(57)【要約】  マイクロガスタービンのレキュペレータとして使用されるのに適した熱交換器（１０１）は、セル（２０）のスタック（１１）を有する。セル（２０）の各々は、互いに離間したプレート（２２、２３）の対（２１）と、プレート（２２、２３）の外側表面及びプレート（２２、２３）の間に配置された熱交換要素を含む層とを含む。熱交換要素を含む層の各々は、好ましくは、複数の要素を組み込んだ少なくとも１つの離散空間構成要素（５１）を有する。熱交換器（１０１）の供給ヘッダ（３０）及び排出ヘッダ（４０）の両方は、好ましくは、セル（２０）のスタック（１１）の位置で２つの構成要素（３１，３３；４１，４３）のみから構成される。熱膨張効果を補償する手段も複雑ではない設計であり、供給導管（２６）のベローズ形状のパイプ部分（２７）を有してもよい。
2021500527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器において使用するためのセルであって、特に互いに対向するプレートの２つの内側表面の間の前記セルの内部流体流路と、特に互いから離れる方を向く前記プレートの２つの外側表面にある前記セルの外部流体流路とを画定するように構成かつ配置される、互いに離間した前記プレートの対を含み、前記プレートは、前記内部流体流路への少なくとも１つの入口及び前記内部流体流路からの少なくとも１つの出口が配置される位置を除き、その周囲に沿って互いに接続され、複数の熱交換要素が前記流体流路の各々に配置され、前記セルは、前記少なくとも１つの入口から前記内部流体流路へ延びる少なくとも１つの供給導管を有し、前記少なくとも１つの供給導管は、前記少なくとも１つの供給導管が延びる方向に圧縮可能かつ伸張可能である少なくとも１つの可撓性部分を有する、セル。
【請求項２】
前記少なくとも１つの供給導管の前記少なくとも１つの可撓性部分は、ベローズ形状のパイプ部分を含む、
請求項１に記載のセル。
【請求項３】
前記少なくとも１つの供給導管は、前記少なくとも１つの入口の方向に前記内部流体流路に広がるノズルパイプ部分を有する、
請求項１又は２に記載のセル。
【請求項４】
前記流体流路の前記複数の熱交換要素は、前記複数の熱交換要素の少なくとも一部を組み込みかつ前記プレートのうちの少なくとも隣接する１つに接続されている少なくとも１つの離散空間構成要素によって画定される、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセル。
【請求項５】
前記内部流体流路内に位置しかつ両方の前記プレートに接続される少なくとも１つの離散空間構成要素を有する、
請求項４に記載のセル。
【請求項６】
コイルに巻かれたワイヤ、ワイヤメッシュ、箔、ルーバ、細長いリブ、金属発泡体のうちの１つを含む少なくとも１つの離散空間構成要素を有する、
請求項４又は５に記載のセル。
【請求項７】
コイルに巻かれたワイヤを含む複数の空間構成要素を有し、前記空間構成要素は、実質的に平行な配置で互いに並んで延びる、
請求項６に記載のセル。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセルのスタックと、前記セルの前記スタックを囲むハウジングとを有する熱交換器。
【請求項９】
それぞれの前記セルの前記内部流体流路から流体を排出するための排出ヘッダを有し、前記排出ヘッダは、スロット付き排出開口を備える接続プレートを有し、前記接続プレートは、前記セルに接して配置され、前記スロット付き排出開口の各々は、前記セルの前記内部流体流路の前記出口と位置合わせされる、
請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記排出ヘッダは、前記セルの前記スタックの位置で、前記接続プレート及びクロージャ構成要素のみで構成され、前記接続プレート及び前記クロージャ構成要素はパイプ状の全体を共に形成する、
請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
それぞれの前記セルの前記内部流体流路に流体を供給するための供給ヘッダを有し、前記それぞれのセルの前記内部流体流路への前記少なくとも１つの入口は、前記セルの前記少なくとも１つの供給導管を通って前記供給ヘッダに接続されている、
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記供給ヘッダは、供給開口を有する接続プレートを有し、前記セルの前記少なくとも１つの供給導管は、前記供給開口の位置で前記接続プレートに接続される、
請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記供給ヘッダは、前記セルの前記スタックの位置で前記接続プレート及びクロージャ構成要素のみから構成され、前記接続プレート及び前記クロージャ構成要素は一緒にパイプ状の全体を形成する、
請求項１１又は１２に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記供給ヘッダに前記セルを支持するためのホルダ構成要素を有する、
請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記ホルダ構成要素は、ラック又は複数の隣接するラックのような形状にされ、前記ラックは、前記それぞれのセルの一部を受け入れ、保持するように設計されている、
請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項１６】
コンプレッサ、タービン、燃焼器、及び請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の熱交換器を有するマイクロガスタービンであって、前記コンプレッサはガスを取り入れて加圧するように設計され、前記燃焼器は、前記コンプレッサから加圧された前記ガスを取り入れて、燃料の燃焼に基づいて高温ガスを発生させるように設計され、前記タービンは、前記燃焼器によって生成された前記高温ガスを取り入れて膨張させるように設計され、前記熱交換器は、前記加圧されたガスが前記タービンから得られる膨張ガスと熱交換することを可能にすることによって、前記燃焼器に供給される前に、前記加圧されたガスを予熱するように構成されかつ配置されている、マイクロガスタービン。
【請求項１７】
前記熱交換器の前記セルの前記内部流体流路は、前記コンプレッサから前記加圧されたガスを取り込むために前記コンプレッサと連通し、前記熱交換器の前記セルの前記外部流体流路は、前記タービンから前記膨張ガスを取り込むために前記タービンと連通する、
請求項１６に記載のマイクロガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
第一に、本発明は、熱交換器に使用するためのセルであって、特に互いに対向するプレートの２つの内側表面の間の、セルの内部流体流路と、特に互いから離れる方を向くプレートの２つの外側表面にあるセルの外部流体流路とを画定するように構成されかつ配置される互いに離間されたプレートの対を含み、プレートは、内部流体流路への少なくとも１つの入口及び内部流体流路からの少なくとも１つの出口が配置されている位置を除き、その周囲（periphery）に沿って互いに接続され、複数の熱交換要素が流路のそれぞれに配置される、熱交換器に使用するためのセルに関する。
