(57)【要約】【課題】排熱回収用熱交換器とガスタービンとを接続する配管をコンパクトにする排熱回収用熱交換器の提供。【解決手段】ケーシング１内に少なくとも一対のコア２を並列し、その一対のコア２の境目の下方に高温ガス入口パイプ３の一端開口を接続し、その高温ガス入口パイプ３の外周にエア出口パイプ４を被嵌し、エア出口パイプ４に出口マニホールド９をケーシング１の外側でケーシング１と一体に接続し、その出口マニホールド９と夫々のコア２の各エレメント６の内部とを連通する。そしてケーシング１の上端部外面で、ケーシング１と一体の入口マニホールド１２にエア入口パイプ５を接続し、入口マニホールド１２の両端部とコア２の夫々のエレメント６の内部とを連通する。【選択図】　　　　図１
2004108640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面が方形のケーシング（１）　と、そのケーシング（１）　に並列して内装された少なくとも一対のコア（２）　（２）　と、ケーシング（１）　の下端部外面に突設される高温ガス入口パイプ（３）　およびエア出口パイプ（４）　と、ケーシング（１）　の上端部外面に突設されるエア入口パイプ（５）　と、
を具備し、
夫々の前記コア（２）　（２）　は、多数のエレメント（６）　が並列される共に、隣合うエレメント（６）　どうしが上下端部の入口側連通孔（７）　および出口側連通孔（８）　で接続されてなり、
各エレメント（６）　は、夫々上端部に前記入口側連通孔（７）　が設けられ下端部に前記出口側連通孔（８）　が設けられると共に、少なくとも一方の周縁が立ち上げられた一対にプレート（６ａ）（６ｂ）を有し、両プレート（６ａ）（６ｂ）の周縁を互いに接合して、内部に偏平なエア流通路が構成され、、
一対の前記コア（２）　（２）　は、夫々エレメント（６）　の並列方向が平行になるように配置され、
前記コア（２）　（２）　の各エレメン（６）　の並列方向に平行となる前記ケーシング（１）　の外面で、前記一対のコア（２）　（２）　の境目の下方に位置された開口（３ａ）に、前記高温ガス入口パイプ（３）　の一端が連通され、ケーシング（１）　の上部に高温ガス出口（３ｂ）が設けられ、
前記高温ガス入口パイプ（３）　と同心でその外周に環状空間を介して、前記エア出口パイプ（４）　が被嵌され、
前記ケーシング（１）　の外面側で、前記エア出口パイプ（４）　から二股に分岐する出口マニホールド（９）　がケーシング（１）　と一体に設けられ、
その出口マニホールド（９）　の両端部が、前記ケーシング（１）　の前記高温ガス入口パイプ（３）　の取付け位置の両側に設けた一対の下部開口（１０）を介して前記一対のコア（２）　（２）　の各出口側連通孔（８）　に接続され、
前記コア（２）　の各エレメント（６）　の並列方向に平行となる前記ケーシング（１）　の外面で、その上部に設けた一対の上部開口（１１）と、前記夫々のコア（２）　の前記入口側連通孔（７）　とが接続されると共に、一対の上部開口（１１）をケーシング（１）　の外側で接続する入口マニホールド（１２）がケーシング（１）　と一体に設けられ、その入口マニホールド（１２）に前記エア入口パイプ（５）　が取付けられる排熱回収用熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
前記一対のコア（２）　（２）　の対向側の下部は、立面で逆Ｖ字状の空間（１３）が形成され、その空間（１３）に前記高温ガス入口パイプ（３）　の先端が開口した排熱回収用熱交換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記高温ガス入口パイプ（３）　と同心で、前記エア出口パイプ（４）　の外周に環状空間を介して、エア入口パイプ同心部（１４）が被嵌され、
そのエア入口パイプ同心部（１４）と前記エア入口パイプ（５）　とが、熱膨張吸収用の蛇腹管（１５）を介して連結された排熱回収用熱交換器。
【請求項４】
請求項３において、
出口マニホールド（９）　が前記入口パイプ同心部（１４）を貫通して、前記エア出口パイプ（４）　に接続された排熱回収用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
