JP2001296090A

JP2001296090A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2001296090A
Application number: JP2000110811A
Authority: JP
Inventors: Masanori Musha; 正徳武者
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2001-10-26
Anticipated expiration: 2020-04-12
Also published as: JP4215930B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換器において、熱交換効率の向上を図る
と共にスムースな空気の流れを確保する。【解決手段】シェル６１内に第１通路Ｐ₁を有するシ
ュラウド６５を配設して両者の間に第２通路Ｐ₂を形成
し、シェル６１の上端部に第１通路Ｐ₁へ高温空気を供
給する入口ノズル６６を設け、シェル６１の上部側壁に
第２通路Ｐ₂に連通する口部ノズル６９を設ける一方、
シュラウド６５内に波状の複数の伝熱管７３を設け、下
端部に冷却水を供給する給水管７４を連結し、上端部に
排水管７６を設け、シュラウド６５の下部に絞り込み部
７８を形成することで第１通路Ｐ₁の断面積を縮小して
第２通路Ｐ₂の断面積を拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温空気と低温水
との間で熱交換を行う熱交換器に関し、ガスタービンに
て、燃焼のために圧縮機により高圧高温となった空気を
冷却してタービンブレード冷却用の冷却空気とするため
の熱交換器に用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガスタービンは、圧縮機と燃焼
器とタービンとを有しており、圧縮機で高温高圧となっ
た空気と、燃料圧縮機及び燃焼加熱器で高温高圧となっ
た燃料ガスとを燃焼器に送って燃焼してタービンを駆動
するようになっている。この場合、燃焼器では高温高圧
の燃焼ガスが発生することからタービンのブレードが高
温に加熱されてしまうため、冷却空気により冷却する必
要がある。一般的には、ガスタービンの圧縮機で高温高
圧となった空気の一部を抽出して熱交換器に送り、この
熱交換器で高温高圧空気を空冷して冷却空気を生成し、
この冷却空気をタービンに戻してタービンブレードを冷
却している。

【０００３】このような熱交換器としては、例えば、特
開平９−１５２２８３号公報に開示されたものがある。
この公報に開示された熱交換器は、内部に設けられたハ
ウジング内に多数の管を曲がりくねって配設し、下部の
入口収集管に連結すると共に、上部の出口収集管に連結
する一方、上部に入口管片を設けてハウジングに連通す
ると共に、上部側壁に出口管片を設けて中間空間と連結
したものである。

【０００４】従って、入口管片からハウジング内に高温
空気を供給する一方、入口収集管からハウジング内の多
数の管に冷却水を供給すると、ハウジング内を高温空気
は下降して冷却水は上昇することで熱交換が行われる。
そして、冷却空気はハウジング下部から上方に反転して
中間空間を上昇し、出口管片から排出される一方、冷却
水は出口収集管から排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の熱交
換器では、ハウジング内を高温空気が下降して冷却水が
上昇することで、効率的に熱交換を行うことができる。
ところが、この場合、ハウジング内を下降する高温空気
の流路断面積は大きく、冷却後に下部で反転して中間空
間を上昇する冷却空気の流路断面積は小さくなっている
ため、熱交換器の下部で空気が反転して上昇するとき、
空気の平均流速が速く、また流れの乱れにより局部的に
流速が速くなる。