【０００２】
第二に、本発明は、前述のセルのスタックと、セルのスタックを囲むハウジングとを有する熱交換器に関する。
【０００３】
第三に、本発明は、コンプレッサと、タービンと、燃焼器と、前述の熱交換器とを有するマイクロガスタービンに関し、コンプレッサは、ガスを取り入れて加圧するように設計され、燃焼器は、コンプレッサから加圧されたガスを取り入れて、燃料の燃焼に基づいて高温ガスを生成するように設計され、タービンは、燃焼器によって生成された高温ガスを取り入れて膨張させるように設計され、熱交換器は、加圧されたガスがタービンから得られた膨張ガスと熱交換することを可能にすることによって、燃焼器に供給される前に、加圧されたガスを予熱するように構成され且つ配置されている。
【０００４】
本発明は、ガスタービン、特にマイクロガスタービンの分野に特に適用可能である。マイクロガスタービンは、例えば、最大３０ｋＷの電力、又は最大１００ｋＷの電力を発生するように寸法決めされ得る。マイクロガスタービンの可能な用途は、熱電供給（Combined  Heat  &  Power）（ＣＨＰ）のための用途であり、これは、他の用途も可能であるという事実を変えることはない。マイクロガスタービン及び／又はマイクロガスタービンベースのＣＨＰシステムは、一例を挙げると、大規模な家屋、オフィス、工場、学校、店舗等における従来のボイラの代わりに使用され得る、又は、他の例を挙げると、ハイブリッド電気自動車の航続距離を広げるためにそのような車両に使用され得る。一般にマイクロガスタービンは、高効率、低重量及び低排出ガスと組み合わせて、高信頼性、低メンテナンス要求及び低騒音レベルで知られている。
【背景技術】
【０００５】
マイクロガスタービンは、典型的には、コンプレッサと、タービンと、レキュペレータ（recuperator）と呼ばれる特定のタイプの熱交換器とを有する。マイクロガスタービンの運転中、周囲空気が圧縮機に噴射され、加圧される。圧縮された空気はレキュペレータに移送され、そこで予熱される。さらに、予熱された空気は、必要な温度レベルの高温ガスを得るためにより多くの熱を加え、高温ガスを排出するために、燃焼器に供給され、燃料の燃焼によって熱を発生させる。高温の加圧されたガスは、タービンに供給され、そこで膨張し、それにより、タービンに結合されたコンプレッサ及び発電機の両方に機械的動力を供給する。発電機の機械的動力は、マイクロガスタービンからの第１のタイプの出力（first  type  of  output）として電力に変換される。依然として高温である膨張したガスは、前述のように、コンプレッサによって圧縮された入ってくる空気を予熱するために、タービンからレキュペレータに移送される。レキュペレータを通過した後にガス中に依然として残存する残留熱は、気液熱交換器（gas-to-liquid  heat  exchanger）で水に伝達されるので、マイクロガスタービンからの第２のタイプの出力として熱水（hot  water）が得られる。代替として、北米でよくあるように、強制空気加熱が建物で使用される場合には、空気加熱システムからの周囲空気は空調機（air  handler）によって加熱されることができる。
【０００６】
マイクロガスタービンで使用されるレキュペレータは、ガス−ガス熱交換器である。このようなレキュペレータは、レキュペレータが、高温、高温勾配、加圧された流入空気と排気ガスとの間の高圧力差、及び高い始動‐停止率を含む厳しい環境下で作動可能である必要があるという事実を考慮して設計及び製造することが困難であることが一般に知られている。マイクロガスタービンの最適運転を保証するためには、レキュペレータによって促進される熱交換プロセスの熱交換率（effectiveness）は、８０％超、さらには９０％超の高さである必要がある。さらに、圧力損失には、出力に悪影響を及ぼすタービンを通過する膨張比の低下が伴うため、レキュペレータの圧力損失は低く、好ましくは５％未満に保たれるべきである。これらの厳しい仕様に準拠するには、熱交換器内の最適な流量分布が必要とされ、利用可能な最大の表面積が熱交換に寄与することを可能にする。
【０００７】
特許文献１は、その可能な実施形態の１つにガスタービン用のレキュペレータである熱交換器を開示している。熱交換器では、第１のヘッダ（パイプ）が、第１の流体の流入のために配置され、第２のヘッダ（パイプ）が、熱交換器で加熱された後に、第１の流体の流出のために配置される。熱交換器の本体は、反対側のエッジがそれぞれヘッダに面している状態で、流入ヘッダと第１の流体の流出ヘッダとの間に配置された、互いに離間した実質的に矩形のプレートの積み重ねからなる。プレートは、第１の流体の流入及び流出のためのダクトのみを除いて、それぞれのシールされたユニットを提供するように、それらのエッジの周りにシールされる離間した対で配置される。
【０００８】
また、プレートの対は、互いに離間され、その間に間隔を提供し、これは、第２の流体のための流体流路を構成し、第２の流体は従ってプレートの対の外側を流れる。流入ヘッダの内側は、それぞれの可撓性の湾曲したチューブによってそれぞれのプレート対の内側と連通する。同様に、流出ヘッダの内側は、それぞれの可撓性の湾曲したチューブによってそれぞれのプレート対の内側と連通する。
【０００９】
各対のプレートは、その上に複数のピンを配置し、ピンは、熱交換表面を強化する機能を有する。これらのピンは、両方とも、離間したプレートをブリッジし、プレート対の間の間隔に延びる。熱交換器の製造プロセスにおいて、プレートとピンとの間の接続は、レーザ溶接によって形成され、ピンの各々は、２つのプレートの一方に固定される。熱交換器が数十万のピンから構成され得るという事実を考慮すると、これは非常に労力のかかるプロセスである。また、湾曲したチューブを作り、それらをヘッダとプレートペアとの間に接続することは、集約的なプロセス（intensive  process）である。ヘッダは、それぞれのプレート対に接続されたセグメントから構成される。従って、熱交換器の製造プロセスは、セグメントを積み重ね、それらを溶接等の接続動作にかけることによってヘッダを組み立てるステップを含む。
【００１０】
マイクロガスタービンにレキュペレータを使用することは、マイクロガスタービンの効率の大幅な改善を伴う。しかし、その複雑な設計と関連する面倒な製造プロセスのために、レキュペレータは、マイクロガスタービンの製造コストをかなりの程度まで決定するマイクロガスタービンの非常に高価な部品である。本発明の目的は、好ましくは効率の低下又は信頼性の低下などの不利な効果を導入することなく、セル及び考えられる熱交換器の他の構成要素の設計を単純化することにより、マイクロガスタービンにおけるレキュペレータとしての使用に適した熱交換器の設計を単純化することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００６／０７２７８９号
【発明の概要】
【００１２】