主として、ガスタービン用の排熱回収用熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１１に示すような排熱回収用熱交換器が知られていた。
これはケーシング１の下端一側に開口３ａを有し、その開口３ａからケーシング１内に導かれた高温ガス１７が内部を上昇する。ケーシング１内には、この例では一対のプレートタイプのコア２が並列されている。夫々のコア２は、多数のエレメントをスペーサを介して並列したものである。そのエレメントは夫々上下両端にエア連通孔を有する一対の皿状プレートを重ね合わせ、外周を接合することにより内部に偏平流路を形成したものである。そしてエレメントの外面側に高温ガス１７が流通し、エレメントの内部にエア１８が流通するものである。
【０００３】
この例では、ケーシング１の外面の上下に一対の出口マニホールド９と入口マニホールド１２とが配置され、夫々がコア２の各エレメントに連通する。そして上側の入口マニホールド１２からエア１８が流入し、それが各コア２のエレメントの上端部から下端部にエレメント内を流通して出口マニホールド９に導かれて、外部に流出するものである。このエア１８は高温ガス１７によって加熱され、ガスタービンの入口側に導かれるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の排熱回収用熱交換器は、それとガスタービンとを接続する配管が複雑となる。即ち、両者を連結する配管が、高温の排ガスを熱交換器に導くための配管と、エアを熱交換器に流入させるための配管と、熱交換器からエアを流出させるための配管とを夫々別個に設ける必要があり、配管布設に多くのスペースが必要であった。
【０００５】
なお、複数の配管を同軸にすることにより、省スペースとすることも各種配管技術や熱交換器等で公知である。即ち、小径管の外周に環状の空隙を介して大径管を被嵌し、小径管内に第１の流体を流通し、小径管と大径管の間に第２の流体を流通させる配管技術が知られている。しかしながら、その場合、同軸配管と熱交換器との接続が面倒であると共に、その接続部の強度を確保するサポート等が必要となるから、大きなスペースを要する欠点があった。
そこで本発明は、これらの配管スペースをコンパクトにすると共に、ガスタービンとの接続をもコンパクトに且つ容易にすることができる排熱回収用熱交換器を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、横断面が方形のケーシング（１）　と、そのケーシング（１）　に並列して内装された少なくとも一対のコア（２）　（２）　と、ケーシング（１）　の下端部外面に突設される高温ガス入口パイプ（３）　およびエア出口パイプ（４）　と、ケーシング（１）　の上端部外面に突設されるエア入口パイプ（５）　と、
を具備し、
夫々の前記コア（２）　（２）　は、多数のエレメント（６）　が並列される共に、隣合うエレメント（６）　どうしが上下端部の入口側連通孔（７）　および出口側連通孔（８）　で接続されてなり、
各エレメント（６）　は、夫々上端部に前記入口側連通孔（７）　が設けられ下端部に前記出口側連通孔（８）　が設けられると共に、少なくとも一方の周縁が立ち上げられた一対にプレート（６ａ）（６ｂ）を有し、両プレート（６ａ）（６ｂ）の周縁を互いに接合して、内部に偏平なエア流通路が構成され、、
一対の前記コア（２）　（２）　は、夫々エレメント（６）　の並列方向が平行になるように配置され、
前記コア（２）　（２）　の各エレメン（６）　の並列方向に平行となる前記ケーシング（１）　の外面で、前記一対のコア（２）　（２）　の境目の下方に位置された開口（３ａ）に、前記高温ガス入口パイプ（３）　の一端が連通され、ケーシング（１）　の上部に高温ガス出口（３ｂ）が設けられ、
前記高温ガス入口パイプ（３）　と同心でその外周に環状空間を介して、前記エア出口パイプ（４）　が被嵌され、
前記ケーシング（１）　の外面側で、前記エア出口パイプ（４）　から二股に分岐する出口マニホールド（９）　がケーシング（１）　と一体に設けられ、
