JP2014157001A - 熱交換器及びこれを備えたガスタービンプラント - Google Patents

熱交換器及びこれを備えたガスタービンプラント Download PDF

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Abstract

【課題】流体が流通する伝熱管の長手方向にわたって効率的に熱交換を行うことができる熱交換器及びこれを備えたガスタービンプラントを提供する。
【解決手段】熱交換器は、胴体と、該胴体の内部に配される複数の伝熱管２０と、該伝熱管２０の長手方向に向かって間隔をあけて複数配され、該複数の伝熱管２０が挿通される複数の管挿通孔４０が形成された支持板３０とを備え、前記複数の支持板３０のうち、前記長手方向に隣接する二の前記支持板３０間で、一の前記伝熱管２０に対する前記管挿通孔４０の形状が互いに異なっていることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、熱交換器及びこれを備えたガスタービンプラントに関するものである。
一般に、熱交換器としては、胴体内に設けられた複数の伝熱管と、伝熱管を支持する複数の伝熱管支持装置とを備えるものが提案されている（下記特許文献１参照）。この熱交換器では、伝熱管の内部を流通する管内流体と、伝熱管の外部を管内流体と反対方向に向かって流通する管外流体との間で、熱交換が行われている。
また、この熱交換器では、伝熱管支持装置には、エッグクレート乱流促進機構が設けられている。よって、伝熱管の外部を流通する流体は、伝熱管とエッグクレート乱流促進機構との間の部分を流通する際に流体の層流が乱されるため、伝熱管の内部を流通する流体との間で効率的に熱交換が行われる。
特開昭６２−１６６２９６号公報
このように、上記の特許文献１に記載の熱交換器では、熱交換率が幾分向上するだけであったため、より高い熱交換率の向上が望まれていた。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、効率的に熱交換を行うことができる熱交換器及びこれを備えたガスタービンプラントを提供するものである。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る熱交換器は、胴体と、該胴体の内部に配される複数の伝熱管と、該伝熱管の長手方向に向かって間隔をあけて複数配され、該複数の伝熱管が挿通される複数の管挿通孔が形成された支持板とを備え、前記複数の支持板のうち、前記長手方向に隣接する二の前記支持板間で、一の前記伝熱管に対する前記管挿通孔の形状が互いに異なっていることを特徴とする。
このような熱交換器では、一の伝熱管に対する支持板に形成された管挿通孔の形状が隣接する支持板間で互いに異なっているため、支持板の管挿通孔と伝熱管との間に形成される空間部分の形状が隣接する支持板同士で互いに異なる。これにより、伝熱管の外部を流通する流体が当該空間部分を通過する際には、空間部分の形状に応じて層流が破壊される。よって、伝熱管の内部を流通する流体と伝熱管の外部を流通する流体との間で、伝熱管の長手方向にわたって効率的に熱交換が行われる。
また、本発明に係る熱交換器は、前記複数の伝熱管の束の外周側には、これらを覆うとともに前記長手方向に延び、前記胴体の内周面との間に間隔をあけて配されるダクトが設けられていることが好ましい。
このような熱交換器では、伝熱管の内部を流通する流体（管内流体と称する。）と、伝熱管の外部を流通する流体（管外流体と称する。）との間で熱交換が行われる。ここで、熱交換により管外流体が高温になったとしても、管外流体はダクト内を流通するため、ダクト外部と胴体の内周面との間に存在する流体の温度上昇を抑えることができる。よって、胴体自体の温度が上昇することはないため、熱交換器としての健全な状態を維持することができる。
また、本発明に係る熱交換器は、前記伝熱管の外周面には、径方向外側に向かって突出するとともに前記長手方向に向かって延在するフィンが設けられていても良い。
このような熱交換器では、伝熱管にはフィンが設けられていることで熱交換の際の伝熱面積が増大するため、熱交換が効率的に行われる。
また、本発明に係る熱交換器は、前記胴体には、前記複数の前記伝熱管内に管内流体を供給する入口ヘッダー配管と、熱交換された前記管内流体を該伝熱管から排出する出口ヘッダー配管とのうち、少なくとも何れか一方が設けられていてもよい。
このような熱交換器では、例えば入口ヘッダー配管が設けられている場合には、管内流体は入口ヘッダー配管を介して伝熱管内に供給され、熱交換された管内流体は伝熱管から排出される。ここで、一般に熱交換器として、管内流体を胴体内に供給するノズル及び熱交換された管内流体を胴体から排出するノズルをそれぞれ胴体に設けた熱交換器がある。この熱交換器では、供給側のノズルが設けられた側の部屋と排出側のノズルが設けられた側の部屋とを仕切る壁を設ける必要である。一方、本発明では、この壁を設けることなく、入口ヘッダー配管が設けられることで、熱交換前後の管内流体を分離することができるため、当該壁分のコストを抑えることができる。なお、出口ヘッダー配管が設けられている場合も、入口ヘッダー配管が設けられている場合と同様に、熱交換前後の管内流体を分離することができるため、当該壁分のコストを抑えることができる。
また、本発明に係る熱交換器は、前記入口ヘッダー配管と前記出口ヘッダー配管との両方が設けられていてもよい。
このような熱交換器では、管内流体は入口ヘッダー配管を介して伝熱管内に供給され、熱交換された管内流体は出口ヘッダー配管を介して伝熱管から排出される。ここで、一般に熱交換器として、伝熱管の端部を支持するため管板を有し、胴体に管内流体を供給するノズル及び熱交換された管内流体を排出するノズルが設けられたものがある。この熱交換器では、管板の厚さが胴体の温度、圧力、内径等の条件によって決定されるため、条件によっては管板の厚さを厚くする必要がある。一方、本発明では、この管板を有さずに、入口ヘッダー配管及び出口ヘッダー配管を設けることで、熱交換前後の管内流体を分離することができるため、当該管板分のコストを抑えることができる。
また、本発明に係るガスタービンプラントは、上記のいずれかに一に記載の熱交換器と、外気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機と、燃料を圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、前記熱交換器には、被加熱流体として、前記燃焼器に供給される燃料が供給されることを特徴とする。
このようなガスタービンプラントでは、被加熱流体である燃料を熱交換して高温状態にすることができる。よって、高温になった燃料が燃焼器に供給されるため、燃焼器は高温のガスを効率的に発生することができる。