前述したことを考慮して、本発明は、熱交換器において使用するためのセルであって、特に互いに対向するプレートの２つの内側表面の間のセルの内部流体流路と、特に互いから離れる方を向くプレートの２つの外側表面にあるセルの外部流体流路とを画定するように構成されかつ配置される、互いに離間したプレートの対を含み、プレートは、内部流体流路への少なくとも１つの入口及び内部流体流路からの少なくとも１つの出口が配置される位置を除き、その周囲に沿って互いに接続され、複数の熱交換要素が流体流路の各々に配置され、セルは、少なくとも１つの入口から内部流体流路へ延びる少なくとも１つの供給導管を有し、少なくとも１つの供給導管は、少なくとも１つの供給導管が延びる方向に圧縮可能かつ伸張可能（expandable）である少なくとも１つの可撓性部分を有する、セルを提供する。
【００１３】
本発明によるセルの注目すべき特徴は、セルの少なくとも１つの供給導管、すなわち、内部流体流路へのアクセスを提供するように配置され、その端部への内部流体流路への入口に関連する導管が、少なくとも１つの可撓性部分、特に、少なくとも１つの供給導管が延びる方向に圧縮可能かつ伸張可能である少なくとも１つの可撓性部分を有することである。例えば、少なくとも１つの供給導管の少なくとも１つの可撓性部分は、ベローズ形状のパイプ部分を含むように設計され得る。この方法では、特許文献１から知られている可撓性の湾曲したチューブのような複雑な設計上の特徴は省略することができ、熱膨張効果を補償する設計の能力は維持される。セルの片側のみに可撓性を持たせるのみで十分である場合もあり得る。このような場合、構成要素の可能な材料及び形状の選択がその側で最大であるのに対して、反対側では、より高い温度要件のために選択が制限されるので、可撓性がセルの比較的冷たい側で実現されることが好ましい。さらに、少なくとも１つの供給導管は、少なくとも１つの入口の方向に内部流体流路に広がるノズルパイプ部分を有し得る。このようなノズルパイプ部分は、複雑な設計である必要はなく、単純に、例えば、部分的に平坦化されたパイプ部分であり得る。
【００１４】
本発明によるセルの実用的な実施形態では、流体流路の複数の熱交換要素は、複数の熱交換要素の少なくとも一部を組み込みかつプレートのうちの隣接する１つに少なくとも接続されている少なくとも１つの離散空間構成要素（discrete  spatial  component）によって画定される。この方法では、熱交換に利用可能な表面積を増加させ、プレートにわたる流体の均等な分布を得るために、プレートにわたる流体拡散効果を最適化するために、複数のピン又は類似の要素を設けることに依存する必要はない。代わりに、様々な流体流路内の複数の熱交換要素を実現するために、離散空間構成要素が使用される。従って、レキュペレータ用セルの製造プロセスでは、個別に又はグループで位置決めされる必要のある数十万のピンをレーザ溶接する必要がなく、キャスティングダイ、球状溶接装置及びカスタマイズされたピン溶接機のような特殊な工具を必要としない。また、一次表面レキュペレータと呼ばれるタイプのレキュペレータを製造するプロセスにおいて従来使用されているような高価なスタンプのような他の工具も必要としない。完全性のために、特許文献１から知られる熱交換器のピンの機能性に関する上記の説明に従い、熱交換要素は、熱交換器の熱交換表面を増加させるように構成される要素であることに留意されたい。有利には、熱交換要素はまた、プレートにわたって流体を広げる機能を有する。実際、熱交換器の効率を最適化することは、流れ分布の最適化と密接に関係している。実際の状況では、熱交換要素の設計は、同時に、熱交換要素の存在が熱交換器内の圧力降下に寄与する程度を最小化することを目的としている。
【００１５】
第１の実現可能な例によれば、セルは、コイルに巻かれたワイヤを含む少なくとも１つの別個の空間構成要素を有し得る。その場合、セルが複数のそのような空間的構成要素を有し、空間的構成要素が、流体の流れが遮断されず、流れの分布が最適化されるそのような特定の方法で配置されると同時に、実質的に平行な配置で互いに並んで延びるように位置決めされる場合に実用的である。コイルの巻きは、熱交換プロセス及び熱交換プロセスを受ける流体の拡散に対して、従来のピンと同様の効果を有する。コイルは、セルの寸法を許容限度内でプレートに垂直に維持するように、概して平坦化された設計であり得る。第２の実現可能な例によれば、セルは、ワイヤメッシュを含む少なくとも１つの別個の空間構成要素を含み得る。その場合、セルの領域を熱交換要素で覆うことはさらに簡単である。ワイヤメッシュは、任意の好適な形態で提供され得、ワイヤメッシュは、任意の適切な方法で折り畳まれ得る。さらに、ワイヤメッシュは、特に、繊維の織り構造（woven  structure）又は繊維の不織布構造を含み得る。例えば、ワイヤメッシュのワイヤは、オープンマットレス（open  mattress）の形態で織り構造に構成され得る。ワイヤメッシュ、ワイヤコイル、又は別のタイプの離散空間構成要素を提供することは、一回の工程において又は一回の工程においてのみ、複数の熱交換要素を提供することを含み、一方、ピンを提供することは、一つずつの工程において、複数の熱交換要素を提供することを含む。別のタイプの離散空間構成要素の例には、箔、ルーバ、任意の好適な形状の細長いリブ、金属発泡体などが含まれる。
【００１６】
少なくとも１つの離散空間構成要素がプレート間に画定される内部流体流路で使用されるとき、離散空間構成要素は、特に別の離散空間構成要素が同様に内部流体流路にも存在しかつプレートの他方に接続される場合、プレートのうちの１つのみに接続され得る。一方、内部流体流路内には、離散空間構成要素を含む１つの層のみが存在し、少なくとも１つの離散空間構成要素が両方のプレートに接続されるようにし得る。いずれの場合も、本発明は、２つのプレート、熱交換要素を含む２つの外層、及び熱交換要素を含む中間層を有する一種のサンドイッチ構造を有するセルを実現する可能性を提供する。
【００１７】
そうすることは実用的ではあるが、本発明によるセル全体を通して、１つの設計の離散空間構成要素のみを使用する必要はない。例えば、本発明は、それぞれの流体流路内のワイヤコイル及びワイヤメッシュの両方を含むセルの実施形態、及び２つのタイプのワイヤコイル、すなわち、２つの反対方向、すなわち時計回り及び反時計回り方向に巻かれたワイヤコイルを備えるセルの実施形態をカバーし、この場合、２つのタイプの絡み合ったコイルの対が使用され得る。
【００１８】
プレート上の離散空間構成要素の伝熱効果が、従来のピンが使用されるときより小さい場合、より大きな寸法を有するプレートを設計すること及び／又は熱交換器での使用を意図されたセルの数を増加させることによって、伝熱効果を必要とするレベルに容易に設定することができ、これは、熱交換器の基本的な構成の変更を必要としない、
【００１９】
当該技術分野における場合と同様に、プレートは、略平面設計であり得、プレートが湾曲しておらず、実質的に長方形の周囲を有する場合には、実用的であり得る。いずれにせよ、セルのプレート及び他の構成要素が金属材料で作られている場合、実用的である。セルが、使用中に、少なくとも片側で、６５０℃よりも高く、７５０℃、８００℃又はそれよりも高い温度にさらされるという事実を考慮すると、オーステナイト系のニッケル−クロムベースの高性能合金のファミリーからの材料であるインコネルとして一般に知られている材料を使用することが有利であり得る。本発明の文脈で使用されるとき、ニッケル合金のニッケルの含有量は、典型的には２０％よりも高くてもよい。耐熱材料の例としては、Ａｉｓｉ３１０、インコネル（合金）８００、インコネル（合金）６００、インコネル（合金）６２５が挙げられる。コストを節約するために、最も高い温度にさらされるセルの側のみでインコネルを使用し、他の材料を他の側で使用することが実用的であることに留意されたい。コイルに巻かれたワイヤを含む離散空間構成要素が使用される場合、セルの一方の側にのみインコネルワイヤコイルを配置し、他方の側に別の材料から作られたワイヤコイルを配置することによって、これを容易に実現することができる。