その出口マニホールド（９）　の両端部が、前記ケーシング（１）　の前記高温ガス入口パイプ（３）　の取付け位置の両側に設けた一対の下部開口（１０）を介して前記一対のコア（２）　（２）　の各出口側連通孔（８）　に接続され、
前記コア（２）　の各エレメント（６）　の並列方向に平行となる前記ケーシング（１）　の外面で、その上部に設けた一対の上部開口（１１）と、前記夫々のコア（２）　の前記入口側連通孔（７）　とが接続されると共に、一対の上部開口（１１）をケーシング（１）　の外側で接続する入口マニホールド（１２）がケーシング（１）　と一体に設けられ、その入口マニホールド（１２）に前記エア入口パイプ（５）　が取付けられる排熱回収用熱交換器である。
【０００７】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記一対のコア（２）　（２）　の対向側の下部は、立面で逆Ｖ字状の空間（１３）が形成され、その空間（１３）に前記高温ガス入口パイプ（３）　の先端が開口した排熱回収用熱交換器である。
【０００８】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記高温ガス入口パイプ（３）　と同心で、前記エア出口パイプ（４）　の外周に環状空間を介して、エア入口パイプ同心部（１４）が被嵌され、
そのエア入口パイプ同心部（１４）と前記エア入口パイプ（５）　とが、熱膨張吸収用の蛇腹管（１５）を介して連結された排熱回収用熱交換器である。
【０００９】
請求項４に記載の本発明は、請求項３において、
出口マニホールド（９）　が前記入口パイプ同心部（１４）を貫通して、前記エア出口パイプ（４）　に接続された排熱回収用熱交換器である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態を示す排熱回収用熱交換器の半断面斜視略図である。また、図２はさらにその図１のコア部を含む縦断面略図であって図３のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３は同熱交換器の正面図、図４は同熱交換器のケーシング１に内装されるコア２の正面略図、図５は同熱交換器の右側面図、図６は同熱交換器の斜視略図である。
この熱交換器は、図６に示す如く、横断面が方形な筒状のケーシング１と、ケーシング１に並列して内装された一対のコア２と、ケーシング１の下端部外面に突設された高温ガス入口パイプ３と、その高温ガス入口パイプ３の外周に同軸に被嵌されたエア出口パイプ４と、ケーシング１の上端部外面に突設されたエア入口パイプ５とを有する。
【００１１】
夫々のコア２は、多数のエレメント６がこの例では図２の如くリング状のスペーサ２２を介してその上下両端部で互いに連通されている。
そのエレメント６は、図１、図２及び図４に示す如く、夫々上端部に入口側連通孔７が設けられ、下端部に出口側連通孔８が設けられた一対の皿状のプレート６ａ，６ｂを有し、両プレート６ａ，６ｂの周縁が互いに気密に接合され、内部に偏平なエア流路が形成されたものである。なお、このスペーサ２２を設ける代わりに、各プレート６ａ，６ｂの入口側連通孔７，出口側連通孔８の開口縁を外側に筒状に突出し、その筒状部で各エレメントを接続することによりスペーサの代わりとすることも可能である。
また、各エレメント６の内部にはインナーフィンが介装される。そして各エレメント６間には通常アウターフィンが介装されるが、図面ではそれを省略する。それらのフィンにより、伝熱面積を大きくして熱交換を促進することができる。
【００１２】
また、図２のエレメント６の並列方向の右端ではそのプレート６ｂの上端部の入口側連通孔が閉塞されたものが用いられる。しかし、下端部の出口側連通孔８はリング状のボス部２３を介して、外周が球状の一部を有する耐圧蓋２０で閉塞されている。この耐圧蓋２０は、内部のエア１８が加熱されて高圧となるエレメントの下部において、その高圧から右端のプレート６ｂを保護するものである。そして耐圧蓋２０が外側に突出されていることに伴い、ケーシング１に開口が設けられ、その開口は箱状のカバー１９により閉塞されている。
このようにしてなるコア２の入口側連通孔７の左端は連結パイプ２４を介してケーシング１の上部開口１１に接続され、下端の出口側連通孔８は蛇腹管１６を介してケーシング１の下部開口１０に連結されている。この蛇腹管１６は、コア２の熱膨張を吸収するためのものである。
