(57)【要約】【課題】  伝熱管の管内抵抗を低く抑え、システム効率を高め、伝熱管のホルダーの形状を簡素化し、製造コストの低減化を図る。【解決手段】  本発明は、チューブ１２内を流通する一方の流体と、チューブ１２の外側を流通する他方の流体との間で熱交換を行うように構成された高温度用熱交換器１１であって、チューブ１２には、両端に固定端部１３，１４が形成され、固定端部１３，１４間に折り返し幅の大きい第１折り返し部１７と折り返し幅の小さい第２折り返し部１８とが交互に形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ内を流通する一方の流体と、該チューブの外側を流通する他方の流体との間で熱交換を行うように構成された高温度用熱交換器であって、
前記チューブには、両端に固定端部が形成され、該固定端部間に折り返し幅の大きい第１折り返し部と折り返し幅の小さい第２折り返し部とが交互に形成されていることを特徴とする高温度用熱交換器。
【請求項２】
前記チューブは２本１組で設けられ、一方のチューブの第１折り返し部に他方のチューブの第２折り返し部が配置されると共に、前記一方のチューブの第２折り返し部に前記他方のチューブの第１折り返し部が配置されるように構成されている請求項１に記載の高温度用熱交換器。
【請求項３】
前記チューブが複数列で設けられており、該複数列のチューブを２列ずつ支持可能なホルダーが設けられ、該ホルダーの両側には、前記チューブが嵌設可能な切欠部がそれぞれ形成されている請求項１又は２に記載の高温度用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの流体間において熱交換を行う熱交換器に関し、特に、高温流体と低温流体との間で熱交換を行う高温度用熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンから排出される高温ガスの排熱を回収する場合や、燃料電池において燃料となる水素を生成する場合等において、高温度用熱交換器が使用されている。
【０００３】
図７は、この種の高温度用熱交換器を発電プラントにおいて使用した例を示すものである。この発電プラントには、ガスタービン１と、排気管２を介してこのガスタービン１に接続された排熱回収用の高温度用熱交換器３と、高温度用熱交換器３内に設けられた蒸発器４及びエコノマイザ５とが設けられている。そして、蒸発器４及びエコノマイザ５は蛇行して形成された伝熱管６，７により構成されており、これらの伝熱管６，７内にはそれぞれ蒸気及び水が流通するようになっている。また、各伝熱管６，７は、図示しないホルダーにより支持されており、このホルダーは平板に多数の支持孔を穿設したり、或いは、格子状に部材を結合したりして形成されている。
【０００４】
このような構成において、ガスタービン１から排出された高温の排気ガスは、排気管２を介して排熱回収用の高温度用熱交換器３に送られ、この高温度用熱交換器３において、各伝熱管６，７内をそれぞれ流通する蒸気及び水と熱交換され、排気ガスの排熱が回収される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−２０３３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の高温度用熱交換器では、伝熱管６，７が蛇行して形成されているため、管内抵抗が大きくなり、動力源が大型化し、システム効率を高めることが難しいといった問題があった。
【０００７】
また、伝熱管のホルダーの形状が複雑なため、製造に手間が掛かり、製造コストの低減化が図り難いといった問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、伝熱管の管内抵抗を低く抑え、システム効率を高めることができ、さらに、伝熱管のホルダーの形状を簡素化し、製造コストの低減化が可能な高温度用熱交換器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、チューブ１２内を流通する一方の流体と、チューブ１２の外側を流通する他方の流体との間で熱交換を行うように構成された高温度用熱交換器１１であって、チューブ１２には、両端に固定端部１３，１４が形成され、固定端部１３，１４間に折り返し幅の大きい第１折り返し部１７と折り返し幅の小さい第２折り返し部１８とが交互に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
そして、好ましくは、チューブ１２は２本１組で設けられ、一方のチューブ１２の第１折り返し部１７に他方のチューブ１２’の第２折り返し部１８’が配置されると共に、一方のチューブ１２の第２折り返し部１８に他方のチューブ１２’の第１折り返し部１７’が配置されるように構成されている。
【００１１】
また、チューブ１２が複数列で設けられており、複数列のチューブ１２を２列ずつ支持可能なホルダー２１が設けられ、ホルダー２１の両側には、チューブ１２が嵌設可能な切欠部２３がそれぞれ形成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、チューブに折り返し幅の大きい第１折り返し部が形成されているため、管内抵抗を低減することができ、動力源の小型化が可能となり、システム効率を高めることができる。また、チューブを２本１組で組み合わせた場合には、効率よくコンパクトにチューブを配置することができ、スペースの有効利用を図ることが可能となる。さらに、チューブを２列ずつ支持可能なホルダーの両側にチューブが嵌設可能な切欠部を設けた場合には、ホルダーの構造が簡素化され、製造コストの低減化を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る高温度用熱交換器を示す概略説明図、図２は本発明の実施の形態におけるチューブを示す平面図、図３は本発明の実施の形態におけるホルダーを示す側面図である。
