DE112014000867T5

DE112014000867T5 - Mit Gasturbinenanlage ausgestatteter Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE112014000867T5
Application number: DE112014000867.2T
Authority: DE
Inventors: Issaku Fujita; Taichi Nakamura; Satoshi Hiraoka
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-12-17
Also published as: US20160003551A1; CN104981675B; US10365044B2; KR20150108382A; CN104981675A; KR101785818B1; WO2014126249A1; JP2014157001A; JP6092650B2

Abstract

Der Wärmeaustauscher weist ein Gehäuse, mehrere Wärmeübertragungsrohre (20), die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und mehrere Stützplatten (30) auf, die in Intervallen entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre (20) angeordnet sind und in denen mehrere Rohreinführungsdurchgangslöcher (40) zum Einführen der mehreren Wärmeübertragungsrohre (20) gebildet sind. Bei zwei der Stützplatten (30), die in der vorstehend genannten Längsrichtung benachbart sind, unterscheiden sich die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher (40) für dasselbe Wärmeübertragungsrohr (20).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfingung betrifft einen mit einer Gasturbinenmaschine ausgestatteter Wärmeaustauscher. Diese Anmeldung beansprucht Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-029472 , die am 18. Februar 2013 in Japan eingereicht wurde und deren Inhalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen wird.
Allgemeiner Stand der Technik
Im Allgemeinen wurde als Wärmeaustauscher ein Wärmeaustauscher vorgeschlagen, der mehrere Wärmeübertragungsrohre aufweist, welche innerhalb eines Gehäuses bereitgestellt sind, sowie mehrere Wärmeübertragungsrohr-Stützvorrichtungen, welche die Wärmeübertragungsrohre stützen, (siehe Patentdokument 1). Bei diesem Wärmeaustauscher erfolgt der Wärmeaustausch zwischen Innerrohrfluid, das durch die Wärmeübertragungsrohre strömt, und Außerrohrfluid, das außen vorbei an den Wärmeübertragungsrohren in entgegengesetzter Richtung des Innerrohrfluids strömt.
Zudem ist ein wabenförmiger Verwirbelungsförderungsmechanismus in diesem Wärmeaustauscher in den Wärmeübertragungsrohr-Stützvorrichtungen bereitgestellt. Da die Laminarströmung des Fluids gestört wird, wenn das Fluid, welches außen an den Wärmeübertragungsrohren vorbei, imAbschnitt zwischen den Wärmeübertragungsrohren und dem wabenförmigen Verwirbelungsförderungsmechanismus strömt, erfolgt der Wärmeaustausch somit effizient zwischen dem außerhalb und dem innerhalb der Wärmeübertragungsrohre strömenden Fluid.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. S62-166296

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Weil die Wärmeaustauschrate im in Patentdokument 1 sowie vorstehend beschriebenen Wärmeaustauscher nur gering verbessert wird, ist es wünschenswert, die Wärmeaustauschrate so zu verbessern, dass sie noch höher ist.
Die vorliegende Erfindung stellt einen mit einer Gasturbinenanlage ausgestatteten Wärmeaustauscher bereit, die in der Lage sind, Wärmeaustausch effizient durchzuführen.
Lösung für das Problem

(1) Gemäß eines ersten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmeaustauscher mit einem Gehäuse, mehreren Wärmeübertragungsrohren und Stützplatten bereitgestellt. Mehrere Wärmeübertragungsrohre sind innerhalb des Gehäuses bereitgestellt. Die Stützplatten sind gruppiert in Intervallen entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre angeordnet. Mehrere Rohreinführungsdurchgangslöcher zum Einführen der Wärmeübertragungsrohre wurden in die Stützplatten gebohrt. Die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher für dasselbe Wärmeübertragungsrohr unterscheiden sich bei zwei der in Längsrichtung benachbarten Stützplatten von den gruppierten Stützplatten.

Da sich die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher, die in die Stützplatten gebohrtwurden, für dasselbe Wärmeübertragungsrohr in benachbarten Stützplatten unterscheiden, ist gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration die Form von Freiraumabschnitten, die zwischen den Rohreinführungsdurchgangslöchern der Stützplatten und den Wärmeübertragungsrohren gebildet werden, in benachbarten Stützplatten unterschiedlich. Aufgrund dessen wird beim Strömen des außen an der Wärmeübertragungsrohre vorbei strömende Fluid durch den Freiraumabschnitt, die Laminarströmung gemäß der Form des Freiraumabschnitts unterbrochen. Somit erfolgt ein effizienter Wärmeaustausch zwischen dem Fluid, das innerhalb der Wärmeübertragungsrohre strömt, und dem Fluid, das außerhalb der Wärmeübertragungsrohre strömt, entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre.

(2) Der Wärmeaustauscher von (1), vorstehend beschrieben, weist ferner Kanäle auf, die an einer Außenumfangsseite einer Gruppierung der gruppierten Wärmeübertragungsrohre bereitgestellt sind, wobei die Kanäle die mehrere Wärmeübertragungsrohre abdecken, der Längsrichtung nach verlaufen und in Intervallen entlang einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses angeordnet sind.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid, das innerhalb der Wärmeübertragungsrohre strömt, (als Innerrohrfluid bezeichnet) und dem Fluid, das außerhalb der Wärmeübertragungsrohre strömt, (als Außerrohrfluid bezeichnet). Da das Außerrohrfluid in die Kanäle strömt, auch wenn das Außerrohrfluid aufgrund des Wärmeaustauschs eine hohe Temperatur erreicht, ist es hierbei möglich, Anstiege in der Temperatur des Fluids zwischen Kanalaußenabschnitten und der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses zu verhindern. Da die Temperatur des Gehäuses selbst nicht ansteigt, ist es somit möglich, den Wärmeaustauscher in gutem Zustand zu halten.

(3) Der Wärmeaustauscher von (1) oder (2), vorstehend beschrieben, kann Rippen aufweisen, die an der Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre bereitgestellt sind, wobei die Rippen in Radialrichtung nach außen hervorragen und in Längsrichtung verlaufen.

Aufgrund der Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche während des Wärmeaustauschs durch Bereitstellen der Rippen an den Wärmeübertragungsrohren, wird gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration der Wärmeaustausch effizient durchgeführt.

(4) Bei dem Wärmeaustauscher gemäß (1) bis (3), vorstehend beschrieben, kann das Gehäuse mindestens einEinlassverteilerrohr, welches das Innerrohrfluid in die gruppierten Wärmeübertragungsrohre führt, sowie ein Auslassverteilerrohr, welches das wärmeausgetauschte Innerrohrfluid von den Wärmeübertragungsrohren auslässt, aufweisen.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration, zum Beispiel wenn das Einlassverteilerrohr bereitgestellt ist, wird das Innerrohrfluid über das Einlassverteilerrohr in die Wärmeübertragungsrohre geführt, und wärmeausgetauschtes Innerrohrfluid wird aus den Wärmeübertragungsrohren abgelassen. Hierbei weisen Wärmeaustauscher im Allgemeinen Düsen auf, die das Innerrohrfluid in das Gehäuse führen, sowie Düsen, die das wärmeausgetauschte Innerrohrfluid aus dem Gehäuse ablassen, welche jeweils in Gehäuse bereitgestellt sind. Bei einem solchen Wärmeaustauscher ist es notwendig, eine Wand bereitzustellen, die eine Kammer auf der Seite der zufuhrseitigen Düsen, sowie eine Kammer auf der Seite derausgabeseitigen Düsen zur Abtrennung bereitgestellt. Unterdessen ist es möglich, die Kosten des Wandabschnitts imWärmeaustauscher mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration zu vermeiden, da es möglich ist, das Innerrohrfluid vor und nach dem Wärmeaustausch abzutrennen, ohne eine solche Wand bereitzustellen, indem das Einlassverteilerrohr bereitgestellt wird. Auch wenn das Auslassverteilerrohr bereitgestellt wird, ist es hierbei möglich, die Kosten des Wandabschnitts zu vermeiden, da es möglich ist, das Innerrohrfluid vor und nach dem Wärmeaustausch auf gleiche Weise wie beim Bereitstellen des Einlassverteilerrohrs abzutrennen.

(5) BeimWärmeaustauscher von (4), vorstehend beschrieben, kann das Gehäuse mit sowohl dem Einlassverteilerrohr als auch dem Auslassverteilerrohr versehen sein.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird Innerrohrfluid über das Einlassverteilerrohr in die Wärmeübertragungsrohre geführt, und wärmeausgetauschtes Innerrohrfluid wird aus den Wärmeübertragungsrohren über das Auslassverteilerrohr abgelassen. Hierbei weisen Wärmeaustauscher im Allgemeinen eine Rohrplatte zum Stützen von Endabschnitten der Wärmeübertragungsrohre auf und sind mit Düsen, welche die Innerrohrfluid in das Gehäuse führen, und Düsen, welche das wärmeausgetauschte Innerrohrfluid ablassen, versehen. Da die Dicke der Rohrplatte gemäß Bedingungen wie Temperatur, Druck, Innendurchmesser des Gehäuses und dergleichen bestimmt wird, ist es bei einem solchen Wärmeaustauscher notwendig, die Dicke der Rohrplatte je nach Bedingung zu erhöhen. Unterdessen ist es möglich, die Kosten der Rohrplatte im Wärmeaustauscher bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration zu vermeiden, da es möglich ist, das Innerrohrfluid vor und nach dem Wärmeaustausch ohne eine solche Rohrplatte abzutrennen, indem Einlassverteilerrohr und Auslassverteilerrohr bereitgestellt werden.

(6) Gemäß eines zweiten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung weist eine Gasturbinenanlage den Wärmeaustauscher gemäß einem von (1) bis (5), vorstehend beschrieben, einen Luftkompressor, eine Brennkammer und eine Turbine auf. Der Luftkompressor erzeugt Druckluft durch Komprimieren von Umgebungsluft. Die Brennkammer erzeugt Verbrennungsgas durch Verbrennen von Brennstoff mittels Druckluft. Die Turbine wird mit Verbrennungsgas unter hoher Temperatur und hohem Druck angetrieben. Der Brennkammer zugeführte Brennstoff wird dem Wärmeaustauscher als zu erwärmendes Fluid zugeführt.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es möglich, den Brennstoff, der ein zu erwärmendes Fluid ist, durch Wärmeaustausch in einen Hochtemperaturzustand zu bringen. Da Hochtemperaturbrennstoff der Brennkammer zugeführt wird, ist es somit möglich, Hochtemperaturgas effizient in der Brennkammer zu erzeugen.