【００１３】
このようにしてなる一対のコア２は、図４に示す如く、エレメント６の並列方向に平行となるように配置され、夫々の幅方向一端縁どうしが互いに近接する。そして一対のコア２の下部に逆Ｖ字状の空間１３が形成され、その空間１３に高温ガス入口パイプ３の一端が開口する。
この高温ガス入口パイプ３は図１に示す如く、ケーシング１側が拡開する漏斗状に形成され、ケーシング１の開口３ａに接続されている。その高温ガス入口パイプ３の外周には、それと同軸に環状の空間を介してエア出口パイプ４が被嵌され、両者間をリブ２１が接続する。そのエア出口パイプ４の外周上端部は、この例では図１及び図３に示す如くＹ字状の二股に分岐し、それが出口マニホールド９を構成してケーシング１に一体に接続され、その出口マニホールド９の両端部がケーシング１の下部開口１０に連通し、その下部開口１０に前述の蛇腹管１６を介して各コア２の出口側連通孔８が接続されている。
【００１４】
ケーシング１の上端部に形成された一対の上部開口１１（図３，図１）には、両上部開口１１を連通させる入口マニホールド１２がケーシング１の外面側にそれと一体に接続され、その中央にエア入口パイプ５が接続されている。
このようにしてなる排熱回収用熱交換器は、高温ガス入口パイプ３から高温ガス１７がケーシング１の下部に導かれ、それが夫々のコア２のエレメント６間を上昇し、ケーシング１の上端の高温ガス出口３ｂから外部に導かれる。また、ケーシング１の上端部のエア入口パイプ５からエア１８が導かれ、夫々のコア２の各エレメント６内を上端部から下端部に流通し、その間に高温ガス１７と熱交換して、高温となったエア１８が下部開口１０及び出口マニホールド９を介し、エア出口パイプ４から外部に導かれる。
【００１５】
次に、図７は本発明の第２の実施の形態を示す一部破断斜視略図であり、図８はその高温ガス入口パイプ３，エア出口パイプ４，エア入口パイプ同心部１４及びその近傍における縦断面略図であって図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図、図９はその正面図、図１０は同側面図である。
図７の例が図６の例と異なる点は、エア出口パイプ４の外周にさらにエア入口パイプ同心部１４が被嵌され、そのエア入口パイプ同心部１４とエア入口パイプ５とが蛇腹管１５を介して連通されたものである。また、この例ではケーシング１内に４つのコア２が配置されている。さらにケーシング１の上端面が上蓋で閉塞されると共に、その一側壁の上端に高温ガス出口３ｂが形成されている。そしてその他の構成は、前記第１の実施の形態と同様である。なお、第１の実施の形態と同一の構造体には同一の番号が付されており、それらの説明は省略する。
【００１６】
この例では、前述の如くエア出口パイプ４の外周にエア入口パイプ同心部１４が同軸に被嵌され、その上端部外周がパイプ状に延長され（図７及び図９，図１０）、それが蛇腹管１５を介しエア入口パイプ５に連結されている。そして、出口マニホールド９とエア出口パイプ４とを連通するため、出口マニホールド９にはエア入口パイプ同心部１４の一部を貫通する貫通部９ａ（図８）が形成されている。なお、高温ガス入口パイプ３内には放射状に複数のブレード２６が高温ガス１７をガイドするために設けられている。
【００１７】
このようにしてなる第２の実施の形態では、エア１８がエア入口パイプ同心部１４から蛇腹管１５及びエア入口パイプ５に導かれ、それが各コア２の各エレメント内を流下し、出口マニホールド９からエア出口パイプ４内に導かれる。また、高温ガス１７は高温ガス入口パイプ３からケーシング１内に流入し、各コア２の夫々のエレメントの外周側を流通して高温ガス出口３ｂから流出される。
【００１８】
【発明の作用・効果】
本発明の排熱回収用熱交換器は、高温ガス入口パイプ３とエア出口パイプ４とが同軸に形成される。それと共に、一対のコア２の各エレメント６とエア入口パイプ５およびエア出口パイプ４とが、ケーシング１と一体の入口マニホールド１２および出口マニホールド９を介して接続されている。そのため、配管を含む全体の構造がコンパクトで且つ、熱交換性能のよいものとなる。
