KR101785818B1 - 열교환기 및 열교환기를 구비한 가스 터빈 플랜트 - Google Patents

열교환기 및 열교환기를 구비한 가스 터빈 플랜트 Download PDF

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Abstract

본 발명의 열교환기는 동체와, 해당 동체의 내부에 배치되는 여러 개의 전열관(20)과, 해당 전열관(20)의 길이 방향을 향하여 간격을 두고 여러 개 배치되어, 해당 여러 개의 전열관(20)이 삽통되는 여러 개의 관삽통공(40)이 형성된 지지판(30)을 구비한다. 상기 여러 개의 지지판(30) 중, 상기 길이 방향으로 인접하는 두 개의 상기 지지판(30) 사이에, 한 개의 상기 전열관(20)에 대한 상기 관삽통공(40)의 형상이 서로 상이하다.

Description

열교환기 및 열교환기를 구비한 가스 터빈 플랜트{HEAT EXCHANGER AND GAS TURBINE PLANT PROVIDED THEREWITH}
본 발명은 열교환기 및 이것을 구비한 가스 터빈 플랜트에 관한 것이다.
본안은 2013년 2월 18일에, 일본에 출안된 일본특허 2013-029472호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 이곳에 원용한다.
일반적으로 열교환기로서는 동체내에 설치된 여러 개의 전열관과, 전열관을 지지하는 여러 개의 전열관 지지 장치를 구비하는 열교환기가 제안되어 있다(하기 특허문헌 1 참조). 이 열교환기에서는 전열관의 내부를 유통하는 관내 유체와, 전열관의 외부를 관내 유체와 반대 방향을 향하여 유통하는 관외 유체 간에 열교환이 행해지고 있다.
또한 이 열교환기에서는, 전열관 지지 장치에는 에그크레이트 난류 촉진 기구가 설치되어 있다. 따라서 전열관의 외부를 유통하는 유체는 전열관과 에그크레이트 난류 촉진 기구 사이의 부분을 유통할 시에 유체의 층류가 흩뜨러지므로, 전열관의 내부를 유통하는 유체 간에 효율적으로 열교환이 행해진다.
일본 특허 공개 공보 S62-166296호
이와 같이 상기 특허문헌 1에 기재된 열교환기에서는 열교환율이 어느 정도 향상할 뿐이므로, 보다 높은 열교환율의 향상이 필요해지고 있다.
본 발명은 효율적으로 열교환을 행하는 것이 가능한 열교환기 및 이것을 구비한 가스 터빈 플랜트를 제공하는 것이다.
(1) 본 발명의 제1 형태에 의하면 열교환기는 동체와, 여러 개의 전열관과, 지지판을 구비한다. 상기 여러 개의 열전열관은 상기 동체의 내부에 배치되어 있다. 상기 지지판은 상기 전열관의 길이 방향을 향하여 간격을 두고 여러 개 배치되어 있다. 상기 지지판에는 상기 여러 개의 전열관이 삽통되는 여러 개의 관삽통공(管揷通孔)이 형성되어 있다. 상기 여러 개의 지지판 중, 상기 길이 방향으로 인접하는 두 개의 상기 지지판 사이에, 한 개의 상기 전열관에 대한 상기 관삽통공의 형상이 서로 상이하다.
상기한 구성에 의하면, 하나의 전열관에 대한 지지판에 형성된 관삽통공의 형상이 인잡하는 지지판 간에 서로 상이하므로, 지지판의 관삽통공과 전열관 사이에 형성되는 공간 부분의 형상이 인접하는 지지판 간에 서로 상이하다. 이것에 의해 전열관의 외부를 유통하는 유체가 해당 공간 부분을 통과할 시에는, 공간 부분의 형상에 따라서 층류가 파괴된다. 따라서 전열관의 내부를 유통하는 유체와 전열관의 외부를 유통하는 유체 간에, 전열관의 길이 방향에 걸쳐 효율적으로 열교환이 행해진다.
(2) 상기 (1)의 열교환기에 있어서, 상기 여러 개의 전열관 다발의 외주 측에는, 이들을 덮음과 동시에 상기 길이 방향으로 연장되고, 상기 동체의 내주면 간에 간격을 두고 배치되는 덕트가 설치되어 있다.