(7) Die Gasturbinenanlage von (6), vorstehend beschrieben, kann ferner einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator aufweisen, welcher mittels eine Wärmeaustauschprozess zwischen von der Turbine abgelassenem Verbrennungsgas, Dampf und Wasser erzeugt. Das Innerrohrfluid strömt innerhalb der Wärmeübertragungsrohre. Das Außerrohrfluid strömt außerhalb der Wärmeübertragungsrohre und innerhalb des Gehäuses. Das Innerrohrfluid ist ein Fluid, welches vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator abgeleitet ist. Das Außerrohrfluid ist ein Brennstoff, der dem Wärmeaustauscher zugeführt, einem Wärmeaustausch mit dem Innerrohrfluid unterzogen, in der Temperatur erhöht und der Brennkammer zugeführt wird.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es möglich, dass der Wärmeaustauscher den Brennstoff, der das Außerrohrfluid ist, in einen Hochtemperaturzustand bringt, indem ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid und dem Außerrohrfluid durchgeführt wird. Weil der Hochtemperaturbrennstoff der Brennkammer zugeführt wirdist es möglich, dass die Brennkammer effizient Verbrennungsgas mit hoher Temperatur erzeugt.

(8) Die Gasturbinenanlage gemäß (6), vorstehend beschrieben, kann ferner einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator aufweisen, der Dampf durch Durchführen eines Wärmeaustauschs zwischen dem Verbrennungsgas, das von der Turbine ausgegeben wird, und Wasser erzeugt. Das Innerrohrfluid strömt innerhalb der Wärmeübertragungsrohre. Das Außerrohrfluid strömt außerhalb der Wärmeübertragungsrohre und innerhalb des Gehäuses. Das Außerrohrfluid ist ein Fluid, das vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator abgeleitet ist. Das Innerrohrfluid ist ein Brennstoff, der dem Wärmeaustauscher zugeführt wird und der einem Wärmeaustausch mit dem Außerrohrfluid unterzogen werden kann, in der Temperatur erhöht und der Brennkammer zugeführt wird.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es möglich, dass der Wärmeaustauscher den Brennstoff, der das Innerrohrfluid ist, in einen Hochtemperaturzustand bringt, indem ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid und dem Außerrohrfluid durchgeführt wird. Weil der Hochtemperaturbrennstoff der Brennkammer zugeführt wird, ist es möglich, dass die Brennkammer effizient Verbrennungsgas mit hoher Temperatur erzeugt.

(9) Gemäß eines dritten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung weist eine Gasturbinenanlage den Wärmeaustauscher gemäß einem von (1) bis (5), vorstehend beschrieben, einen Luftkompressor, eine Brennkammer und eine Turbine auf. Der Luftkompressor erzeugt Druckluft durch Komprimieren von Umgebungsluft. Die Brennkammer erzeugt Verbrennungsgas durch Durchführen von Verbrennung unter Druckluft. Die Turbine wird mit Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck angetrieben. Ein der Turbine zugeführtes Fluid zum Kühlen wird dem Wärmeaustauscher als zu kühlendes Fluid zugeführt.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es möglich, das Fluid zum Kühlen, das ein zu kühlendes Fluid ist, mithilfe eines Wärmeaustauschs auf eine niedrige Temperatur zu bringen. Da das Niedertemperaturfluid zum Kühlen der Turbine zugeführt wird, ist es somit möglich, den Turbineninnenraum effizient zu kühlen.

(10) Die Gasturbinenanlage gemäß (9), vorstehend beschrieben, kann ferner einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator, eine Dampfturbine und einen Kondensator aufweisen. Der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator erzeugt Dampf mithilfe eines Wärmeaustauschs zwischen dem Wasser und dem Verbrennungsgas, das von der Turbine abgegeben wird. Die Dampfturbine wird mit Dampf, der vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator erzeugt wird, angetrieben. Der Kondensator wandelt den Dampf, der die Dampfturbine angetrieben hat, wieder in Wasser um. Das Innerrohrfluid strömt innerhalb der Wärmeübertragungsrohre. Das Außerrohrfluid strömt außerhalb der Wärmeübertragungsrohre und innerhalb des Gehäuses. Das Innerrohrfluid ist ein Fluid, das vom Kondensator abgeleitet ist. Das Außerrohrfluid ist extrahierte Luft, die vom Luftkompressor extrahiert, einem Wärmeaustausch mit dem Innerrohrfluid unterzogen, in der Temperatur gesenkt und der Turbine zugeführt wird.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es möglich, dass der Wärmeaustauscher die extrahierte Luft, die das Außerrohrfluid ist, in einen Niedertemperaturzustand bringt, indem ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid und dem Außerrohrfluid durchgeführt wird. Da die extrahierte Luft mit niedriger Temperatur der Turbine zugeführt wird, ist es somit möglich, den Turbineninnenraum effizient zu kühlen.