【０００６】そして、この熱交換器にて、ガスタービン
の圧縮機で生成された高温高圧を冷却してタービンブレ
ード冷却用の冷却空気を生成する場合、この冷却空気に
水滴が含有しないようにすることが重要となる。従来の
熱交換器では、高温高圧の空気を冷却水が流通する管に
接触させて冷却しているが、この管の老朽化等による破
損時には冷却水が漏れて下部に溜まる。熱交換器の下部
で空気が反転して上昇するときに空気の流れに乱れが生
じると、局部的に流速が速くなった部分で水滴を随伴し
た空気や下部に溜まっている冷却水を巻き上げた空気が
水滴を含有したままタービンに導入され、タービンブレ
ードなどに損傷を与える虞がある。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するもので
あり、熱交換効率の向上を図ると共に均一化した空気の
流れを確保することのできる熱交換器を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の熱交換器は、縦形密閉式の筒形状
をなすシェルと、内部に第１通路を有するように縦形筒
矩形断面形状をなして該シェルの内壁との間に第２通路
を形成するように該シェル内に配設されて下端部が該シ
ェルに開口するシュラウドと、前記シェルの上端部から
該シュラウドの第１通路に高温空気を供給する空気入口
部と、前記シェルの上部側壁に設けられて前記第２通路
に連通する空気出口部と、前記シュラウド内に前記第１
通路を横切るように配設された複数の伝熱管と、前記シ
ェルの下部側壁を貫通して該複数の伝熱管の下端部から
冷却水を供給する冷却水導入部と、前記シェルの上部側
壁を貫通して該複数の伝熱管内の冷却水を排出する冷却
水排出部とを有する熱交換器において、前記シュラウド
の下開口部に正方形断面となるように絞り込み部を形成
することで、前記第１通路出口と前記第２通路入口を対
称構造とすることを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項２の発明の熱交換器では、前
記第２通路における前記絞り込み部の外周辺に整流板を
設けたことを特徴としている。

【００１０】また、請求項３の発明の熱交換器では、前
記第２通路の上部に空気を前記空気入口部の周辺部まで
導く導風板を設けたことを特徴としている。

【００１１】また、請求項４の発明の熱交換器では、前
記シュラウドの少なくとも上外周部に熱遮蔽板を設けた
ことを特徴としている。

【００１２】また、請求項５の発明の熱交換器では、前
記空気入口部を間に空間部を有する二重筒形状としたこ
とを特徴としている。

【００１３】また、請求項６の発明の熱交換器では、前
記空気入口部は、筒形状の入口管の下端に内管の上端が
溶接され、前記内管の外側に空間部を有して外管が配設
されて前記入口管の下端に溶接されて構成され、前記内
管の下端が前記シェルに形成された開口内に挿入されて
前記シュラウド上端部に連結されると共に、前記外管の
下端が該シェルの開口周辺に溶接されたことを特徴とし
ている。

【００１４】また、請求項７の発明の熱交換器では、前
記空気入口部と前記シュラウドとの連結部に熱膨張吸収
部を設けたことを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１６】図１に本発明の第１実施形態に係る熱交換
器としてのＴＣＡクーラの縦断面、図２に図１のII−II
断面、図３に図１のIII−III断面、図４に空気入口部の
の断面、図５に冷却水出口部の断面、図６に本実施形態
の熱交換器が適用された複合発電プラントの概略構成を
示す。

【００１７】本実施形態の複合発電プラントにおいて、
図６に示すように、ガスタービン１１は、圧縮機１２と
燃焼器１３とタービン１４とを有している。また、蒸気
タービン１５は、高圧タービン１６と中圧タービン１７
及び低圧タービン１８とが一軸に連結されて構成されて
いる。ガスタービン１１からの排気ガスＧが排熱回収ボ
イラ１９に送られるようになっており、この排熱回収ボ
イラ１９は、低圧ユニット２０と中圧ユニット２１と高
圧ユニット２２を有している。この排熱回収ボイラ１９
内では、ガスタービン１１からの排気ガスＧにより低圧
ユニット２０、中圧ユニット２１、高圧ユニット２２を
介して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービン１
５に送って駆動し、発電機２３を運転するようになって
いる。そして、蒸気タービン１５の排気蒸気は復水器２
４で凝縮され、復水ポンプ２５により排熱回収ボイラ１
９の予熱器２６に送られるようになっている。