상기한 구성에 의하면, 전열관의 내부를 유통하는 유체(관내 유체라고 칭함)와, 전열관의 외부를 유통하는 유체(관외 유체라고 칭함) 간에 열교환이 행해진다. 여기서 열교환에 의해 관외 유체가 고온이 되었다고 해도, 관외 유체는 덕트 안을 유통하므로 덕트 외부와 동체의 내주면 간에 존재하는 유체의 온도 상승을 억제하는 것이 가능하다. 따라서 동체 자체의 온도가 상승하지 않으므로, 열교환기로서의 건전한 상태를 유지하는 것이 가능하다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 열교환기에 있어서, 상기 전열관의 외주면에는 반경 방향 외측을 향하여 돌출함과 동시에 상기 길이 방향을 향하여 연재(延在)하는 핀이 설치되어 있어도 된다.
상기한 구성에 의하면, 전열관에는 핀이 설치되어 있음으로써 열교환 시의 전열 면적이 증대하므로 열교환이 효율적으로 행해진다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 열교환기에 있어서, 상기 동체에는 상기 여러 개의 상기 전열관 안에 관내 유체를 공급하는 입구 헤더 배관과, 열교환된 상기 관내 유체를 해당 전열관으로부터 배출하는 출구 헤더 배관 중 적어도 어느 한쪽이 설치되어 있어도 된다.
상기한 구성에 의하면 예를 들어, 입구 헤더 배관이 설치되어 있는 경우에는, 관내 유체는 입구 헤더 배관을 개재하여 전열관 안에 공급되고, 열교환된 관내 유체는 전열관으로부터 배출된다. 여기서 일반적으로 열교환기로서 관내 유체를 동체 안으로 공급하는 노즐 및 열교환된 관내 유체를 동체로부터 배출하는 노즐을 각각 동체에 설치한 열교환기이다. 이 열교환기에서는 공급 측의 노즐이 설치된 측의 방과 배출 측의 노즐이 설치된 측의 방을 구획하는 벽을 설치할 필요가 있다. 한편, 상기한 구성의 열교환기에서는 이와 같은 벽을 설치하지 않고 입구 헤더 배관이 설치됨으로써 열교환 전후의 관내 유체를 분리하는 것이 가능하므로, 해당 벽 부분의 비용을 낮출 수 있다. 또한 출구 헤더 배관이 설치되어 있는 경우에도 입구 헤더 배관이 설치되어 있는 경우와 동일하게, 열교환 전후의 관내 유체를 분리하는 것이 가능하므로, 해당 벽 부분의 비용을 억제하는 것이 가능하다.
(5) 상기 (4)의 열교환기에 있어서, 상기 입구 헤더 배관과 상기 출구 헤더 배관의 양쪽이 설치되어 있어도 된다.
상기한 구성에 의하면 관내 유체는 입구 헤더 배관을 개재하여 전열관 안에 공급되고, 열교환된 관내 유체는 입구 헤더 배관을 개재하여 전열관으로부터 배출된다. 여기서 일반적으로 열교환기로서 전열관의 단부를 지지하기 위한 관판을 갖고, 동체에 관내 유체를 공급하는 노즐 및 열교환된 관내 유체를 배출하는 노즐이 설치된 것이 있다. 이 열교환기에서는 관판의 두께가 동체의 온도, 압력, 내경 등의 조건에 의해 결정되므로, 조건에 따라서는 관판의 두께를 두껍게 할 필요가 있다. 한편, 상기한 구성의 열교환기에서는 이와 같은 관판을 갖지 않고 입구 헤더 및 출구 헤더 배관을 설치함으로써 열교환 전후의 관내 유체를 분리하는 것이 가능하므로, 해당 관판 부분의 비용을 낮출 수 있다.
(6) 본 발명의 제2의 형태에 의하면 가스 터빈 플랜트는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 열교환기와, 공기 압축기와, 연소기와, 터빈을 구비한다. 공기 압축기는 외기를 압축하여 압축 공기를 생성한다. 연소기는 연료를 압축 공기중에서 연소시켜 연소 가스를 생성한다. 터빈은 고온 고압의 연소 가스에 의해 구동한다. 상기 열교환기에는 피가열 유체로서 상기 연소기에 공급되는 연료가 공급된다.
상기한 구성에 의하면 피가열 유체인 연료를 열교환하여 고온 상태로 하는 것이 가능하다. 따라서 고온이 된 연료가 연소기에 공급되므로, 연소기는 고온의 가스를 효율적으로 발생하는 것이 가능하다.