【００２０】
本発明はまた、前述のセルのスタックと、セルのスタックを囲むハウジングとを有する熱交換器に関する。
【００２１】
それぞれのセルの内部流体流路から流体を排出する目的で、熱交換器が排出ヘッダ（discharge  header）を有することが実用的である。本発明によれば、排出ヘッダは、相互接続される必要があるセグメントの従来のスタックよりもはるかに単純な設計とすることができ、スロット付き排出開口を備える接続プレートを有し、接続プレートは、セルに接して配置され（arranged  against）、スロット付き排出開口の各々は、セルの内部流体流路の出口と位置合わせされる。この排出ヘッダの設計により、排出ヘッダは、セルのスタックの位置で、接続プレート及びクロージャ構成要素のみで構成され、接続プレート及びクロージャ構成要素はパイプ状の全体を共に形成するオプションが可能となる。全体の長手方向の寸法が概して２つ以下の構成要素に基づいてパイプ状全体を形成することは、セグメントの積み重ね、実際的には２つより多いセグメントに基づいてパイプ状全体を形成することよりも単純な製造プロセスを伴うことが理解されるであろう。また、上述のような接続プレートとクロージャ構成要素を設けることは、セルを最初に接続プレートに溶接し、続いてクロージャ構成要素を用いてヘッダを閉じることができるので、セルをヘッダに溶接するプロセスの簡素化を可能にする。もしヘッダが最初からパイプの形で提供される場合、セルのヘッダへの溶接は、パイプの内側で行われるべきであり、これはずっと面倒である。適当な耐熱材料のパイプ部品を使用することは可能であるが、連結プレートとクロージャ構成要素の両方を、所望の形状に曲げられた薄板から製造することも可能である。
【００２２】
さらに、それぞれのセルの内部流体流路に流体を供給する目的のために、熱交換器が供給ヘッダを有し、また、それぞれのセルの内部流体流路への少なくとも１つの入口が、セルの少なくとも１つの供給導管を通って供給ヘッダに接続されることも実用的である。本発明によれば、供給ヘッダは、相互接続される必要のあるセグメントの従来のスタックよりもはるかに単純な設計であり得、供給開口を有する接続プレートを備え、セルの少なくとも１つの供給導管は、供給開口の位置で接続プレートに接続される。排出ヘッダに関する可能性に関する上記の説明に従って、それは、供給ヘッダが、セルのスタックの位置で接続プレート及びクロージャ構成要素のみから構成され、接続プレート及びクロージャ構成要素が一緒にパイプ状の全体を形成するように構成することができる。
【００２３】
熱交換器は、供給ヘッダ上にセルを支持するためのホルダ構成要素を有し得る。このようなホルダ構成要素は、ラック又は複数の隣接するラックのような形状にされ得、例えば、この場合、ラックは、それぞれのセルの一部を受け入れ、保持することができるように設計され得る。反対に、周知の設計では、セルは相互接続され、それによって、高い内部熱応力レベルを含む一種のモノリシックブロック構造が得られる。
【００２４】
本発明はまた、上述したような設計のコンプレッサ、タービン、燃焼器、及び熱交換器を有するマイクロガスタービンに関し、コンプレッサはガスを取り入れて加圧するように設計され、燃焼器は、コンプレッサから加圧されたガスを取り入れて、燃料の燃焼に基づいて高温ガスを発生させるように設計され、タービンは、燃焼器によって生成された高温ガスを取り入れて膨張させるように設計され、熱交換器は、加圧されたガスがタービンから得られる膨張ガスと熱交換することを可能にすることによって、燃焼器に供給される前に、加圧されたガスを予熱するように構成されかつ配置されている。前述したように、マイクロガスタービンの効率は、レキュペレータを使用するとき大幅に向上する。実用的な実施形態では、熱交換器のセルの内部流体流路は、コンプレッサから加圧されたガスを取り込むためにコンプレッサと連通し、熱交換器のセルの外部流体流路は、タービンから膨張ガスを取り込むためにタービンと連通している。したがって、このような実施形態では、マイクロガスタービンの運転中、熱交換器のセルの各々のプレート間で比較的高い圧力が行きわたる。特に、熱交換器のセルが、内部流体流路に配置されかつ両方のプレートに接続されている少なくとも１つの離散空間構成要素を有する場合、熱交換器は、比較的高い圧力に非常によく耐えることができる。
【００２５】
本発明が実施される場合、特に、少なくとも１つの離散空間構成要素がセル内に適用される複数の熱交換要素の少なくとも一部を組み込む場合、少なくとも１つの空間構成要素を含む第１の外層と、第１のプレートと、少なくとも１つの空間構成要素を含む少なくとも１つの中間層と、第２のプレートと、少なくとも１つの空間構成要素を含む第２の外層とを順次含む積層体を得るように、プレートの少なくとも１つの表面から延びる複数の熱交換要素を画定するための２つのプレート及び少なくとも３つの離散空間構成要素が設けられ、積層される方法に基づいて、セルは製造され得、プレートと空間構成要素との間の接続は、積み重ねられた全体を得るために行われる。先に説明したように、プレートの少なくとも１つの表面から延びる複数の熱交換要素を画定するために離散空間構成要素を使用することにより、熱交換要素が１つずつプレートに接続される従来のプロセスよりもはるかに複雑でない製造プロセスを有することが可能になる。
【００２６】
プレートと離散空間構成要素との間の接続は、任意の適切な接続技術によって行うことができる。板と空間構成要素が金属材料で作られると仮定すると、真空ろう付は、このような技術の有利な例であり、真空ろう付けが適用される場合、接続を形成するためには、基本的には、プレートに適切な充填剤を供給し、プレート及び空間構成要素のスタックを組み立て、スタックに圧力をかけながらスタックをオーブン内で加熱することだけを必要とするという事実を考慮している。
【００２７】
前述のように、セルの製造方法には以下のオプションが適用可能である。第一に、少なくとも１つの離散空間構成要素を含む少なくとも１つの層が、空間構成要素が実質的に平行に配置されて互いに並んで延びる構成でコイルに巻かれたワイヤを含む複数の空間構成要素をプレート上に配置することによって実現されるようにしてもよい。第二に、２つのプレート及び少なくとも３つの離散空間構成要素の積み重ねられた全体が、２つのプレートの他にワイヤメッシュを含む３つの空間的構成要素のみを提供することによって作られ得、その場合、本発明によるセルの製造プロセスはさらに単純化される。第三に、プレート間で規定される内部流体流路への少なくとも１つの入口及び内部流体流路からの少なくとも１つの出口を有する位置を除いて、プレートがその周囲に沿って互いに接続されることが実用的である。本発明は、他の可能性もカバーするが、このプロセスでは、溶接が適切な接続技術として使用され得る。いずれにせよ、本発明によれば、セルの製造方法におけるステップとして、セルが上記のように離散空間構成要素を有するように設計されているか否かにかかわらず、２つのプレート及び少なくとも３つの離散空間構成要素の積み重ねられた全体は、少なくとも１つの供給導管が延びる方向に圧縮可能かつ伸張可能である少なくとも１つの可撓性部分を有する少なくとも１つの供給導管を備え、少なくとも１つの供給導管は、内部流体流路への少なくとも１つの入口の位置で積み重ねられた全体に接続される。