(11) Die Gasturbinenanlage von (9), vorstehend beschrieben, kann ferner einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator, eine Dampfturbine und einen Kondensator aufweisen. Der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator erzeugt Dampf mithilfe eines Wärmeaustauschs zwischen dem Verbrennungsgas, das aus der Turbine ausgegeben wird, und Wasser. Die Dampfturbine wird mit Dampf, der vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator erzeugt wird, angetrieben. Der Kondensator wandelt den Dampf, der die Dampfturbine angetrieben hat, wieder in Wasser um. Das Innerrohrfluid strömt innerhalb der Wärmeübertragungsrohre. Das Außerrohrfluid strömt außerhalb der Wärmeübertragungsrohre und innerhalb des Gehäuses. Das Außerrohrfluid ist ein Fluid, das vom Kondensator abgeleitet ist. Das Innerrohrfluid ist extrahierte Luft, die vom Luftkompressor extrahiert, einem Wärmeaustausch mit dem Außerrohrfluid unterzogen, in der Temperatur gesenkt und der Turbine zugeführt wird.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es möglich, dass der Wärmeaustauscher die extrahierte Luft, die das Innerrohrfluid ist, in einen Niedertemperaturzustand bringt, indem ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid und dem Außerrohrfluid durchgeführt wird. Da die extrahierte Luft mit niedriger Temperatur der Turbine zugeführt wird, ist es somit möglich, den Turbineninnenraum effizient zu kühlen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Wärmeaustauscher und der damit versehenen Gasturbinenanlage, vorstehend beschrieben, ist es möglich, einen Wärmeaustausch effizient durchzuführen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm, das die Konfiguration eines Wärmeaustauschers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang A-A in 1.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Kanalabschnitts im Wärmeaustauscher gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts, der den Wärmeaustauscher bildet, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4B ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts neben der einen Stützplatte, den Wärmeaustauscher bildend, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A ist eine Querschnittsansicht entlang B-B in 1.
5B ist eine Längsschnittansicht der Wärmeübertragungsrohre in einer Position, die in 5A dargestellt ist.
6A ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts, der den Wärmeaustauscher bildet, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6B ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts neben der einen Stützplatte, den Wärmeaustauscher bildend, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts, der den Wärmeaustauscher bildet, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7B ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts neben der einen Stützplatte, den Wärmeaustauscher bildend, gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8A ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts, der den Wärmeaustauscher bildet, gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8B ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts neben der einen Stützplatte, den Wärmeaustauscher bildend, gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9A ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts, der den Wärmeaustauscher bildet, gemäß einer Modifikation einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9B ist eine Querschnittsansicht eines Stützplattenabschnitts neben der einen Stützplatte, den Wärmeaustauscher bildend, gemäß der Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10A ist ein teilweise vergrößertes Diagramm von Abschnitt B in 9A.
10B ist ein teilweise vergrößertes Diagramm von Abschnitt C in 9B.
11 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm, das die Konfiguration eines Wärmeaustauschers gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine Querschnittsansicht entlang D-D in 11.
13 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm, das die Konfiguration eines Wärmeaustauschers gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine Querschnittsansicht entlang E-E in 13.
15 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Endabschnitts eines Gehäuses eines Wärmeaustauschers gemäß einer Modifikation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist ein Anlagenschema einer Gasturbine gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein Anlagenschema einer Gasturbine gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Wärmeaustauscher gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Wie in 1 dargestellt, weist ein Wärmeaustauscher 1 ein Gehäuse 10, mehrere Wärmeübertragungsrohre 20 und Stützplatten 30 auf. Die Wärmeübertragungsrohre 20 sind innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet. Die Stützplatten 30 stützen die Wärmeübertragungsrohre 20. Ein Innerrohrfluid R1 strömt innerhalb der Wärmeübertragungsrohre 20. Ein Außerrohrfluid R2 strömt außerhalb der Wärmeübertragungsrohre 20. Beim Wärmeaustauscher 1 wird die Temperatur des Außerrohrfluids R2 durch Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 erhöht.
Das Gehäuse 10 ist ein hohler Behälter. Das Gehäuse 10 hat einen zylindrischen Rumpf 11 und ein Paar Rumpfdeckel 12A und 12B, die beide Enden des Rumpfes 11 bedecken. Eine Rohrplatte 17 ist zwischen dem Rumpf 11 und dem Rumpfdeckel 12A bereitgestellt. Die nachstehend beschriebenen Wärmeübertragungsrohre 20 sind an der Rohrplatte 17 befestigt.
Eine erste Einlassdüse A1 ist am oberen Abschnitt des Rumpfdeckels 12A des Gehäuses 10 bereitgestellt. Die erste Einlassdüse A1 führt das Innerrohrfluid R1 in den Innenraum des Gehäuses 10. Zudem ist eine erste Auslassdüse Z1 in einem unteren Abschnitt des Rumpfdeckels 12A am Gehäuse 10 bereitgestellt. Die erste Auslassdüse Z1 lässt das Innerrohrfluid R1 aus dem Gehäuse 10 ausfließen.
Das von der ersten Einlassdüse A1 zugeführte Innerrohrfluid R1 strömt durch eine Kammer 13A. Das aus der ersten Auslassdüse Z1 auszugebende Innerrohrfluid R1 strömt durch eine Kammer 13B. In den Rumpfdeckel 12A werden die Kammer 13A und die Kammer 13B von einer ersten Trennwand 14 voneinander getrennt.
Eine zweite Einlassdüse A2 ist in einem unteren Abschnitt des Rumpfes 11 des Gehäuses 10 bereitgestellt. Die zweite Einlassdüse A2 führt das Außerrohrfluid R2 in den Innenraum des Gehäuses 10. Zudem ist eine zweite Auslassdüse Z2 in einem oberen Abschnitt des Rumpfes 11 des Gehäuses 10 bereitgestellt. Die zweite Auslassdüse Z2 gibt das Außerrohrfluid R2 aus dem Gehäuse 10 aus.
Das von der zweiten Einlassdüse A2 zugeführte Außerrohrfluid R2 strömt durch eine Kammer 16A. Das aus der zweiten Auslassdüse Z2 abzulassende Außerrohrfluid R2 strömt durch eine Kammer 16B. In dem Rumpf 11 werden die Kammern 16A und 16B von einer zweiten Trennwand 15 voneinander abgetrennt.
Abschnitte der Wärmeübertragungsrohre 20, die auf der zum Rumpfdeckel 12A weisenden Seite des Gehäuses 10 angeordnet sind, sind an der Rohrplatte 17 befestigt. Abschnitte der Wärmeübertragungsrohre 20, die an der Rumpfdeckel 12B weisenden Seite angeordnet sind, sind in einer Kurve geformt. Mit anderen Worten, die Wärmeübertragungsrohre 20 verlaufen geradeaus von einem Einlassabschnitt 20P der Wärmeübertragungsrohre 20, der an der Rohrplatte 17 befestigt ist, zum Rumpfdeckel 12B des Gehäuses 10. Nachfolgend sind die Wärmeübertragungsrohre 20 in einer U-Form auf der zum Rumpfdeckel 12b weisenden Seite gekrümmt. Als Nächstes verlaufen die Wärmeübertragungsrohre 20 wieder geradeaus zum Rumpfdeckel 12A. Nachfolgend ist ein Auslassabschnitt 20Q in den Wärmeübertragungsrohren 20 an der Rohrplatte 17 befestigt. Aufgrund dessen gibt es in den in 1 dargestellten Wärmeübertragungsrohren einen Austrittsweg an der Oberseite des Diagramms und einen Rückweg an der Unterseite des Diagramms. Das Innerrohrfluid R1 strömt in den Innenraum der Wärmeübertragungsrohre 20. Wie in 2 dargestellt, sind die mehreren Wärmeübertragungsrohre 20 bei Betrachtung im Querschnitt versetzt angeordnet.
Zudem sind Kanäle 21A und 21B am Außenumfang der Gruppierung der mehreren Wärmeübertragungsrohre 20 bereitgestellt. Die Kanäle 21A und 21B verlaufen entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20. Die Kanäle 21A und 21B sind in Intervallen mit der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 10 angeordnet und sind in vertikaler Richtung voneinander getrennt.
Der Kanal 21A verläuft in der Richtung, in der sich das Innerrohrfluid R1, das in die Wärmeübertragungsrohre 20 geführt wird, von der Rohrplatte 17 weg bewegt. Der Kanal 21B verläuft in der Richtung, in der sich das Innerrohrfluid R1, das innerhalb der Wärmeübertragungsrohre 20 strömt, näher zur Rohrplatte 17 bewegt. Das Außerrohrfluid R2 strömt innerhalb der Kanäle 21A und 21B und außerhalb der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20.
Wie in 3 dargestellt, ist eine obere Platte 22, die von den jeweiligen oberen Abschnitten nach unten verläuft, in den Innenräumen der Kanäle 21A und 21B bereitgestellt. Eine untere Platte 23, die vom vom unteren Abschnitt nach oben verläuft, ist in den Innenräumen der Kanäle 21A und 21B bereitgestellt. Konvexe Abschnitte 22A und 23A sind in Abschnitten bereitgestellt, in denen die Wärmeübertragungsrohre 20 nicht an den Endabschnitten der oberen Platte 22 und der unteren Platte 23 angeordnet sind. Mit anderen Worten, die konvexen Abschnitte 22A sind zwischen den gruppierten Wärmeübertragungsrohren 20 des obersten Abschnitts angeordnet. Die konvexen Abschnitte 23A sind zwischen den gruppiertenWärmeübertragungsrohren 20 des untersten Abschnitts angeordnet.
Die obere Platte 22 und die untere Platte 23 verhindern, dass das Außerrohrfluid R2, welches innerhalb der Kanäle 21A und 21B strömt, nach oben oder nach unten weg von der Gruppierung der Wärmeübertragungsrohre 20 strömt und ermöglicht, dass das Außerrohrfluid R2 durch einen Abschnitt in der Nähe der Wärmeübertragungsrohre 20 strömt. Aufgrund dessen ist ein effizienter Wärmeaustausch möglich.
Wie in 1 und 2 dargestellt, weist die Stützplatte 30 eine Form auf, die der Innenoberfläche des Gehäuses 10 entspricht. Mehrere Stützplatten 30 sind in Intervallen entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 angeordnet. Mehrere Rohreinführungsdurchgangslöcher 40, in welche die gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20 eingeführt werden, befindenin den Stützplatten 30.
4A ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Stützplatte 30 (nachstehend als erste Stützplatte 41 bezeichnet) der gruppierten Stützplatten 30. 4B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer zweiten Stützplatte 42, die so angeordnet ist, dass sie der ersten Stützplatte 41 auf der nachgeschalteten Seite des Außerrohrfluids R2 benachbart ist.
Wie in 4A dargestellt, sind mehrere kreisförmige Löcher 40A, die Öffnungen mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Ausschnittsind, in Intervallen in vertikaler Richtung in die erste Stützplatte 41 gebohrt. Die Innenräume der kreisförmigen Löcher 40A sind als Rohreinführungsdurchgangslöcher 40 ausgelegt. Eine Reihe (nachstehend als Ovallochreihe L2 bezeichnet) neben der Reihe (nachstehend als Rundlochreihe L1 bezeichnet), in der die gruppierten kreisförmigen Löcher 40A angeordnet sind, wird durch mehrere ovale Löcher 40B, bei denen die Öffnung eine im Wesentlichen längliche elliptische Form aufweist, konfiguriert, die in Intervallen in vertikaler Richtung als die Rohreinführungsdurchgangslöcher 40 gebohrt sind und im Bezug auf die Rundlochreihe L1 an Positionen in vertikaler Richtung verschoben sind. Auf diese Weise sind die Rundlochreihe L1 und die Ovallochreihe L2 in horizontaler Richtung alternierend angeordnet.