また、本発明に係るガスタービンプラントは、前記タービンから排気された燃焼ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラーを備え、前記伝熱管の内部には、管内流体が流通し、前記伝熱管の外部且つ前記胴体の内部には、管外流体が流通し、前記管内流体は、前記排熱回収ボイラーから導出された流体であり、前記管外流体は、前記熱交換器に供給される前記燃料であり、前記管内流体と熱交換され、昇温されて、前記燃焼器に供給されることが好ましい。
このようなガスタービンプラントでは、熱交換器は、管内流体と管外流体とを熱交換して管外流体である燃料を高温状態にすることができる。よって、高温となった燃料が燃焼器に供給されるため、燃焼器は高温の燃焼ガスを効率的に発生することができる。
また、本発明に係るガスタービンプラントは、前記タービンから排気された燃焼ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラーを備え、前記伝熱管の内部には、管内流体が流通し、前記伝熱管の外部且つ前記胴体の内部には、管外流体が流通し、前記管外流体は、前記排熱回収ボイラーから導出された流体であり、前記管内流体は、前記熱交換器に供給される前記燃料であり、前記管外流体と熱交換され、昇温されて、前記燃焼器に供給されてもよい。
このようなガスタービンプラントでは、熱交換器は、管内流体と管外流体とを熱交換して管内流体である燃料を高温状態にすることができる。よって、高温となった燃料が燃焼器に供給されるため、燃焼器は高温の燃焼ガスを効率的に発生することができる。
また、本発明に係るガスタービンプラントは、上記のいずれか一に記載の熱交換器と、外気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機と、燃料を圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、前記熱交換器には、被冷却流体として、前記タービンに供給される冷却用流体が供給されることを特徴とする。
このようなガスタービンプラントでは、被冷却流体である冷却用流体を熱交換して低温状態にすることができる。よって、低温となった冷却用流体がタービンに供給されるため、タービン内部を効率的に冷却することができる。
また、本発明に係るガスタービンプラントは、前記タービンから排気された燃焼ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラーと、該排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動させた蒸気を水に戻す復水器とを備え、前記伝熱管の内部には、管内流体が流通し、前記伝熱管の外部且つ前記胴体の内部には、管外流体が流通し、前記管内流体は、前記復水器から導出された流体であり、前記管外流体は、前記空気圧縮機から抽気される抽気空気であり、前記管内流体と熱交換され、降温され、前記タービンに供給されることが好ましい。
このようなガスタービンプラントでは、熱交換器は、管内流体と管外流体とを熱交換して管外流体である抽気空気を低温状態にすることができる。よって、低温となった抽気空気がタービンに供給されるため、タービン内部を効率的に冷却することができる。
また、本発明に係るガスタービンプラントは、前記タービンから排気された燃焼ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラーと、該排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動させた蒸気を水に戻す復水器とを備え、前記伝熱管の内部には、管内流体が流通し、前記伝熱管の外部且つ前記胴体の内部には、管外流体が流通し、前記管外流体は、前記復水器から導出された流体であり、前記管内流体は、前記空気圧縮機から抽気される抽気空気であり、前記管外流体と熱交換され、降温され、前記タービンに供給されることが好ましい。
このようなガスタービンプラントでは、熱交換器は、管内流体と管外流体とを熱交換して管内流体である抽気空気を低温状態にすることができる。よって、低温となった抽気空気がタービンに供給されるため、タービン内部を効率的に冷却することができる。
本発明に係る熱交換器及びこれを備えたガスタービンプラントによれば、効率的に熱交換を行うことができる。
本発明の第一実施形態に係る熱交換器の構成を示す全体構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第一実施形態に係る熱交換器におけるダクト部分の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る熱交換器を構成する（ａ）一の支持板部分の断面図であり、（ｂ）一の支持板に隣接する支持板部分の断面図である。 （ａ）図１のＢ−Ｂ断面図であり、（ｂ）（ａ）に示す位置における伝熱管まわりの縦断面図である。 本発明の第二実施形態に係る熱交換器を構成する（ａ）一の支持板部分の断面図であり、（ｂ）一の支持板に隣接する支持板部分の断面図である。 本発明の第三実施形態に係る熱交換器を構成する（ａ）一の支持板部分の断面図であり、（ｂ）一の支持板に隣接する支持板部分の断面図である。 本発明の第三実施形態の変形例に係る熱交換器を構成する（ａ）一の支持板部分の断面図であり、（ｂ）一の支持板に隣接する支持板部分の断面図である。 本発明の第四実施形態の変形例に係る熱交換器を構成する（ａ）一の支持板部分の断面図であり、（ｂ）一の支持板に隣接する支持板部分の断面図である。 （ａ）図９（ａ）のＢ部拡大図であり、（ｂ）図９（ｂ）のＣ部拡大図である。 本発明の第五実施形態に係る熱交換器の構成を示す全体構成図である。 図１１のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の第六実施形態に係る熱交換器の構成を示す全体構成図である。 図１３のＥ−Ｅ断面図である。 本発明の第六実施形態の変形例に係る熱交換器の胴体の端部の構成を示す図である。 本発明の第七実施形態に係るガスタービンの系統図である。 本発明の第八実施形態に係るガスタービンの系統図である。
（第一実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第一実施形態に係る熱交換器について説明する。
図１に示すように、熱交換器１は、胴体１０と、胴体１０の内部に配設された複数の伝熱管２０と、複数の伝熱管２０を支持する支持板３０とを備えている。この熱交換器１では、伝熱管２０の内部を流通する管内流体Ｒ１と、伝熱管２０の外部を流通する管外流体Ｒ２との間の熱交換により、管外流体Ｒ２の温度を上昇させる。
胴体１０は、中空状の容器であって、筒状の胴１１と、胴１１の両端を覆う一対の胴蓋１２Ａ，１２Ｂとを有している。この胴１１と胴蓋１２Ａとの間には管板１７が設けられている。この管板１７には、後述する伝熱管２０が固定されている。
胴体１０の胴蓋１２Ａの上部には、管内流体Ｒ１を胴体１０の内部に供給する第一入口ノズルＡ１が設けられている。また、胴体１０の胴蓋１２Ａの下部には、管内流体Ｒ１を胴体１０の外部に排出する第一出口ノズルＺ１が設けられている。