【００１８】上述した排熱回収ボイラ１９において、低
圧ユニット２０は、低圧節炭器２７、低圧ドラム２８及
び低圧蒸発器２９、低圧過熱器３０を有している。即
ち、復水器２４及び復水ポンプ２５により蒸気を凝縮し
た水が予熱器２６で温められてから低圧節炭器２９に送
られ、ここで加熱された給水が低圧ドラム２８に送られ
る。そして、低圧ドラム２８の水は低圧蒸発器２９で加
熱されて低圧蒸気を発生する。この低圧蒸発器２９で発
生した低圧蒸気は低圧ドラム２８で気水分離された後、
低圧過熱器３０で過熱されて低圧蒸気ライン３１から蒸
気タービン１５の低圧タービン１８に導入される。

【００１９】また、中圧ユニット２１は、中圧節炭器３
２、中圧ドラム３３及び中圧蒸発器３４、中圧過熱器３
５を有している。即ち、予熱器２６で温められて給水ポ
ンプ４１で圧送された水が中圧節炭器３２に送られ、こ
こで加熱された給水が中圧ドラム３３に送られる。そし
て、中圧ドラム３３の水は中圧蒸発器３４で加熱されて
中圧蒸気を発生する。この中圧蒸発器３４で発生した中
圧蒸気は中圧ドラム３３で気水分離された後、中圧過熱
器３５で過熱されて中圧蒸気ライン３６から蒸気タービ
ン１５の中圧タービン１７に導入される。

【００２０】更に、高圧ユニット２２は、高圧節炭器３
７、高圧ドラム３８及び高圧蒸発器３９、高圧過熱器４
０を有している。即ち、予熱器２６で温められて給水ポ
ンプ４１で圧送された水が高圧節炭器３７に送られ、こ
こで加熱された給水が高圧ドラム３８に送られる。そし
て、高圧ドラム３８の水は高圧蒸発器３９で加熱されて
高圧蒸気を発生する。この高圧蒸発器３９で発生した高
圧蒸気は高圧ドラム３８で気水分離された後、高圧過熱
器４０で過熱て高圧蒸気ライン４２を通って蒸気タービ
ン１５の高圧タービン１６側に導入される。

【００２１】また、この複合発電プラントでは、高圧ユ
ニット２２にて、給水ポンプ４１により高圧節炭器３７
へ圧送される給水ライン４３の給水を、分岐した冷却水
供給ライン４４により熱交換器としてのＴＣＡ(TURBINE
COOLING AIR) クーラ４５に送り、冷却水返却ライン４
６を通して高圧節炭器３７から高圧ドラム３８への給水
ライン４７に戻される。一方、ガスタービン１１の圧縮
機１２にて高温高圧となった空気の一部を抽出し、この
高温高圧の抽出空気を空気供給ライン４８を通してＴＣ
Ａクーラ４５に送り、ここで給水ライン４３から冷却水
供給ライン４４により供給された給水により冷却し、空
気返却ライン４９を通してタービン１４に戻され、例え
ば、タービンブレードなどを冷却する。この場合、高圧
空気は約５００℃から約２００℃に冷却され、給水は約
１５０℃から約３５０℃に加熱される。

【００２２】また、中圧ユニット２１にて、中圧節炭器
３２から中圧ドラム３３への給水ライン５０の給水を、
加熱水供給ライン５１を通して熱交換器としてのＦＧＨ
(FUEL GAS HEATER) ５２に送り、加熱水返却ライン５３
を通して復水器２４及び復水ポンプ２５から予熱器２６
への給水ライン５４に戻される。一方、圧縮機５６にて
高圧となった燃料ガスを、燃料供給ライン５７を通して
ＦＧＨ５２に送り、ここで給水ライン５０から加熱水供
給ライン５１により供給された給水により加熱し、燃料
送気ライン５８を通して燃焼器１３に供給する。燃料ガ
スは常温からから約２００℃まで加熱され、給水は約３
００℃から５０℃に冷却される。

