CN1244915A - 热交换器的支承构造 - Google Patents

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Abstract

在轴方向一端备有高温流体通路入口11、在轴方向另一端备有低温流体通路入口15的圆环状热交换器2,通过热交换器支承环36支承在圆筒状外壳体9的内部。连接热交换器2的低温流体通路入口15附近的低温部和外壳体9后部法兰33的热交换器支承环36,是将板材弯折成台阶状断面而形成的,这样可容易弹性变形而吸收热交换器2的热膨胀。因此,可将在热交换器2和外盒9产生的热应力抑制在最小限度,同时可切实地将热交换器2的高温流体通路入口11与低温流体通路入口15之间密封起来。上述热交换器支承环36也具有要隔燃气通路入口11与空气通路入口15之间的作用。

Description

热交换器的支承构造
发明领域
本发明涉及将轴方向两端备有高温流体通路入口和低温流体通路入口的圆环状热交换器支承在圆筒状壳体内部的热交换器的支承构造。
背景技术
上述热交换器已由本申请人在日本专利申请特愿平8-275051号中提出。
通常，热交换器是以温度不同的2种以上流体作为媒体，所以，不仅因流体间的温度差在各部件之间产生温度差，而且在停止时和运转时也产生温度差。因此，把热交换器的外周牢固地支承在壳体内时，因各部件的热膨张量的差而产生以下问题。
即，当热交换器处于比壳体温度高的状态时，产生朝壳体方向的张拉热应力，可能会影响耐久性。反之，当热交换器处于比壳体温度低的状态时，产生朝热交换器方向的张拉热应力，也可能影响耐久性。尤其是当热交换器和壳体是用不同材料构成时，材料固有的热膨张系数的差引起的热应力使上述问题更为显著。
发明内容概要
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于把对热交换器和壳体产生的热应力抑制在最小限度，切实地将热交换器的高温流体通路入口和低温流体通路入口之间密封起来。
为了实现上述目的，本发明第1方案的热交换器支承构造，在沿轴方向分割并通过一对法兰接合着的圆筒状壳体内部，支承着圆环状的热交换器，该热交换器在轴方向一端备有高温流体通路入口，在轴方向另一端备有低温流体通路入口，其特征在于，一方的法兰的内周面和热交换器的外周面用可弹性变形的板材构成的热交换器支承环连接，将热交换器支承在壳体内，同时将高温流体通路入口与低温流体通路入口之间密封起来。
根据上述构造，由于用可弹性变形板材构成的热交换器支承环连接壳体的一方的法兰的内周面与热交换器的外周面，将热交换器支承在壳体内，所以，热交换器和一方的法兰之间的热膨张量差被热交换器支承环的弹性变形吸收，减轻热应力，并且可防止在热交换器的支承上产生晃动，而且，可用热交换器支承环将高温流体通路入口和低温流体通路入口之间密封起来。
本发明第2方案的热交换器支承构造，在上述第1方案的基础上，其特征在于，上述热交换器支承环具有第1环部、第2环部和连接第1、第2环部的连接部，上述第1环部与热交换器的外周面接合，上述第2环部比第1环部的直径大，并与上述一方的法兰的内周面接合。
根据上述构造，热交换器支承环由于具有第1环部、第2环部和连接第1、第2环部的连接部，上述第1环部与热交换器的外周面接合，上述第2环部比第1环部的直径大，并与上述一方的法兰的内周面接合，所以，热交换器的温度上升时，热交换器支承环容易弹性变形，可吸收热交换器与法兰间的热膨张量差。
本发明第3方案的热交换器支承构造，在沿轴方向分割并通过一对法兰接合着的圆筒状壳体内部，支承着圆环状的热交换器，该热交换器在轴方向一端备有高温流体通路入口，在轴方向另一端备有低温流体通路入口，其特征在于，将固定在热交换器外周面的热交换器支承环榫接(ィンロ-)地嵌合在一方的法兰的内周面，同时，在热交换器支承环与另一方法兰之间配置密封部件。
根据上述构造，由于将固定在热交换器外周面的热交换器支承环榫接地嵌合在一方的法兰的内周面，所以，在热交换器及热交换器支承环的热膨张时，该热交换器支承环与上述一方的法兰相接，由榫接嵌合部的间隙吸收热交换器的热膨张，减轻热应力，同时可防止在热交换器的支承上产生晃动。而且，由于在热交换器支承环与另一方的法兰之间配置了密封部件，所以，可切实地将高温流体通路入口与低温流体通路入口之间密封起来。
本发明第4方案的热交换器支承构造，在上述第3方案的基础上，其特征在于，设有防止上述榫接嵌合脱开的止挡件。
根据上述构造，由于设有防止榫接嵌合脱开的止挡件，所以，可防止热交换器相对于壳体的轴方向移动。
本发明第5方案的热交换器支承构造，在沿轴方向分割并通过一对法兰接合着的圆筒状壳体内部，支承着圆环状的热交换器，该热交换器在轴方向一端备有高温流体通路入口，在轴方向另一端备有低温流体通路入口，其特征在于，将固定在热交换器外周面的热交换器支承环与一方的法兰的内周面在半径方向留有间隙地同轴配置，在热交换器支承环与上述一方法兰之间，配置朝扩开上述间隙的方向作用的弹簧，在热交换器支承环与另一方法兰之间，配置密封部件。