Außerdem sind die Rundlochreihe L1 und die Ovallochreihe L2 in der zweiten Stützplatte 42 wie in der ersten Stützplatte 41 alternierend angeordnet. Jedoch ist die zweite Stützplatte 42 so angeordnet, dass sie in horizontaler Richtung im Bezug auf die erste Stützplatte 41 verschoben ist.
Wie in 4A und 4B dargestellt, sind die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher 40 in der ersten Stützplatte 41 und der zweiten Stützplatte 42 so konfiguriert, dass sie sich für ein Wärmeübertragungsrohr 20A der mehreren Wärmeübertragungsrohre 20 voneinander unterscheiden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Wärmeübertragungsrohre 20, die in die kreisförmigen Löcher 40A eingeführt sind, welche die Rundlochreihe L1 in der ersten Stützplatte 41 bilden, in die ovalen Löcher 40B eingeführt, welche die Ovallochreihe L2 in der zweiten Stützplatte 42 bilden. Unterdessen sind die Wärmeübertragungsrohre 20, die in die ovalen Löcher 40B eingeführt sind, welche die Ovallochreihe L2 in der ersten Stützplatte 41 bilden, so konfiguriert, dass sie in die kreisförmigen Löcher 40A eingeführt sind, welche die Rundlochreihe L1 in der zweiten Stützplatte 42 bilden.
Wie in 4A, 4B, 5A und 5B dargestellt, sind ringförmige Freiräume 43A zwischen den Wärmeübertragungsrohren 20 gebildet, die in die kreisförmigen Löcher 40A eingeführt sind. Die ringförmigen Freiräume 43A sind über die Umfangsrichtung mit im Wesentlichen der gleichen Breite gebildet. Unterdessen kommen bei den ovalen Löchern 40B die Außenumfangsfläche der eingeführten Wärmeübertragungsrohre 20 und die Innenumfangsoberfläche der ovalen Löcher 40B an den oberen und unteren Abschnitten in Kontakt. Aufgrund dessen sind die Freiräume 43B bzw. 43B an den Seiten der Wärmeübertragungsrohre 20 gebildet. Zudem werden durch den Kontakt der Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre 20 mit der Innenumfangsoberfläche der ovalen Löcher 408 die Wärmeübertragungsrohre 20 von den Stützplatten 40 gestützt.
Wie in 5A und 5B dargestellt, sind die erste Stützplatte 41 und die zweite Stützplatte 42, die auf diese Weise konfiguriert sind, entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 alternierend angeordnet.
Als Nächstes wird der Betrieb des Wärmeaustauschers 1, der wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, beschrieben. Das Innerrohrfluid R1 strömt in den Innenraum der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20, nachdem es von der ersten Einlassdüse A1 einströmt und durch die Kammer 13A strömt. Unterdessen strömt das Außerrohrfluid R2 in die Kanäle 21b und 21B und außerhalb vorbei an jedem der Wärmeübertragungsrohre 20, nachdem es in die zweite Einlassdüse A2 und durch die Kammer 16A eingeströmt ist.
Die StromrichtungdesInnerrohrfluids R1 und die des Außerrohrfluids R2 sind entgegengesetzt. Es ist möglich, dass das Innerrohrfluid R1 und das Außerrohrfluid R2 durch die Rohrwände der Wärmeübertragungsrohre 20 Wärme austauschen.
Wenn das Außerrohrfluid R2 zwischen der Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre 20 und den Rohreinführungsdurchgangslöchern 40, die in den Stützplatten 30 gebildet sind, strömt, wird hierbei durch Unterbrechen der Laminarströmung, die entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 gebildet wird, eine Strömung gebildet, die den Formen des ringförmigen Freiraums 43A und des Freiraums 43B entspricht.
Das heißt, in der ersten Stützplatte 41 wird, wenn das Außerrohrfluid R2 zwischen der Außenumfangsfläche des einen Wärmeübertragungsrohrs 20A und des kreisförmigen Lochs 40A strömt, durch Unterbrechen der Laminarströmung entlang der Längsrichtung des einen Wärmeübertragungsrohrs 20A eine Strömung gebildet, die der Form des ringförmigen Freiraums 43A entspricht.
Als Nächstes wird in der zweiten Stützplatte 42, wenn das Außerrohrfluid R2 zwischen der Außenumfangsfläche des einen Wärmeübertragungsrohrs 20A und des ovalen Lochs 40B strömt, von der vorstehend beschriebenen Strömung durch erneutes Unterbrechen eine neue Strömung gebildet, die der Form des Freiraums 43B entspricht.
Auf diese Weise ist es immer möglich, wenn das Außerrohrfluid R2 zwischen den Rohreinführungsdurchgangslöchern 40, die in der Stützplatte 30 gebildet sind und der Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre 20 hindurchströmt, einen Wärmeaustausch effizient durchzuführen, da die Strömung verwirbelt wird und Temperaturungleichmäßigkeit verhindert wird, aufgrund der Laminarströmung, die unterbrochen wird, damit sie den Formen des ringförmigen Freiraums 43A und Freiraums 43B entspricht.
Aufgrund dieses Wärmeaustauschs wird die Temperatur des Außerrohrfluids R2 erhöht und die Temperatur des Innerrohrfluids R1 gesenkt, und das Außerrohrfluid R2 und das Innerrohrfluid R1 werden aus der zweiten Auslassdüse Z2 bzw. der ersten Auslassdüse Z1 ausgegeben.
Bei dem wie vorstehend beschrieben konfigurierten Wärmeaustauscher 1 sind die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher 40, die in den Stützplatten 30 gebildet sind, im Bezug auf das eine Wärmeübertragungsrohr 20A in den benachbarten Stützplatten 30 unterschiedlich. Aufgrund dessen sind die Formen des ringförmigen Freiraums 43A und des Freiraums 43B, die zwischen den Rohreinführungsdurchgangslöchern 40 der Stützplatten 30 und den Wärmeübertragungsrohren 20 gebildet sind, in benachbarten Stützplatten 30 unterschiedlich. Wenn das Außerrohrfluid R2 durch den ringförmigen Freiraum 43A und den Freiraum 43B strömt, ist es somit möglich, einen Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 effizient durchzuführen, da die Strömung verwirbelt wird und Temperaturungleichmäßigkeit verhindert wird, aufgrund der Laminarströmung, die unterbrochen wird, damit sie den Formen des ringförmigen Freiraums 43A und Freiraums 43B entspricht.
Da das Außerrohrfluid R2 innerhalb der Kanäle 21A und 21B strömt, ist es auch zudem möglich, wenn das Außerrohrfluid R2 eine hohe Temperatur aufgrund des Wärmeaustauschs erreicht, Anstiege in der Temperatur des Fluids zu verhindern, welches zwischen den Außenabschnitten der Kanäle 21A und 21B und der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 10 vorhanden ist. Da die Temperatur des Gehäuses 10 selbst nicht ansteigt, ist es somit möglich, den Wärmeaustauscher 1 in gutem Zustand zu erhalten.
Zudem ist es möglich, zum Beispiel wenn das Innerrohrfluid R1 aus den Wärmeübertragungsrohren 20 austritt, das Innerrohrfluid R1 auf einen unteren Abschnitt des Gehäuses 10 tropfen zu lassen, indem die Strömungsrate des Außerrohrfluids R2 gesenkt wird. Aufgrund dessen ist es möglich, zu verhindern, dass die ausgetretene Innerrohrfluid R1 an einer Vorrichtung oder Ähnlichem anhaftet, welche an der zur zweiten Auslassdüse Z2 weisenden Seite bereitgestellt ist.
Da das Außerrohrfluid R2 innerhalb der Kanäle 21A und 21B strömt, wird zudem die Strömung entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 die Hauptströmung und es ist möglich, eine große Kontaktfläche mit den Wärmeübertragungsrohren 20 sicherzustellen. Somit ist es möglich, einen Wärmeaustausch zwischen dem Außerrohrfluid R2 und dem Innerrohrfluid R1 effizient durchzuführen.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Wärmeaustauscher 201 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 6A und 6B beschrieben. In dieser Ausführungsform erhalten die gleichen Elemente dieselbenBezugszeichen, wie die in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verwendeten Elemente und eine Beschreibung davon wird ausgelassen.
Bei dem Wärmeaustauscher 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Konfiguration der Stützplatten 30 verändert, welche im Wärmeaustauscher 1 gemäß der ersten Ausführungsform, vorstehend beschrieben, bereitgestellt sind und die Konfiguration ist in anderer Hinsicht die gleiche wie die des Wärmeaustauschers 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Mehrere erste Löcher 251 sind in eine erste Stützplatte 241, die Stützplatten 230 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet, in Intervallen in vertikaler Richtung als Rohreinführungsdurchgangslöcher 250 gebohrt. Die nächste Reihe in der horizontalen Richtung nach der einen Reihe, in der die ersten Löcher 251 angeordnet sind, ist durch Bohren der mehreren ersten Löcher 251 in einem Abstand in vertikaler Richtung an Positionen, die in vertikaler Richtung im Bezug auf die eine Reihe verschoben sind, konfiguriert. Mit anderen Worten, die ersten Löcher 251 sind versetzt in die erste Stützplatte 241 gebohrt.
Die ersten Löcher 251 werden von einem kreisförmigen Lochabschnitt 251A gebildet mit einer Mitte mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Form, einem oberen Lochabschnitt 251B, der so gebildet ist, dass er vom oberen Ende des kreisförmigen Lochabschnitts 251A nach oben hervorsteht, sowie einem Paar unterer Lochabschnitte 251C, die so gebildet sind, dass sie von einem unteren Abschnitt des kreisförmigen Lochabschnitts 251A schräg nach unten hervorstehen.
Unterdessen sind mehrere zweite Löcher 252, die im Hinblick auf die ersten Löcher 251 der ersten Stützplatte 241 umgekehrt sind, in eine zweite Stützplatte 242 gebohrt. Die nächste Reihe in der horizontalen Richtung nach der einen Reihe, in der die zweiten Löcher 252 angeordnet sind, ist durch Bohren der gruppierten zweiten Löcher 252 in einem Abstand in vertikaler Richtung an Positionen, die in vertikaler Richtung im Bezug auf die eine Reihe verschoben sind, konfiguriert. Mit anderen Worten, die zweiten Löcher 252 sind versetzt in die zweite Stützplatte 242 gebohrt.
Die zweiten Löcher 252 werden von einem kreisförmigen Lochabschnitt 252A gebildet, ausgestattet mit einer Mitte mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Ausschnitt, einem oberen Lochabschnitt 252B, der so gebildet ist, dass er vom unteren Ende des kreisförmigen Lochabschnitts 252A nach unten hervorsteht, und einem Paar unterer Lochabschnitte 252C, die so gebildet sind, dass sie von einem oberen Abschnitt des kreisförmigen Lochabschnitts 252A nach oben hervorstehen.
Die erste Stützplatte 241 und die zweite Stützplatte 242, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert sind, sind entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 alternierend angeordnet. Auf diese Weise sind die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher 250 in der ersten Stützplatte 241 und der zweiten Stützplatte 242 so konfiguriert, dass sie sich im Bezug auf das eine Wärmeübertragungsrohr 20A (20) voneinander unterscheiden.
Hierbei kommen die erste Stützplatte 241, die Innenumfangsoberfläche des ersten Lochs 251 und die Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre 20 an den unteren Abschnitten in Kontakt. Der erste Freiraum 261 ist an einer anderen Außenumfangsfläche als am unteren Abschnitt der Wärmeübertragungsrohre 20 in der ersten Stützplatte 241 gebildet. Der Freiraum 261 wird von einem Außenrandabschnitt 261A geformt, der entlang der Wärmeübertragungsrohre 20 gebildet ist, einem Freiraumabschnitt 261B, der dem oberen Lochabschnitt 251B entspricht, der an einem oberen Abschnitt des Außenrandabschnitts 261A gebildet ist, und dem Freiraumabschnitt 261C, der dem unteren Lochabschnitt 251C entspricht, der an einem unteren Abschnitt des Außenrandabschnitts 261A gebildet ist.
Unterdessen kommen die zweite Stützplatte 242, die Innenumfangsoberfläche der zweiten Löcher 252 und die Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre 20 an den unteren Abschnitten in Kontakt. Zweite Freiräume 262 sind entlang der Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre 20 in der zweiten Stützplatte 242 gebildet. Die zweiten Freiräume 262 werden von einem Außenrandabschnitt 262A geformt, der entlang der Wärmeübertragungsrohre 20 gebildet ist, einem Freiraumabschnitt 262B, der einem unteren Lochabschnitt 252B entspricht, der in einem unteren Abschnitt des ringförmigen Abschnitts 262A gebildet ist und einem Freiraumabschnitt 262C, der einem oberen Lochabschnitt 252C entspricht, der in einem oberen Abschnitt des ringförmigen Abschnitts 262A gebildet ist.