【００２３】本実施形態の熱交換機は、上述したＴＣＡ
クーラ４５に適用されており、その構造を詳細に説明す
る。このＴＣＡクーラ４５において、図１乃至図３に示
すように、シェル６１は縦形密閉式の円筒形状をなし、
下端部が架台６２により所定位置に設置されている。こ
のシェル６１の上部にて内壁面から中心部に向かって４
つのブラケット６３が固定され、このブラケット６３に
は２つの支持梁６４が架設されており、この各支持梁６
４にシュラウド６５が吊り下げられている。このシュラ
ウド６５は縦形矩形の筒形状をなして上下端部が開口
し、シェル６１の中央位置に配設されることで、内部に
第１通路Ｐ₁を有すると共にシェル６１の内壁との間に
第２通路Ｐ₂が形成されている。そして、このシェル６
１の上端部には空気入口部としての入口ノズル６６が固
定され、この入口ノズル６６の下部は連結部６７を介し
てシュラウド６５の上部開口に連結されている。従っ
て、入口ノズル６６から供給された空気が外部に漏れる
ことなく連結部６７を通って第１通路Ｐ₁を下降するこ
ととなる。この場合、入口ノズル６６の下部には熱膨張
吸収部としてのエキスパンジョン６８が設けられてお
り、入口ノズル６６の熱膨張あるいは熱収縮を吸収し、
シュラウド６５等に熱変形の影響が伝わらないようにな
っている。

【００２４】また、シェル６１の上部の側壁には空気出
口部としての２つの出口ノズル６９が対向する位置に固
定されており、この各出口ノズル６９を区画するように
導風板７０が固定されている。従って、第２通路Ｐ₂を
上昇する空気が直接出口ノズル６９から排出されずに入
口ノズル６６の外周辺まで上昇し、反転してから導風板
７０とシェル６１の内壁との出口通路Ｐ₃を通って出口
ノズル６９から排出されることとなる。そして、シュラ
ウド６５の上部にはその外周部を被覆するように熱遮蔽
板７１が取付けられている。

【００２５】一方、シュラウド６５内には一対の取付板
７２が固定され、この取付板７２に跨がるように複数の
伝熱管７３が掛け渡されて取付けられている。そして、
シェル６１の下部側壁には外部から冷却水導入部として
の給水管７４が挿通し、更にシュラウド６５を貫通して
シェル６１の内壁に固定されたブラケット７５に支持さ
れており、この給水管７４に複数の伝熱管７３の下端部
が連結されている。一方、シェル６１の上部側壁には外
部から冷却水排出部としての排水管７６が挿通し、更に
シュラウド６５を貫通してシェル６１の内壁に固定され
たブラケット７７に支持されており、この排水管７６に
複数の伝熱管７３の上端部が連結されている。従って、
給水管７４に導入された冷却水は各伝熱管７３に導か
れ、第１通路Ｐ₁を横切るように複数の伝熱管７３内を
流動して上昇し、排水管７６から外部に排出されること
となる。

【００２６】また、本実施形態のＴＣＡクーラ４５で
は、シュラウド６５の下部に絞り込み部７８を形成する
ことで、第１通路Ｐ₁の断面積を縮小する一方、第２通
路Ｐ₂の断面積を拡大するようにしている。即ち、シュ
ラウド６５は全体が矩形断面形状であるが、下部に絞り
込む（絞り込み部７８）ことで正方形断面としている。
また、シェル６１の下部内壁面にはこの絞り込み部７８
の外側に位置するようにリング形状の整流板７９を固定
することで、第２通路Ｐ₂の空気上昇流速を整流化して
いる。

【００２７】従って、シュラウド６５の第１通路Ｐ₁を
通って下降する空気は、絞り込み部７８で流路断面積が
小さくなるので流速が上がり、下部開口を出たところで
外側に広がって上方に反転する。このとき、絞り込み部
７８とリング形状の整流板７９の相互作用により第２通
路Ｐ₂を上昇する流れが整流されて乱れが抑制される。