【００２８】
個々のセルは、熱交換器の製造に使用するのに適している。このような熱交換器は、セルをスタックに配置し、セルのスタックをハウジング内に収容することによって作られる。
【００２９】
上述のように、以下のオプションは、いくつかのセルの熱交換器を構成するプロセスに適用可能である。第一に、それぞれのセルのプレート間に画定された内部流体流路から流体を排出するための排出ヘッダが、スロット付き排出開口を有する接続プレートを提供し、接続プレートをセルに接して配置し、スロット付き排出開口の各々をセルの内部流体流路の出口に位置合わせし、クロージャ構成要素を提供し、接続プレートとクロージャ構成要素とをパイプ状の全体を形成するように相互接続することによって作製され得る。第二に、各セルのプレート間に画定される内部流体流路に流体を供給するための供給ヘッダは、供給開口を有する接続プレートを提供し、セルの少なくとも１つの供給導管を供給開口の位置で接続プレートに接続し、クロージャ構成要素を提供し、接続プレートとクロージャ構成要素とをパイプ状の全体を形成するように相互接続することによって作製され得る。第三に、供給ヘッダ上にセルを支持するようにホルダ構成要素を設け、配置することが実用的であり得、このホルダ構成要素は、特にラック又は複数の隣接するラックのように成形され得、その場合、ラックは、それぞれのセルの一部を受け入れ、保持することができるように設計され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明は、さらに、レキュペレータ及びその種々の構成要素の例の以下の記載に基づいて説明される。図面が参照され、図面においては、等しい参照番号は、等しい又は類似の構成要素を示す。
【００３１】
【図１】本発明によるレキュペレータの斜視図を図式的に示す。
【図２】レキュペレータに存在するセルのスタック、供給ヘッダ、及び排出ヘッダの第１の斜視図を図式的に示す。
【図３】供給ヘッダの接続プレートを見ることができるように供給ヘッダの構成要素が取り除かれた状態の、レキュペレータに存在するセルのスタック、供給ヘッダ、及び排出ヘッダの第２の斜視図を図式的に示す。
【図４】レキュペレータのセルのスタックからの単一セルの斜視図を図式的に示す。
【図５】セルの一部の断面図を図式的に示す。
【図６】セル内に存在するワイヤコイルの配列の一部の平面図を図式的に示す。
【図７】供給ヘッダの一部である接続プレートの斜視図を図式的に示す。
【図８】排出ヘッダの一部である接続プレートの斜視図を示す。
【図９】マイクロガスタービンにおけるレキュペレータの適用を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図面は、以下に説明するように、本発明による特徴を有するレキュペレータ１０１に関する。図示及び説明されるようなレキュペレータ１０１は、本発明の枠組内に存在する多くの可能性の一例にすぎない。
【００３３】
図示の例では、レキュペレータ１０１は、ガス−ガス熱交換器として使用されることが意図され、マイクロガスタービンの状況での適用に特に適し、これは、他の状況へのレキュペレータ１０１の適用も実行可能であるという事実を変えるものではない。
【００３４】
図１は、レキュペレータ１０１の外側の図を提供し、レキュペレータ１０１の様々な構成要素を囲む外側シェルとして機能するレキュペレータ１０１のハウジング１０を示す。図２は、レキュペレータ１０１の内部構成要素、特にセル２０のスタック１１、供給ヘッダ３０及び排出ヘッダ４０のアセンブリを示す。セル２０のスタック１１及び排出ヘッダ４０はまた図３にも示されており、さらに供給ヘッダ３０も部分的に示されている。図４は、レキュペレータ１０１のセル２０のスタック１１からの単一セル２０を示す。
【００３５】
図示のレキュペレータ１０１で使用されるセル２０の各々は、実質的に矩形の外周を有し、略平面であり、すなわち、曲線がない互いに離隔したプレート２２、２３の対２１を含む。プレート２２、２３のこの特定の設計は、本発明の枠組み内では必須ではなく、本発明の様々な特別な特徴の開示は、この特定の設計に限定されるものではない。プレート２２、２３は、内部空間からの入口２４及び出口２５が配置されている位置を除いて、内部空間を区切るようにその周囲に沿って互いに接続されている。特に、プレート２２、２３は、セル２０の製造工程中に、追加のフレーム等を使用する必要なく、一緒に溶接及び／又はろう付けすることができる特別な設計のエッジを備え得る。好ましくは、接続は、実際には２つのプレート２２、２３の中央にある線に沿って行われ、その結果、溶接プロセス中の局部的な熱応力が、セル２０、特にプレート２２、２３のうちの１つの変形を引き起こさないことが保証される。レキュペレータ１０１の動作中、セル２０の内部空間は、内部流体流路として働く。さらに、複数の熱交換要素５０が、内部流体流路に、また、互いから離れる方を向くプレート２２、２３の外側表面２２ａ、２３ａ上に、すなわちセル２０の外部流体流路内に配置される。
【００３６】
図５に見ることができるように、セル２０は、熱交換要素５０の第１の外層１と、第１のプレート２２と、熱交換要素５０の中間層２と、第２のプレート２３と、熱交換要素５０の第２の外層３とを連続的に有する層状構造を有する。熱交換要素５０の中間層２に関して、この層は、両方のプレート２２、２３に接続された熱交換要素５０を有し得るが、この層が、プレート２２、２３のうちの１つのみに接続された熱交換要素５０を有することも可能であり、いくつかの熱交換要素５０が第１のプレート２２に接続され、熱交換要素５０の残りの部分が第２のプレート２３に接続されるようにしてもよいことに留意されたい。しかし、セル２０の最適な機械的強度を有するという観点から、第１のオプションが好ましく、その場合、プレート２２、２３は、その周囲に沿って互いに接続されるだけでなく、複数の熱交換要素５０を介しても接続される。従って、セル２０は、比較的高い圧力を伴う用途に非常に適したものとすることができる。
【００３７】
有利なオプションによれば、熱交換要素５０は、個々の構成要素として提供されるのではなく、複数の熱交換要素５０を有する離散空間構成要素の一部として、それぞれのプレート２２、２３上に配置される。図に示す例では、熱交換要素５０の各層１、２、３は、細長いワイヤコイルの形態のいくつかの離散空間構成要素５１を有する。図６に示すように、各層１、２、３のワイヤコイル５１は、互いに実質的に平行に延びるように配置される。
【００３８】
