JPH07279685A

JPH07279685A - ガスタービンの熱交換器

Info

Publication number: JPH07279685A
Application number: JP6963194A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Iio; 雅俊飯尾; 東作 ▲たか▼村; Tousaku Takamura; Mitsuo Kimura; 光生木村
Original assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】熱交換器とダクトの取り付け部に発生する熱
変形を抑制する。【構成】コンプレッサからチャンバ内へ圧送された圧
縮空気をダクト７を介して熱交換器５から燃焼器を収装
したアウタライナ２９へ送るとともに、排気ガスの熱を
回収するガスタービンの熱交換器５と、熱交換器５の圧
縮空気出口５Ｂとダクト７との間に介装されたフランジ
８と、フランジ８に形成されて圧縮空気出口５Ｂに向け
て突設された凸部８Ａと、凸部８Ａの内周に形成されて
圧縮空気出口５Ｂと連通する開口部８０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、再生式ガスタービンの
熱交換器の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からタービンの排気ガスから熱を回
収する再生式ガスタービンの熱交換器としては、特開平
２−２３８１３２号公報に開示されるようなものが知ら
れている。

【０００３】これについて説明すると、図１０〜図１２
に示すように、ガスタービン１を構成する遠心式のコン
プレッサ２とタービン４が同軸的に結合され、圧力容器
として形成されたチャンバ９にはタービン４、燃焼器３
及び熱交換器５が収装され、燃焼器３はタービン４の下
流に配設された熱交換器５と並列的に配置される。

【０００４】熱交換器５は排気ガスの下流から上流に向
けて圧縮空気を流す対向流式のもので、下面５１に開口
した圧縮空気入口５Ａから流入した圧縮空気は排気ガス
で加熱された後に、上面５０に所定の間隔で開口した圧
縮空気出口５Ｂ、５Ｂへ流れる。

【０００５】この熱交換器５の上方には燃焼器３が取り
付けられ、燃焼器３を収装したアウタライナ２９から図
中下方に向けて突設されたダクト７が、熱交換器５に開
口した圧縮空気出口５Ｂ、５Ｂを覆うように取り付けら
れる。

【０００６】コンプレッサ２で圧縮された空気は断熱部
材３３の外周を通過してチャンバ９の内部へ圧送され、
さらに熱交換器５の下面５１に開口した圧縮空気入口５
Ａへ流入してタービン４からの排気ガスにより加熱され
る。排気ガスから熱を回収した圧縮空気は熱交換器５の
上面５０に開口した圧縮空気出口５Ｂ、５Ｂ、ダクト
７、アウタライナ２９を介して燃焼器３に流入し、噴射
された燃料の燃焼によってタービン４を駆動した後、タ
ービナウタカバー２７、排気ダクト２５及び熱交換器５
を通過してチャンバ９の外部に排出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なガスタービンの熱交換器においては、冷却損失を極力
低減するために圧縮空気出口５Ｂ、５Ｂを覆うようにダ
クト７を上面５０に取り付けて熱交換器５と燃焼器３の
間隔を小さなものとしている。

【０００８】しかしながら、このような従来のガスター
ビンの熱交換器にあっては、ダクト７の内周に面した圧
縮空気出口５Ｂ、５Ｂ間の上面５０は排気ガスの熱を受
けた圧縮空気によって加熱されるため、図１３に示すよ
うに、ダクト７の内周に面した上面５０が熱膨張によっ
て変形し、熱交換器５を構成するチューブ５２を変形さ
せて損傷を加える場合があり、また、ダクト７の内周に
面した熱交換器５の上面５０が排気ガスで高温となった
圧縮空気で加熱され、上面５０のうち図１４の斜線部に
示す範囲まで熱伝導によって加熱され、この上面５０の
斜線部からチャンバ９内の熱交換前の圧縮空気へ熱が逃
げるため、燃焼器３へ流入する圧縮空気の温度が低下し
て熱効率が低下する場合があるという問題があった。