Bei dem so konfigurierten Wärmeaustauscher 201 sind die Rohreinführungsdurchgangslöcher 250, die in den Stützplatten 230 im Bezug auf ein Wärmeübertragungsrohr 20 gebildet sind, erste Löcher 251 in der ersten Stützplatte 241 und zweite Löcher 252 in der zweiten Stützplatte 242 gebildet. Aufgrund dessen sind, da die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher 250 in benachbarten Stützplatten 230 unterschiedlich sind, die Formen des ersten Freiraums 261 und des zweiten Freiraums 262, die zwischen den Rohreinführungsdurchgangslöchern 250 der Stützplatten 230 und den Wärmeübertragungsrohren 20 gebildet sind, in den benachbarten Stützplatten 230 unterschiedlich. Wenn das Außerrohrfluid R2 durch den ersten Freiraum 261 und den zweiten Freiraum 262 strömt, ist es somit möglich, einen Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 effizient durchzuführen, da die Strömung verwirbelt wird und Temperaturungleichmäßigkeit verhindert werden, aufgrund der Laminarströmung, die unterbrochen wird, damit sie den Formen des ersten Freiraums 261 und des zweiten Freiraums 262 entspricht.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Wärmeaustauscher 301 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 7A und 7B beschrieben. In dieser Ausführungsform erhalten dieselbenElemente die gleichen Bezugszeichen, wie die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Elemente, eine Beschreibung davon wird jedoch weggelassen.
Bei dem Wärmeaustauscher 301 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Konfiguration der Wärmeübertragungsrohre 20 und der Stützplatten 30, die im Wärmeaustauscher 1 gemäß der ersten Ausführungsform, vorstehend beschrieben, bereitgestellt sind, verändert und die Konfiguration ist in anderer Hinsicht die gleiche wie die des Wärmeaustauschers 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Rippen 320A, die in Radialrichtung nach außen hervorstehen und in Längsrichtung verlaufen, sind an der Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre 320 bereitgestellt. Die Rippen 320A sind bei Betrachtung als Querschnitt auf beiden Seiten in horizontaler Richtung der Wärmeübertragungsrohre 320 bereitgestellt.
Mehrere erste Löcher 351 sind in Intervallen in vertikaler Richtung als Rohreinführungsdurchgangslöcher 350 in die erste Stützplatte 341 gebohrt, welche die Stützplatten 330 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet. Die nächste Reihe in der horizontalen Richtung nach der einen Reihe, in der die ersten Löcher 351 angeordnet sind, ist durch Bohren der gruppierten ersten Löcher 351 konfiguriert in einem Abstand in vertikaler Richtung an Positionen, die in vertikaler Richtung im Bezug auf die eine Reihe verschoben sind. Mit anderen Worten, die ersten Löcher 351 sind versetzt in die erste Stützplatte 341 gebohrt.
Die ersten Löcher 351 sind im Wesentlichen in Rautenform gebildet und die längere Diagonallinie eines Paars diagonaler Linien ist entlang der Horizontalrichtung angeordnet. Unterdessen sind die zweiten Löcher 352, die um 90 Grad von den ersten Löchern 351 der ersten Stützplatte 341 gedreht sind, in der zweiten Stützplatte 342 gebildet. In der nächsten Reihe in horizontaler Richtung nach der Reihe, in der die zweiten Löcher 352 angeordnet sind, sind die gruppierten zweiten Löcher 352 in einem Abstand in vertikaler Richtung an Positionen, die in vertikaler Richtung im Bezug auf die eine Reihe verschoben sind, gebohrt. Mit anderen Worten, die zweiten Löcher 352 sind versetzt in die zweite Stützplatte 342 gebohrt.
Die zweiten Löcher 352 sind im Wesentlichen in Rautenform gebildet und die längere Diagonallinie eines Paars diagonaler Linien ist entlang der Vertikalrichtung angeordnet.
Die erste Stützplatte 341 und die zweite Stützplatte 342, die so konfiguriert sind, sind entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 320 alternierend angeordnet. Die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher 350 in der ersten Stützplatte 341 und der zweiten Stützplatte 342 sind so konfiguriert, dass sie sich im Bezug auf eines der Wärmeübertragungsrohre 320 voneinander unterscheiden.
Hierbei sind in der ersten Stützplatte 341 erste Freiräume 361 zwischen den ersten Löchern 351 und der Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre 320 gebildet. Unterdessen sind in der zweiten Stützplatte 342 zweite Freiräume 362 zwischen den zweiten Löchern 352 und der Außenumfangsfläche den Wärmeübertragungsrohren 320 gebildet.
Bei dem so konfigurierten Wärmeaustauscher 301 sind die Rohreinführungsdurchgangslöcher 350, die in den Stützplatten 330 im Bezug auf ein Wärmeübertragungsrohr 320 gebildet sind, die ersten Löcher 351 in der ersten Stützplatte 341 und die zweiten Löcher 352 in der zweiten Stützplatte 342 gebildet. Aufgrund dessen sind, da die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher 350 in den benachbarten Stützplatten 330 unterschiedlich sind, die Formen der ersten Freiräume 361 und der zweiten Freiräume 362, die zwischen den Rohreinführungsdurchgangslöchern 350 der Stützplatten 330 und den Wärmeübertragungsrohren 320 gebildet sind, in den benachbarten Stützplatten 330 unterschiedlich. Wenn das Außerrohrfluid R2 durch den ersten Freiraum 361 und den zweiten Freiraum 362 strömt, wird somit ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 320 effizient durchgeführt, da die Strömung verwirbelt wird und Temperaturungleichmäßigkeit verhindert wird, aufgrund der Laminarströmung, die unterbrochen wird, damit sie den Formen der ersten Freiräume 361 und der zweiten Freiräume 362 entspricht.
Außerdem wird, da die Wärmeübergangsfläche zum Zeitpunkt des Wärmeaustauschs durch Bereitstellen der Rippen an den Wärmeübertragungsrohren 320 vergrößert wird, der Wärmeaustausch effizient durchgeführt.
(Modifikation der dritten Ausführungsform)
Wie in 8A und 8B dargestellt, sind erste Löcher 371 und zweite Löcher 372, die der Querschnittsform der Rippen 320A der Wärmeübertragungsrohre 320 entsprechen, in die Stützplatten 330 gebohrt, die eine Modifikation der dritten Ausführungsform sind.
Die ersten Löcher 371, die in der ersten Stützplatte 341 gebildet sind, werden durch rautenförmige Lochabschnitte 371A mit einer im Wesentlichen rautenförmigen Form gebildet, wobei die längere diagonale Linie von einem Paar diagonaler Linien entlang der Horizontalrichtung angeordnet ist und ein Paar horizontale Lochabschnitte 371B, die an beiden Enden in der Horizontalrichtung der rautenförmigen Lochabschnitte 371A bereitgestellt sind.
Unterdessen haben die zweiten Löcher 372, die in der zweiten Stützplatte 342 gebildet sind, eine Form, die um 90 Grad von den ersten Löchern 371 gedreht abgewendet ist. Mit anderen Worten, die zweiten Löcher 372 werden durch rautenförmige Lochabschnitte 372A mit einer im Wesentlichen rautenförmigen Form gebildet, wobei die längere diagonale Linie eines Paars diagonaler Linien entlang der Vertikalrichtung angeordnet ist und ein Paar vertikale Lochabschnitte 372B, die an beiden Enden in vertikaler Richtung der rautenförmigen Lochabschnitte 372A bereitgestellt sind.
Bei einem so konfigurierten Wärmeaustauscher 301A sind die Rohreinführungsdurchgangslöcher 350, die in den Stützplatten 330 im Bezug auf ein Wärmeübertragungsrohr 320 gebildet sind, erste Löcher 371 in der ersten Stützplatte 341 und zweite Löcher 372 in der zweiten Stützplatte 342 gebildet. Aufgrund dessen sind in den benachbarten Stützplatten 330 die Formen der Freiraumabschnitte, die zwischen den Rohreinführungsdurchgangslöchern 350 der Stützplatten 330 und den Wärmeübertragungsrohren 320 gebildet sind, in der ersten Stützplatte 341 und der benachbarten zweiten Stützplatte 342 unterschiedlich. Wenn das Außerrohrfluid R2 durch den Freiraumabschnitt strömt, welcher zwischen den Rohreinführungsdurchgangslöchern 350 und den Wärmeübertragungsrohren 320 gebildet wird, wird somit die Laminarströmung entsprechend der Form des Freiraumabschnitts unterbrochen. Somit wird ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 320 effizient durchgeführt.
(Vierte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Wärmeaustauscher 401 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 9A, 9B, 10A und 10B beschrieben. In dieser Ausführungsform erhalten die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen wie die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Elemente, eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Bei dem Wärmeaustauscher 401 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Konfiguration der Stützplatten 30 verändert, welche im Wärmeaustauscher 1 gemäß der ersten Ausführungsform, vorstehend beschrieben, bereitgestellt sind und die Konfiguration ist in anderer Hinsicht dieselbe wie die des Wärmeaustauschers 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Wie in 9A und 9B dargestellt, sind vertikale Löcher 440A, welche Öffnungen mit einer länglichen Form sind, in eine erste Stützplatte 441 gebohrt. Die Rohreinführungsdurchgangslöcher 440 sind im Inneren der vertikalen Löcher 440A angeordnet. Die Reihe (nachstehend als Rundlochreihe L12 bezeichnet) neben der Reihe (nachstehend als Vertikallochreihe L11 bezeichnet), in der mehrere vertikale Löcher 440A angeordnet sind, ist durch mehrere kreisförmige Löcher 440B konfiguriert, wobei die Öffnungen einen im Wesentlichen kreisförmigen Ausschnitt haben und in Intervallen in vertikaler Richtung als Rohreinführungsdurchgangslöcher 440 angeordnet sind. Auf diese Weise sind die Vertikallochreihe L11 und die Rundlochreihe L12 in der Horizontalrichtung alternierend angeordnet.
Unterdessen sind in der zweiten Stützplatte 442 die Vertikallochreihe L11 und die Rundlochreihe L12 als die erste Stützplatte 441 ebenso alternierend angeordnet. Zudem ist die zweite Stützplatte 442 so angeordnet, dass sie in horizontaler Richtung im Bezug auf die erste Stützplatte 441 um eine Reihe verschoben ist.
Auf diese Weise sind in der ersten Stützplatte 441 und der zweiten Stützplatte 442 die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher 440 so konfiguriert, dass sie sich im Bezug auf das eine Wärmeübertragungsrohr 20 voneinander unterscheiden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Wärmeübertragungsrohre 20, die in die vertikalen Löcher 440A eingeführt sind, die die Vertikallochreihe L11 in der ersten Stützplatte 441 bilden, so konfiguriert, dass sie in die kreisförmigen Löcher 440B eingeführt sind, welche die Rundlochreihe L12 in der zweiten Stützplatte 442 bilden.
Wie in 10A und 10B dargestellt, sind in den vertikalen Löchern 440A erste Freiraumabschnitte 461 zwischen den eingeführten Wärmeübertragungsrohren 20 gebildet. Der erste Freiraumabschnitt 461 wird von einem Freiraumabschnitt 461A gebildet, der zwischen den Löchern mit einer länglichen Form und einem Endabschnitt in der Horizontalrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 gebildet ist, sowie einem Freiraumabschnitt 461B, der zwischen den benachbarten Wärmeübertragungsrohren 20 gebildet ist.
Unterdessen kommen in den kreisförmigen Löchern 440B ein unterer Abschnitt der Innenumfangsoberfläche der kreisförmigen Löcher 440B und ein unterer Sektor der Außenumfangsfläche von Wärmeübertragungsrohren 52 in Kontakt. Der zweite Freiraumabschnitt 462 ist entlang der Außenumfangsfläche, außer am unteren Abschnitt, der Wärmeübertragungsrohre 52 gebildet.