(7) 상기 (6)의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 상기 터빈으로부터 배출된 연소 가스와 물을 열교환시켜, 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 더 구비해도 된다. 상기 전열관의 내부에는 관내 유체가 유통한다. 상기 전열관의 외부 또한 상기 동체의 내부에는 관외 유체가 유통한다. 상기 관내 유체는 상기 배열 회수 보일러로부터 도출된 유체이다. 상기 관외 유체는 상기 열교환기에 공급되는 상기 연료로서, 상기 관내 유체와 열교환되고, 승온되어 상기 연소기에 공급된다.
상기한 구성에 의하면 열교환기는 관내 유체와 관외 유체를 열교환하여 관외 유체인 연료를 고온 상태로 하는 것이 가능하다. 따라서 고온이 된 연료가 연소기에 공급되므로, 연소기는 고온의 연소 가스를 효율적으로 발생하는 것이 가능하다.
(8) 상기 (6)의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 상기 터빈으로부터 배출된 연소 가스와 물을 열교환시켜, 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 더 구비해도 된다. 상기 전열관의 내부에는 관내 유체가 유통한다. 상기 전열관의 외부 또한 상기 동체의 내부에는 관외 유체가 유통한다. 상기 관외 유체는 상기 배열 회수 보일러로부터 도출된 유체이다. 상기 관내 유체는 상기 열교환기에 공급되는 상기 연료로서, 상기 관외 유체와 열교환되고, 승온되어 상기 연소기에 공급되어도 된다.
상기한 구성에 의하면 열교환기는 관내 유체와 관외 유체를 열교환하여 관내 유체인 연료를 고온 상태로 하는 것이 가능하다. 따라서 고온이 된 연료가 연소기에 공급되므로, 연소기는 고온의 연소 가스를 효율적으로 발생하는 것이 가능하다.
(9) 본 발명의 제3의 형태에 의하면 가스 터빈 플랜트는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 열교환기와, 공기 압축기와, 연소기와, 터빈을 구비한다. 상기 공기 압축기는 외기를 압축하여 압축 공기를 생성한다. 상기 연소기는 압축 공기중에서 연소시켜 연소 가스를 생성한다. 상기 터빈은 고온 고압의 연소 가스에 의해 구동한다. 상기 열교환기에는 피냉각 유체로서, 상기 터빈에 공급되는 냉각용 유체가 공급된다.
상기한 구성에 의하면 피냉각 유체인 냉각용 연료를 열교환하여 저온 상태로 하는 것이 가능하다. 따라서 저온이 된 냉각용 유체가 터빈에 공급되므로, 터빈 내부를 효율적으로 냉각하는 것이 가능하다.
(10) 상기 (9)의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 배열 회수 보일러와, 증기 터빈과, 복수기를 더 구비해도 된다. 상기 배열 회수 보일러는 상기 터빈으로부터 배기된 연소 가스와 물을 열교환시켜 증기를 발생시킨다. 상기 증기 터빈은 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기로 구동한다. 상기 복수기는 상기 증기 터빈을 구동시킨 증기를 물로 되돌린다. 상기 전열관의 내부에는 관내 유체가 유통한다. 상기 전열관의 외부 또한 상기 동체의 내부에는 관외 유체가 유통한다. 상기 관내 유체는 상기 복수기로부터 도출된 유체이다. 상기 관외 유체는 상기 공기 압축기로부터 추기(抽氣)되는 추기 공기로서, 상기 관내 유체와 열교환되고, 강온되어 상기 터빈에 공급된다.
상기한 구성에 의하면 열교환기는 관내 유체와 관외 유체를 열교환하여 관외 유체인 추기 공기를 저온 상태로 하는 것이 가능하다. 따라서 저온이 된 추기 공기가 터빈에 공급되므로, 터빈 내부를 효율적으로 냉각하는 것이 가능하다.
(11) 상기 (9)의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 배열 회수 보일러와, 증기 터빈과, 복수기를 더 구비해도 된다. 상기 배열 회수 보일러는 상기 터빈으로부터 배기된 연소 가스와 물을 열교환시켜 증기를 발생시킨다. 상기 증기 터빈은 해당 배열 회수 보일러에서 발생한 증기로 구동한다. 상기 복수기는 해당 증기 터빈을 구동시킨 증기를 물로 되돌린다. 상기 전열관의 내부에는 관내 유체가 유통한다. 상기 전열관의 외부 또는 상기 동체의 내부에는 관외 유체가 유통한다. 상기 관외 유체는 상기 복수기로부터 도출된 유체이다. 상기 관내 유체는 상기 공기 압축기로부터 추기된 추기 공기로서, 상기 관외 유체와 열교환되고, 강온되어 상기 터빈에 공급된다.