【０００９】そこで本発明は上記の問題点に鑑みてなさ
れたもので、熱膨張による変形を抑制すると共に熱効率
を向上可能なガスタービンの熱交換器を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、熱交換器
と燃焼器とを共に覆うチャンバと、前記熱交換器と燃焼
器との間に介装されたダクトとを備え、コンプレッサか
らチャンバ内へ圧送された圧縮空気を前記ダクトを介し
て熱交換器から燃焼器へ送るとともに、排気ガスの熱を
回収するガスタービンの熱交換器において、熱交換器に
形成された圧縮空気出口と前記ダクトとの間に介装され
たフランジと、前記フランジに形成されて前記圧縮空気
出口に向けて突設された凸部と、この凸部の内周に形成
されて前記圧縮空気出口とダクトとを連通する圧縮空気
通路とを備える。

【００１１】また、第２の発明は、複数の圧縮空気出口
を備えた熱交換器と、熱交換器と燃焼器とを共に覆うチ
ャンバと、前記熱交換器と燃焼器との間に介装されたダ
クトとを備え、コンプレッサからチャンバ内へ圧送され
た圧縮空気を前記ダクトを介して熱交換器から燃焼器へ
送るとともに、排気ガスの熱を回収するガスタービンの
熱交換器において、前記熱交換器の複数の圧縮空気出口
と前記ダクトとの間に介装されたフランジと、前記フラ
ンジに形成されて前記複数の圧縮空気出口に向けてそれ
ぞれ突設された複数の凸部と、この凸部の内周に形成さ
れて前記流出口とダクトとを連通する圧縮空気通路と、
これら凸部との間のフランジに前記熱交換器へ当接可能
な所定の高さで突設された複数のエンボス部とを備え
る。

【００１２】また、第３の発明は、前記エンボス部が長
円形の断面を備える。

【００１３】また、第４の発明は、前記エンボス部が円
形の断面を備えるとともに、これらエンボス部が所定の
間隔で配設される。

【００１４】

【作用】第１の発明は、燃焼器に連通するダクトはフラ
ンジの凸部を介して熱交換器と接合され、熱交換器の圧
縮空気出口から吐出された圧縮空気はフランジの凸部に
形成した圧縮空気通路を介してダクトへ流入するため、
熱交換器の圧縮空気出口の周辺が排気ガスから熱を回収
した高温の圧縮空気によって加熱されるのを抑制し、熱
交換器の熱膨張による変形を抑制することができる。

【００１５】また、第２の発明は、熱交換器とダクトと
の接合はフランジに突設した凸部を介して行われ、熱交
換器の複数の圧縮空気出口に対応してフランジにそれぞ
れ突設された凸部の圧縮空気通路を介して熱交換器の圧
縮空気はダクトへ流入する。複数の圧縮空気出口の間に
おいてはエンボス部の高さに応じた間隙が形成され、チ
ャンバ内の熱交換以前の圧縮空気はこの間隙を通過する
ことが可能となってチャンバ内の圧縮空気の流れを円滑
にすることができ、熱交換器にフランジをろう付けなど
で接合する際にフランジ又は熱交換器が加熱されて変形
しようとすると、熱交換器に当接したエンボス部で変形
を抑制することができる。

【００１６】また、第３の発明は、長円形断面を備えた
エンボス部でフランジ又は熱交換器の変形を抑制するこ
とができ、エンボス部と凸部との間に形成した間隙へ熱
交換以前の圧縮空気を円滑に通過させることができる。

【００１７】また、第４の発明は、円形断面を備えたエ
ンボス部を所定の間隔で複数配設したため、フランジ又
は熱交換器の変形を複数のエンボス部で確実に抑制する
ことが可能となり、円形断面のエンボス部と凸部との間
に形成した間隙へ熱交換以前の圧縮空気をさらに円滑に
通過させることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１９】図１〜図４に示すように、ガスタービン１
は上記従来例と同様の構造を備えた再生式ガスタービン
であり、同一の部分に同一の図番を付して説明を省略す
る。

