(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、燃焼器およびタービンを有し、これらを収納したハウジングの後端部に前記圧縮機からの圧縮空気と前記タービンからの排ガスとの間で熱交換させる熱交換器が取り付けられたガスタービン装置であって、
低温の第１流体を前記排ガスとの熱交換により高温の第２流体とする熱交換用のコアを収納する熱交換器ケーシングと、
前記ハウジングとその径方向内方に設けられた内筒とを有し、前記内筒を挟んで前記熱交換器ケーシング内のコアに向けて第１の流体を流す低温通路が前記内筒の外側に、コアから第２流体を導出する高温通路が前記内筒の内側にそれぞれ形成された２重管とを備え、
前記ハウジングと前記熱交換器ケーシングが、前記ハウジングに設けたハウジングフランジと前記熱交換器ケーシングに設けたケーシングフランジとを介して連結され、
前記ケーシングフランジに、前記ハウジングと内筒間の低温通路に連通して第１の流体をコアに導入する導入孔がリブを介して周方向に並んで複数形成され、
前記低温通路内に、前記ハウジングと前記内筒とを連結する複数のストラットが前記リブに対応する周方向位置に形成され、
前記リブの径方向外方に対応する位置に取り付けた締結部材により、前記ケーシングフランジと前記ハウジングフランジとが締結されているガスタービン装置。
【請求項２】
請求項1において、前記ストラットは、前縁が滑らかな湾曲形状または先細り形状を有しているガスタービン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２重管を有するハウジングに熱交換用のコアを収納した熱交換器が取り付けられたガスタービン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
本出願人は、先に、ガスタービンの排気とガスタービンの圧縮機を出た圧縮空気との間で熱交換を行う熱交換器がガスタービンの排気出口に連結されたガスタービン装置を提案した（特願２０００−２０６６４６）。この装置では、熱交換器に導入する低温の圧縮空気と、熱交換器から導出される高温の圧縮空気の通路を、熱交換器ケーシングの前端に連結される２重管の外側と内側にそれぞれ設けている。しかしながら、この場合、２重管と熱交換器ケーシングとを十分シールした状態で連結するのが容易でない。特に２重管の内筒側のシールが困難なものとなる。
【０００３】
そこで本発明の目的は、前記熱交換器ケーシングと２重管を有するハウジングとが簡便な方法を用いてシールした状態で連結されるガスタービン装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係るガスタービン装置は、圧縮機、燃焼器およびタービンを有し、これらを収納したハウジングの後端部に前記圧縮機からの圧縮空気と前記タービンからの排ガスとの間で熱交換させる熱交換器が取り付けられたガスタービン装置であって、低温の第１流体を前記排ガスとの熱交換により高温の第２流体とする熱交換用のコアを収納する熱交換器ケーシングと、前記ハウジングとその径方向内方に設けられた内筒とを有し、前記内筒を挟んで前記熱交換器ケーシング内のコアに向けて第１の流体を流す低温通路が前記内筒の外側に、コアから第２流体を導出する高温通路が前記内筒の内側にそれぞれ形成された２重管とを備え、前記ハウジングと前記熱交換器ケーシングが、前記ハウジングに設けたハウジングフランジと前記熱交換器ケーシングに設けたケーシングフランジとを介して連結されている。前記ケーシングフランジに、前記ハウジングと内筒間の低温通路に連通して第１の流体をコアに導入する導入孔がリブを介して周方向に並んで複数形成され、前記低温通路内に、前記ハウジングと前記内筒とを連結する複数のストラットが前記リブに対応する周方向位置に形成され、前記リブの径方向外方に対応する位置に取り付けた締結部材により、前記ケーシングフランジと前記ハウジングフランジとが締結されている。
【０００５】
前記ガスタービン装置によれば、熱交換器ケーシングのケーシングフランジとハウジングのハウジングフランジとが、リブおよびストラットの径方向外方に対応する位置に取り付けた締結部材により締結されるため、大きな締結力により、２重管の低温通路を形成する外筒となるハウジングと、熱交換器ケーシングとを十分シールした状態で、熱交換器ケーシングとハウジングとを連結することができる。また、２重管の高温通路を形成する内筒は、内側の高温圧縮空気により外筒を形成するハウジングよりも大きく熱膨張することで、熱交換器ケーシングにより、大きな面圧で接触し、熱交換器ケーシングとの間に高いシール性が得られる。