根据上述构造，由于将固定在热交换器外周面的热交换器支承环与一方的法兰的内周面在半径方向留有间隙地同轴配置，在热交换器支承环与上述一方的法兰之间，配置朝扩开上述间隙的方向作用的弹簧，所以，用半径方向的间隙吸收热交换器的热膨张，减轻热应力，并可用弹簧防止在热交换器的支承上产生晃动。而且，由于在热交换器支承环与另一方法兰之间配置了密封部件，所以，可切实地将高温流体通路入口与低温流体通路入口之间密封起来。
本发明第6方案的热交换器支承构造，在上述第1至第5方案中的任一方案基础上，其特征在于，把上述热交换器支承环设在比距离高温流体通路入口更靠近低温流体通路入口的位置。
根据上述构造，由于把热交换器支承环设在靠近温度较低的低温流体通路入口，所以，更加能有效地避免热应力的产生。
附图简要说明
图1～图12表示本发明的第1实施例。
图1是燃气涡轮发动机的整体侧面图。
图2是图1的2-2线断面图。
图3是图2的3-3线放大断面图(燃气通路的断面图)。
图4是图2的4-4线放大断面图(空气通路的断面图)
图5是图3的5-5线放大断面图。
图6是图5的6部放大图。
图7是图3的7-7线放大断面图。
图8是折板坯材的展开图。
图9是热交换器的主要部分立体图。
图10是表示燃气和空气流动的模式图。
图11是说明突起的间距均匀时的作用的曲线图。
图12是说明突起的间距不均匀时的作用的曲线图。
图13是表示本发明第2实施例的图。
图14是表示本发明第3、4实施例的图。
下面，参照图1至图12说明本发明的第1实施例。
如图1及图2所示，燃气涡轮发动机E备有发动机本体1，在该发动机本体1内部收容着图未示的燃烧器、压缩机、透平机(タビ-ン)等，圆环状的热交换器2围绕在该发动机本体1的外周。在热交换器2内，沿圆周方向交替地形成燃气通路4…和空气通路5…(见图5)，通过透平机后的较高温的燃气通过燃气通路4，由压缩机压缩后的较低温的空气通过空气通路5。图1中的断面与燃气通路4…对应，在该燃气通路4…的跟前侧和对方侧相邻地形成空气通路5…。
热交换器2的沿轴线的断面形状是轴方向长、半径方向短的偏平六边形，其半径方向外周面由大直径圆筒状的外壳体6闭塞，其半径方向内周面由小直径圆筒状内壳体7闭塞。热交换器2的纵断面中的前端侧(图1中左侧)被切成不等长的峰形，在与该峰形顶点对应的部分，钎焊着与发动机本体1的外周面相连的端板8。热交换器2的断面中的后端侧(图1中右侧)被切成不等长的峰形，在与该峰形顶点对应的部分，钎焊着与外壳体9相连的端板10。
热交换器2的各燃气通路4，在图1中左上及右下备有燃气通路入口11和燃气通路出口12，燃气通路入口11连接着空间(燃气导入管道)13的下流端，同时，燃气通路出口12连接着空间(燃气排出管道)14的上流端。上述空间13用于导入沿发动机本体1外周形成的燃气，上述空间14用于排出漫延到发动机本体1内部的燃气。
热交换器2的各空气通路5，在图1中右上和左下，备有空气通路入口15和空气通路出口16，空气通路入口15连接着空间(空气导入管道)17的下流端，空气通路出口16连接着空间(空气排出管道)18的上流端。上述空间17用于导入沿外盒9内周形成的空气，上述空间18用于排出漫延到发动机本体1内部的空气。
这样，如图3、图4和图10所示，燃气和空气彼此朝相反方向流动，并且相互交叉，实现热交换率高的对流，且实现所谓的交叉流。即，由于高温流体和低温流体彼此朝相反方向流动，沿着其流路全长保持高温流体与低温流体之间的大温度差，可提高热交换效率。
驱动透平机后的燃气温度在燃气通路入口11…中约为600～700℃，燃气通过燃气通路4…时与空气之间进行热交换，在燃气通路出口12…中约冷却到300～400℃。被压缩机压缩了的空气的温度，在空气通路入口15…约为200～300℃，该空气通过空气通路5…时，与燃气之间进行热交换，在空气通路出口16…被加热到约500～600℃。
下面参照图3至图9说明热交换器2的构造。
如图3、图4和图8所示，热交换器2的本体部是用折板坯材21制造的，该折板坯材21是先将不锈钢等金属薄板切成预定形状后，再在其表面用冲压加工实施凹凸。折板坯材21是将第1传热板S1…及第2传热板S2…交替配置而成，通过峰折线L1和谷折线L2被弯折成弯曲状。峰折线是朝纸面跟前侧凸的折线，谷折线是朝纸面对方侧凸的折线。各峰折线L1和谷折线L2不是笔直的直线，为了在第1传热板S1…和第2传热板S2…之间形成预定的空间，实际上是由圆弧状折线构成。
在各第1、第2传热板S1、S2上，用加压形成不等间隔的多个第1突起22…和第2突起23…。图8中用×表示的第1突起22…朝着纸面跟前侧突出，用○表示的第2突起23…朝纸面对方侧突出。
各第1、第2传热板S1、S2的被切成峰形的前端部及后端部上，在图8中，用加压形成朝纸面跟前侧突出的第1凸条24F…、24R…和朝纸面对方侧突出的第2凸条25F…、25R…。对第1传热板S1和第2传热板S2，都是前后一对第1凸条24F、24R配置在对角位置，前后一对第2凸条25F、25R配置在另一对角位置。
图3所示第1传热板S1的第1突起22…、第2突起23…、第1凸条24F…、24R…及第2凸条25F…、25R…，其凹凸关系与图8所示第1传热板S1相反，这是因为图3是从里面侧看第1传热板S1的原因。