図示の例によるセル２０は、２つのプレート２２、２３及び複数のワイヤコイル５１を提供し、上述したように実質的に平行に配置された第１の数のワイヤコイル５１、第１のプレート２２、上述したように実質的に平行に配置された第２の数のワイヤコイル５１、第２のプレート２３、及び上述したような実質的に平行な構成における第３の数のワイヤコイル５１のスタック１２を作ることによって作製される。スタック１２は、真空ろう付けのために準備され得る、すなわち、スタック１２を一緒にする前に適切な箇所に適切な充填剤を備され、一緒にされるとスタック１２に圧力をかけ、熱交換要素５０の種々の層１、２、３とプレート２２、２３とが相互接続されるようにオーブンで加熱され得る。次いで、プレート２２、２３をその周囲に沿って相互接続することが、真空ろう付けが行われた後に行われるか、又はこれも同様に真空ろう付けによって行われる。高温真空ろう付けプロセスは、任意の有用な方法で実施され得、必要な相互接続を作るために箔、粉末又はペーストを使用することが可能である。ろう付けプロセスの高コストを避けるために、スタック１２上のエッジ位置にセラミックストリップを保持するための使い捨てセラミックストリップ及び金属クリップを使用することが実用的であり得る。
【００３９】
レキュペレータ１０１の動作中、１つの流体はセル２０の内部流体流路を通って流れるようにされ、他の流体はセル２０の外部流体流路を通って流れるようにされる。熱交換要素５０は、２つの流体間の熱交換を強化する機能を有する。第１に、熱交換要素５０は、熱交換が行われ得る表面の拡大を構成する。第２に、熱交換要素５０は、プレート２２、２３にわたって流体を広げるのを助ける。第３に、プレート２２、２３は、その周囲に沿って相互接続されているだけでなく、熱交換要素５０を介して相互接続され得るので、セル２０内の熱交換要素５０の存在は、セル２０の機械的完全性（mechanical  integrity）に寄与する。セル２０における熱交換要素５０の使用のこの態様は、セル２０が内部空間の位置で比較的高い圧力に耐えることを可能にするという事実を考慮すると、特に有利である。セル２０に使用される種々のワイヤコイル５１は、特に材料の選択に関する限り、特定の動作環境に合わせて調整され得る。非常に高温になると予想され得るセル２０の側に配置されるワイヤコイル５１は、セル２０のより低温の側に配置されるワイヤコイル５１とは別の材料で作られ得る。
【００４０】
熱交換要素５０を画定するためにセル２０で使用される離散空間構成要素は、必ずしも図示のようなワイヤコイル５１を有する必要はない。空間構成要素の代替実施形態は、本発明の枠組み内で実現可能である。例えば、ワイヤメッシュがセル２０内で使用されてもよく、熱交換要素５０の層１、２、３が１つのワイヤメッシュのみによって実現されることができるようワイヤメッシュの寸法が選択されるようにされ得る。概して、空間構成要素は、流体の流れと相互作用するための流体流路内に熱交換要素５０を提供するように設計され、熱交換要素５０が、セル２０にわたる最小の圧力損失で、可能な限り大きい熱交換表面を実現するように成形されると有利である。
【００４１】
プレート２２、２３の対２１及び熱交換要素５０の層１、２、３の他に、セル２０は、入口２４から延びる／突出する供給導管２６を有する。レキュペレータ１０１では、セル２０は、図２及び３に示すように、供給導管２６を介して供給ヘッダ３０に接続される。図示の例では、供給導管２６は、２つの独立した部分、すなわち、熱膨張の影響を補償し、それによって歪みの影響を回避するように設計されたベローズ形状のパイプ部分２７と、入口２４の方向に広がる（diverges）ノズルパイプ部分２８とを有する。レキュペレータ１０１では、供給導管２６は、その一方の側でベローズ形状のパイプ部分２７を介して供給ヘッダ３０に接続され、他方の側でノズルパイプ部分２８を介して入口２４の位置でプレート２２、２３に接続される。ベローズ形状のパイプ部分２７及びノズルパイプ部分２８の両方は、セル２０の供給導管２６の製造プロセスが迅速かつ効率的であり得るように、基本的で単純な設計である。一般的に、供給導管２６が、供給導管２６の長手方向とも称され得る供給導管２６が延びる方向に圧縮可能かつ伸張可能である少なくとも１つの可撓性部分２７のようなものを有する場合、供給導管２６は、熱膨張効果を補償するのに適しており、高コスト、かさばる／広い設計等を伴う複雑な対策は必要とされない。
【００４２】
セル２０のスタック１１の位置では、図３に示すように、供給ヘッダ３０は、供給開口３２を有する接続プレート３１を有する。接続プレート３１は、図７に別個に示されている。セル２０の各々の供給導管２６は、接続プレート３１の供給開口３２のうちの１つの位置で供給ヘッダ３０に接続されている。セル２０のスタック１１の位置では、供給ヘッダ３０のパイプ状の外観が、その長手方向エッジに沿って接続プレート３１に接合されるように設計された湾曲したクロージャ構成要素３３によって得られる。供給ヘッダ３０を組み立てるために、溶接等の適切な接続技術が使用され得る。供給導管２６に構造要件を課す、セル２０が供給導管２６を介してのみ供給ヘッダ３０上に支持される状況を回避するために、ラック状ホルダ構成要素３４が、供給ヘッダ３０の接続プレート３１から延び、熱交換要素５０のプレート２２、２３及び層１、２、３のスタック１２のエッジ部分と係合するように配置される。
【００４３】
セル２０のスタック１１の両側における熱膨張効果を補償する必要はなく、従って、セル２０は、可撓性部分２７が構成要素の完全な可能な変位範囲をカバーするように設計されているならば、その片側のみに可撓性部分２７を有する導管２６を備えることで十分である。したがって、熱交換要素５０のプレート２２、２３及び層１、２、３のスタック１２は、排出ヘッダ４０に直接接続されることができる。これらの観点から、排出ヘッダ４０は、スロット付き排出開口４２を備えた接続プレート４１を有する。接続プレート４１は、図８に個別に示されている。セル２０の各々は、排出開口４２がセル２０の出口２５に開く位置で、接続プレート４１に受けられる。セル２０のスタック１１の位置では、排出ヘッダ４０のパイプ状の外観は、その長手方向エッジに沿って接続プレート４１に接合されるように設計された湾曲したクロージャ構成要素４３によって得られる。排出ヘッダ４０を組み立てるために、溶接等の適切な接続技術が使用され得る。図示の例では、接続プレート４１とクロージャ構成要素４３とが一体化されるときに完全なパイプが得られるように、接続プレート４１及びクロージャ構成要素４３の両方はハーフパイプとして設計されている。
【００４４】
先に述べたように、レキュペレータ１０１は、ガス−ガス熱交換器として使用されることが意図されており、マイクロガスタービンに関連する用途に特に適している。図９は、マイクロガスタービン１００の様々な構成要素のスキームを示しており、流体の流れは大きい矢印によって示されている。マイクロガスタービン１００は、例えば、最大３０ｋＷの電力を生成するように寸法決めされ得る。レキュペレータ１０１の他に、マイクロガスタービン１００は、コンプレッサ１０２、タービン１０３、燃焼器１０４、高速発電機１０５、熱交換器１０６及び排気装置１０７有する。高速発電機１０５は、コンプレッサ１０２及びタービン１０３の共通シャフト１０８に配置される。マイクロガスタービン１００が作動するとき、空気がコンプレッサ１０２に入り、燃料が燃焼器１０４に入れられる。コンプレッサ１０２は、空気を圧縮し、それによって空気を約３バールに加圧するように作用する。圧縮された空気はレキュペレータ１０１に供給され、そこでタービン１０３からの排気ガスとの熱交換の影響下で予熱される。圧縮された空気は、燃焼器１０４に供給され、この燃焼器は、燃料の燃焼によって発生する熱の影響下で高温ガスを排出するように構成され且つ配置されている。高温の加圧されたガスは、タービン１０３内で膨張され、それに基づいて、コンプレッサ１０２及び高速発電機１０５両方に動力を供給するために使用される機械的動力が得られる。このプロセスでは、共通シャフト１０８は、小さな曲がった矢印によって示されるように回転運動を行う。