【０００６】
また、本発明の好ましい実施形態では、前記ストラットは、前縁が滑らかな湾曲形状または先細り形状を有している。
【０００７】
前記構成によれば、低温通路におけるストラットの流れ抵抗が小さくなり、第１流体は滑らかに低温通路を通って、熱交換器側へ流れ込む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るガスタービン装置について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、このガスタービン装置１は、ガスタービンエンジン２と、その後部に連結された熱交換器８と、ガスタービンエンジン２によって駆動される発電機３とを備えている。
【０００９】
ガスタービンエンジン２は、遠心圧縮機４と、タービン５と、このタービン５の径方向に位置する環状の燃焼器６とを有する。前記圧縮機４のインペラ１１の背面に、タービンロータ１７が接合されている。前記圧縮機４は、吸気通路７から導入される空気ＩＡを圧縮して、その圧縮空気Ａ１をガスタービンエンジン２の後部の排気ガス出口側に連結された熱交換器８を経て燃焼器６に供給するものであり、タービン５によって駆動される。圧縮機４は、インペラ１１と、前記吸気通路７を構成する吸気ハウジング９の後端の前記インペラ１１を覆う位置に形成されたシュラウド１２とを備えている。圧縮機４の出口側である径方向外側には、圧縮空気Ａ１の静圧を高めるためのディフューザ１３が配置されている。
【００１０】
熱交換器８は、ガスタービンエンジン２のタービン５を出た高温の排ガスＥと、ガスタービンエンジン２の圧縮機４を出た低温の圧縮空気Ａ１との間で熱交換を行うものであり、前記圧縮機４，燃焼器６およびタービン５を収納した横断面円形のハウジング３５の後端部に取り付けられている。この熱交換器８は、横断面円形の熱交換器ケーシング３７の前端部に設けたケーシングフランジ３８がハウジング３５の後端部のハウジングフランジ３９に、締結部材１０５により締結されており、この熱交換器ケーシング３７の内方に、熱交換用コア３６が収納されている。
【００１１】
ハウジング３５は、横断面円形で、それ自身が形成する外筒４７とその径方向内方に設けられた内筒４８とを有し、外筒４７と内筒４８の間に、圧縮機４からの第１流体である低温流体Ａ１をコア３６に向けて流す低温通路３５ａが形成され、内筒４８の内側に高温通路３５ｂが形成されている。熱交換用コア３６は、横断面形状が円形または四角形以上の多角形であり、熱交換器ケーシング３７とコア３６との間の空間に、前記熱交換器ケーシング３７と内筒４８との間の低温通路３５ａにつながる低温通路４６が形成されている。このコア３６は、低温通路４６から導入される低温の圧縮空気Ａ１が流れる圧縮空気通路４１と、高温の排ガスＥが流れる排ガス通路４２とが、複数の平坦なプレートにより、所定の間隔で平行に仕切られている。熱交換用コア３６から導出される高温の圧縮空気Ａ２が流れる高温通路３５ｂは燃焼器６に連なっている。内筒４８の径方向内方には、コア３６の前端外部と、タービン５からの排ガスＥを導出する排気ディフューザ５２とを連結する円錐状部材５３が配置されており、内筒４８と排気ディフューザ５２および円錐状部材５３とで、高温通路３５ｂが形成されている。
【００１２】
燃焼器６は、ガスまたは液体の燃料Ｆを燃焼室３１内に噴射する燃料ノズル３２を有し、その燃料Ｆが熱交換器８を経て燃焼室３１内に送給されてくる圧縮空気Ａ２と混合されて燃焼する。その高温高圧の燃焼ガスＧはタービン５に送られ、燃焼ガスＧのエネルギによりタービン５が駆動され、このタービン５により圧縮機４および発電機３が駆動される。
【００１３】
発電機３は、ガスタービンエンジン２の回転部２１に連結された発電機ロータ６１と、その周囲に配置された発電機ステータ６２とを有し、前記吸気ハウジング９の内方に吸気ハウジング９と同心に配置され、ストラット６３を介して吸気ハウジング９に支持された横断面円形の発電機ケース６４内に収容されている。前記吸気ハウジング９と発電機ケース６４との間にできる空間によって、前記吸気通路７が構成される。
【００１４】
図２に示すように、ハウジング３５の後端のフランジ３９と熱交換器ケーシング３７の前端部のフランジ３８とが、ガスケット４０（省略可能）を介して突き合わされ、フランジ３８に形成したねじ孔１０６に、フランジ３９に形成したねじ挿通孔１０７を通して、締結部材の一例であるボルト１０５をねじ込むことにより、ハウジング３５と熱交換器ケーシング３７が連結されている。ボルト１０５は周方向に複数取り付けられている。