Bei dem so konfigurierten Wärmeaustauscher 401 sind die Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher 440, die in den Stützplatten 430 gebildet sind, im Bezug auf das eine Wärmeübertragungsrohr 20 in den benachbarten Stützplatten 430 unterschiedlich. Aufgrund dessen sind die Formen der Freiräume (des ersten Freiraumabschnitts 461 und des zweiten Freiraumabschnitts 462), die zwischen den Rohreinführungsdurchgangslöchern 440 der Stützplatten 430 und den Wärmeübertragungsrohren 20 gebildet sind, in den benachbarten Stützplatten 430 unterschiedlich. Somit wird, wenn das Außerrohrfluid R2 durch den ersten Freiraumabschnitt 461 und den zweiten Freiraumabschnitt 462 strömt, die Laminarströmung gemäß der Formen des ersten Freiraumabschnitts 461 und des zweiten Freiraumabschnitts 462 unterbrochen. Da die Strömung verwirbelt und Temperaturungleichmäßigkeit verhindert ist, wird somit ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 effizient durchgeführt.
(Fünfte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Wärmeaustauscher 501 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 11 und 12 beschrieben. In dieser Ausführungsform erhalten die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen wie die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Elemente, eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Im Wärmeaustauscher 501 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Konfiguration der ersten Einlassdüse A1, der ersten Auslassdüse Z1, der zweiten Einlassdüse A2 und der zweiten Auslassdüse Z2 im Wärmeaustauscher 1 gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform verändert. Außerdem unterscheidet sich der Wärmeaustauscher 501 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vom Wärmeaustauscher 1 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die Rohrplatten 17 nicht in dem Rumpf 11 des Gehäuses 10 bereitgestellt sind und ein Dunst entfernender Demister 517 bereitgestellt ist. Die Konfiguration ist in anderer Hinsicht dieselbe, wie die des Wärmeaustauschers 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Ein erstes Einlassverteilerrohr (Einlassverteilerrohr) A3, welches das Innerrohrfluid R1 in den Innenraum des Gehäuses 10 führt, ist am oberen Abschnitt des Rumpfs 11 des Gehäuses 10 bereitgestellt. Im ersten Einlassverteilerrohr A3 ist eine Befestigungsplatte (nicht dargestellt) bereitgestellt, in der Einführungslöcher gebildet sind, die den Endabschnitten der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20 entsprechen. Die Endabschnitte der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20 sind in die Befestigungsplatte eingeführt und daran befestigt. Das erste Einlassverteilerrohr A3 führt den gruppierten Wärmeübertragungsrohren 20 das Innerrohrfluid R1 zu.
Außerdem ist ein erstes Auslassverteilerrohr (Auslassverteilerrohr) Z3, das das Innerrohrfluid R1 aus dem Gehäuse 10 ausgibt, in unteren Abschnitt des Rumpfs 11 des Gehäuses 10 bereitgestellt. Im ersten Auslassverteilerrohr Z3 ist eine Befestigungsplatte (nicht dargestellt) bereitgestellt, in der Einführungslöcher gebildet sind, die den Endabschnitten der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20 entsprechen. Die Endabschnitte der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20 sind in die Befestigungsplatte eingeführt und daran befestigt. Das erste Auslassverteilerrohr Z3 lässt das wärmeausgetauschte Innerrohrfluid R1 aus den gruppierten Wärmeübertragungsrohren 20 auslaufen.
Eine zweite Einlassdüse A4, die das Außerrohrfluid R2 in das Gehäuse 10 führt, ist im unteren Abschnitt des Rumpfs 11 des Gehäuses 10 bereitgestellt. Zudem ist eine zweite Auslassdüse Z4, die das Außerrohrfluid R2 aus dem Gehäuse 10 ausgibt, am oberen Abschnitt des Rumpfdeckels 12A des Gehäuses 10 bereitgestellt.
Eine Kammer 516A, durch die das Außerrohrfluid R2 strömt, welches von der zweiten Einlassdüse A4 zugeführt wird und eine Kammer 516B, durch die das Außerrohrfluid R2 strömt, welches aus der zweiten Auslassdüse Z4 ausgegeben wird, werden mithilfe einer zweiten Trennwand 515 voneinander abgetrennt.
Es wird der Betrieb des so konfigurierten Wärmeaustauschers 501 beschrieben. Das Innerrohrfluid R1 strömt durch das Innere der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20, nachdem es vom ersten Einlassverteilerrohr A3 eingeströmt ist. Unterdessen strömt das Außerrohrfluid R2 in die Kanäle 21A und 21B und außerhalb jedes der Wärmeübertragungsrohre 20, nachdem es von der zweiten Einlassdüse A4 eingeströmt ist und durch die Kammer 516A geströmt ist.
Die Richtung, in der das Innerrohrfluid R1 strömt und die Richtung, in der das Außerrohrfluid R2 strömt, sind entgegengesetzt. Es ist möglich, dass das Innerrohrfluid R1 und das Außerrohrfluid R2 durch die Rohrwände der Wärmeübertragungsrohre 20 Wärme austauschen. Aufgrund dieses Wärmeaustauschs wird die Temperatur des Außerrohrfluids R2 erhöht und die Temperatur des Innerrohrfluids R1 gesenkt; das Außerrohrfluid R2 und das Innerrohrfluid R1 werden aus der zweiten Auslassdüse Z4 bzw. dem ersten Auslassverteilerrohr Z3 ausgegeben.
Bei dem so konfigurierten Wärmeaustauscher 501 wird, wenn das Außerrohrfluid R2 so durch die ringförmigen Freiräume 43A und 43B strömt wie bm Wärmeaustauscher 1 der ersten Ausführungsform, die Laminarströmung gemäß den Formen der ringförmigen Freiräume 43A und 43B unterbrochen. Somit wird ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 effizient durchgeführt.
Zudem ist es auch in einem Ausnahmezustand möglich, wenn das Innerrohrfluid R1 aus den Wärmeübertragungsrohren 20 austritt, dass der Demister 517, der zwischen dem Rumpfdeckel 12A und dem Rumpf 11, wo die zweite Auslassdüse Z4 bereitgestellt ist, das ausgetretene Innerrohrfluid R1 aufnimmt. Da das Innerrohrfluid R1 nicht in den Rumpfdeckel 12A strömt, besteht somit keine Möglichkeit, dass der Betrieb der im Rumpfdeckel 12A bereitgestellten Vorrichtung beeinflusst wird.
Zudem wird in der ersten Ausführungsform die Dicke der Rohrplatte 17 zum Befestigen der Wärmeübertragungsrohre 20 gemäß den Bedingungen wie der Temperatur und dem Druck innerhalb des Gehäuses 10, dem Innendurchmesser des Gehäuses 10 und dergleichen bestimmt. Wenn es notwendig ist, die Dicke der Rohrplatte 17 gemäß diesen Bedingungen zu erhöhen, ist es möglich, durch Einsatz des Wärmeaustauschers 501 der vorliegenden Ausführungsform die Kosten zu senken, da die Wärmeübertragungsrohre 20 in der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert sind, dass sie an einer Befestigungsplatte befestigt sind, die im ersten Einlassverteilerrohr A3 und dem ersten Auslassverteilerrohr Z3 bereitgestellt sind; es ist nicht notwendig, die Rohrplatte 17 bereitzustellen.
(Sechste Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Wärmeaustauscher 601 gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 13 und 14 beschrieben. In dieser Ausführungsform erhalten die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen, wie die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Elemente; eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Der Wärmeaustauscher 601 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Wärmeaustauscher 1 gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform, wobei die Konfiguration der ersten Einlassdüse A1, der ersten Auslassdüse Z1, der zweiten Einlassdüse A2 und der zweiten Auslassdüse Z2 verändert ist. Die Konfiguration ist in anderer Hinsicht dieselbe, wie die des Wärmeaustauschers 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Eine erste Einlassdüse A5, die das Innerrohrfluid R1 in das Gehäuse 10 führt, ist im unteren Abschnitt des Rumpfdeckels 12A des Gehäuses 10 bereitgestellt. Zudem ist eine erste Auslassdüse Z5, die das Innerrohrfluid R1 aus dem Gehäuse 10 ausgibt, im oberen Abschnitt des Rumpfdeckels 12A des Gehäuses 10 bereitgestellt.
Im Rumpfdeckel 12A werden eine Kammer 613A, durch die das Innerrohrfluid R1 strömt, welches von der ersten Einlassdüse A5 zugeführt wird und eine Kammer 613A, durch die das Innerrohrfluid R1 strömt, welches aus der ersten Auslassdüse Z5 ausgegeben wird, mithilfe der ersten Trennwand 14 voneinander abgetrennt.
Zudem ist eine zweite Einlassdüse A6, die das Außerrohrfluid R2 in das Gehäuse 10 führt, im oberen Abschnitt des Rumpfs 11 des Gehäuses 10 bereitgestellt. Außerdem ist ein Paar der zweiten Auslassdüsen Z6, die das Außerrohrfluid R2 aus dem Gehäuse 10 ausgeben, in einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt des Rumpfs 11 des Gehäuses 10 in vertikaler Richtung bereitgestellt. Die zweite Einlassdüse A6 ist im Rumpf 11 des Gehäuses 10 mit einer thermischen Abschirmstruktur (nicht dargestellt) bereitgestellt.
Im Rumpf 11 werden eine Kammer 616A, durch die das Außerrohrfluid R2 strömt, welches von der zweiten Einlassdüse A6 zugeführt wird, und eine Kammer 616B, durch die das Außerrohrfluid R2 strömt, welches aus der zweiten Auslassdüse Z6 ausgegeben wird, mithilfe einer zweiten Trennwand 615 voneinander abgetrennt.
Es wird der Betrieb des so konfigurierten Wärmeaustauschers 601 beschrieben. Das Innerrohrfluid R1 strömt durch den Innenraum der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20, nachdem es von der ersten Einlassdüse 613B eingeströmtund durch die Kammer A5 geströmt ist. Unterdessen strömt das Außerrohrfluid R2 durch die Kanäle 21A und 21b und außerhalb vorbei an jedem der Wärmeübertragungsrohre 20, nachdem es von der zweiten Einlassdüse A6 eingeströmt und durch die Kammer 616A geströmt ist.
Die Richtung, in der das Innerrohrfluid R1 strömt, und die Richtung, in der das Außerrohrfluid R2 strömt, sind entgegengesetzt. Es ist möglich, dass das Innerrohrfluid R1 und das Außerrohrfluid R2 durch die Rohrwände der Wärmeübertragungsrohre 20 Wärme austauschen. Aufgrund dieses Wärmeaustauschs wird die Temperatur des Außerrohrfluids R2 gesenkt, und es wird aus der zweiten Auslassdüse Z6, die unter der zweiten Einlassdüse A6 bereitgestellt ist, ausgegeben; die Temperatur des Innerrohrfluids R1 wird erhöht und es wird aus der ersten Auslassdüse Z5 ausgegeben, welche über der ersten Einlassdüse A5 bereitgestellt ist.
Bm Wärmeaustauscher 601, der so konfiguriert ist wie der Wärmeaustauscher 1 der ersten Ausführungsform, wird, wenn das Außerrohrfluid R2 durch die ringförmigen Freiräume 43A und 43B strömt, die Laminarströmung gemäß den Formen der ringförmigen Freiräume 43A und 43B unterbrochen. Somit wird ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 entlang der Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre 20 effizient durchgeführt.
(Modifikation der sechsten Ausführungsform)
Als Modifikation der sechsten Ausführungsform, wie in 15 dargestellt, kann es eine Konfiguration geben, bei der ein Verteilerrohr (Einlassverteilerrohr) A7 der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20 im Rumpfdeckel 12A bereitgestellt ist; das Innerrohrfluid R1 wird vom Verteilerrohr A7 in den Innenraum der gruppierten Wärmeübertragungsrohre 20 geführt.
In einem solchen Fall ist es möglich, die Kosten zu senken und die Konfiguration zu vereinfachen, da es nicht notwendig ist, die erste Trennwand 14 bereitzustellen, um die Kammern 613A und 613B, durch die das Innerrohrfluid R1 strömt, voneinander zu trennen wie in der sechsten Ausführungsform.
(Siebente Ausführungsform)
Als siebente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Gasturbinenanlage 50, die mit dem Wärmeaustauscher 1 versehen ist, der wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, anhand von 16 beschrieben. In dieser Ausführungsform erhalten dieselbenElemente die gleichen Bezugszeichen, wie die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Elemente; eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Wie in 16 dargestellt, weist die Gasturbinenanlage 50 eine Gasturbine 60, eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 70 und ein Brennstoffzufuhrsystem 80 auf. Die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 70 gewinnt Wärme aus dem von der Gasturbine 60 ausgegebenen Verbrennungsgas zurück. Das Brennstoffzufuhrsystem 80 führt der Gasturbine 60 Brennstoff F zu.