胴蓋１２Ａにおける第一入口ノズルＡ１から供給された管内流体Ｒ１が通過する部屋１３Ａと、第一出口ノズルＺ１から排出される管内流体Ｒ１が通過する部屋１３Ｂとは、第一仕切壁１４により仕切られている。
胴体１０の胴１１の下部には、管外流体Ｒ２を胴体１０の内部に供給する第二入口ノズルＡ２が設けられている。また、胴体１０の胴１１の上部には、管外流体Ｒ２を胴体１０の外部に排出する第二出口ノズルＺ２が設けられている。
胴１１における第二入口ノズルＡ２から供給された管外流体Ｒ２が通過する部屋１６Ａと、第二出口ノズルＺ２から排出される管外流体Ｒ２が通過する部屋１６Ｂとは、第二仕切壁１５により仕切られている。
伝熱管２０は、その胴体１０の胴蓋１２Ａ側の配された部分が管板１７に固定され、胴蓋１２Ｂ側に配された部分が湾曲形成されている。換言すると、伝熱管２０は、管板１７に固定された伝熱管２０の入口部２０Ｐから胴体１０の胴蓋１２Ｂに向かって直線状に延び、胴蓋１２Ｂ側においてＵ字状に湾曲し、再び胴蓋１２Ａに向かって直線状に延び、出口部２０Ｑが管板１７に固定されている。これにより、伝熱管の図１に示す紙面上側の往路となり、紙面下側の復路とされている。この伝熱管２０の内部を、管内流体Ｒ１が流通する。
図２に示すように、複数の伝熱管２０は、断面視して千鳥状に配されている。
また、複数の伝熱管２０の束の外周部には、ダクト２１Ａ，２１Ｂが設けられている。ダクト２１Ａ，２１Ｂは、伝熱管２０の長手方向に沿って向かって延び、胴体１０の内周面との間に間隔をあけるとともに、互いに上下方向に離間して配されている。
ダクト２１Ａは、伝熱管２０内に供給された管内流体Ｒ１が管板１７から遠ざかる方向に向かって延びている。ダクト２１Ｂは、伝熱管２０内を流通する管内流体Ｒ１が管板１７に近づく方向に向かって延びている。このダクト２１Ａ，２１Ｂの内部且つ複数の伝熱管２０の外側を、管外流体Ｒ２が流通する。
図３に示すように、このダクト２１Ａ，２１Ｂの内部には、それぞれ上部から下方に向かって延びる上板２２が設けられ、下部から上方に向かって延びる下板２３が設けられている。上板２２及び下板２３の端部における伝熱管２０が配されていない部分には、凸部２２Ａ，２３Ａが設けられている。つまり、最上部の複数の伝熱管２０間に凸部２２Ａが配され、最下部の複数の伝熱管２０間に凸部２３Ａが配されている。
これら上板２２及び下板２３により、ダクト２１Ａ，２１Ｂ内を流通する管外流体Ｒ２が、複数の伝熱管２０の束から離間した上方及び下方を流通することが防止され、伝熱管２０の近接した部分を流通することが可能とされている。これにより、効率的な熱交換を可能にしている。
図１及び図２に示すように、支持板３０は、胴体１０の内面に対応した形状であり、伝熱管２０の長手方向に向かって間隔をあけて複数配されている。この支持板３０には、複数の伝熱管２０が挿通される複数の管挿通孔４０が形成されている。
図４（ａ）は複数の支持板３０のうち一の支持板３０（以下、第一支持板４１と称する。）の断面拡大図であり、図４（ｂ）は第一支持板４１の管外流体Ｒ２の下流側に隣接して配された第二支持板４２の断面拡大図である。
図４（ａ）に示すように、第一支持板４１には、管挿通孔４０として開口が略円形状の円孔４０Ａが上下方向に間隔をあけて複数穿設されている。この円孔４０Ａが複数配された列（以下、円孔列Ｌ１と称する。）の隣の列は、管挿通孔４０として開口が略横長楕円形状の楕円孔４０Ｂが上下方向に間隔をあけるとともに、円孔列Ｌ１に対して上下方向に位置をずらして複数穿設されて構成されている（以下、楕円孔列Ｌ２と称する。）。このように、円孔列Ｌ１と楕円孔列Ｌ２とが、水平方向に交互に配されている。
第二支持板４２にも、第一支持板４１と同様に円孔列Ｌ１と楕円孔列Ｌ２とが交互に配されている。但し、第二支持板４２は、第一支持板４１に対して水平方向に一列Ｌずれて配されている。
図４に示すように、第一支持板４１と第二支持板４２との間で、複数の伝熱管２０のうち一の伝熱管２０Ａに対する管挿通孔４０の形状が互いに異なるように構成されている。
本実施形態では、第一支持板４１で円孔列Ｌ１を構成する円孔４０Ａに挿通された伝熱管２０は、第二支持板４２では楕円孔列Ｌ２を構成する楕円孔４０Ｂに挿通されている。一方、第一支持板４１で楕円孔列Ｌ２を構成する楕円孔４０Ｂに挿通された伝熱管２０は、第二支持板４２では円孔列Ｌ１を構成する円孔４０Ａに挿通されるように構成されている。
図４及び図５に示すように、円孔４０Ａにおいては、挿通される伝熱管２０との間に、環状空間４３Ａが形成される。環状空間４３Ａは、周方向にわたって略同一幅で形成されている。
一方、楕円孔４０Ｂにおいては、挿通される伝熱管２０の外周面と楕円孔４０Ｂの内周面とが、上下部分において当接している。これにより、伝熱管２０の側方には、それぞれ空間４３Ｂ，４３Ｂが形成される。また、伝熱管２０の外周面が楕円孔４０Ｂの内周面に当接することで、伝熱管２０は支持板４０により支持されている。
このように構成された第一支持板４１と第二支持板４２とが、図５に示すように、伝熱管２０の長手方向に向かって交互に配されている。
次に、上記のように構成された熱交換器１の動作について説明する。
管内流体Ｒ１は、第一入口ノズルＡ１から流入し部屋１３Ａを通過して、複数の伝熱管２０の内部を流通する。一方、管外流体Ｒ２は、第二入口ノズルＡ２から流入し部屋１６Ａを通過して、ダクト２１Ｂ，２１Ａの内部且つ各々の伝熱管２０の外部を流通する。
管内流体Ｒ１が流通する方向と管外流体Ｒ２が流通する方向とは、反対方向となっており、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２とは伝熱管２０の管壁を通して熱交換可能とされている。
ここで、管外流体Ｒ２が、伝熱管２０の外周面と支持板３０に形成された管挿通孔４０との間を通過する際には、伝熱管２０の長手方向に向かって形成された層流が、環状空間４３Ａ、空間４３Ｂの形状に対応して破壊された流れが形成される。
すなわち、第一支持板４１において、管外流体Ｒ２が一の伝熱管２０Ａの外周面と円孔４０Ａとの間を通過する際には、一の伝熱管２０Ａの長手方向に向かって形成された層流が、環状空間４３Ａの形状に対応して破壊された流れが形成される。
次に、第二支持板４２において、管外流体Ｒ２が一の伝熱管２０Ａの外周面と楕円孔４０Ｂとの間を通過する際には、空間４３Ｂの形状に対応して上記の流れが再び破壊されて、新たな流れが形成される。
このようにして、管外流体Ｒ２は支持板３０に形成された管挿通孔４０と伝熱管２０の外周面との間を通過するごとに、環状空間４３Ａ、空間４３Ｂの形状に対応して層流が破壊されることにより、攪拌流が生じ温度ムラが抑制されるため、効率的に熱交換が可能とされる。
このような熱交換により、管外流体Ｒ２は温度が上昇し、管内流体Ｒ１は温度が低下して、それぞれ第二出口ノズルＺ２、第一出口ノズルＺ１から排出される。
