JP2005241098A - Heat exchanger for high temperature - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つの流体間において熱交換を行う熱交換器に関し、特に、高温流体と低温流体との間で熱交換を行う高温度用熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger that exchanges heat between two fluids, and more particularly, to a high-temperature heat exchanger that exchanges heat between a high-temperature fluid and a low-temperature fluid.
従来、ガスタービンから排出される高温ガスの排熱を回収する場合や、燃料電池において燃料となる水素を生成する場合等において、高温度用熱交換器が使用されている。 Conventionally, a high-temperature heat exchanger is used when recovering exhaust heat of a high-temperature gas discharged from a gas turbine or when generating hydrogen as fuel in a fuel cell.
図7は、この種の高温度用熱交換器を発電プラントにおいて使用した例を示すものである。この発電プラントには、ガスタービン1と、排気管2を介してこのガスタービン1に接続された排熱回収用の高温度用熱交換器3と、高温度用熱交換器3内に設けられた蒸発器4及びエコノマイザ5とが設けられている。そして、蒸発器4及びエコノマイザ5は蛇行して形成された伝熱管6,7により構成されており、これらの伝熱管6,7内にはそれぞれ蒸気及び水が流通するようになっている。また、各伝熱管6,7は、図示しないホルダーにより支持されており、このホルダーは平板に多数の支持孔を穿設したり、或いは、格子状に部材を結合したりして形成されている。
FIG. 7 shows an example in which this type of high temperature heat exchanger is used in a power plant. The power plant is provided in a gas turbine 1, a high temperature heat exchanger 3 for exhaust heat recovery connected to the gas turbine 1 via an
このような構成において、ガスタービン1から排出された高温の排気ガスは、排気管2を介して排熱回収用の高温度用熱交換器3に送られ、この高温度用熱交換器3において、各伝熱管6,7内をそれぞれ流通する蒸気及び水と熱交換され、排気ガスの排熱が回収される(例えば、特許文献1参照)。
In such a configuration, the high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine 1 is sent to the high-temperature heat exchanger 3 for exhaust heat recovery via the
しかしながら、上記した従来の高温度用熱交換器では、伝熱管6,7が蛇行して形成されているため、管内抵抗が大きくなり、動力源が大型化し、システム効率を高めることが難しいといった問題があった。
However, in the above-described conventional high temperature heat exchanger, since the
また、伝熱管のホルダーの形状が複雑なため、製造に手間が掛かり、製造コストの低減化が図り難いといった問題もあった。 In addition, since the shape of the heat transfer tube holder is complicated, there is a problem that it takes time to manufacture and it is difficult to reduce the manufacturing cost.
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、伝熱管の管内抵抗を低く抑え、システム効率を高めることができ、さらに、伝熱管のホルダーの形状を簡素化し、製造コストの低減化が可能な高温度用熱交換器を提供しようとするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce the internal resistance of the heat transfer tube, increase the system efficiency, simplify the shape of the heat transfer tube holder, and reduce the manufacturing cost. An object of the present invention is to provide a high-temperature heat exchanger that can be made into a high temperature.
本発明は、チューブ12内を流通する一方の流体と、チューブ12の外側を流通する他方の流体との間で熱交換を行うように構成された高温度用熱交換器11であって、チューブ12には、両端に固定端部13,14が形成され、固定端部13,14間に折り返し幅の大きい第1折り返し部17と折り返し幅の小さい第2折り返し部18とが交互に形成されていることを特徴とする。
The present invention is a high-
そして、好ましくは、チューブ12は2本1組で設けられ、一方のチューブ12の第1折り返し部17に他方のチューブ12’の第2折り返し部18’が配置されると共に、一方のチューブ12の第2折り返し部18に他方のチューブ12’の第1折り返し部17’が配置されるように構成されている。
Preferably, two
また、チューブ12が複数列で設けられており、複数列のチューブ12を2列ずつ支持可能なホルダー21が設けられ、ホルダー21の両側には、チューブ12が嵌設可能な切欠部23がそれぞれ形成されている。
Further, the
本発明によれば、チューブに折り返し幅の大きい第1折り返し部が形成されているため、管内抵抗を低減することができ、動力源の小型化が可能となり、システム効率を高めることができる。また、チューブを2本1組で組み合わせた場合には、効率よくコンパクトにチューブを配置することができ、スペースの有効利用を図ることが可能となる。さらに、チューブを2列ずつ支持可能なホルダーの両側にチューブが嵌設可能な切欠部を設けた場合には、ホルダーの構造が簡素化され、製造コストの低減化を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。 According to the present invention, since the first folded portion having a large folded width is formed in the tube, the in-pipe resistance can be reduced, the size of the power source can be reduced, and the system efficiency can be increased. Moreover, when two tubes are combined in one set, the tubes can be efficiently and compactly arranged, and the space can be effectively used. Furthermore, when notches are provided on both sides of the holder that can support the tubes in two rows, the structure of the holder is simplified and the manufacturing cost can be reduced. The excellent effect can be obtained.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図1は本発明の実施の形態に係る高温度用熱交換器を示す概略説明図、図2は本発明の実施の形態におけるチューブを示す平面図、図3は本発明の実施の形態におけるホルダーを示す側面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a high-temperature heat exchanger according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a tube in the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. It is a side view which shows the holder in a form.