【００２８】なお、シェル６１の下端部は球面形状をな
して伝熱管７３の破損により漏れた冷却水を貯溜可能と
なっており、排水管８０が連結されている。また、シェ
ル６１の上部及び下部には内部点検用のマンホール８１
が設けられている。

【００２９】ところで、このＴＣＡクーラ４５では、前
述したように、約５００℃の高温空気を取り込んで約２
００℃まで冷却するために入口ノズル６６は熱応力に耐
え得る特殊な構造となっている。即ち、図４に示すよう
に、入口ノズル６６は、円筒形状の入口管８２の下端に
内管８３の上端を溶接Ｗ₁し、この内管８３の外側に所
定間隔の空間部Ｓが形成されるように大径の外管８４を
配設し、入口管８２の下端にこの外管８４の上端を溶接
Ｗ₂して構成されている。そして、内管８３の下端をシ
ェル６１に形成された開口８５内に挿入し、シュラウド
６５の上端部に連結すると共に、外管８５の下端をシェ
ル６１の開口周辺に溶接Ｗ₃している。このように入口
ノズル６６は間に空間部Ｓを有する内管８３と外管８４
との二重筒形状となっている。

【００３０】また、ＴＣＡクーラ４５では、高温空気を
冷却水により冷却することで約３５０℃まで加熱され、
空気の出口温度約２００℃と温度差がついて熱応力が発
生するため、排水管７６も特殊な構造となっている。即
ち、図５に示すように、排水管７６は、円筒形状の入口
管８６の外側に所定間隔の空間部Ｓが形成されるように
大径の外管８７を配設し、入口管８６の外周部８８にこ
の外管８７の端部を溶接Ｗ₁して構成されている。そし
て、入口管８６の先端をシェル６１に形成された開口８
９内に挿入すると共に、外管８７の先端を開口８９に嵌
合して溶接Ｗ₂している。このように排水管７６は間に
空間部Ｓを有する入口管８６と外管８７との二重筒形状
となっている。

【００３１】このように構成されたＴＣＡクーラ４５に
て、約５００℃の高温空気が入口ノズル６６からシュラ
ウド６５内に供給されると共に、約１５０℃の冷却水が
給水管７４から各伝熱管７３に流入される。すると、シ
ュラウド６５の第１通路Ｐ₁と交差するように伝熱管７
３内を流れて上昇する冷却水に対して、第１通路Ｐ₁を
高温空気が伝熱管７３に接して下降することとなり、冷
却水と高温空気との間で熱交換が行われる。そして、冷
却空気は第１通路Ｐ₁を下降し、絞り込み部７８で流路
断面積が小さくなるために一時的に流速が上がり、下部
開口を出たところで外側に広がって上方に反転する。こ
のとき、絞り込み部７８と整流板７９の相互作用により
整流されて均一化した状態で第２通路Ｐ₂を上昇する。

【００３２】従って、伝熱管７３からの漏水がシェル６
１の下部に溜まっいて、第１通路Ｐ ₁から第２通路Ｐ₂
に反転する空気がこの漏水を巻き上げた場合でも、均一
化した所定の上昇流速であるため、水滴が落下あるいは
蒸発することにより水滴がシェル６１から排出されるこ
とはない。なお、第２通路Ｐ₂を上昇する空気は１００
ミクロン単位の水滴を含むことはあるが、伝熱管７３か
ら漏れた水の温度は沸点以上であり、空気が第２通路Ｐ
₂を上昇するときに蒸発する。この場合、水分の落下あ
るいは蒸発は空気の上昇流速に影響されるが、この流速
にするために第２通路Ｐ₂の断面積を設定しているもの
である。

【００３３】そして、第２通路Ｐ₂を上昇した冷却空気
は導風板７０によりシェル６１の上部まで導かれた後に
再び反転し、出口通路Ｐ₃を通って出口ノズル６９から
外部に排出される。このとき、シュラウド６５の上部の
熱遮蔽板７１は冷却空気がシュラウド６５内に入ってき
たばかりの高温空気により加熱されるのを防止してい
る。一方で、入口ノズル６６には約５００℃の高温空気
が流れており、シェル６１の上部のメタル温度が上昇す
るため、冷却空気をこの入口ノズル６６の周辺部に導い
て冷却する。また、伝熱管７３を介して高温空気を冷却
して加熱された冷却水は排水管７６を通して外部に排出
される。