【００２０】対向流式の熱交換器５は下面５１に開口し
た圧縮空気入口５Ａから圧縮空気を導入する一方、排気
ガスから熱を回収した圧縮空気が上面５０に所定の間隔
で開口した圧縮空気出口５Ｂ、５Ｂから排出される。

【００２１】この熱交換器５の上方には燃焼器３が取り
付けられ、燃焼器３を収装したアウタライナ２９には熱
交換器５の上面５０と接続するダクト７が設けられる。

【００２２】図２において、ダクト７の開口端部７Ａは
熱交換器５の上面５０の幅（図中左右方向）にほぼ等し
く形成されて、板状部材で形成されたフランジ８を介し
て熱交換器５の上面５０に開口した圧縮空気出口５Ｂ、
５Ｂを覆うように取り付けられる。

【００２３】熱交換器５とダクト７との間に介装される
フランジ８は、図３、図４に示すように、ダクト７の開
口端部７Ａを封止可能な面積を備えるとともに、熱交換
器５の圧縮空気出口５Ｂ、５Ｂに対応した位置で熱交換
器５側（図４において下方）に向けて所定の高さの凸部
８Ａ、８Ａが突設され、これら凸部８Ａが熱交換器５の
上面５０に当接する。

【００２４】この凸部８Ａが熱交換器５の上面５０に当
接する底部８Ｃは圧縮空気出口５Ｂを覆う所定の面積を
備えるとともに上面５０と平行な面で形成されており、
底部８Ｃの外周と上面５０とを溶接などの接合手段によ
って結合することで、熱交換器５とフランジ８とを結合
する。

【００２５】そして、圧縮空気出口５Ｂを覆う底部８Ｃ
の内周には圧縮空気出口５Ｂとダクト７を連通する圧縮
空気通路としての開口部８０が貫通形成される。

【００２６】フランジ８に突設された凸部８Ａ、８Ａの
間には、図４において、上方へ突出した凹部８Ｂが設け
られ、この凹部８Ｂが突出する側のフランジ８の周縁部
８Ｄがダクト７の開口端部７Ａへ溶接などの接合手段に
よって結合されてフランジ８とダクト７が結合される。

【００２７】こうして、フランジ８の凸部８Ａ、８Ａを
介して熱交換器５とダクト７が結合されるとともに、凸
部８Ａの開口部８０を介して熱交換器５の圧縮空気出口
５Ｂ、５Ｂとダクト７とが連通する。

【００２８】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００２９】図１、図２に示すように、コンプレッサ２
で圧縮された低温の圧縮空気は断熱部材３３の外周を通
過してチャンバ９の内部へ圧送され、さらに熱交換器５
の下面５１に開口した圧縮空気入口５Ａへ流入する。

【００３０】熱交換器５の内部ではタービン４から排出
された排気ガスの下流から上流に向けて圧縮空気が流れ
ながら排気ガスの熱エネルギを吸収する。排気ガスから
熱を回収して高温となった圧縮空気は、熱交換器５の上
面５０に開口した圧縮空気出口５Ｂ、５Ｂからフランジ
８の開口部８０を介してダクト７へ流入する。

【００３１】こうして、ダクト７、アウタライナ２９か
ら燃焼器３に流入した圧縮空気へ燃料が噴射され、この
燃焼ガスによってタービン４を駆動した後、排気ダクト
２５から熱交換器５を通過して排気ガスはチャンバ９の
外部に排出される。

【００３２】ここで、複数の圧縮空気出口５Ｂ、５Ｂを
備えた熱交換器５とダクト７との接続をフランジ８の凸
部８Ａ、８Ａを介して接合したため、図２に示すよう
に、圧縮空気出口５Ｂ、５Ｂを覆う凸部８Ａ、８Ａの間
において、熱交換器５の上面５０とダクト７との間に凸
部８Ａの突出高さに応じた間隙Ｈが形成され、前記従来
例のように熱交換によって高温となった圧縮空気が熱交
換器５の上面５０を加熱することを抑制することがで
き、熱膨張による熱交換器５の変形を防いでガスタービ
ン１の信頼性を向上させることができるのである。