【００１５】
また、図３に示すように、２重管は、内筒４８を挟んで外側に低温通路３５ａ、内側に高温空気通路３５ｂが形成されており、外筒４７となるハウジング３５と内筒４８とが、周方向に等間隔で複数のストラット１０２により連結されている。
【００１６】
図４に示すように、ストラット１０２は前縁１０２ａが滑らかな湾曲形状を有している。図５に示すように、熱交換器ケーシング３７のフランジ３８は、低温通路３５ａと熱交換器側の低温通路４３とを連通する導入孔４６が、周方向に等間隔で複数設けられている。隣接する導入孔４６の間はリブ１０１で仕切られている。リブ１０１とストラット１０２とねじ孔１０６は、周方向の同一位置に配置されている。図２に示す２重管の高温通路３５ｂを形成する内筒４８は、外筒４７およびストラット１０２と一体形成されており、内筒４８の端面４８ａは、フランジ３９の端面と同一平面で加工され、前記ボルト１０５にて熱交換器フランジ３８に締結される。
【００１７】
上記構成において、図１の熱交換器８により、ガスタービンエンジン２の圧縮機４を出た圧縮空気Ａ１と、タービン５を出た排ガスＥとの間で熱交換が行われ、高温化された圧縮空気Ａ２が高温通路３５ｂを通ってガスタービンエンジン２の燃焼器６に導かれる。ここで、図２の熱交換器ケーシング３７のフランジ３８とハウジング３５のフランジ３９とが、リブ１０１およびストラット１０２の径方向外方に対応する位置、すなわち強度が高い位置に取り付けた締結部材１０５により締結されるので、その締結力を大きく設定することができる。外筒４７と内筒４８は一体形成されており、同一材料からなるため、運転時に外気ならびに低温圧縮空気Ａ１に接している外筒４７に比べ、内筒４８は、低温圧縮空気Ａ１と高温圧縮空気Ａ２に接しているために高温となり、熱伸びによってフランジ３８に対してより大きな面着力が得られ、大きなシール性能が期待できる。特に、図３の内筒４８における隣接するストラット１０２、１０２間に対応する中間部４８ｂの領域では、ストラット１０２による拘束がないため、大きな熱伸びが期待できる。また内筒４８におけるストラット１０２につながる連結部４８ｃは、ボルト１０５をストラット１０２と対応させた位置に配しているため、締結力がストラット１０２を介して直接伝わり、この部分の面着力も上がり、シール効果が大きなものとなる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るガスタービン装置によれば、熱交換器ケーシングのケーシングフランジに、低温通路に連通して第１の流体をコアに導入する導入孔がリブを介して周方向に並んで複数形成され、ハウジングに、前記ハウジングと前記内筒とを連結する複数のストラットが前記リブに対応する周方向位置に形成され、前記リブの径方向外方に対応する位置に取り付けた締結部材により、前記ケーシングフランジと前記ハウジングのハウジングフランジとが締結されているから、熱交換器ケーシングとハウジングとが、単なる締結部材による締結という簡便な構造で、両者間がシールされた状態で連結される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービン装置の縦断面図である。
【図２】同ガスタービン装置のハウジングおよび熱交換器ケーシングの締結部の縦断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿った横断面図である。
【図４】同ガスタービン装置のハウジングの要部を示す斜視図である。
【図５】同ガスタービン装置の熱交換器ケーシングの要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…ガスタービン装置、２…ガスタービンエンジン、４…遠心圧縮機、５…タービン、６…燃焼器、８…熱交換器、３５…ハウジング、３５ａ…低温通路、３５ｂ…高温通路、３６…熱交換用のコア、３７…熱交換器ケーシング、３８…熱交換器ケーシングのフランジ、３９…ハウジングのフランジ、４６…導入孔、４８…内筒、１０１…リブ、１０２…ストラット、１０５…締結部材、ＩＡ…空気、Ａ１…低温の圧縮空気、Ａ２…高温の圧縮空気、Ｅ…排ガス。
【図１】
0003813845.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003813845.tif 000005
【図５】
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