【００１４】
この高温度用熱交換器１１には、内部に低温流体が流通可能なチューブ１２が複数列で設けられており、チューブ１２内を流通する低温流体とチューブ１２の外側を流通する高温流体との間で熱交換が行われるようになっている。そして、チューブ１２はＺ型に曲成され、両端にそれぞれ固定端部１３，１４が形成されており、各固定端部１３，１４を介してそれぞれヘッダプレート１５，１６に溶接接合されるようになっている。
【００１５】
また、チューブ１２には、各固定端部１３，１４間に折り返し幅の大きい第１折り返し部１７と折り返し幅の小さい第２折り返し部１８とがそれぞれ１箇所ずつ形成されており、第１折り返し部１７は２箇所の９０度曲がり部１９を有し、第２折り返し部１８は１箇所の１８０度曲がり部２０を有している。これにより、図２に示すように、チューブ１２，１２’は、２本１組で組み合わせ可能となり、一方のチューブ１２の第１折り返し部１７によって囲まれた領域に他方のチューブ１２’の第２折り返し部１８’が配置されると共に、他方のチューブ１２’の第１折り返し部１７’によって囲まれた領域に一方のチューブ１２の第２折り返し部１８が配置されるように構成されている。
【００１６】
このように、チューブ１２には折り返し幅の大きい第１折り返し部１７が形成されており、チューブを２本１組で組み合わせることができるため、圧力損失の高い１８０度曲がり部２０の数を削減することができる。したがって、管内抵抗を低減することができ、動力源の小型化が可能となる。また、チューブ１２をＺ型に曲成することにより、図６に示すように、従来のストレートチューブ８の場合に６箇所必要であったヘッダプレート１５，１６との溶接箇所Ｐを２箇所に減少させることができるため、組立て作業の簡素化を図ることが可能となる。また、圧力損失の高い固定端部が２箇所に減少するため、圧力損失の低減化も可能となる。
【００１７】
さらに、高温度用熱交換器１１には、図３に示すように、複数列のチューブ１２を２列ずつ支持するためのホルダー２１が設けられている。ホルダー２１は、両端部においてそれぞれホルダープレート２２に溶接接合され、ホルダー２１の両側にはそれぞれ、チューブ１２が嵌設可能な半長円形状の切欠部２３が複数個（図３では６個）ずつ形成されている。切欠部２３は、図３に示すように、千鳥掛け状に形成させるのが好ましく、そうすることにより、チューブ１２の両固定端部１３，１４をコンパクトに集中させることができるため、チューブの両固定端部１３，１４側に設けられるタンク（図示せず）の小型化が可能となる。
【００１８】
次に、上記した高温度用熱交換器１１の作用について説明する。
【００１９】
図１に示すように、低温流体は、一方（図１では右側上部）の固定端部１３からチューブ１２内に流入し、第１折り返し部１７、第２折り返し部１８を通って、他方（図１では左側下部）の固定端部１４からチューブ１２外に流出する。この時、低温流体の熱によりチューブ１２は伸長するが、第１折り返し部１７の２箇所の９０度曲がり部１９及び第２折り返し部１８の１８０度曲がり部２０によりチューブ１２の伸びを吸収し、熱応力を緩和することができるため、両側の固定端部１３，１４とヘッダプレート１５，１６との溶接接合箇所に負荷が掛かることはない。また、チューブ１２はホルダー２１により保持されているため、伸びによる熱変形を防止することができる。
【００２０】
一方、高温流体は、全体的に低温流体の流れの方向と直交対向流となるような向き（図１では下から上方の向き）で、チューブ１２の外側を流通し、その高温流体とチューブ１２内を流通する低温流体との間で熱交換が行われる。この時、低温流体と高温流体とは直交対向流となるため、熱交換効率を高めることができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、チューブ１２に第１折り返し部１７と第２折り返し部１８がそれぞれ１箇所ずつ形成されているが、第１折り返し部１７と第２折り返し部１８は、それらが交互に形成されていれば、何箇所設けられていてもよく、例えば、図４に示すように、第１折り返し部１７と第２折り返し部１８をそれぞれ２箇所ずつ設けたり、或いは、図５に示すように、第１折り返し部１７を２箇所設けると共に第２折り返し部１８を１箇所設けたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る高温度用熱交換器を示す概略説明図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるチューブを示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるホルダーを示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるチューブの別の例を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるチューブのさらに別の例を示す平面図である。
【図６】従来におけるチューブの配列を示す概略説明図である。
【図７】従来例を示す系統図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１          高温度用熱交換器
１２          チューブ
１３          固定端部
１４          固定端部
１７          第１折り返し部
１８          第２折り返し部
２１          ホルダー
２３          切欠部
【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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