JP2004108640A - 排熱回収用熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【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
Description
【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
Claims (4)
- 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。
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