Die Gasturbine 60 weist einen Luftkompressor 61, eine Brennkammer 62 und eine Turbine 63 auf. Der Luftkompressor 61 erzeugt Druckluft durch Komprimieren von Umgebungsluft. Die Brennkammer 62 erzeugt Verbrennungsgas durch Verbrennen des Brennstoffs F unter Druckluft. Die Turbine 63 wird mit Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck angetrieben. Ein Generator 65 zum Erzeugen von Elektrizität, zum Beispiel durch Drehung eines Turbinenrotors 64, ist mit der Turbine 63 verbunden.
Die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 70 weist eine Abgasleitung 71, einen Abzug 69, einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 und eine Dampfturbine 73 auf. Die Abgasleitung 71 ist mit einem Verbrennungsgasauslassanschluss der Turbine 63 verbunden. Der Abzug 69 ist an einem Endabschnitt der Abgasleitung 71 bereitgestellt. Der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 erzeugt Dampf durch Durchführen eines Wärmeaustauschs zwischen dem durch die Abgasleitung 71 strömenden Abgas und Wasser. Die Dampfturbine 73 wird mit Dampf angetrieben, welcher vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 erzeugt wird.
Ein Generator 75, der Elektrizität erzeugt, zum Beispiel durch Drehung eines Rotors, ist mit der Dampfturbine 73 verbunden.
Außerdem weist die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 70 einen Kondensator 76 und eine Wasservorlaufpumpe 77 auf. Der Kondensator 76 wandelt den Dampf, der die Dampfturbine 73 angetrieben hat, wieder in Wasser um. Die Wasservorlaufpumpe 77 bringt das Wasser im Kondensator 76 zum Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 zurück.
Der Kondensator 76 und die Wasservorlaufpumpe 77 sind mit einer Kondensatorleitung 78 verbunden. Die Wasservorlaufpumpe 77 und der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 sind über eine Wasservorlaufleitung 79 verbunden.
Das Brennstoffzufuhrsystem 80 weist eine Brennstoffleitung 81, den Wärmeaustauscher 1, eine Vorheizbrennstoffleitung 82 und eine Wassererwärmungsleitung 83 auf. Der Brennstoff F aus der Kraftstoffquelle strömt in die Brennstoffleitung 81. Der Wärmeaustauscher 1 ist mit der Brennstoffleitung 81 verbunden und wärmt den Brennstoff F vor. Die Vorheizbrennstoffleitung 82 führt Brennstoff F, der vom Wärmeaustauscher 1 vorgewärmt wurde, in die Brennkammer 62 ein. Die Wassererwärmungsleitung 83 führt Wasser, das vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 erwärmt wurde, in den Wärmeaustauscher 1 ein.
Der Wärmeaustauscher 1 erwärmt den Brennstoff F durch Durchführen eines Wärmeaustauschs zwischen dem vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 erwärmten Wasser und dem Brennstoff F.
Hierbei ist die Wassererwärmungsleitung 83 mit der ersten Einlassdüse A1 des Wärmeaustauschers 1 verbunden. Aufgrund dessen wird das vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 erwärmte Wasser als das Innerrohrfluid R1 von der ersten Einlassdüse A1 zum Wärmeaustauscher 1 geführt. Zudem ist die Brennstoffleitung 81 mit der zweiten Einlassdüse A2 des Wärmeaustauschers 1 verbunden. Aufgrund dessen wird der Brennstoff F als das Außerrohrfluid R2 (zu erwärmendes Fluid) von der zweiten Einlassdüse A2 zum Wärmeaustauscher 1 geführt.
In der so konfigurierten Gasturbinenanlage 50 ist es bei dem Wärmeaustauscher 1 möglich, dass der Brennstoff F auf eine höhere Temperatur erwärmt wird und der Brennstoff F der Brennkammer 62 zugeführt wird, indem ein Wärmeaustausch zwischen dem vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 erwärmten Wasser und dem Brennstoff F durchgeführt wird. Da es möglich ist, dass die Brennkammer 62 Verbrennungsgas durch Verbrennen des erwärmten Brennstoffs F in Druckluft effizient erzeugt, ist es daher möglich, die Wärmeeffizienz der Gasturbinenanlage 50 zu erhöhen.
(Achte Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine Gasturbinenanlage 150, die mit dem Wärmeaustauscher 601 gemäß der achten Ausführungsform versehen ist, anhand von 17 beschrieben. In dieser Ausführungsform erhalten dieselbenElemente die gleichen Bezugszeichen, wie die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Elemente; eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Eine Gasturbinenanlage 150 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist den Wärmeaustauscher 601 als Teil eines Kühlsystems 86 auf, das Hochtemperaturabschnitte in der Gasturbine 60 gemäß der vorstehend beschriebenen siebenten Ausführungsform kühlt; die Konfiguration ist in anderer Hinsicht dieselbe, wie die der Gasturbinenanlage 50 gemäß der siebenten Ausführungsform.
Wie in 17 dargestellt, weist die Turbine 63 ein Gehäuse 66 auf, das den Turbinenrotor 64 abdeckt. Der Turbinenrotor 64 ist nicht ausführlich dargestellt; jedoch weist der Turbinenrotor 64 einen Rotorhauptkörper auf, der sich auf einer mittigen Drehwelle zentriert dreht und mehrere rotierende Schaufeln, die am Außenumfang des Rotorhauptkörpers befestigt sind. Ein Kühlluft-Strömungsweg, durch den Kühlluft zum Kühlen der Drehschaufeln strömt, ist im Rotorhauptkörper und in den Drehschaufeln gebildet.
Das Kühlsystem 86 weist eine Druckluftleitung 87, den Wärmeaustauscher 601, eine Kühlluftleitung 88 und eine Kühlwasserleitung 89 auf. Die Druckluftleitung 87 führt Druckluft (extrahierte Luft), die aus dem Luftkompressor 61 der Gasturbine 60 extrahiert wurde, in den Wärmeaustauscher 601 ein. Der Wärmeaustauscher 601 ist mit der Druckluftleitung 87 verbunden und kühlt die Druckluft. Die Kühlluftleitung 88 führt Kühlluft, welche die vom Wärmeaustauscher 601 gekühlte Druckluft ist, in den Turbinenrotor 64 ein. Die Kühlwasserleitung 89 führt Wasser in der Wasservorlaufleitung 79 der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 70 in den Wärmeaustauscher 601 ein.
Der Wärmeaustauscher 601 kühlt Druckluft durch Durchführen von Wärmeaustausch zwischen der Druckluft, die von dem Luftkompressor 61 extrahiert wurde und Wasser, das vom Kondensator 76 der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 70 ausgegeben wurde.
Hierbei ist die Kühlwasserleitung 89 mit der ersten Einlassdüse A5 des Wärmeaustauschers 601 verbunden. Aufgrund dessen wird das aus dem Kondensator 76 ausgegebene Wasser als das Innerrohrfluid R1 von der ersten Einlassdüse A5 zum Wärmeaustauscher 601 geführt. Außerdem ist die Druckluftleitung 87 mit der zweiten Einlassdüse A6 des Wärmeaustauschers 601 verbunden. Aufgrund dessen wird die Druckluft (zu kühlendes Fluid und Fluid für die Kühlung) als das Außerrohrfluid R2 von der zweiten Einlassdüse A6 zum Wärmeaustauscher 601 geführt.
In der so konfigurierten Gasturbinenanlage 150, im Wärmeaustauscher 601, ist es möglich, die auf eine niedrigere Temperatur gekühlte Druckluft über die Kühlluftleitung 88 zum Turbinenrotor 64 zu führen, nachdem der Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Kondensator 76 ausgegebenen Wasser und der aus dem Luftkompressor 61 extrahierten Druckluft durchgeführt wurde. Aufgrund dessen ist es möglich, die Drehschaufeln zu kühlen, indem die gekühlte Kühlluft in den Kühlluft-Strömungsweg innerhalb der Drehschaufeln eingeführt wird.
Hier sind die verschiedenen Formen, Kombinationen und dergleichen jedes der Bestandteilelemente, die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dargestellt sind, Beispiele; verschiedene Änderungen daran sind auf der Grundlage von Gestaltungserfordernissen innerhalb eines Bereichs, der nicht vom Geist der vorliegenden Erfindung abweicht, möglich.
Zum Beispiel sind die Wärmeaustauscher gemäß der ersten Ausführungsform und der fünften Ausführungsform so konfiguriert, dass die Temperatur des Innerrohrfluids R1 gesenkt wird und die Temperatur des Außerrohrfluids R2 erhöht wird, indem ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 durchgeführt wird. Unterdessen ist der Wärmeaustauscher gemäß der sechsten Ausführungsform so konfiguriert, dass die Temperatur des Innerrohrfluids R1 erhöht wird und die Temperatur des Außerrohrfluids R2 gesenkt wird, indem ein Wärmeaustausch zwischen dem Innerrohrfluid R1 und dem Außerrohrfluid R2 durchgeführt wird. Durch Umkehren des Vorstehenden können die Wärmeaustauscher gemäß der ersten Ausführungsform und der fünften Ausführungsform eine Konfiguration aufweisen, wobei die Temperatur des Innerrohrfluids R1 erhöht wird und die Temperatur des Außerrohrfluids R2 gesenkt wird. Zudem kann der Wärmeaustauscher gemäß der sechsten Ausführungsform eine Konfiguration aufweisen, wobei die Temperatur des Innerrohrfluids R1 gesenkt wird und die Temperatur des Außerrohrfluid R2 erhöht wird.
Außerdem kann, wenn Wärmeaustausch die Temperatur des Innerrohrfluids R1 erhöht wird und die Temperatur des Außerrohrfluids R2 gesenkt wird, in der siebenten Ausführungsform die erste Einlassdüse A1 des Wärmeaustauschers 1 mit der Brennstoffleitung 81 verbunden und die zweite Einlassdüse A2 mit der Wassererwärmungsleitung 83 verbunden sein. Aufgrund dessen wird vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 erwärmtes Wasser als das Außerrohrfluid R2 von der zweiten Einlassdüse A2 zum Wärmeaustauscher 1 geführt. Zudem wird der Brennstoff F von der Brennstoffleitung 81, die mit der ersten Einlassdüse A1 des Wärmeaustauschers 1 verbunden ist, dem Wärmeaustauscher 1 als das Außerrohrfluid R2 zugeführt. In der so konfigurierten Gasturbinenanlage ist es bei dem Wärmeaustauscher 1 möglich, dass der Brennstoff F auf eine höhere Temperatur erwärmt wird und der Brennstoff F der Brennkammer 62 zugeführt wird, nachdem ein Wärmeaustausch zwischen dem im Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 72 erwärmten Wasser und dem Brennstoff F durchgeführt wurde. Da es möglich ist, dass die Brennkammer 62 Verbrennungsgas durch Verbrennen des erwärmten Brennstoffs F in der Druckluft effizient erzeugt, kann daher die Wärmeeffizienz der Gasturbinenanlage 50 zu erhöhen.
Zudem kann im Falle einer Konfiguration, bei der durch Wärmeaustausch die Temperatur des Innerrohrfluids R1 gesenkt wird und die Temperatur des Außerrohrfluids R2 erhöht wird, in der achten Ausführungsform die Druckluftleitung 87 mit der ersten Einlassdüse A5 des Wärmeaustauschers 601 verbunden sein und die Kühlwasserleitung 89 mit der zweiten Einlassdüse A6 verbunden sein. Aufgrund dessen wird die von der Druckluftleitung 87 extrahierte Druckluft als das Innerrohrfluid R1 von der ersten Einlassdüse A5 zum Wärmeaustauscher 601 geführt. Zudem wird das Wasser aus der Kühlwasserleitung 89 dem Wärmeaustauscher 601 als das Außerrohrfluid R2 zugeführt. In der so konfigurierten Gasturbinenanlage, im Wärmeaustauscher 601, ist es möglich, die gekühlte Druckluft über die Kühlluftleitung 88 zum Turbinenrotor 64 zu führen, nachdem der Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Kondensator 76 ausgegebenen Wasser und der aus dem Luftkompressor 61 extrahierten Druckluft durchgeführt wurde. Aufgrund dessen ist es möglich, die Drehschaufeln zu kühlen, indem die gekühlte Kühlluft in den Kühlluft-Strömungsweg innerhalb der Drehschaufeln eingeführt wurde.
Außerdem ist es auch möglich, die Konfiguration der Stützplatten und der Wärmeübertragungsrohre, welche die Wärmeaustauscher gemäß der zweiten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform bilden, auf die Wärmeaustauscher gemäß der fünften Ausführungsform und der sechsten Ausführungsform anzuwenden.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß dem Wärmeaustauscher und der damit versehenen Gasturbinenanlage ist es möglich, einen Wärmeaustausch effizient durchzuführen.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeaustauscher
10: Gehäuse
20: Wärmeübertragungsrohr
21A, 21B: Kanal
30: Stützplatte
40: Rohreinführungsdurchgangsloch
50: Gasturbinenanlage
61: Luftkompressor
62: Brennkammer
63: Turbine
72: Wärmerückgewinnungsdampfgenerator
73: Dampfturbine
76: Kondensator
A3: Erstes Einlassverteilerrohr (Einlassverteilerrohr)
A7: Verteilerrohr (Einlassverteilerrohr)
Z3: Erstes Auslassverteilerrohr (Auslassverteilerrohr)