この高温度用熱交換器11には、内部に低温流体が流通可能なチューブ12が複数列で設けられており、チューブ12内を流通する低温流体とチューブ12の外側を流通する高温流体との間で熱交換が行われるようになっている。そして、チューブ12はZ型に曲成され、両端にそれぞれ固定端部13,14が形成されており、各固定端部13,14を介してそれぞれヘッダプレート15,16に溶接接合されるようになっている。
The high
また、チューブ12には、各固定端部13,14間に折り返し幅の大きい第1折り返し部17と折り返し幅の小さい第2折り返し部18とがそれぞれ1箇所ずつ形成されており、第1折り返し部17は2箇所の90度曲がり部19を有し、第2折り返し部18は1箇所の180度曲がり部20を有している。これにより、図2に示すように、チューブ12,12’は、2本1組で組み合わせ可能となり、一方のチューブ12の第1折り返し部17によって囲まれた領域に他方のチューブ12’の第2折り返し部18’が配置されると共に、他方のチューブ12’の第1折り返し部17’によって囲まれた領域に一方のチューブ12の第2折り返し部18が配置されるように構成されている。
Further, the
このように、チューブ12には折り返し幅の大きい第1折り返し部17が形成されており、チューブを2本1組で組み合わせることができるため、圧力損失の高い180度曲がり部20の数を削減することができる。したがって、管内抵抗を低減することができ、動力源の小型化が可能となる。また、チューブ12をZ型に曲成することにより、図6に示すように、従来のストレートチューブ8の場合に6箇所必要であったヘッダプレート15,16との溶接箇所Pを2箇所に減少させることができるため、組立て作業の簡素化を図ることが可能となる。また、圧力損失の高い固定端部が2箇所に減少するため、圧力損失の低減化も可能となる。
As described above, the
さらに、高温度用熱交換器11には、図3に示すように、複数列のチューブ12を2列ずつ支持するためのホルダー21が設けられている。ホルダー21は、両端部においてそれぞれホルダープレート22に溶接接合され、ホルダー21の両側にはそれぞれ、チューブ12が嵌設可能な半長円形状の切欠部23が複数個(図3では6個)ずつ形成されている。切欠部23は、図3に示すように、千鳥掛け状に形成させるのが好ましく、そうすることにより、チューブ12の両固定端部13,14をコンパクトに集中させることができるため、チューブの両固定端部13,14側に設けられるタンク(図示せず)の小型化が可能となる。
Further, as shown in FIG. 3, the high-
次に、上記した高温度用熱交換器11の作用について説明する。
Next, the operation of the above-described high
図1に示すように、低温流体は、一方(図1では右側上部)の固定端部13からチューブ12内に流入し、第1折り返し部17、第2折り返し部18を通って、他方(図1では左側下部)の固定端部14からチューブ12外に流出する。この時、低温流体の熱によりチューブ12は伸長するが、第1折り返し部17の2箇所の90度曲がり部19及び第2折り返し部18の180度曲がり部20によりチューブ12の伸びを吸収し、熱応力を緩和することができるため、両側の固定端部13,14とヘッダプレート15,16との溶接接合箇所に負荷が掛かることはない。また、チューブ12はホルダー21により保持されているため、伸びによる熱変形を防止することができる。
As shown in FIG. 1, the cryogenic fluid flows into the
一方、高温流体は、全体的に低温流体の流れの方向と直交対向流となるような向き(図1では下から上方の向き)で、チューブ12の外側を流通し、その高温流体とチューブ12内を流通する低温流体との間で熱交換が行われる。この時、低温流体と高温流体とは直交対向流となるため、熱交換効率を高めることができる。
On the other hand, the high-temperature fluid circulates outside the
なお、上記実施の形態では、チューブ12に第1折り返し部17と第2折り返し部18がそれぞれ1箇所ずつ形成されているが、第1折り返し部17と第2折り返し部18は、それらが交互に形成されていれば、何箇所設けられていてもよく、例えば、図4に示すように、第1折り返し部17と第2折り返し部18をそれぞれ2箇所ずつ設けたり、或いは、図5に示すように、第1折り返し部17を2箇所設けると共に第2折り返し部18を1箇所設けたりしてもよい。
In the above embodiment, the
11 高温度用熱交換器
12 チューブ
13 固定端部
14 固定端部
17 第1折り返し部
18 第2折り返し部
21 ホルダー
23 切欠部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記チューブには、両端に固定端部が形成され、該固定端部間に折り返し幅の大きい第1折り返し部と折り返し幅の小さい第2折り返し部とが交互に形成されていることを特徴とする高温度用熱交換器。 A high-temperature heat exchanger configured to exchange heat between one fluid flowing in the tube and the other fluid flowing outside the tube,
The tube has fixed end portions at both ends, and a first folded portion having a large folded width and a second folded portion having a small folded width are alternately formed between the fixed ends. High temperature heat exchanger.
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JP2004050039A JP2005241098A (en) | 2004-02-25 | 2004-02-25 | Heat exchanger for high temperature |
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