【００３３】すなわち、前記従来例においては熱交換後
の圧縮空気から上面５０へ熱エネルギの一部を放出して
いたが、間隙Ｈを形成することで熱交換後の圧縮空気の
冷却損失を低減することができ、圧縮空気は高温を保持
したまま燃焼器３へ流入してガスタービン１全体の熱効
率を向上させることができる。

【００３４】さらに、コンプレッサ２からチャンバ９へ
圧送された圧縮空気はダクト７と熱交換器５との間の間
隙Ｈを通過して圧縮空気入口５Ａへ流入することができ
るため、ダクト７周辺での圧縮空気を円滑に流すことが
可能となり、間隙Ｈを通過する低温の圧縮空気はフラン
ジ８と接触するだけなので、ダクト７からの放熱を規制
して冷却損失の増大を抑制することができる。

【００３５】また、フランジ８は金属板等をプレス成形
することによって凸部８Ａ、開口部８０などを一体に成
形することができるため製造コストの増大を抑制でき、
さらに、このように成形されたフランジ８を介して熱交
換器５とダクト７を接合するには、例えば溶接によって
行われる。

【００３６】この溶接は、例えば、熱交換器５の上面５
０にフランジ８の凸部８Ａ、８Ａの底部８Ｃを当接させ
るとともに、圧縮空気出口５Ｂ、５Ｂに開口部８０、８
０を係合させ、開口部８０の周囲である底部８Ｃを上面
５０へ全周溶接あるいは点付け溶接によって接合する。

【００３７】熱交換器５にフランジ８を接合した後、フ
ランジ８の周縁部８Ｄにダクト７の開口端部７Ａを当接
させるとともに、全周溶接あるいは点付け溶接によって
接合することで、フランジ８を介して熱交換器５の上部
にダクト７を結合する。

【００３８】この溶接時に熱交換器５の上面５０へ加わ
る熱は、凸部８Ａの底部８Ｃの面積に応じた量にとどま
るため、前記従来例のようにダクト７を直接熱交換器５
に溶接するのに比して、溶接時の熱交換器５の加熱量を
低減することが可能となって、熱膨張に伴う変形及び上
面５０の加熱による熱交換器５のチューブ５２の耐食性
の低下を抑制することができるのである。

【００３９】図５〜図７は他の実施例を示し、前記第１
の実施例におけるフランジ８の凸部８Ａ、８Ａ間に長円
形の断面を備えたエンボス部８１を熱交換器５側に向け
て複数個所定の間隔で突設し、凸部８Ａ、８Ａと熱交換
器５の接合をろう付けにより接合したもので、その他の
構成は前記第１の実施例と同様である。

【００４０】エンボス部８１は所定の間隔で４個突設さ
れており、エンボス部８１の突出高さは凸部８Ａ、８Ａ
と同一に設定されてエンボス部８１の底部は熱交換器５
の上面５０に当接する。

【００４１】凸部８Ａ、８Ａが上面５０に当接する底部
８Ｃがろう付けによって接合されるのに対し、エンボス
部８１は上面５０に当接するだけで接合は行われず、フ
ランジ８と熱交換器５は前記第１の実施例と同様に凸部
８Ａ、８Ａを介して接合され、上面５０からの熱の放出
を抑制する。

【００４２】エンボス部８１を備えたフランジ８は前記
第１の実施例における作用に加えて次のような作用を具
備する。

【００４３】熱交換器５のチューブ５２を上面５０の内
周へ固定する際にはろう付けによって行われており、こ
のろう付けの際にフランジ８を同時に取り付ける場合、
フランジ８の凸部８Ａ、８Ａを熱交換器５の上面５０に
当接させた状態でろう付けを行うと、ろう付けによって
加熱されたフランジ８は高温になって軟化するため、エ
ンボス部８１を設けない場合には図１５に示す８′のよ
うに凸部８Ａ、８Ａ間が熱膨張と重力によってたわんで
しまう場合があるのに対し、本実施例では所定の間隔で
配設された複数のエンボス部８１によって熱膨張による
変形を抑制することが可能となって、ろう付けによるチ
ューブ５２とフランジ８の接合を同一工程で行うことが
可能となるとともに、次工程のダクト７の取付を確実に
行うことができるのである。