このように構成された熱交換器１では、一の伝熱管２０Ａに対する支持板３０に形成された管挿通孔４０の形状が隣接する支持板３０間で互いに異なっている。これにより、支持板３０の管挿通孔４０と伝熱管２０との間に形成される環状空間４３Ａ、空間４３Ｂの形状が隣接する支持板３０間で互いに異なる。よって、管外流体Ｒ２が環状空間４３Ａ、空間４３Ｂを通過する際には、環状空間４３Ａ、空間４３Ｂの形状に応じて層流が破壊されることにより、攪拌流が生じ温度ムラが抑制されるため、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２との間で、伝熱管２０の長手方向にわたって効率的に熱交換が行われる。
また、熱交換により管外流体Ｒ２が高温になっても、管外流体Ｒ２はダクト２１Ａ，２１Ｂ内を流通するため、ダクト２１Ａ，２１Ｂ外部と胴体１０の内周面との間に存在する流体の温度上昇を抑えることができる。よって、胴体１０自体の温度が上昇することはないため、熱交換器１としての健全な状態を維持することができる。
また、例えば伝熱管２０から管内流体Ｒ１が漏出した場合には、管外流体Ｒ２の流速を抑えて管内流体Ｒ１を胴体１０の下部に滴下させることで、漏出した管内流体Ｒ１が第二出口ノズルＺ２側に設けられた機器等に付着することを防止することができる。
また、管外流体Ｒ２はダクト２１Ａ，２１Ｂ内を流通するため、伝熱管２０の長手方向に沿った流れが主流となるとともに、伝熱管２０との接触面積を大きく確保することができる。よって、管外流体Ｒ２は、管内流体Ｒ１との間で効率的に熱交換をすることができる。
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態に係る熱交換器２０１について、図６を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態に係る熱交換器２０１は、上述した第一実施形態に係る熱交換器１が具備する支持板３０の構成を変更したものであって、それ以外の構成は第一実施形態に係る熱交換器１と同一である。
本実施形態に係る支持板２３０を構成する第一支持板２４１には、管挿通孔２５０として第一孔２５１が上下方向に間隔をあけて複数穿設されている。第一孔２５１が列設された一の列の水平方向隣の列は、一の列に対して上下方向に位置をずらして第一孔２５１が上下方向に離間して複数穿設されて構成されている。つまり、第一支持板２４１には、第一孔２５１が千鳥状に穿設されている。
第一孔２５１は、中心が略円形状の円孔部２５１Ａと、円孔部２５１Ａの上端から上方に向かって突出するように形成された上孔部２５１Ｂと、円孔部２５１Ａの下部から斜め下方に向かって突出するように形成された一対の下孔部２５１Ｃとで形成されている。
一方、第二支持板２４２には、第一支持板２４１の第一孔２５１の上下を反転させた第二孔２５２が複数穿設されている。第二孔２５２が列設された一の列の水平方向隣の列は、一の列に対して上下方向に位置をずらして第二孔２５２が上下方向に離間して複数穿設されて構成されている。つまり、第二支持板２４２には、第二孔２５２が千鳥状に穿設されている。
第二孔２５２は、中心が略円形状の円孔部２５２Ａと、円孔部２５２Ａの下端から下方に向かって突出するように形成された下孔部２５２Ｂと、円孔部２５２Ａの上部から上方に向かって突出するように形成された一対の上孔部２５２Ｃとで形成されている。
上記のように構成された第一支持板２４１と第二支持板２４２とが、伝熱管２０の長手方向に向かって交互に配されている。
このようにして第一支持板２４１と第二支持板２４２との間で、一の伝熱管２０Ａ（２０）に対する管挿通孔２５０の形状が互いに異なるように構成されている。
ここで、第一支持板２４１においては、第一孔２５１の内周面と伝熱管２０の外周面とが、下部において当接しており、伝熱管２０の下部以外の外周面に沿って第一空間２６１が形成される。空間２６１は、伝熱管２０に沿って形成された外縁部２６１Ａと、外縁部２６１Ａの上部に形成された上孔部２５１Ｂに対応する空間部２６１Ｂと、外縁部２６１Ａの下部に形成された下孔部２５１Ｃに対応する空間部２６１Ｃとによって形成されている。
一方、第二支持板２４２においては、第二孔２５２の内周面と伝熱管２０の外周面とが、下部において当接していて、伝熱管２０の外周面に沿って第二空間２６２が形成される。第二空間２６２は、伝熱管２０に沿って形成された外縁部２６２Ａと、環状部２６２Ａの下部に形成された下孔部２５２Ｂに対応する空間部２６２Ｂと、環状部２６２Ａの上部に形成された上孔部２５２Ｃに対応する空間部２６２Ｃとによって形成されている。
このように構成された熱交換器２０１では、一の伝熱管２０に対する支持板２３０に形成された管挿通孔２５０は、第一支持板２４１では第一孔２５１であるとともに第二支持板２４２では第二孔２５２である。これにより、隣接する支持板２３０間で、管挿通孔２５０の形状が互いに異なっているため、支持板２３０の管挿通孔２５０と伝熱管２０との間に形成される第一空間２６１、第二空間２６２の形状が隣接する支持板２３０間で互いに異なる。よって、管外流体Ｒ２が第一空間２６１、第二空間２６２を通過する際には、第一空間２６１、第二空間２６２の形状に応じて層流が破壊されることにより、攪拌流が生じ温度ムラが抑制されるため、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２との間で、伝熱管２０の長手方向にわたって効率的に熱交換が行われる。
（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態に係る熱交換器３０１について、図７を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態に係る熱交換器３０１は、上述した第一実施形態に係る熱交換器１が具備する伝熱管２０及び支持板３０の構成を変更したものであって、それ以外の構成は第一実施形態に係る熱交換器１と同一である。
伝熱管３２０の外周面には、径方向外側に向かって突出するとともに長手方向にむかって延在するフィン３２０Ａが設けられている。フィン３２０Ａは、断面視して伝熱管３２０の水平方向両側に一対設けられている。
本実施形態に係る支持板３３０を構成する第一支持板３４１には、管挿通孔３５０として第一孔３５１が上下方向に間隔をあけて複数穿設されている。第一孔３５１が列設された一の列の水平方向隣の列は、一の列に対して上下方向に位置をずらして第一孔３５１が上下方向に離間して複数穿設されて構成されている。つまり、第一支持板３４１には、第一孔３５１が千鳥状に穿設されている。
第一孔３５１は、略菱形に形成され、一対の対角線のうち長い方の対角線が水平方向を向くように配されている。
一方、第二支持板３４２には、第一支持板３４１の第一孔３５１を９０度回転させた第二孔３５２が形成されている。第二孔３５２が列設された一の列の水平方向隣の列は、一の列に対して上下方向に位置をずらして第二孔３５２が上下方向に離間して複数穿設されている。つまり、第二支持板３４２には、第二孔３５２が千鳥状に穿設されている。
第二孔３５２は、略菱形に形成され、一対の対角線のうち長い方の対角線が上下方向を向くように配されている。
上記のように構成された第一支持板３４１と第二支持板３４２とが、伝熱管３２０の長手方向に向かって交互に配されている。