从图5和图8可知，用峰折线L1弯折折板坯材21的第1传热板S1…和第2传热板S2…，在两传热板S1…、S2…之间形成燃气通路4…时，第1传热板S1的第2突起23…的前端与第2传热板S2的第2突起23的前端相互相接，并钎焊在一起，另外，第1传热板S1的第2凸条25F、25R与第2传热板S2的第2凸条25F、25R相互相接并钎焊在一起，闭塞图3所示燃气通路4的左下部分和右上部分，同时，第1传热板S1的第1凸条24F、24R和第2传热板的第1凸条24F、24R之间存有间隙并彼此相向，在图3所示燃气通路4的左上部分和右下部分，分别形成燃气通路入口11和燃气通路出口12。
用谷折线L2弯折折板坯材21的第1传热板S1…和第2传热板S2…，在两传热板S1…、S2…之间形成空气通路5…时，第1传热板的第1突起22…的前端与第2传热板S2的第1突起22的前端彼此相接并被钎焊在一起。另外，第1传热板S1的第1凸条24F、24R与第2传热板S2的第1凸条24F、24R彼此相接并被钎焊在一起，闭塞图4所示空气通路5的左上部分和右下部分，同时，第1传热板S1的第2凸条25F、25R与第2传热板S2的第2凸条25F、25R之间存有间隙并彼此相向，在图4所示空气通路5的右上部分和左下部分，分别形成空气通路入口15和空气通路出口16。
第1突起22…和第2突起23…呈圆锥台形，它们的前端部彼此面接触，以提高钎焊强度。第1凸条24F…、24R…和第2凸条25F…、25R…也具有略台形断面，它们的前端部彼此面接触，以提高钎焊强度。
从图5可知，空气通路5…的半径方向内周部分与折板坯材21的弯折部(谷折线L2)相当，被自动地闭塞，但空气通路5…的半径方向外周部分开放着，该开放部钎焊在外盒6上而被闭塞。另一方面，燃气通路4…的半径方向外周部分与折板坯材21的弯折部(峰折线L1)相当，被自动地闭塞，但燃气通路4…的半径方向内周部分开放着，其开放部钎焊在内壳体7上而被闭塞。
把折板坯材21弯折成弯曲状时，相邻的峰折线L1虽然彼此不直接接触，但通过第1突起22…相互接触，峰折线L1相互的间隔保持一定。相邻谷折线L2虽然彼此不直接接触，但通过第2突起23…相互接触，使谷折线L2相互的间隔保持一定。
把上述折板坯材21弯折成弯曲状来制作热交换器2的本体部时，第1传热板S1…和第2传热板S2…从热交换器2的中心呈放射状地配置。因此，相邻第1传热板S1…和第2传热板S2…之间的距离，在与外壳体6相接的半径方向外周部为最大，在与内壳体7相接的半径方向内周部为最小。因此，第1突起22…、第2突起23…、第1凸条24F、24R和第2凸条25F、25R的高度，从半径方向内侧朝着外侧渐增，这样，可将第1传热板S1…和第2传热板S2…正确地配置成放射状(见图5)。
通过采用上述的放射状折板构造，将外壳体6和内壳体7定位在同心位置，可精密地保持热交换器2的轴对称性。
从图7和图9可知，把第1传热板S1…和第2传热板S2…的被切成前端和后端峰形的顶点部分，朝着热交换器2的圆同方向弯折稍小于90°的角度，这样，形成矩形的小片状翼部26…。把折板坯材21弯折成弯曲状时，第1传热板S1…和第2传热板S2…的翼部26…的一部分，重叠在与其相邻的翼26…的一部分上，以面接触状态钎焊，整体构成为环状接合的翼27。该接合翼27用钎焊与前后的端板8、10接合。
这时，接合翼27的前面呈台阶状，与端板8、10之间形成若干间隙，该间隙被钎材(见图7)塞住。翼部26…从形成在第1传热板S1…和第2传热板S2…上的第1凸条24F、24R和第2凸条25F、25R的前端附近弯折，用峰折线L1和谷折线L2弯折了折板坯材21后，第1凸条24F、24R和第2凸条25F、25R的前端与翼部26…之间也形成若干间隙，该间隙被钎材(见图7)塞住。
如果将第1传热板S1…和第2传热板S2…的峰形顶点部分切断成平坦状，把端板8、10钎焊到该切断的端面上时，必须先弯折折板坯材21，将第1传热板S1…和第2传热板S2…的第1突起22…和第2突起23…以及第1凸条24F、24R和第2凸条25F、25R相互钎焊后，再对上述顶点部分实施精密的切断加工，进行端板8、10的钎焊，钎焊需要2个工序，不仅增加工作量，而且切断面要求高的加工精度，所以成本增加，而且由于在小面积的切断面上进行钎焊，不容易得到足够的强度。但是，通过钎焊被弯折的翼部26…，不仅能将上述第1突起22…和第2突起23…以及第1凸条24F、24R和第2凸条25F、25R的钎焊与翼部26…的钎焊在一个工序内完成，而且不需要峰形顶点部分的精密切断加工，而且由于是对彼此面接触的翼部26…进行钎焊，所以大幅度增加了钎焊强度。另外，由于由翼部26…本身构成翼27，所以减少零部件数目。
另外，通过将折板坯材21呈放射状且弯折成弯曲状，连续地形成第1传热板S1…和第2传热板S2…，与交替地钎焊多个独立的第1传热板S1…和多个独立的第2传热板S2…相比，不仅能大幅度减少零部件数目及钎焊部位，而且能提高成品的尺寸精度。
从图5和图6可知，把一块带状的折板坯材21弯折成弯曲状地构成热交换器2的本体部时，该折板坯材21的两端部在热交换器2的半径方向外周部分接合成一体。因此，挟着接合部相邻的第1传热板S1和第2传热板S2的端缘在峰折线L1的附近被切断成J字形，例如第2传热板S2的J字形切断部的外周嵌合地钎焊在第1传热板S1的J字形切断部的内周。由于第1、第2传热板S1、S2的J字形切断部相互嵌合，外侧的第1传热板S1的J字形切断部被扩开，内侧的第2传热板S2的J字形切断部被压缩，内侧的第2传热板S2被朝着热交换器2的半径方向内侧压缩。