【００３４】このように本実施形態の熱交換器としての
ＴＣＡクーラ４５にあっては、冷却空気が第１通路Ｐ₁
から反転して第２通路Ｐ₂に流れ込むとき、空気の流速
が絞り込み部７８及び整流板７９により整流化されるこ
ととなり、シェル６１の下部に水が溜まっていて冷却空
気がこの水を巻き上げたとしても、水分を含んだ空気が
シェル６１から排出されてタービン１４へ供給されるこ
とはなく、タービンブレードの損傷を未然に防止でき
る。

【００３５】なお、上述の実施形態では、ＴＣＡクーラ
４５におけるシェル６１の下部内壁にリング板状の整流
板７９を設けたが、この形状に限定されるものではな
く、多孔を有する整流板７９としてもよく、また、第２
通路Ｐ₂全体に金網を設けることで、上昇する冷却空気
に水分が含有したとしても、この金網を通過する際に流
れが均一化され、蒸発あるいは落下するようにしてもよ
い。

【００３６】図７に本発明の第２実施形態に係る熱交換
器としてのＴＣＡクーラの縦断面、図８にバイパス管の
ダンパの概略、図９にダンパの作動を表す概略、図１０
に出口ノズルの断面を示す。なお、前述した実施形態で
説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号
を付して重複する説明は省略する。

【００３７】図７に示すように、シェル６１内にはシュ
ラウド６５が吊り下げ支持されることで第１通路Ｐ₁と
第２通路Ｐ₂が形成されており、シェル６１の上端部に
は第１通路Ｐ₁に連通する入口ノズル６６が固定され、
上部側壁には第２通路Ｐ₂に連通する出口ノズル６９が
固定されている。一方、シュラウド６５内には複数の伝
熱管７３が波形に配設され、下部が給水管７４に連結さ
れ、上部が排水管７６に連結されている。また、シュラ
ウド６５の下開口部には正方形断面の絞り込み部７８を
形成しており、第１通路Ｐ₁の出口及び第２通路Ｐ₂の
入口を対称構造としている。

【００３８】そして、シェル６１とシュラウド６５との
間、つまり、第２通路Ｐ₂には上下方向に沿ってバイパ
ス管９１が配設され、上端部が屈曲してシュラウド６５
内に挿通し、第１通路Ｐ₁の上部に連通する一方、下端
部が屈曲してシュラウド６５内に挿通し、第１通路Ｐ₁
の下部に連通している。そして、このバイパス管９１に
はダンパ９２が装着されている。

【００３９】図８に示すように、回転軸９３の一端部が
バイパス管９１を貫通して回転自在に支持されており、
この回転軸９３にはバイパス管９１の管路内を開閉自在
な開閉弁９４が固結される一方、回転軸９３の他端部は
シェル６１を外部に貫通して操作部材９５が固定されて
いる。この場合、バイパス管９１が四角筒形状であるた
めにそれに合わせて開閉弁９４を正方形としたが、バイ
パス管９１を円筒形状にすれば開閉弁９４を円形とすれ
ばよい。

【００４０】また、図１０に示すように、出口ノズル６
９に固定された取付ブラケット９６には回転軸９７が装
着され、この回転軸９７に旋回羽根９８が取付けられて
おり、シェル６１から排出される冷却空気により旋回可
能となっている。