このようにして第一支持板３４１と第二支持板３４２との間で、一の伝熱管３２０に対する管挿通孔３５０の形状が互いに異なるように構成されている。
ここで、第一支持板３４１においては、第一孔３５１と伝熱管３２０の外周面との間に、第一空間３６１が形成されている。一方、第二支持板３４２においては、第二孔３５２と伝熱管３２０の外周面との間に、第二空間３６２が形成される。
このように構成された熱交換器３０１では、一の伝熱管３２０に対する支持板３３０に形成された管挿通孔３５０は、第一支持板３４１では第一孔３５１であるとともに第二支持板３４２では第二孔３５２である。これにより、隣接する支持板３３０間で、管挿通孔３５０の形状が互いに異なっているため、支持板３３０の管挿通孔３５０と伝熱管３２０との間に形成される第一空間３６１、第二空間３６２の形状が隣接する支持板３３０間で互いに異なる。よって、管外流体Ｒ２が第一空間３６１、第二空間３６２を通過する際には、第一空間３６１、第二空間３６２の形状に応じて層流が破壊されることにより、攪拌流が生じ温度ムラが抑制されるため、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２との間で、伝熱管３２０の長手方向にわたって効率的に熱交換が行われる。
また、伝熱管３２０にはフィンが設けられていることで熱交換の際の伝熱面積が増大するため、熱交換が効率的に行われる。
（第三実施形態の変形例）
図８に示すように、第三実施形態の変形例である支持板３３０には、伝熱管３２０のフィン３２０Ａの断面形状に対応した第一孔３７１及び第二孔３７２が穿設されている。
第一支持板３４１に形成された第一孔３７１は、一対の対角線のうち長い方の対角線が水平方向を向くように配された略菱形の菱形孔部３７１Ａと、菱形孔部３７１Ａの水平方向両端に設けられた一対の横孔部３７１Ｂとで形成されている。
一方、第二支持板３４２に形成された第二孔３７２は、第一孔３７１を９０度回転させた形状である。つまり、一対の対角線のうち長い方の対角線が上下方向を向くように配された略菱形の菱形孔部３７２Ａと、菱形孔部３７２Ａの上下方向両端に設けられた上下孔部３７２Ｂとで形成されている。
このように構成された熱交換器３０１Ａでは、一の伝熱管３２０に対する支持板３３０に形成された管挿通孔３５０は、第一支持板３４１では第一孔３７１であるとともに第二支持板３４２では第二孔３７２である。これにより、隣接する支持板３３０間で、支持板３３０の管挿通孔３５０と伝熱管３２０との間に形成される空間部分の形状が、隣接する第一支持板３４１、第二支持板３４２間で互いに異なる。よって、管外流体Ｒ２が管挿通孔３５０と伝熱管３２０との間に形成される空間部分を通過する際には、空間部分の形状に応じて層流が破壊される。よって、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２との間で、伝熱管３２０の長手方向にわたって効率的に熱交換が行われる。
（第四実施形態）
以下、本発明の第四実施形態に係る熱交換器４０１について、図９及び図１０を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態に係る熱交換器４０１は、上述した第一実施形態に係る熱交換器１が具備する支持板３０の構成を変更したものであって、それ以外の構成は第一実施形態に係る熱交換器１と同一である。
図９に示すように、第一支持板４４１には、管挿通孔４４０として開口が縦長形状の縦孔４４０Ａが穿設されている。この縦孔４４０Ａが複数配された列（以下、縦孔列Ｌ１１と称する。）の隣の列は、管挿通孔４４０として開口が略円形状の円孔４４０Ｂが上下方向に間隔をあけて複数配設されて構成されている（以下、円孔列Ｌ１２と称する。）このように、縦孔列Ｌ１１と円孔列Ｌ１２とが、水平方向に交互に配されている。
一方、第二支持板４４２には、第一支持板４４１と同様に縦孔列Ｌ１１と円孔列Ｌ１２とが交互に配されている。また、第二支持板４４２は、第一支持板４４１に対して水平方向に一列ずれて配されている。
このようにして第一支持板４４１と第二支持板４４２との間で、一の伝熱管２０に対する管挿通孔４４０の形状が互いに異なるように構成されている。本実施形態では、第一支持板４４１で縦孔列Ｌ１１を構成する縦孔４４０Ａに挿通された伝熱管２０は、第二支持板４４２では円孔列Ｌ１２を構成する円孔４４０Ｂに挿通されるように構成されている。
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、縦孔４４０Ａにおいては、挿通される伝熱管２０との間に、第一空間部４６１が形成される。第一空間部４６１は、縦長形状の孔と伝熱管２０の水平方向端部との間に形成される空間部４６１Ａと、隣接する伝熱管２０同士の間に形成される空間部４６１Ｂとによって形成されている。
一方、円孔４４０Ｂにおいては、円孔４４０Ｂの内周面の下部と伝熱管５２の外周面の下部とが当接していて、伝熱管５２の下部以外の外周面にそって第二空間部４６２が形成される。
このように構成された熱交換器４０１では、一の伝熱管２０に対する支持板４３０に形成された管挿通孔４４０の形状が隣接する支持板４３０間で互いに異なっている。これにより、支持板４３０の管挿通孔４４０と伝熱管２０との間に形成される空間（第一空間部４６１、第二空間部４６２）の形状が隣接する支持板４３０間で互いに異なる。よって、管外流体Ｒ２が第一空間部４６１、第二空間部４６２を通過する際には、第一空間部４６１、第二空間部４６２の形状に応じて層流が破壊されることにより、攪拌流が生じ温度ムラが抑制されるため、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２との間で、伝熱管２０の長手方向にわたって効率的に熱交換が行われる。
（第五実施形態）
以下、本発明の第五実施形態に係る熱交換器５０１について、図１１及び図１２を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態に係る熱交換器５０１は、上述した第一実施形態に係る熱交換器１における第一入口ノズルＡ１、第一出口ノズルＺ１、第二入口ノズルＡ２及び第二出口ノズルＺ２の構成を変更したものである。さらに、本実施形態に係る熱交換器５０１では、胴体１０の胴１１に管板１７が設けられておらずに、ミストを除去するデミスター５１７が設けられている点で、第一の実施形態に係る熱交換器１と相違している。上記以外の構成は第一実施形態に係る熱交換器１と同一である。
胴体１０の胴１１の上部には、管内流体Ｒ１を胴体１０の内部に供給する第一入口ヘッダー配管（入口ヘッダー配管）Ａ３が設けられている。この第一入口ヘッダー配管Ａ３には、複数の伝熱管２０の端部に対応した挿通孔が形成された固定板（不図示）が設けられ、固定板に複数の伝熱管２０の端部が挿通されるとともに固定されている。この第一入口ヘッダー配管Ａ３は、複数の伝熱管２０に管内流体Ｒ１を供給する。