通过采用上述构造，接合折板坯材21两端部时不需要特别的接合部件，并且不需要改变折板坯材21的形状等的特别加工，所以，可减少零部件数目和加工成本，并可避免接合部中热量(ヒ-トマス)增加。另外，不产生既不是燃气通路4…也不是空气通路5…的死空间，所以可将流路阻力抑制到最小限度，不会降低热交换效率。第1、第2传热板S1、S2的J字形切断部的接合部虽然因变形而容易产生微小间隙，但是由于是用一块折板坯材21构成热交换器2的本体部，所以上述接合部分只在一个部位，可将流体的泄漏抑制到最小限度。将一块折板坯材21弯折成弯曲状地构成圆环形热交换器2的本体部时，如果连成一体的第1、第2传热板S1、S2的块数不适当，则相邻的第1、第2传热板S1…、S2…的圆周方向间距就不适当，而且第1突起22…及第2突起23…的前端可能会分离或磨钝。但是，只要变更折板坯材21的切断位置，适当变更连成一体的第1、第2传热板S1…、S2…的块数，就可以微调节上述圆周方向的间距。
在燃气涡轮发动机E的运转中，燃气通路4…的压力是较低的低压，空气通路5…的压力是较高的高压，所以，其压力差使得在第1传热板S1…和第2传热板S2…上作用弯曲荷重，但彼此相接且钎焊着的第1突起22…和第2突起23…能承受上述荷重，可得到足够的刚性。
第1突起22…和第2突起23…使得第1传热板S1…和第2传热板S2…的表面积(即燃气通路4…和空气通路5…的表面积)增加，而且燃气及空气的流动被搅混，所以可提高热交换效率。
表示燃气通路4…和空气通路5…之间的热传递量的传热单位数Ntu为
  Ntu＝(K×A)/〔C×(dm/dt)〕         …(1)
上式(1)中，K是第1传热板S1…和第2传热板S2…的热通过率，A是第1传热板S1…和第2传热板S2…的面积(传热面积)，C是流体的比热，dm/dt是流过上述传热面积的流体的质量流量。上述传热面积A和比热C是常数，上述热通过率K和质量流量dm/dt是相邻的第1突起22…间或相邻的第2突起23…的间距P(见图5)的函数。
当传热单位数Ntu在第1传热板S1…和第2传热板S2…的半径方向变化时，第1传热板S1…和第2传热板S2…的温度分布在半径方向变得不均匀，不仅热交换效率降低，而且第1传热板S1…和第2传热板S2…在半径方向不均匀地热膨张，产生不希望有的热应力。为此，适当设定第1突起22…和第2突起23…的半径方向排列间距，使传热单位数Ntu在第1传热板S1…和第2传热板S2…的半径方向各部位一定，则可以解决上述各问题。
如图11A所示，朝上述间距P在热交换器2的半径方向为一定时，如图11B所示，传热单位数Ntu朝半径方向内侧部分增大，在半径方向外侧部分变小，所以，如图11C所示，第1传热板S1…和第2传热板S2…的温度分布也是在半径方向内侧部增高，朝半径方向外侧部分减低。如图12A所示，如果将上述间距P设定为在热交换器2的半径方向内侧部分大，在半径方向外侧部分小，则如图12B和图12C所示，传热单位数Ntu和温度分布在半径方向可以为略一定。
从图3至图5可知，本实施例的热交换器2中，在第1传热板S1…和第2传热板S2…的轴方向中间部(即除了轴方向两端的峰形部以外的部分)的半径方向外侧部分，设置第1突起22…和第2突起23…的半径方向排列间距P小的区域R1，同时，在该半径方向内侧部分，设置第1突起22…和第2突起23…的半径方向排列间距大的区域R2。这样，第1传热板S1…和第2传热板S2…的轴方向中间部的全部区域中传热单位数Ntu略为一定，可提高热交换效率和减少热应力。
另外，如果热交换器2的整体形状或第1突起22…及第2突起23…的形状变化，则热通过率K和质量流量dm/dt也变化，所以，适当的间距P的排列也与本实施例不同。因此，本实施例的间距P，除了朝半径方向外侧渐减以外，也可朝半径方向外侧渐增。但是，如果设定使上述(1)式成立的间距P的排列，则与热交换器的整体形状和第1突起22…及第2突起23…的形状无关，可得到上述的作用效果。
从图3和图4可知，在第1传热板S1…和第2传热板S2…的轴方向中间部，相邻的第1突起22…或相邻的第2突起23…在热交换器2的轴方向(燃气和空气的流动方向)不是整齐排列，而是相对于轴方向以预定角度倾斜地排列。换言之，在平行于热交换器2轴线的直线上，第1突起22…不连续地排列着，或者第2突起23…不连续地排列着。这样，在第1传热板S1…和第2传热板S2…的轴方向中间部，用第1突起22…和第2突起23将燃气通路4和空气通路5形成为迷宫状，可提高热交换效率。