【００４１】従って、通常は、図９(ａ)に示すように、
開閉弁９４によりバイパス管９１を閉止することで、入
口ノズル６６から入った高温空気はシュラウド６５内に
供給され、第１通路Ｐ₁の流動時に伝熱管７３内を流れ
る冷却水により冷却されながら下降する。そして、冷却
空気は絞り込み部７８を出て上方に反転し、第２通路Ｐ
₂を上昇して出口ノズル６９から外部に排出される。こ
のとき、出口ノズル６９では、シェル６１から排出され
る冷却空気により旋回羽根９８が旋回することで、バイ
パスした空気による温度のアンバランス空気が攪拌さ
れ、バイパスにより生じた温度アンバランスが均一化さ
れる。

【００４２】そして、出口ノズル６９から排出する冷却
空気の温度を上昇させたい場合には、図９(ｂ)に示すよ
うに、操作部材９５により開閉弁９４を操作してバイパ
ス管９１を開放することで、シュラウド６５（第１通路
Ｐ₁）の上部に供給された高温空気の一部をバイパス管
９１を介してシュラウド６５（第１通路Ｐ₁）の下部に
バイパスする。そのため、バイパス管９１を通って高温
空気はほとんど冷却されず、第１通路Ｐ₁の下部で伝熱
管７３により冷却された冷却空気と混合し、上方に反転
して第２通路Ｐ₂を上昇し、出口ノズル６９から排出さ
れるため、この冷却空気はやや高温となる。

【００４３】なお、開閉弁９４によりバイパス管９１を
常時半開とし、入口ノズル６６に設けた温度計の測定値
と冷却空気の目標温度とに基づいて開閉弁９４の開度を
調整するようにしてもよい。

【００４４】なお、上述した各実施形態では、本発明の
熱交換器を複合発電プラントに用いられるＴＣＡクーラ
４５に適用して説明したが、この用途に限定されるもの
ではない。

【００４５】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の熱交換器によれば、シェル内に
第１通路を有するシュラウドを配設して両者の間に第２
通路を形成し、シェルの上端部に第１通路へ高温空気を
供給する空気入口部を設け、シェルの上部側壁に第２通
路に連通する空気出口部を設ける一方、シュラウド内に
波状の複数の伝熱管を設け、下端部に冷却水を供給する
冷却水導入部を連結し、上端部に冷却水を排出する冷却
水排出部を設け、シュラウドの下開口部に絞り込み部を
形成することで第１通路出口と前記第２通路入口を対称
構造とするようにしたので、高温空気をシェルの上部か
ら入れて下部で反転して上部から排出するようにしたこ
とで、高温空気と冷却水との間での熱交換効率を向上す
ることができ、また、冷却空気が第１通路から反転して
第２通路に流れ込むとき、流速が絞り込み部で均一化さ
れることとなってスムースな空気の流れを確保すること
ができ、シェルの下部に水が溜まっていたとしても、冷
却空気がこの水を巻き上げることはなく、水分を含んだ
空気のシェル外への排出を防止することができる。

【００４６】また、請求項２の発明の熱交換器によれ
ば、第２通路における絞り込み部の外周辺に整流板を設
けたので、冷却空気が第１通路から反転して第２通路に
流れ込むとき、空気の流速が絞り込み部で均一化し、整
流板で整流化することができ、スムースな空気の流れを
確保することができる。

【００４７】また、請求項３の発明の熱交換器によれ
ば、第２通路の上部に空気を空気入口部の周辺部まで導
く導風板を設けたので、シェル次要部を冷却すること
で、しぇの上部のメタル温度を下げて部材の耐久性を向
上することができる。

【００４８】また、請求項４の発明の熱交換器によれ
ば、シュラウドの少なくとも上外周部に熱遮蔽板を設け
たので、シュラウド内に入った高温空気による冷却空気
の再加熱を防止することができる。

【００４９】また、請求項５の発明の熱交換器によれ
ば、空気入口部を間に空間部を有する二重筒形状とした
ので、高温空気の通過による加熱化を阻止して部材の耐
久性を向上することができる。