また、胴体１０の胴１１の下部には、管内流体Ｒ１を胴体１０の外部に排出する第一出口ヘッダー配管（出口ヘッダー配管）Ｚ３が設けられている。この第一出口ヘッダー配管Ｚ３には、複数の伝熱管２０の端部に対応した挿通孔が形成された固定板（不図示）が設けられ、固定板に複数の伝熱管２０の端部が挿通されるとともに固定されている。この第一出口ヘッダー配管Ｚ３は、熱交換された管内流体Ｒ１を複数の伝熱管２０から排出する。
胴体１０の胴１１の下部には、管外流体Ｒ２を胴体１０の内部に供給する第二入口ノズルＡ４が設けられている。また、胴体１０の胴蓋１２Ａの上部には、管外流体Ｒ２を胴体１０の外部に排出する第二出口ノズルＺ４が設けられている。
第二入口ノズルＡ４から供給された管外流体Ｒ２が通過する部屋５１６Ａと、第二出口ノズルＺ４から排出される管外流体Ｒ２が通過する部屋５１６Ｂとは、第二仕切壁５１５により仕切られている。
このように構成された熱交換器５０１の動作について説明する。
管内流体Ｒ１は、第一入口ヘッダー配管Ａ３から流入して、複数の伝熱管２０の内部を流通する。一方、管外流体Ｒ２は、第二入口ノズルＡ４から流入し部屋５１６Ａを通過して、ダクト２１Ａ，２１Ｂの内部且つ各々の伝熱管２０の外部を流通する。
管内流体Ｒ１が流通する方向と管外流体Ｒ２が流通する方向とは、反対方向となっており、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２とは伝熱管２０の管壁を通して熱交換可能とされている。この熱交換により、管外流体Ｒ２は温度が上昇し、管内流体Ｒ１は温度が低下して、それぞれ第二出口ノズルＺ４、第一出口ヘッダー配管Ｚ３から排出される。
このように構成された熱交換器５０１では、第一実施形態の熱交換器１と同様に管外流体Ｒ２が環状空間４３Ａ，４３Ｂを通過する際には、環状空間４３Ａ，４３Ｂの形状に応じて層流が破壊される。よって、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２との間で、伝熱管２０の長手方向にわたって効率的に熱交換が行われる。
また、例外的に伝熱管２０から管内流体Ｒ１が漏出した場合であっても、第二出口ノズルＺ４が設けられた胴蓋１２Ａと胴１１との間に設けられたデミスター５１７が、漏出した管内流体Ｒ１を吸収することができる。よって、管内流体Ｒ１が胴蓋１２Ａ内に流入することはないため、胴蓋１２Ａに設けられた機器等の作動に影響を及ぼす虞がない。
また、第一実施形態においては、伝熱管２０を固定するための管板１７の厚さは、胴体１０内部の温度、圧力、胴体１０内径等の条件に応じて決まる。これらの条件により管板１７の厚さを大きくする必要がある場合に、本実施形態の熱交換器５０１を採用すれば、本実施形態では伝熱管２０は第一入口ヘッダー配管Ａ３及び第一出口ヘッダー配管Ｚ３に設けられた固定板に固定される構成であり管板１７を設ける必要がないためコストを抑えることができる。
（第六実施形態）
以下、本発明の第六実施形態に係る熱交換器６０１について、図１３及び図１４を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態に係る熱交換器６０１は、上述した第一実施形態に係る熱交換器１における第一入口ノズルＡ１、第一出口ノズルＺ１、第二入口ノズルＡ２および第二出口ノズルＺ２の構成を変更したものである。上記以外の構成は第一実施形態に係る熱交換器１と同一である。
胴体１０の胴蓋１２Ａの下部には、管内流体Ｒ１を胴体１０の内部に供給する第一入口ノズルＡ５が設けられている。また、胴体１０の胴蓋１２Ａの上部には、管内流体Ｒ１を胴体１０の外部に排出する第一出口ノズルＺ５が設けられている。
胴蓋１２Ａにおける第一入口ノズルＡ５から供給された管内流体Ｒ１が通過する部屋６１３Ｂと、第一出口ノズルＺ５から排出される管内流体Ｒ１が通過する部屋６１３Ａとは、第一仕切壁１４により仕切られている。
また、胴体１０の胴１１の上部には、管外流体Ｒ２を胴体１０の内部に供給する第二入口ノズルＡ６が設けられている。また、胴体１０の胴１１の上下方向略中央部には、管外流体Ｒ２を胴体１０の外部に排出する一対の第二出口ノズルＺ６が設けられている。
第二入口ノズルＡ６は、サーマルシールド構造（不図示）を介して胴体１０の胴１１に設けられている。
胴１１における第二入口ノズルＡ６から供給された管外流体Ｒ２が通過する部屋６１６Ａと、第二出口ノズルＺ６から排出される管外流体Ｒ２が通過する部屋６１６Ｂとは、第二仕切壁６１５により仕切られている。
このように構成された熱交換器６０１の動作について説明する。
管内流体Ｒ１は、第一入口ノズルＡ５から流入して部屋６１３Ｂを通過して、複数の伝熱管２０の内部を流通する。一方、管外流体Ｒ２は、第二入口ノズルＡ６から流入し部屋６１６Ａを通過して、ダクト２１Ａ，２１Ｂの内部且つ各々の伝熱管２０の外部を流通する。
管内流体Ｒ１が流通する方向と管外流体Ｒ２が流通する方向とは、反対方向となっており、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２とは伝熱管２０の管壁を通して熱交換可能とされている。この熱交換により、管外流体Ｒ２は温度が低下して第二入口ノズルＡ６よりも下方に設けられた第二出口ノズルＺ６から排出されるとともに、管内流体Ｒ１は温度が上昇して第一入口ノズルＡ５よりも上方に設けられた第一出口ノズルＺ５から排出される。
このように構成された熱交換器６０１では、第一実施形態の熱交換器１と同様に管外流体Ｒ２が環状空間４３Ａ，４３Ｂを通過する際には、環状空間４３Ａ，４３Ｂの形状に応じて層流が破壊される。よって、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２との間で、伝熱管２０の長手方向にわたって効率的に熱交換が行われる。
（第六実施形態の変形例）
第六実施形態の変形例として、図１５に示すように、複数の伝熱管２０の胴蓋１２Ａにヘッダー配管（入口ヘッダー配管）Ａ７が設けられ、ヘッダー配管Ａ７から管内流体Ｒ１を複数の伝熱管２０の内部に供給する構成であってもよい。
この場合には、第六実施形態のように管内流体Ｒ１が通過する部屋６１３Ａ及び６１３Ｂを仕切るための第一仕切壁１４を設ける必要がないため、コストを抑えて簡易な構成とすることができる。
（第七実施形態）
次に、本発明の第七実施形態として、上記のように構成された熱交換器１を備えたガスタービンプラント５０について、図１６を用いて説明する。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１６に示すように、ガスタービンプラント５０は、ガスタービン６０と、ガスタービン６０から排気された燃焼ガスの熱を回収する排熱回収装置７０と、ガスタービン６０に燃料Ｆを供給する燃料供給系統８０とを備えている。
ガスタービン６０は、外気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機６１と、燃料Ｆを圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器６２と、高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン６３とを有している。このタービンには、例えばタービンロータ６４の回転で発電する発電機６５が接続されている。