即ち、高温ガス入口パイプ３とエア出口パイプ４とが同軸に形成され、且つ出口マニホールド９および入口マニホールド１２とケーシング１とが一体にされていることから、高温ガスの誘導路とエアの誘導路とをケーシングの外周面を利用して一体化し、強度の強いコンパクトな配管構成とすることができる。しかも、高温ガス入口パイプ３とエア出口パイプ４とが同軸に形成されているから、その同軸部においても熱交換が行われ、排熱回収を有効に行い得る。
【００１９】
また、一対のコア２の境目の下方の開口３ａに高温ガス入口パイプ３の一端が連通され、ケーシング１の上部に高温ガス出口３ｂが設けられたものであるから、高温ガス１７を円滑に流通させ、エレメント６の内部のエア１８との間の熱交換を促進し得る。
さらには、入口マニホールド１２，出口マニホールド９が夫々ケーシング１の外面側に一体に形成されているため、ケーシング１の外面側の構造及びケーシング１の内側の配管構造を単純化し、性能の良い排熱回収用熱交換器を提供できる。
【００２０】
上記構成において、一対のコア２，２の対向側下方に逆Ｖ字状の空間１３を形成し、その空間１３に高温ガス入口パイプ３の先端を開口するように構成することができる。このようにすることにより、各高温ガス入口パイプ３の夫々のエレメント６の外面側に、その下部から高温ガス１７を均等に流通させ熱交換を促進させることができる。
【００２１】
上記構成において、高温ガス入口パイプ３と同心でエア出口パイプ４の外周に環状空間を介してエア入口パイプ同心部１４を被嵌し、そのエア入口パイプ同心部１４とエア入口パイプ５とを蛇腹管１５を介して連結することができる。このようにすることにより、ケーシング１の外面側の配管をさらに省スペース化することができる。
また、蛇腹管１５の存在により熱膨張を吸収し、耐久性の高い熱交換器を提供できる。
【００２２】
上記構成において、出口マニホールド９はエア入口パイプ同心部１４を貫通してエア出口パイプ４に接続させることができる。それによって、ケーシング１の外面側における省スペースを実現できると共に、エア１８の誘導を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の排熱回収用熱交換器を示す半断面斜視略図。
【図２】同熱交換器のコア２及びケーシング１の縦断面略図であって、図３のＩＩ−ＩＩ矢視断面図。
【図３】同熱交換器の正面図。
【図４】同熱交換器のケーシング１に内装される一対のコア２の正面略図。
【図５】同熱交換器の右側面図。
【図６】同熱交換器の全体的斜視略図。
【図７】本発明の第２の実施の形態の排熱回収用熱交換器を示す一部破断斜視説明図。
【図８】同熱交換器の高温ガス入口パイプ３，エア出口パイプ４，エア入口パイプ同心部１４及びその周辺部を示す縦断面説明図であって、図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図。
【図９】同熱交換器の正面図。
【図１０】同熱交換器の右側面図。
【図１１】従来型排熱回収用熱交換器の斜視略図。
【符号の説明】
１　ケーシング
２　コア
３　高温ガス入口パイプ
３ａ　開口
３ｂ　高温ガス出口
４　エア出口パイプ
５　エア入口パイプ
６　エレメント
６ａ，６ｂ　プレート
７　入口側連通孔
８　出口側連通孔
９　出口マニホールド
９ａ　貫通部
１０　下部開口
１１　　上部開口
１２　　入口マニホールド
１３　　空間
１４　　エア入口パイプ同心部
１５，１６　　蛇腹管
１７　　高温ガス
１８　　エア
１９　　カバー
２０　　耐圧蓋
２１　　リブ
２２　　スペーサ
２３　　ボス部
２４　　連結パイプ
２６　　ブレード
【図１】
2004108640.tif 000003
【図２】
2004108640.tif 000004
【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】
2004108640.tif 000009
【図８】
2004108640.tif 000010
【図９】
2004108640.tif 000011
【図１０】
2004108640.tif 000012
【図１１】
2004108640.tif 000013