【００５０】また、請求項６の発明の熱交換器によれ
ば、空気入口部が、筒形状の入口管の下端に内管の上端
を溶接し、この内管の外側に空間部を有して外管を配設
して入口管の下端に溶接して構成し、内管の下端をシェ
ルに形成された開口内に挿入してシュラウド上端部に連
結すると共に、外管の下端をシェルの開口周辺に溶接し
たので、空気入口部の二重筒構造を容易に構成すること
で、空間部が断熱層となって入口管と外内との溶接部の
高温化を防止することができる。

【００５１】また、請求項７の発明の熱交換器によれ
ば、空気入口部とシュラウドとの連結部に熱膨張吸収部
を設けたので、シェル及びシュラウドの熱膨張あるいは
熱収縮を熱膨張吸収部で吸収することで、シュラウド等
への熱変形の影響を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る熱交換器の縦断面
図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】図１のIII−III断面図である。

【図４】入口ノズルの断面図である。

【図５】排水管の断面図である。

【図６】本実施形態の熱交換器が適用された複合発電プ
ラントの概略構成図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係る熱交換器としての
ＴＣＡクーラの縦断面図である。

【図８】バイパス管のダンパの概略図である。

【図９】ダンパの作動を表す概略図である。

【図１０】出口ノズルの断面図である。

【符号の説明】

１１ガスタービン１２圧縮機１３燃焼器１４タービン１５蒸気タービン１９排熱回収ボイラ２３発電機２４復水器４５ＴＣＡクーラ５２ＦＧＨ６１シェル６５シュラウド６６入口ノズル（空気入口部）６８エキスパンジョン（熱膨張吸収部）６９出口ノズル（空気出口部）７０導風板７１熱遮蔽板７３伝熱管７４給水管（冷却水導入部）７６排水管（冷却水排出部）７８絞り込み部７９整流板Ｐ₁ 第１通路Ｐ₂ 第２通路Ｐ₃ 出口通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦形密閉式の筒形状をなすシェルと、内
部に第１通路を有するように縦形筒矩形断面形状をなし
て該シェルの内壁との間に第２通路を形成するように該
シェル内に配設されて下端部が該シェルに開口するシュ
ラウドと、前記シェルの上端部から該シュラウドの第１
通路に高温空気を供給する空気入口部と、前記シェルの
上部側壁に設けられて前記第２通路に連通する空気出口
部と、前記シュラウド内に前記第１通路を横切るように
配設された複数の伝熱管と、前記シェルの下部側壁を貫
通して該複数の伝熱管の下端部から冷却水を供給する冷
却水導入部と、前記シェルの上部側壁を貫通して該複数
の伝熱管内の冷却水を排出する冷却水排出部とを有する
熱交換器において、前記シュラウドの下開口部に正方形
断面となるように絞り込み部を形成することで、前記第
１通路出口と前記第２通路入口を対称構造とすることを
特徴とする熱交換器。
【請求項２】請求項１記載の熱交換器において、前記
第２通路における前記絞り込み部の外周辺に整流板を設
けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】請求項１記載の熱交換器において、前記
第２通路の上部に空気を前記空気入口部の周辺部まで導
く導風板を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】請求項１記載の熱交換器において、前記
シュラウドの少なくとも上外周部に熱遮蔽板を設けたこ
とを特徴とする熱交換器。
【請求項５】請求項１記載の熱交換器において、前記
空気入口部を間に空間部を有する二重筒形状としたこと
を特徴とする熱交換器。
【請求項６】請求項１記載の熱交換器において、前記
空気入口部は、筒形状の入口管の下端に内管の上端が溶
接され、前記内管の外側に空間部を有して外管が配設さ
れて前記入口管の下端に溶接されて構成され、前記内管
の下端が前記シェルに形成された開口内に挿入されて前
記シュラウド上端部に連結されると共に、前記外管の下
端が該シェルの開口周辺に溶接されたことを特徴とする
熱交換器。
【請求項７】請求項１記載の熱交換器において、前記
空気入口部と前記シュラウドとの連結部に熱膨張吸収部
を設けたことを特徴とする熱交換器。