噴射する手段３６は、隣り合うプレート間、そしてその対応する不可欠なチューブ２８、３２の外側に、流動体を噴射するため、プレートの構成として適切に構成され得る。
【００８０】
ここで開示される様々な実施形態において、二つの熱交換器を通して導かれる主ガスストリームの速度は、実用的なほど大きく、任意の従来の位置で蒸発流動体の噴射を許容し、その流動体は先発の主ストリームに急速に出される。
【００８１】
図８から図１０は、分配向流形サチュレーター、指定されたもの２２Ｅとして構成された二重交換器のさらに別の実施形態を図解する。この実施形態において、二つの熱交換器２４、２６は、締付ボルトによってつなげられた向かい合った終板によって画成されたフレーム５８に適切に取り付けられた交互性の第一及び第二プレート６０、６２のスタックを含んでいる。各プレートの各々は、プレートの交互性の対間に第一及び第二主要フロー通路２８、３２を集合的に画成するところの、その対応するサイドに仕切り又はシール６４を含んでいる。
【００８２】
それに相当するものとして、第一及び第二向流形通路３０、３４は、積み重ねられたプレートの各々の反対のサイドに、異なるその交互性の対間に画成される。このようにして、二つの乾燥した側の主要通路２８、３２は、二つのプレート間に配置され、二つの湿った側の向流形通路３０、３４は次の二つのプレート間に配置され、そしてその結果、スタックにおいてプレートからプレートへ交互に入れ替わる。
【００８３】
図８に示されているように、第一プレート６０の各々は、さらに、第一主要通路２８へ主ガスストリーム１８を導くために、その前端部に入口穴４４を含んでいる。第一プレートは、第一主要通路２８から主ストリームを送り出すために、その反対側の後端部に出口すなわち移動穴４６をまた含んでいる。出口穴４６は、プレートを通して延びるので、対応する主要通路２８、３２の裏面に配置された第一および第二向流形通路３２、３４に直接にフロー伝達を供給する。
【００８４】
第一プレートは、その前端部にさらに別の入口４４を含み、第二主要通路３２へ副流動体ストリーム２０を導く。そして、別の出口穴４６が、第一プレートの後端部に配置され、第二主要通路から副ストリームを送り出す。
【００８５】
それに相応するものとして、図８に図解されている第二プレート６２の各々は、その前端部にそれぞれ出口穴４８を含み、二つの向流形通路３０、３４に共通の出口を提供する。
【００８６】
図８及び図１０に示されているように、二つのプレート６０、６２は、互いに隣接する補完的なヘリングボーン波形のしわ６６と、そしてプレートの対応するサイド間に第一及び第二主要フロー通路２８、３２をさらに画成するべく、そしてプレートの反対側のサイドに協同する第一及び第二向流形通路３０、３４をまた画成する、取り囲んでいる周辺シール６８とを含み、主要通路および向流形通路は積み重ねられたプレート間で交互に入れ替わっている。
【００８７】
波形をつけられたプレート熱交換器は従来型であり、図１に概略的に図解されている様式において、協同する二つの熱交換器を取り入れるために、適切に修正されて、構成されても良い。波形のしわ６６はその他の点では薄い、平らなプレート６０、６２において局所的に形成され、平らなランドで境界をつけられた異なる熱交換器２４、２６を画成する。仕切りおよび周辺シール６４、６８は、熱交換器の境界をシールすべく、平らなランドに位置づけられている。
【００８８】
図８から図１０に示されているように、主気流１８は、交互性のプレート間の第一主要通路２８を通して平行して適切に導かれ、そして次のプレート間の空間へその後方出口穴４６を介して送り出される。それらの空間は、二つの向流形通路３０、３４を含み、それらを通って、主ストリームは、そのプレートの前端部に向かってもとへ導かれる。
【００８９】
それに相応するものとして、熱い副ストリームは、積み重ねられたプレート間の第二主要通路３２を通して平行して導かれ、その後方出口穴４６を介して送り出される。
【００９０】
冷却剤および飽和剤噴射手段３６は、積み重ねられたプレート構造において適切に取り入れられ、第一プレート６０における後方出口４６の下流の第一及び第二向流形通路３０、３４へ共通の蒸発流動体３８を噴射し、その出口は両方の第一及び第二向流形通路３０、３４と第一主要通路２８とをつなげる。このようにして、蒸発流動体は、両方の向流形通路へ噴射され、二つの主要通路２８、３２における主及び副ストリームの蒸発冷却を提供する。
【００９１】
必要なら、図８に図解されているような適切に短い隔壁シール４０ｅは、仕切りシール６４に対して反対側に、積み重ねられた第一及び第二プレート６０、６２間の少なくとも一部分に配置され、対応する第一及び第二向流形通路３０、３４を分けても良い。このようにして、主ガスストリームは二つの向流形通路の共通の入口端部でそれらに沿って向流を分けるために分配され、そして幾つかのプレートにおいて共通の出口穴４８から送り出す前のプレートの前端部で再合流する。
【００９２】
図８から図１０に図解されているヘリングボーン波形のしわ６６は各プレートの両サイド上で同じであるが、二つのプレートタイプ６０、６２にとって異なる補完的な構造を有する。このようにして、それらは一緒に積み重なれ、その中に異なる流路を画成すべくシールされ得、フローストリームは、重複した波形のしわ間のそれらが境を接し隣接するところの曲がりくねった流路に従う。
【００９３】