【００４４】あるいは、図１６に示すように、凸部８Ａ
を上方に向けるとともに、熱交換器５の上面５０を下方
へ向けて載置した状態でろう付けを行う場合には、ろう
付けの加熱によって熱交換器５の上面５０′が熱膨張及
び重力によって変形しようとするが、上記と同様にして
本実施例では複数のエンボス部８１によって熱膨張によ
る上面５０の変形を抑制することが可能となって、熱交
換器５とフランジ８を同一のろう付け工程において正確
に取り付けることが可能となるのである。

【００４５】また、所定の間隔で配設されたエンボス部
８１、８１間においては、前記第１の実施例と同様に熱
交換器５とダクト７との間に間隙Ｈが形成されるため、
チャンバ９内の圧縮空気の流れを円滑にすることがで
き、エンボス部８１は上面５０に当接しているだけなの
で熱交換器５の上面５０からの熱伝導を抑制し、間隙Ｈ
を通過する圧縮空気への放熱を抑制することができる。

【００４６】図８、図９はさらに他の実施例を示し、前
記第２の実施例における長円形断面のエンボス部８１を
円形断面のエンボス部８２とし、このエンボス部８２を
所定の間隔で千鳥状に複数配設したもので、その他の構
成は前記第２の実施例と同様である。

【００４７】円形断面を備えて千鳥状に配設されたエン
ボス部８２によって、前記実施例と同様に熱交換器５の
上面５０とフランジ８間に間隙Ｈが形成され、凸部８
Ａ、８Ａ間を通過する圧縮空気は所定の間隔で均一に配
設されたエンボス部８２を前記第２の実施例に比してさ
らに円滑に通過することができ、チャンバ９内の圧縮空
気の流れを円滑にすることができる。

【００４８】さらに、上記と同様にフランジ８をチュー
ブ５２と同一工程で熱交換器５の上面５０へろう付けす
る際には、前記第２の実施例に比して多数の点で上面５
０の熱変形を抑制することが可能となり、ろう付けによ
る寸法精度を向上させることができる。

【００４９】なお、上記第２、第３の実施例においてろ
う付けによりエンボス部８１、８２を備えたフランジ８
の接合を行う例を示したが、ろう付けに限定されること
なく上面５０が高温に加熱される接合手段に適用するこ
とができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明は、燃焼
器に連通するダクトをフランジの凸部を介して熱交換器
と接合するようにしたため、熱交換器の圧縮空気出口か
ら吐出される圧縮空気が熱交換器の圧縮空気出口の周辺
を加熱するのを抑制することができ、熱交換器の熱膨張
による変形を抑制してガスタービンの信頼性を向上させ
るとともに、圧縮空気出口付近での冷却損失を抑制して
熱効率を向上させることが可能となる。

【００５１】また、第２の発明は、複数の圧縮空気出口
を備えた熱交換器とダクトとの接合は圧縮空気出口に対
応してフランジに突設された凸部を介して行われ、熱交
換器の圧縮空気出口から吐出される圧縮空気が熱交換器
の圧縮空気出口の周辺を加熱するのを抑制することがで
き、複数の圧縮空気出口の間においてエンボス部の高さ
に応じて形成された間隙にチャンバ内の熱交換以前の圧
縮空気が通過することができるためチャンバ内の圧縮空
気の流れを円滑にすることができ、熱交換器にフランジ
を溶接などで接合する際にフランジ又は熱交換器の熱膨
張による変形をエンボス部で抑制して生産性を向上させ
ることができる。