在第1传热板S1…和第2传热板S2…的轴方向两端的峰形部，以与上述轴方向中间部不同的排列间距排列着第1突起22…和第2突起23…。在图3所示的燃气通路4中，从燃气通路入口11沿箭头方向a流入的燃气向轴方向旋回后，沿箭头b方向流去，再沿箭头c方向旋回后从燃气通路出口12流出。燃气在燃气通路入口11附近变换方向时，在旋回方向内侧(热交换器2的半径方向外侧)，燃气的流路PS变短，在旋回方向外侧(热交换器2的半径方向内侧)，燃气的流路PL变长。另一方面，燃气在燃气通路出口12附近变换方向时，在旋回方向内侧(热交换器2的半径方向内侧)，燃气的流路PS变短，在旋回方向外侧(热交换器2的半径方向外侧)，燃气的流路PL变长。这样，在燃气的旋回方向内侧和外侧，燃气的流路长度产生差，由于流路长度短，燃气从旋回方向外侧朝着流路阻力小的旋回方向内侧偏流，燃气的流动不均匀，热交换效率降低。
在燃气通路入口11和燃气通路出口12附近的区域R3、R3，使与燃气流动方向直交方向的第1突起22…和第2突起23…的排列间距从旋回方向外侧朝内侧逐渐加密地变化。这样，在区域R2、R3，第1突起22…和第2突起23…的排列间距不均匀，由于燃气流路长度短，在流路阻力小的旋回方向内侧，第1突起22…和第2突起23…加密地排列，使流路阻力增加，可使上述整个区域区域R3、R3的流路阻力均匀。这样，防止上述偏流的产生，可避免热交换效率的降低。尤其是，与第1凸条24F、24R的内侧相邻的第一排突起全部由突出到燃气通路4内的第2突起23…(图3中用×表示)构成，所以，通过使第2突起23…的排列间距不均匀，可有效地发挥防止偏流的效果。
同样，在图4所示的空气通路5中，从空气通路入口15沿箭头d方向流入的空气，朝轴方旋回后朝箭头e方向流动，再朝箭头f方向旋回后从空气通路出口16流出。空气在空气通路入口15附近变换方向时，在旋回方向内侧(热交换器2的半径方向外侧)，空气流路变短，在旋回方向外侧(热交换器2的半径方向外侧)，空气流路变长。空气在空气通路出口16附近变换方向时，在旋回方向内侧(热交换器2的半径方向内侧)，空气流路变短，在旋回方向外侧(热交换器2的半径方向外侧)，空气流路变长。这样，在空气的流路方向内侧和外侧，产生空气的流路长度差，由于流路长，空气朝着流路阻力小的旋回方向内侧偏流，热交换效率降低。
为此，在空气通路入口15和空气通路出口16附近的区域R4、R4，使与空气流动方向直交方向的第1突起22…和第2突起23…的排列间距，从旋回方向外侧朝着内侧渐渐加密地变化。这样，在区域R4、R4中，第1突起22…和第2突起23…的排列间距不均匀，由于空气的流路长度短，在流路阻力小的旋回方向内侧，第1突起22…和第2突起23…较密地排列，使流路阻力增加，可使整个区域R4、R4的流路阻力均匀。这样，可防止上述偏流的产生，避免热交换效率降低。尤其是，与第2凸条25F、25R的内侧相邻的第一排突起全部由突出到燃气通路4内的第1突起22…(图4中用×表示)构成，所以，通过使第1突起22…的排列间距不均匀，可有效地发挥防止偏流的效果。
在图3中，燃气流过与区域R3、R3相邻的区域R4、R4时，该区域R4、R4中的第1突起22…和第2突起23…的排列间距在燃气流动方向上不均匀，所以，该第1突起22…和第2突起23…的排列间距几乎不影响燃气的流动。同样地，在图4中，空气流过与区域R4、R4相邻的区域R3、R3时，该区域R3、R3中的第1突起22…和第2突起23…的排列间距在空气流动方向上不均匀，所以，该第1突起22…和第2突起23…的排列间距几乎不影响空气的流动。
从图3和图4可知，在热交换器2的前端部和后端部，第1传热板S1…和第2传热板S2…分别被切成具有长边和短边的不等长峰形，沿着前端侧和后端侧的长边，分别形成燃气通路入口11和燃气通路出口12，同时，沿着后端侧和前端侧的短边，分别形成空气通路入口15和空气通路出口16。
这样，在热交换器2的前端部，沿着峰形的二边分别形成燃气通路入口11和空气通路出口16，同时，在热交换器2的后端部，沿着峰形的二边分别形成燃气通路出口12和空气通路入口15，所以，与不将热交换器2的前端部和后端部切成峰形地形成上述入口11、15和出口12、16的情形相比，可确保这些入口11、15和出口12、16的较大流路断面积，将压力损失减小到最小限度。而且，由于沿着上述峰形的二边形成入口11、15和出口12、16，所以，使出入于燃气通路4…和空气通路5…燃气和空气的流动更顺畅，更加减少压力损失，同时，与入口11、15和出口12、16相连的管道不急剧弯曲地沿轴方向配置，可以使热交换器2的半径方向尺寸小型化。
与通过空气通路入口15和空气通路出口16的空气的体积流量相比，将燃料混合到空气中使其燃烧，再用透平机使其膨张后，压力下降了的燃气的体积流量增大。本实施例中，借助上述不等长的峰形，体积流量小的空气通过的空气通路入口11和空气通路出口16的长度短，而体积流量大的燃气通过的燃气通路入口11和燃气通路出口12的长度长，这样，使燃气的流速相对降低，可更有效地避免压力损失的产生。
从图3和图4可知，不锈钢制外壳体9是由围成空气导入管道17的外壁部件28、29和内壁部件30、31构成的双重构造，前侧的外壁部件28和内壁部件30的后端接合着的前部法兰32，由若干个螺栓34…结合在后部法兰33上，该后部法兰33接合在后侧的外壁部件29和内壁部件31的前端。这时，在前部法兰32与后部法兰33之间挟持着断面为E状的环形密封部件35，该密封部件35将前部法兰32和后部法兰33的结合面密封住，防止空气导入管道17内的空气与燃气导入管道13内的燃气混合。