【００４５】
タービン１０３からの排気ガスは、前述のように、コンプレッサ１０２からの圧縮された空気を加熱するためにレキュペレータ１０１に供給される。レキュペレータ１０１を通過した後、タービン１０３からのガスは、熱交換器１０６を通過し、最後に排気装置１０７を通過するようにされる。熱交換器１０６は、水のような適当な媒体を加熱する働きをする。したがって、マイクロガスタービン１００の出力は、上述したように、熱交換器１０６及び高速発電機１０５において実現され、高速発電機１０５は、機械的動力を電力に変換するために使用されるように設計されていることに留意されたい。
【００４６】
レキュペレータ１０１では、タービン１０３からの低圧高温ガスは、種々のセル２０の外部流体流路を通って流れるようにされ、一方、コンプレッサ１０２からの高圧低温ガスは、種々のセル２０の内部流体流路を通って流れるようにされる。この点に関し、レキュペレータ１０１の比較的高温の側は排出ヘッダ４０にあり、レキュペレータ１０１の比較的低温の側は供給ヘッダ３０にあることに留意されたい。その観点から、セル２０の供給導管２６にベローズ形状のパイプ部分２７が組み込まれている図示の例のように、供給ヘッダ３０の側に熱膨張を補償する手段を有することが有利である。同じことが、セル２０の供給導管２６のノズルパイプ部分２８にも適用可能である。
【００４７】
従って、レキュペレータ１０１は、燃焼器１０４を通過した後にタービン１０３に供給されることになるコンプレッサ１０２からの空気を加熱し、タービン１０３からのガスを冷却する役割を果たし、コンプレッサ１０２からの空気は、供給ヘッダ３０を通ってレキュペレータ１０１のセル２０に輸送され、排出ヘッダ４０を通ってセル２０から離れて輸送される。マイクロガスタービン１００の文脈では、レキュペレータ１０１のタービン側の温度は、７５０°Ｃもの高さ又は８００°Ｃ以上にさえなり得、レキュペレータ１０１のコンプレッサ側の温度は約２５０°Ｃであり得るという事実、及びタービン１０３からのガスの圧力は周囲圧力であるが、コンプレッサ１０２からの空気の圧力は約３バールになり得るという事実を考慮すると、レキュペレータ１０１にわたる温度差及び圧力差の両方もまた、比較的高い。実際には、図に示され、前述のような設計のレキュペレータ１０１は、効率的な熱交換プロセスを実現しながら、極端な状況下でその機能性を維持するように見える。従って、本発明は、依然として熱交換プロセスを所望通りに実施することができ、プロセスに適用可能な種々の要件を満たすことができ、かつ特許文献１から知られるレキュペレータなどの従来の設計のレキュペレータの寿命と同等の寿命を有する比較的複雑でない設計のレキュペレータ１０１を提供する。従来設計のレキュペレータと比較して、５０％超のコスト削減を実現することができる。
【００４８】
当業者にとって、本発明の範囲は、前述の例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく、本発明のいくつかの補正及び修正が可能であることは明らかであろう。
【００４９】
また、当業者にとって、本発明の様々な態様が独立して適用可能であることは明らかであろう。この点に関し、以下の項目が実現可能であることに留意されたい：
−  熱交換器１０１において使用するためのセル２０であって、特に互いに対向するプレート２２、２３の２つの内側表面との間の、セル２０の内部流体流路と、特に互いから離れる方を向くプレート２２、２３の２つの外側表面の、セル２０の外部流体流路とを画定するように構成されかつ配置される互いに離間したプレート２２、２３の対２１を含み、プレート２２、２３は、内部流体流路への少なくとも１つの入口２４及び内部流体流路からの少なくとも１つの出口２５が配置された位置を除き、その周囲に沿って互いに接続され、複数の熱交換要素５０が、流体流路の各々に配置され、流体流路の複数の熱交換要素５０は、複数の熱交換要素５０の少なくとも一部を組み込んでおり、プレート２２、２３のうちの隣接する１つに少なくとも接続されている少なくとも１つの離散空間構成要素５１によって画定される；
−  セル２０のスタック１１と、セル２０のスタック１１を囲むハウジング１０とを有する熱交換器１０１であって、セル２０の各々は、特に、互いに対向するプレート２２、２３の２つの内側表面間の、セル２０の内部流体流路と、特に、互いに離れる方を向くプレート２２、２３の２つの外側表面２２ａ、２３ａにおける、セル２０の外部流体流路とを画定するように構成されかつ配置される互いに離間したプレート２２、２３の対２１を含み、プレート２２、２３は、内部流体流路への少なくとも１つの入口２４および内部流体流路からの少なくとも１つの出口２５が配置された位置を除いて、その周囲に沿って互いに接続され、複数の熱交換要素５０が、流体流路の各々に配置され、熱交換器１０１は、それぞれのセル２０の内部流体流路から流体を排出するための排出ヘッダ４０を有し、排出ヘッダ４０は、スロット付き排出開口を備えた接続プレート４１を有し、接続プレート４１はセル２０に接して配置され、スロット付き排出開口４２の各々はセル２０の内部流体流路の出口２５と整列される；
−  セル２０のスタック１１と、セル２０のスタック１１を囲むハウジング１０とを有する熱交換器１０１であって、セル２０の各々は、特に互いに対向するプレート２２、２３の２つの内側表面間のセル２０の内部流体流路と特に互いから離れる方を向くプレート２２、２３の２つの外側表面２２ａ、２３ａのセル２０の外部流体流路とを画定するように構成されかつ配置される、互いに離間されたプレート２２、２３の対２１を含み、プレート２２、２３は、内部流体流路への少なくとも１つの入口２４及び内部流体流路からの少なくとも１つの出口２５が配置されている位置を除き、その周囲に沿って互いに接続され、複数の熱交換要素５０が流体流路の各々に配置され、セル２０の各々において、流体流路の複数の熱交換要素５０は、複数の熱交換要素５０の少なくとも一部を組み込み、プレート２２、２３のうちの隣接する１つに少なくとも接続されている少なくとも１つの離散空間構成要素５１によって画定される；