Claims

Wärmeaustauscher, umfassend: ein Körper; eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohren, die innerhalb des Gehäuses bereitgestellt sind; und eine Mehrzahl von Stützplatten, die in Intervallen entlang einer Längsrichtung der Wärmeübertragungsrohre bereitgestellt sind und mit einer Mehrzahl von Rohreinführungsdurchgangslöchern zum Einführen der gruppierten Wärmeübertragungsrohre gebildet sind, wobei Formen der Rohreinführungsdurchgangslöcher für eines der Wärmeübertragungsrohre in zwei der in Längsrichtung benachbarten Stützplatten von der Mehrzahl von Stützplatten unterschiedlich sind.
Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1, ferner Kanäle aufweisend, die an einer Außenumfangsseite einer Gruppierung der Wärmeübertragungsrohre bereitgestellt sind, wobei die Kanäle die gruppierten Wärmeübertragungsrohre abdecken, wobei sie in der Längsrichtung verlaufen und in Intervallen mit einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses angeordnet sind.
Wärmeaustauscher gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner Rippen aufweisend, die an der Außenumfangsfläche der Wärmeübertragungsrohre bereitgestellt sind, wobei die Rippen in Radialrichtung nach außen hervorstehen und in Längsrichtung verlaufen.
Wärmeaustauscher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse mindestens eines von einem Einlassverteilerrohr, das Innerrohrfluid in die Mehrzahl von Wärmeübertragungsrohre führt und einem Auslassverteilerrohr, welches das wärmeausgetauschte Innerrohrfluid von den Wärmeübertragungsrohren ausgibt, aufweist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, wobei der Körper sowohl das Einlassverteilerrohr als auch das Auslassverteilerrohr aufweist.
Gasturbinenanlage, aufweisend: den in einem der Ansprüche 1 bis 5 beschriebenen Wärmeaustauscher; einen Luftkompressor, der Druckluft durch Komprimieren von Umgebungsluft erzeugt; eine Brennkammer, die Verbrennungsgas durch Verbrennen von Brennstoff in Druckluft erzeugt; und eine Turbine, die mit Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck angetrieben wird, wobei der Brennstoff, welcher der Brennkammer zugeführt wird, dem Wärmeaustauscher als zu erwärmendes Fluid zugeführt wird.
Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 6, ferner aufweisend einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator, der Dampf mithilfe eines Wärmeaustauschs zwischen dem Verbrennungsgas, das aus der Turbine ausgegeben wird und Wasser erzeugt, Innerrohrfluid, das innerhalb der Wärmeübertragungsrohre strömt, Außerrohrfluid, das außerhalb der Wärmeübertragungsrohre und innerhalb des Gehäuses strömt, wobei das Innerrohrfluid ein Fluid ist, das vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator abgeleitet ist und wobei das Außerrohrfluid ein Brennstoff ist, der dem Wärmeaustauscher zugeführt wird, einem Wärmeaustausch mit dem Innerrohrfluid unterzogen, in der Temperatur erhöht und der Brennkammer zugeführt wird.
Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 6, ferner aufweisend einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator, der Dampf mithilfe eines Wärmeaustauschs zwischen dem Verbrennungsgas, das aus der Turbine ausgegeben wird und Wasser erzeugt, das Innerrohrfluid, das innerhalb der Wärmeübertragungsrohre strömt, das Außerrohrfluid, das außerhalb der Wärmeübertragungsrohre und innerhalb des Gehäuses strömt, wobei das Außerrohrfluid ein Fluid ist, das vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator abgeleitet ist, und wobei das Innerrohrfluid ein Brennstoff ist, der dem Wärmeaustauscher zugeführt wird, einem Wärmeaustausch mit dem Außerrohrfluid unterzogen, in der Temperatur erhöht und der Brennkammer zugeführt wird.
Gasturbinenanlage, aufweisend: den in einem der Ansprüche 1 bis 5 beschriebenen Wärmeaustauscher; einen Luftkompressor, der Druckluft durch Komprimieren von Umgebungsluft erzeugt; eine Brennkammer, die Verbrennungsgas durch Verbrennen von Brennstoff in Druckluft erzeugt; und eine Turbine, die mit Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck angetrieben wird, ein der Turbine zugeführtes Fluid zum Kühlen, das dem Wärmeaustauscher als zu kühlendes Fluid zugeführt wird.
Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend: einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator, der Dampf mithilfe eines Wärmeaustauschs zwischen dem Verbrennungsgas, das aus der Turbine ausgegeben wird, und Wasser erzeugt; eine Dampfturbine, die mit Dampf, der vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator erzeugt wird, angetrieben wird; und einen Kondensator, um den Dampf, der die Dampfturbine angetrieben hat, in Wasser umzuwandeln, das Innerrohrfluid, das innerhalb der Wärmeübertragungsrohre strömt, das Außerrohrfluid, das außerhalb der Wärmeübertragungsrohre und innerhalb des Gehäuses strömt, wobei das Innerrohrfluid ein Fluid ist, das vom Kondensator abgeleitet wird, und das Außerrohrfluid extrahierte Luft ist, die vom Luftkompressor extrahiert, einem Wärmeaustausch mit dem Innerrohrfluid unterzogen, in der Temperatur gesenkt wird und der Turbine zugeführt wird.
Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend: einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator, der Dampf mithilfe eines Wärmeaustauschs zwischen dem Verbrennungsgas, das aus der Turbine ausgegeben wird, und Wasser erzeugt; eine Dampfturbine, die mit Dampf, der vom Wärmerückgewinnungsdampfgenerator erzeugt wird, angetrieben wird; und einen Kondensator, um den Dampf, der die Dampfturbine angetrieben hat, wie in Wasser umzuwandeln, das Innerrohrfluid, das innerhalb der Wärmeübertragungsrohre strömt, das Außerrohrfluid, das außerhalb der Wärmeübertragungsrohre und innerhalb des Gehäuses strömt, wobei das Außerrohrfluid ein Fluid ist, das vom Kondensator abgeleitet wird, und das Innerrohrfluid extrahierte Luft ist, die vom Luftkompressor extrahiert, einem Wärmeaustausch mit dem Außerrohrfluid unterzogen, in der Temperatur gesenkt und der Turbine zugeführt wird.