热交换器2通过热交换器支承环36支承在与外盒9的后部法兰33相连的内壁部件31上，上述热交换器支承环36由与热交换器2同材质的镍铬铁耐热耐蚀合金板材构成。由于与后部法兰33接合着的内壁部件31的轴方向尺寸小，所以，该内壁部件31可基本上看作是后部法兰33的一部分。因此，也可以不将热交换器支承环36接合在内壁部件31上，而直接接合在后部法兰33上。热交换器支承环36具有与热交换器2外周面接合的第1环部361、与内壁部件31的内周面结合着的、比上述第1环部361直径大的第2环部362和在斜方向连接第1、第2环部361、362的连接部363，断面形成为台阶状，由该热交换器支承环36将燃气通路入口11和空气通路入口15之间密封住。
热交换器2外周面的温度分布，在空气通路入口15侧(轴方向后侧)是低温，在燃气通路入口11侧(轴方向前侧)是高温。通过把热交换器支承环36设置在比距离燃气通路入口11更靠近空气通路入口15的位置，可将热交换器2和外壳体9的热膨张量差抑制在最小限度，可减少热应力。另外，热膨张量的差引起热交换器2和后部法兰33相对变位时，其变位被板材构成的热交换器支承环36的弹性变形吸收，可减轻作用于热交换器2和外壳体9上的热应力。尤其是，由于热交换器支承环36的断面形成为台阶状，所以，其弯折部容易变形，可有效地吸收热膨张量的差。
图13表示本发明的第2实施例。第2实施例中，在靠近较低温的热交换器2的后部位置(即空气通路入口15附近)，备有固定在该热交换器2外周面的镍铬铁合金制热交换器支承环37。热交换器支承环37的外周面，榫接嵌合(38)在后部法兰33的内周面，焊接在热交换器支承环37后端的板状止挡件39与后部法兰33的台部接合。燃气涡轮发动机E运转时，高压的空气与低压的燃气的压力差使热交换器2相对于外壳体9向前方移动，但是，由上述止挡件39可限制热交换器2的移动。前部法兰32和热交换器支承环37的结合面，被断面为E形的环状密封部件35密封，所以，可防止燃气导入管道13内的燃气和空气导入管道17内的空气混合。
上述榫接嵌合38的部分，在燃气涡轮发动机E停止时即热交换器2为低温时，有半径方向的间隙，但是，随着燃气涡轮发动机E的运转，热交换器2变为高温时，因热交换器2和后部法兰33的热膨张量差而密接，消除上述间隙。这样，可减轻由热交换器2和后部法兰33的热膨张量差产生的热应力，能够以稳定的状态把热交换器2支承在外壳体9内。
图14A和图14B表示本发明的第3实施例和第4实施例。第3、第4实施例中，在上述第2实施例的热交换器支承环37的外周面和后端部法兰33的内周面间设置间隙，并且，弹簧40…的一端固定在热交换器支承环37上，另一端弹性地与后部法兰33的内周面相接。沿热交换器支承环37的圆周方向设置若干个弹簧40…，可通过弹簧40…将热交换器2支承在外壳体9内，同时防止热交换器支承环37与后部法兰33之间的晃动，另外，可在轴方向防止热交换器支承环37脱落。
根据该第3、第4实施例，用半径方向的间隙吸收热交换器2的半径方向的热膨张，减轻热应力，并且用弹簧40…的弹力防止晃动。
上面详细说明了本发明的实施例，在不脱离本发明精神的范围内，可作各种设计变更。
例如，实施例中，是将热交换器支承环36、37支承在后部法兰33侧，但也可以将其支承在前部法兰32侧。另外，本发明也适用于燃气涡轮发动机E以外用途的热交换器。

Claims (6)

1.一种热交换器的支承构造，在沿轴方向分割并通过一对法兰(32、33)接合着的圆筒状壳体(9)内部，支承着圆环状的热交换器(2)，该热交换器(2)在轴方向一端备有高温流体通路入口(11)，在轴方向另一端备有低温流体通路入口(15)，其特征在于，一方的法兰(33)的内周面和热交换器(2)的外周面，用可弹性变形的板材构成的热交换器支承环(36)连接，将热交换器(2)支承在壳体(9)内，同时将高温流体通路入口(11)与低温流体通路入口(15)之间密封起来。
2.如权利要求1所述的热交换器的支承构造，其特征在于，上述热交换器支承环(36)，具有与热交换器(2)的外周面接合的第1环部(361)、比第1环部(361)直径大并与上述一方的法兰(33)的内周面接合的第2环部(362)、以及连接第1、第2环部(361、362)的连接部(363)。
3.一种热交换器的支承构造，在沿轴方向分割并通过一对法兰(32、33)接合着的圆筒状壳体(9)内部，支承着圆环状的热交换器(2)，该热交换器(2)在轴方向一端备有高温流体通路入口(11)，在轴方向另一端备有低温流体通路入口(15)，其特征在于，将固定在热交换器(2)外周面的热交换器支承环(37)榫接地嵌合在一方法兰(33)的内周面，同时，在热交换器支承环(37)与另一方法兰(32)之间配置密封部件(35)。
4.如权利要求3所述的热交换器的支承构造，其特征在于，设有防止上述榫接嵌合(38)脱开的止挡件(39)。