排熱回収装置７０は、タービン６３の燃焼ガスの排気口に接続された排気ライン７１と、排気ラインの端部に設けられた煙突６９と、排気ライン７１を通る排気ガスと水とを熱交換させて蒸気を発生させる排熱回収ボイラー７２と、排熱回収ボイラー７２で発生した蒸気で駆動する蒸気タービン７３とを有している。
この蒸気タービン７３には、例えばロータの回転で発電する発電機７５が接続されている。
さらに、排熱回収装置７０は、蒸気タービン７３を駆動させた蒸気を水に戻す復水器７６と、復水器７６中の水を排熱回収ボイラー７２に戻す給水ポンプ７７とを有している。
復水器７６と給水ポンプ７７とは復水ライン７８で接続されている。また、給水ポンプ７７と排熱回収ボイラー７２とは給水ライン７９で接続されている。
燃料供給系統８０は、燃料供給源からの燃料Ｆが流れる燃料ライン８１と、燃料ライン８１に接続され燃料Ｆを予熱する熱交換器１と、熱交換器１で予熱された燃料Ｆを燃焼器６２に導入する予熱燃料ライン８２と、排熱回収ボイラー７２で加熱された水を熱交換器１に導入する加熱水ライン８３とを有している。
熱交換器１は、排熱回収ボイラー７２で加熱された水と燃料Ｆとを熱交換させて、燃料Ｆを加熱する。
ここで、熱交換器１の第一入口ノズルＡ１には加熱水ライン８３が接続されている。これにより、排熱回収ボイラー７２で加熱された水が管内流体Ｒ１として、第一入口ノズルＡ１から熱交換器１に供給される。また、熱交換器１の第二入口ノズルＡ２には燃料ライン８１が接続されている。これにより、燃料Ｆが管外流体Ｒ２（被加熱流体）として、第二入口ノズルＡ２から熱交換器１に供給される。
このように構成されたガスタービンプラント５０では、熱交換器１において、排熱回収ボイラー７２で加熱された水と燃料Ｆとを熱交換させて、燃料Ｆを加熱し昇温させて燃焼器６２に導入することができる。よって、燃焼器６２は、加熱された燃料Ｆを圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを効率的に生成することができるため、ガスタービンプラント５０としての熱効率を高めることができる。
（第八実施形態）
次に、第六実施形態に係る熱交換器６０１を備えたガスタービンプラント１５０について、図１７を用いて説明する。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態に係るガスタービンプラント１５０は、上述した第七実施形態に係るガスタービン６０中の高温部を冷却する冷却系統８６の一部として熱交換器６０１を具備したものであって、それ以外の構成は第七実施形態に係るガスタービンプラント５０と同一である。
図１７に示すように、タービン６３は、タービンロータ６４を覆うケーシング６６を有している。
タービンロータ６４は、詳細は図示しないが、回転中心軸を中心として回転するロータ本体と、このロータ本体の外周に固定されている複数の動翼とを有している。ロータ本体の内部及び動翼の内部には、動翼を冷却するための冷却空気が通る冷却空気流路が形成されている。
冷却系統８６は、ガスタービン６０の空気圧縮機６１から抽気した圧縮空気（抽気空気）を熱交換器１に導入する圧縮空気ライン８７と、圧縮空気ライン８７に接続され圧縮空気を冷却する熱交換器６０１と、熱交換器６０１で冷却された圧縮空気である冷却空気をタービンロータ６４に導入する冷却空気ライン８８と、排熱回収装置７０の給水ライン７９中の水を熱交換器６０１に導入する冷却水ライン８９を有している。
熱交換器６０１は、空気圧縮機６１から抽気した圧縮空気と排熱回収装置７０の復水器７６から排出された水とを熱交換させて、圧縮空気を冷却する。
ここで、熱交換器６０１の第一入口ノズルＡ５には冷却水ライン８９が接続されている。これにより、復水器７６から排出された水が管内流体Ｒ１として、第一入口ノズルＡ５から熱交換器６０１に供給される。また、熱交換器６０１の第二入口ノズルＡ６には圧縮空気ライン８７が接続されている。これにより、圧縮空気（被冷却流体、冷却用流体）が管外流体Ｒ２として、第二入口ノズルＡ６から熱交換器６０１に供給される。
このように構成されたガスタービンプラント１５０では、熱交換器６０１において、復水器７６から排出された水と空気圧縮機６１から抽気した圧縮空気とを熱交換させて、圧縮空気を冷却させ降温させて冷却空気ライン８８を介してタービンロータ６４に導入することができる。これにより、冷却された冷却空気は動翼の内部の冷却空気流路に導入されて、動翼を冷却することができる。
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、第一実施形態及び第五実施形態に係る熱交換器では、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２との熱交換により、管内流体Ｒ１の温度が低下するとともに管外流体Ｒ２の温度が上昇する構成であった。一方、第六実施形態に係る熱交換器では、管内流体Ｒ１と管外流体Ｒ２との熱交換により、管内流体Ｒ１の温度が上昇するとともに管外流体Ｒ２の温度が低下する構成であった。これらを逆にして、第一実施形態及び第五実施形態に係る熱交換器では、管内流体Ｒ１の温度が上昇するとともに管外流体Ｒ２の温度が低下する構成であってもよい。また、第六実施形態に係る熱交換器では、管内流体Ｒ１の温度が低下するとともに管外流体Ｒ２の温度が上昇する構成であってもよい。
また、熱交換により管内流体Ｒ１の温度が上昇するとともに管外流体Ｒ２の温度が低下する構成の場合には、第七実施形態において、熱交換器１の第一入口ノズルＡ１が燃料ライン８１に接続され、第二入口ノズルＡ２が加熱水ライン８３に接続されていてもよい。これにより、排熱回収ボイラー７２で加熱された水が管外流体Ｒ２として、第二入口ノズルＡ２から熱交換器１に供給される。また、熱交換器１の第一入口ノズルＡ１に接続された燃料ライン８１から燃料Ｆが、管内流体Ｒ２として熱交換器１に供給される。
このように構成されたガスタービンプラントでは、熱交換器１において、排熱回収ボイラー７２で加熱された水と燃料Ｆとを熱交換させて、燃料Ｆを加熱し昇温させて燃焼器６２に導入することができる。よって、燃焼器６２は、加熱された燃料Ｆを圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを効率的に生成することができるため、ガスタービンプラント５０としての熱効率を高めることができる。
また、熱交換により管内流体Ｒ１の温度が低下するとともに管外流体Ｒ２の温度が上昇する構成の場合には、第八実施形態において、熱交換器６０１の第一入口ノズルＡ５には圧縮空気ライン８７が接続され、第二入口ノズルＡ６には冷却水ライン８９が接続されていてもよい。これにより、圧縮空気ライン８７から抽気された圧縮空気が管内流体Ｒ１として、第一入口ノズルＡ５から熱交換器６０１に供給される。また、冷却水ライン８９から水が管外流体Ｒ２として、熱交換器６０１に供給される。