プレートのための対応する入口及び出口は、その中のそれぞれの孔及びそれらの間のインタープレートシールによって画成され、従来の様式においてその中に割り込みによって画成される。第一プレート６０は流れ制御のために四つの使える状態の口を有し、第二プレート６２は流れ制御のために二つの使える状態の口を有し、第一主要通路２８の後方出口４６だけは、交互性のプレート間に形成される二つの向流形通路３０、３４に主ストリーム１８を内部に送り込むべく、積み重ねられたプレートに共通している。
【００９４】
従って、二つのプレート６０、６２は、それらの間に五つの使える状態の口を集合的に有し、それらは連続的な入口、出口そして移動流路またはそれを通してマニフォールドを提供するために対応する配列に沿って、プレートの連続したスタックに完全に同じように位置付けられる。
【００９５】
このようにして、二つの入口導管は、図８から図１０に示されているように、各プレートの第一および第二主要通路２８、３２にだけ、主及び副入口ストリーム１８、２０を分離供給するために、一つの終板５８に提供されても良い。適切なインタープレートシールは、吸気流量を制限し、第一及び第二向流形通路３０、３４へのこれらストリームの吸気流量を抑制する。
【００９６】
第一主要通路２８の後方出口４６は、第一および第二向流形通路３０、３４への共通の入口をまた画成し、それら移動口はプレートのスタックを通して一列に並ばされ、プレートのスタックへの内部の流れを封じ込めるべく周辺シール６８に制約される。
【００９７】
そして、二つの出口導管は、対応する第二向流形通路３４及び第二主要通路３２からの主及び副出口ストリームを分離して送り出すために、適切なインタープレートシールによって制限されて、反対側の終板５８に提供されても良い。
【００９８】
前述の通り、図１では、蒸発の二重カウンターヒート交換器である分配向流形サチュレーターの形式、およびその点で二つの協同する二つの熱交換器の簡単な概略的な描写を図解している。主ガスストリームは、協同する向流形通路内での流動体の蒸発によって主要フロー通路においてかなり冷却される。次に、冷たく乾いた主ストリームは、第二熱交換器を通してはもちろん第一熱交換器を通してももとへ向流として分配される。熱い副ストリームは、あらかじめ冷却され乾いた主ストリームを湿らせて飽和させるべく対応する向流形通路において流動体を蒸発させるために、第二熱交換器の主要通路を通して導かれる。そして、主ストリームは、図解されている模範的なタービンシステムにおける燃焼プロセスに対して質量を加えるように、任意の適切な目的のためにサチュレーターから送り出される。
【００９９】
図２から図１０には、図１に図解されているように特に協同する蒸発の二重カウンターヒート交換器の様々な形態を図解している。チューブ・イン・シェルおよびプレートデザインを含む従来の熱交換器の任意の様式は、図１に図解されているように用いるために構成されそして修正されても良い。図２から図１０は、上で開示された、改善された分配向流形構造を成し遂げるために使われ得るところの、別の従来の熱交換器の様々な形態のための単なる典型でしかない。
【０１００】
分配向流形サチュレーターは、任意の他の応用のために構成されても良く、それにおいて、一の流動体を別のに飽和させることが望まれ得る。そして、蒸発の二重カウンターヒート交換器は、飽和された主ストリーム、または冷却された副ストリーム、または蒸発流動体の冷却された復水の有効な利用のために、他の応用において構成されて用いられても良い。
【０１０１】
本発明の好ましく、模範的な実施形態として考えられるものがここで記述されてきたけれども、本発明の他の変更はここでの教示から当業者にとって明らかであろう。それ故、本発明の真の精神および趣旨の範囲内に含まれるような全てのそのような変更が、添付請求項において保証されることを希望する。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】模範的なタービンサイクルの応用例における、分配向流形、二重交換器のサチュレーターの略図である。
【図２】高圧の応用例のための模範的なチューブ・イン・シェルによる図１の二重交換器のサチュレーターの略図である。
【図３】図２に図解された下側にある熱交換器のための、線３−３に従う横断面図である。
【図４】図２の二重熱交換器において模範的なフィン付きチューブの等角投影図である。
【図５】代わりの実施形態における二重熱交換器を含む単一シェルの二重交換器のサチュレーターの略図である。
【図６】別の実施形態による図１に図解されたサチュレーターのチューブ・イン・シェル構造の部分断面概略図である。
【図７】図６に図解されたサチュレーターの部分の、線７−７に従う正面断面図である。
【図８】別の実施形態における図１に対応する波形のしわを付けられたプレートの二重交換器のサチュレーターの部分分解組立断面図である。
【図９】図８に図解されたプレートのサチュレーターの部分のための、線９−９に従う横断面図である。
【図１０】図８に図解されたプレートのサチュレーターの部分のための、線１０−１０に従う別の横断面図である。
【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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【国際調査報告】
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