5.一种热交换器的支承构造，在沿轴方向分割并通过一对法兰(32、33)接合着的圆筒状壳体(9)内部，支承着圆环状的热交换器(2)，该热交换器(2)在轴方向一端备有高温流体通路入口(11)，在轴方向另一端备有低温流体通路入口(15)，其特征在于，把固定在热交换器(2)外周面的热交换器支承环(37)与一方的法兰(33)的内周面在半径方向留有间隙地同轴配置，在热交换器支承环(37)与上述一方法兰(33)之间，配置朝扩开上述间隙的方向作用力的弹簧(40)，在热交换器支承环(37)与另一方法兰(32)之间配置密封部件(35)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的热交换器的支承构造，其特征在于，把上述热交换器支承环(36、37)设置在比距离高温流体通路入口(11)更靠近低温流体通路入口(15)的位置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104315900A (zh) * 2014-10-13 2015-01-28 绿能高科集团有限公司 一种逆流换热器
CN104949301A (zh) * 2014-03-31 2015-09-30 北狄空气应对加拿大公司 用于形成逆流能量交换组合件的间隔件层的系统和方法
CN104315900B (zh) * 2014-10-13 2017-01-04 绿能高科集团有限公司 一种逆流换热器

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10122768A (ja) * 1996-10-17 1998-05-15 Honda Motor Co Ltd 熱交換器
JP4523148B2 (ja) * 2000-12-25 2010-08-11 本田技研工業株式会社 熱交換器
JP4523149B2 (ja) * 2000-12-25 2010-08-11 本田技研工業株式会社 熱交換器
JP3730903B2 (ja) * 2001-11-21 2006-01-05 本田技研工業株式会社 熱交換器
JP4180830B2 (ja) 2002-02-05 2008-11-12 カルソニックカンセイ株式会社 熱交換器
WO2007009713A1 (de) * 2005-07-19 2007-01-25 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmeübertrager
US20090056923A1 (en) * 2007-08-30 2009-03-05 Suncue Company Ltd Combustion system
US9151539B2 (en) * 2011-04-07 2015-10-06 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger having a core angled between two headers
CN106574518B (zh) 2014-08-22 2019-05-10 派瑞格恩涡轮技术有限公司 用于发电系统的热交换器
HUE049624T2 (hu) * 2014-12-18 2020-09-28 Zehnder Group Int Ag Hõcserélõ
US10753229B2 (en) * 2016-02-17 2020-08-25 Pratt & Whitney Canada Corp Mounting arrangement for mounting a fluid cooler to a gas turbine engine case
DK180416B1 (en) * 2019-11-04 2021-04-22 Danfoss As Plate-and-shell heat exchanger and a channel blocking plate for a plate-and-shell heat exchanger
WO2022107868A1 (ja) * 2020-11-20 2022-05-27 株式会社ティラド 熱交換器

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2594761A (en) * 1947-01-02 1952-04-29 Rolls Royce Heat exchanger
US3526275A (en) * 1968-05-27 1970-09-01 Du Pont Tube bundle assembly having baffle and header seal features for use in plastic tube heat transfer apparatus combinations
JPS4854751U (zh) * 1971-10-26 1973-07-14
JPS5112187B2 (zh) 1971-11-06 1976-04-16
JPS5216259B2 (zh) * 1971-11-12 1977-05-07
US3896873A (en) * 1972-05-01 1975-07-29 Atomic Energy Commission Heat exchanger with a removable tube section