【００５２】また、第３の発明は、長円形断面を備えた
エンボス部でフランジ又は熱交換器の変形を抑制するこ
とができ、ろう付けの際の加熱によって発生するフラン
ジ又は熱交換器の変形を長円形断面のエンボス部で確実
に抑制して生産性を向上させることが可能となり、エン
ボス部と凸部との間に形成した間隙へ熱交換以前の圧縮
空気を円滑に通過させてチャンバ内の圧縮空気の流れを
円滑にすることができる。

【００５３】また、第４の発明は、所定の間隔で配設さ
れた円形断面を備えたエンボス部でフランジ又は熱交換
器の変形を均一に抑制することができ、ろう付けの際の
加熱によって発生するフランジ又は熱交換器の変形を円
形断面のエンボス部で確実に抑制して生産性を向上させ
ることが可能となり、エンボス部と凸部との間に形成し
た間隙へ熱交換以前の圧縮空気をさらに円滑に通過させ
てチャンバ内の圧縮空気の流れを円滑にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すガスタービンの断面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。

【図３】フランジを示す正面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図５】他の実施例を示す同じくＡ−Ａ矢視図である。

【図６】同じくフランジの正面図である。

【図７】同じく図６のＣ−Ｃ矢視断面図である。

【図８】さらに他の実施例を示すフランジの正面図であ
る。

【図９】同じく図８のＤ−Ｄ断面図である。

【図１０】従来のガスタービンを示す断面図である。

【図１１】燃焼器及び熱交換器の組み立て状態を示す。

【図１２】図１０のＥ−Ｅ矢視断面図である。

【図１３】ダクトの変形の様子を示す要部断面図であ
る。

【図１４】図１３のＦ−Ｆ矢視断面図である。

【図１５】チューブの変形を示すダクトと燃焼器の接続
を示す要部断面図である。

【図１６】チューブの変形を示すダクトと燃焼器の接続
を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ガスタービン２コンプレッサ３燃焼器４タービン５熱交換器５Ｂ圧縮空気出口７ダクト８フランジ８Ａ凸部８Ｂ凹部８Ｃ底部９チャンバ２９アウタライナ５０上面８０開口部８１、８２エンボス部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村光生神奈川県川崎市川崎区藤崎３丁目５番１号東京ラヂエーター製造株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換器と燃焼器とを共に覆うチャンバ
と、前記熱交換器と燃焼器との間に介装されたダクトと
を備え、コンプレッサからチャンバ内へ圧送された圧縮
空気を前記ダクトを介して熱交換器から燃焼器へ送ると
ともに、排気ガスの熱を回収するガスタービンの熱交換
器において、熱交換器に形成された圧縮空気出口と前記
ダクトとの間に介装されたフランジと、前記フランジに
形成されて前記圧縮空気出口に向けて突設された凸部
と、この凸部の内周に形成されて前記圧縮空気出口とダ
クトとを連通する圧縮空気通路とを備えたことを特徴と
するガスタービンの熱交換器。
【請求項２】複数の圧縮空気出口を備えた熱交換器
と、熱交換器と燃焼器とを共に覆うチャンバと、前記熱
交換器と燃焼器との間に介装されたダクトとを備え、コ
ンプレッサからチャンバ内へ圧送された圧縮空気を前記
ダクトを介して熱交換器から燃焼器へ送るとともに、排
気ガスの熱を回収するガスタービンの熱交換器におい
て、前記熱交換器の複数の圧縮空気出口と前記ダクトと
の間に介装されたフランジと、前記フランジに形成され
て前記複数の圧縮空気出口に向けてそれぞれ突設された
複数の凸部と、この凸部の内周に形成されて前記流出口
とダクトとを連通する圧縮空気通路と、これら凸部との
間のフランジに前記熱交換器へ当接可能な所定の高さで
突設された複数のエンボス部とを備えたことを特徴とす
るガスタービンの熱交換器。
【請求項３】前記エンボス部が長円形の断面を備えた
ことを特徴とする請求項２に記載のガスタービンの熱交
換器。
【請求項４】前記エンボス部が円形の断面を備えると
ともに、これらエンボス部が所定の間隔で配設されたこ
とを特徴とする請求項２に記載のガスタービンの熱交換
器。