−  セル２０のスタック１１及びセル２０のスタック１１を囲むハウジング１０を有する熱交換器１０１であって、セル２０の各々は、特に互いに対向するプレート２２、２３の２つの内側表面の間のセル２０の内部流体流路と、特に互いから離れる方を向くプレート２２、２３の２つの外側表面２２ａ、２３ａの、セル２０の外部流体流路とを画定するように構成されかつ配置される互いに離間されるプレート２２、２３の対２１を含み、プレート２２、２３は、内部流体流路への少なくとも１つの入口２４および内部流体流路からの少なくとも１つの出口２５が配置される位置を除き、その周囲に沿って互いに接続され、複数の熱交換要素５０が、流体流路の各々に配置され、セル２０の各々は、少なくとも１つの入口２４から内部流体流路に延びる少なくとも１つの供給導管２６を有し、熱交換器１０１は、それぞれのセル２０の内部流体流路に流体を供給するための供給ヘッダ３０を有し、それぞれのセル２０の内部流体流路への少なくとも１つの入口２４は、セル２０の少なくとも１つの供給導管２６を介して各セル２０の内部流体流路に接続され、供給ヘッダ３０は、供給開口３２を有する接続プレート３１を有し、セル２０の少なくとも１つの供給導管２６は、供給開口３２の位置で接続プレート３１に接続される；
−  熱交換器１０１において使用するためのセル２０を製造する方法であって、２つのプレート２２、２３及びプレート２２、２３の少なくとも１つの表面２２ａ、２３ａから延びるように構成される複数の熱交換要素５０が設けられ、熱交換要素５０を含む第１の外層１と、第１のプレート２２と、熱交換要素５０を含む少なくとも１つの中間層２と、第２のプレート２３と、熱交換要素５０を含む第２の外層３とを連続的に含むスタック１２を得るために、積層され、プレート２２、２３と熱交換要素５０との間の接続は、積み重ねられた全体１２が得られるように行われ、プレート２２、２３は、プレート２２、２３の間に画定された内部流体流路への少なくとも１つの入口２４及びそこからの少なくとも１つの出口２５を有する位置を除いて、その周囲に沿って互いに接続され、２つのプレート２２、２３及び熱交換要素５０を含む層１、２、３の積み重ねられた全体１２は、少なくとも１つの可撓性部分２７、好ましくは、少なくとも１つの供給導管２６が延びる方向に圧縮可能かつ伸張可能な可撓性部分２７を有する少なくとも１つの供給導管２６を備え、少なくとも１つの供給導管２６は、内部流体流路への少なくとも１つの入口２４の位置で積み重ねられた全体１２に接続される；
−  熱交換器１０１を製造する方法であって、セル２０が、２つのプレート２２、２３及びプレート２２、２３の少なくとも１つの表面２２ａ、２３ａから延びるように構成される複数の熱交換要素５０を提供し、プレート２２、２３及び熱交換要素５０を、熱交換要素５０を含む第１の外層１と、第１のプレート２２と、熱交換要素５０を含む少なくとも１つの中間層２と、第２のプレート２３と、熱交換要素５０を含む第２の外層３とを連続的に含むスタック１２を得るように積み重ね、積み重ねられた全体１２を得るようにプレート２２、２３と熱交換要素５０との間を接続し、プレート２２、２３をその周囲に沿って互いに接続し、セル２０はスタック１１に配置され、セル２０のスタック１１はハウジング１０に囲まれ、それぞれのセル２０のプレート２２、２３の間に画定される内部流体流路から流体を排出するための排出ヘッダ４０が、スロット付き放出開口４２を有する接続プレート４１を提供し、接続プレート４１をセル２０に接して配置し、スロット付き放出開口４２の各々をセル２０の内部流体流路の出口２５に位置合わせし、クロージャ構成要素４３を提供し、パイプ状の全体を形成するように接続プレート４１とクロージャ構成要素４３とを相互接続することによって、作られる；
−  熱交換器１０１を製造する方法であって、セル２０が、２つのプレート２２、２３及びプレート２２、２３の少なくとも１つの表面２２ａ、２３ａから延びるように構成される複数の熱交換要素５０を提供し、プレート２２、２３及び熱交換要素５０を、熱交換要素５０を含む第１の外層１と、第１のプレート２２と、熱交換要素５０を含む少なくとも１つの中間層２と、第２のプレート２３と、熱交換要素５０を含む第２の外層３とを順次含むスタック１２を得るように、積み重ね、積み重ねられた全体１２を得るようにプレート２２、２３と熱交換要素５０との間に接続を作り、プレート２２、２３をその周辺に沿って互いに接続し、少なくとも１つの供給導管２６とともに２つのプレート２２、２３及び少なくとも３つの離散空間構成要素５１の積み重ねられた全体１２を提供し、少なくとも１つの供給導管２６を内部流体流路への少なくとも１つの入口２４の位置で積み重ねられた全体１２に接続することによって製造され、セル２０は、スタック１１に配置され、セル２０のスタック１１はハウジング１０に囲まれ、それぞれのセル２０のプレート２２、２３の間に規定される内部流体流路に流体を供給するための供給ヘッダ３０が、供給開口３２を有する接続プレート３１を提供し、セル２０の少なくとも１つの供給導管２６を供給開口３２の位置で接続プレート３１に接続し、クロージャ構成要素３３を提供し、パイプ状の全体を形成するように接続プレート３１とクロージャ構成要素３３を相互接続することによって作られる。
【００５０】
本発明の可能な概要は、以下の通りである。マイクロガスタービン１００内のレキュペレータとして使用されるのに適した熱交換器１０１は、セル２０のスタック１１を有する。セル２０の各々は、相互に間隔を置いたプレート２２、２３の対２１と、プレート２２、２３の外側表面２２ａ、２３ａ及びプレート２２、２３の間に配置された熱交換要素５０の層１、２、３とを含む。熱交換要素５０の層１、２、３の各々は、好ましくは、複数の熱交換要素５０を組み込んだ少なくとも１つの離散空間構成要素５１を有する。例えば、熱交換要素５０の層１、２、３の各々は、いくつかのワイヤコイル５１又はワイヤメッシュを有し得る。さらに、熱交換器１０１の供給ヘッダ３０及び排出ヘッダ４０の両方が、好ましくは、セル２０のスタック１１の位置で２つの構成要素３１、３３；４１、４３のみから構成される。熱膨張効果を補償する手段は、複雑ではない設計のものでもあり、供給導管２６のベローズ形状のパイプ部分２７を有し得る。
【００５１】
一般的な意味で、本発明は、マイクロガスタービン１００のレキュペレータとして使用するのに適した熱交換器１０１を提供するが、依然として比較的複雑ではない設計である。有利な結果として、熱交換器１０１を製造する方法も比較的複雑でなく、高価なツールを必要としない。さらに、本発明は、改良された内部強度及び耐熱性を有する設計のレキュペレータを提供するので、本発明は、レキュペレータの寿命中に予想される温度の観点から通常適用される材料と比較して、より低いグレードの材料である材料から高温レキュペレータを構築することを可能にする。実際には、インコネルなどの高いグレードの材料が通常必要とされる領域でステンレス鋼が使用され得るようにさえなり得る。本発明は、熱膨張効果を補償し、熱交換器１０１の比較的低温の側でのみ応力除去を行うことを意図した構造的特徴を有することが可能であり、それによって材料の選択に関してより多くの設計上の自由度を提供し、また、特殊な耐熱材料からの複雑な形状の必要性が回避／最小化される一方で、標準的な構成要素を使用する及び／又は容易に入手可能なシートから構成要素を製造するより多くの可能性を提供する手段を提供する。
【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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【国際調査報告】
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