JPS5145728B2 (zh) * 1972-08-21 1976-12-04
JPS5216259A (en) 1975-07-28 1977-02-07 Yazaki Corp Drive type flow meter
JPS6032117B2 (ja) * 1976-10-18 1985-07-26 三井造船株式会社 熱交換器管板の取付構造
DE2744899C3 (de) 1977-10-06 1982-02-11 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen
US4440213A (en) 1981-09-11 1984-04-03 Midland-Ross Corporation Recuperator with floating interior housing
US4702310A (en) * 1983-07-29 1987-10-27 Bas-Tex Corporation Closure connection
JPS6032117A (ja) 1983-08-02 1985-02-19 Canon Inc 磁気記録媒体
US4582126A (en) * 1984-05-01 1986-04-15 Mechanical Technology Incorporated Heat exchanger with ceramic elements
JPH0627022B2 (ja) 1985-12-17 1994-04-13 日本インシュレーション株式会社 珪酸カルシウム系成形体の製造法
DE3615877A1 (de) * 1986-05-10 1987-11-12 Krupp Koppers Gmbh Waermetauscher fuer unter erhoehtem druck stehende gase
US4921680A (en) * 1989-09-12 1990-05-01 International Fuel Cells Corporation Reformer seal plate arrangement
US5065816A (en) * 1990-05-29 1991-11-19 Solar Turbines Incorporated Sealing system for a circular heat exchanger
KR0142775B1 (ko) 1994-11-21 1998-07-15 이헌조 캠코더의 떨림 보정 장치 및 방법
EP0753712B1 (en) 1995-07-12 2000-10-11 ROLLS-ROYCE plc A heat exchanger
JPH10122764A (ja) 1996-10-17 1998-05-15 Honda Motor Co Ltd 熱交換器
CN104722872B (zh) * 2010-03-02 2016-08-03 三菱铝株式会社 铝合金制热交换器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104949301A (zh) * 2014-03-31 2015-09-30 北狄空气应对加拿大公司 用于形成逆流能量交换组合件的间隔件层的系统和方法
US10132522B2 (en) 2014-03-31 2018-11-20 Nortek Air Solutions Canada, Inc. Systems and methods for forming spacer levels of a counter flow energy exchange assembly
CN104315900A (zh) * 2014-10-13 2015-01-28 绿能高科集团有限公司 一种逆流换热器
CN104315900B (zh) * 2014-10-13 2017-01-04 绿能高科集团有限公司 一种逆流换热器

Also Published As

Publication number Publication date
CA2278732A1 (en) 1998-07-30
KR20000070484A (ko) 2000-11-25
JPH10206067A (ja) 1998-08-07
KR100353595B1 (ko) 2002-09-27
DE69822434T2 (de) 2005-03-03
EP0955512B1 (en) 2004-03-17
EP0955512A1 (en) 1999-11-10
WO1998033033A1 (fr) 1998-07-30
BR9807518A (pt) 2000-03-21
CN1220858C (zh) 2005-09-28
CA2278732C (en) 2004-03-16
EP0955512A4 (en) 2000-03-15
DE69822434D1 (de) 2004-04-22
US6223808B1 (en) 2001-05-01

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