このように構成されたガスタービンプラントでは、熱交換器６０１において、復水器７６から排出された水と空気圧縮機６１から抽気した圧縮空気とを熱交換させて、圧縮空気を冷却させて冷却空気ライン８８を介してタービンロータ６４に導入することができる。これにより、冷却された冷却空気は動翼の内部の冷却空気流路に導入されて、動翼を冷却することができる。
また、第二実施形態から第四実施形態に係る熱交換器を構成する支持板及び伝熱管の構成は、第五実施形態及び第六実施形態に係る熱交換器にも適用することができる。
１…熱交換器
１０…胴体
２０…伝熱管
２１Ａ，２１Ｂ…ダクト
３０…支持板
４０…管挿通孔
５０…ガスタービンプラント
６１…空気圧縮機
６２…燃焼器
６３…タービン
７２…排熱回収ボイラー
７３…蒸気タービン
７６…復水器
Ａ３…第一入口ヘッダー配管（入口ヘッダー配管）
Ａ７…ヘッダー配管（入口ヘッダー配管）
Ｚ３・・・第一出口ヘッダー配管（出口ヘッダー配管）

Claims (11)

  1. 胴体と、
    該胴体の内部に配される複数の伝熱管と、
    該伝熱管の長手方向に向かって間隔をあけて複数配され、該複数の伝熱管が挿通される複数の管挿通孔が形成された支持板とを備え、
    前記複数の支持板のうち、前記長手方向に隣接する二の前記支持板間で、一の前記伝熱管に対する前記管挿通孔の形状が互いに異なっていることを特徴とする熱交換器。
  2. 請求項１に記載の熱交換器において、
    前記複数の伝熱管の束の外周側には、これらを覆うとともに前記長手方向に延び、前記胴体の内周面との間に間隔をあけて配されるダクトが設けられていることを特徴とする熱交換器。
  3. 請求項１または請求項２に記載の熱交換器において、
    前記伝熱管の外周面には、径方向外側に向かって突出するとともに前記長手方向に向かって延在するフィンが設けられていることを特徴とする熱交換器。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器において、
    前記胴体には、前記複数の前記伝熱管内に管内流体を供給する入口ヘッダー配管と、熱交換された前記管内流体を該伝熱管から排出する出口ヘッダー配管とのうち、少なくとも何れか一方が設けられていることを特徴とする熱交換器。
  5. 請求項４に記載の熱交換器において、
    前記胴体には、前記入口ヘッダー配管と前記出口ヘッダー配管との両方が設けられていることを特徴とする熱交換器。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器と、
    外気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機と、
    燃料を圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
    高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、
    前記熱交換器には、被加熱流体として、前記燃焼器に供給される燃料が供給されることを特徴とするガスタービンプラント。
  7. 請求項６に記載のガスタービンプラントにおいて、前記タービンから排気された燃焼ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラーを備え、
    前記伝熱管の内部には、管内流体が流通し、
    前記伝熱管の外部且つ前記胴体の内部には、管外流体が流通し、
    前記管内流体は、前記排熱回収ボイラーから導出された流体であり、
    前記管外流体は、前記熱交換器に供給される前記燃料であり、前記管内流体と熱交換され、昇温されて、前記燃焼器に供給されることを特徴とするガスタービンプラント。
  8. 請求項６に記載のガスタービンプラントにおいて、
    前記タービンから排気された燃焼ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラーを備え、
    前記伝熱管の内部には、管内流体が流通し、
    前記伝熱管の外部且つ前記胴体の内部には、管外流体が流通し、
    前記管外流体は、前記排熱回収ボイラーから導出された流体であり、
    前記管内流体は、前記熱交換器に供給される前記燃料であり、前記管外流体と熱交換され、昇温されて、前記燃焼器に供給されることを特徴とするガスタービンプラント。
  9. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器と、
    外気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機と、
    燃料を圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
    高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービンとを備え、
    前記熱交換器には、被冷却流体として、前記タービンに供給される冷却用流体が供給されることを特徴とするガスタービンプラント。
  10. 請求項９に記載のガスタービンプラントにおいて、前記タービンから排気された燃焼ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラーと、
    該排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、
    該蒸気タービンを駆動させた蒸気を水に戻す復水器とを備え、
    前記伝熱管の内部には、管内流体が流通し、
    前記伝熱管の外部且つ前記胴体の内部には、管外流体が流通し、
    前記管内流体は、前記復水器から導出された流体であり、
    前記管外流体は、前記空気圧縮機から抽気される抽気空気であり、前記管内流体と熱交換され、降温されて、前記タービンに供給されることを特徴とするガスタービンプラント。
  11. 請求項９に記載のガスタービンプラントにおいて、
    前記タービンから排気された燃焼ガスと水とを熱交換させて、蒸気を発生させる排熱回収ボイラーと、
    該排熱回収ボイラーで発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、
    該蒸気タービンを駆動させた蒸気を水に戻す復水器とを備え、
    前記伝熱管の内部には、管内流体が流通し、
    前記伝熱管の外部且つ前記胴体の内部には、管外流体が流通し、
    前記管外流体は、前記復水器から導出された流体であり、
    前記管内流体は、前記空気圧縮機から抽気される抽気空気であり、前記管外流体と熱交換され、降温されて、前記タービンに供給されることを特徴とするガスタービンプラント。
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