상기한 구성에 의하면 열교환기는 관내 유체와 관외 유체를 열교환하여 관내 유체인 추기 공기를 저온 상태로 하는 것이 가능하다. 따라서 저온이 된 추기 공기가 터빈에 공급되므로, 터빈 내부를 효율적으로 냉각하는 것이 가능하다.
상기한 열교환기 및 이것을 구비한 가스 터빈 플랜트에 의하면 효율적으로 열교환을 행하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열교환기의 구성을 나타내는 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열교환기에 따른 덕트 부분의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판 부분의 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판에 인접하는 지지판 부분의 단면도이다.
도 5a는 도 1의 B-B 단면도이다.
도 5b는 도 5a에 나타낸 위치에 따른 전열관 주위의 종단면도이다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판 부분의 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판에 인접하는 지지판 부분의 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판 부분의 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판에 인접하는 지지판 부분의 단면도이다.
도 8a는 본 발명의 제3 실시 형태의 변형예에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판 부분의 단면도이다.
도 8b는 본 발명의 제3 실시 형태의 변형예에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판에 인접하는 지지판 부분의 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 제4 실시 형태의 변형예에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판 부분의 단면도이다.
도 9b는 본 발명의 제4 실시 형태의 변형예에 관한 열교환기를 구성하는 하나의 지지판에 인접하는 지지판 부분의 단면도이다.
도 10a는 도 9a의 B부분 확대도이다.
도 10b는 도 9b의 C부분 확대도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 열교환기의 구성을 나타내는 전체 구성도이다.
도 12는 도 11의 D-D 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 열교환기의 구성을 나타내는 전체 구성도이다.
도 14는 도 13의 E-E 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시 형태의 변형예에 관한 열교환기 동체의 단부 구성을 나타내는 도이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 가스 터빈의 계통도이다.
도 17은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 가스 터빈의 계통도이다.
(제1 실시 형태)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열교환기에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이 열교환기(1)은 동체(10)과, 여러 개의 전열관(20)과, 지지판(30)을 구비하고 있다. 여러 개의 전열관(20)은 동체(10)의 내부에 배설(配設)되어 있다. 지지판(30)은 여러 개의 전열관(20)을 지지한다. 관내 유체(R1)은 전열관(20)의 내부를 유통한다. 관외 유체(R2)는 전열관(20)의 외부를 유통한다. 열교환기(1)에서는 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2) 간의 열교환에 의해 관외 유체(R2)의 온도를 상승시킨다.
동체(10)은 중공상의 용기이다. 동체(10)은 통상의 몸통(11)과, 몸통(11)의 양단을 덮는 한 쌍의 몸통 덮개(12A), (12B)를 갖고 있다. 이 몸통(11)과 몸통 덮개(12A) 간에는 관판(17)이 설치되어 있다. 이 관판(17)에는 후술하는 전열관(20)이 고정되어 있다.
동체(10)의 몸통 덮개(12A)의 상부에는 제1 입구 노즐(A1)이 설치되어 있다. 제1 입구 노즐(A1)은 관내 유체(R1)을 동체(10)의 내부에 공급한다. 또한 동체(10)의 몸통 덮개(12A)의 하부에는 제1 출구 노즐(Z1)이 설치되어 있다. 제1 출구 노즐(Z1)은 관내 유체(R1)을 동체(10)의 외부로 배출한다.
제1 입구 노즐(A1)로부터 공급된 관내 유체(R1)은 방(13A) 안을 통과한다. 제1 출구 노즐(Z1)으로부터 배출되는 관내 유체(R1)은 방(13B) 안을 통과한다. 몸통 덮개(12A)에 있어서 방(13A)와 방(13B)는 제1 격벽(14)에 의해 구획되어 있다.
동체(10)의 몸통(11)의 하부에는 제2 입구 노즐(A2)가 설치되어 있다. 제2 입구 노즐(A2)는 관외 유체(R2)를 동체(10)의 내부에 공급한다. 또한 동체(10)의 몸통(11)의 상부에는 제2 출구 노즐(Z2)가 설치되어 있다. 제2 출구 노즐(Z2)는 관외 유체(R2)을 동체(10)의 외부로 배출한다.
제2 입구 노즐(A2)로부터 공급된 관외 유체(R2)는 방(16A) 안을 통과한다. 제2 출구 노즐(Z2)로부터 배출되는 관외 유체(R2)는 방(16B) 안을 통과한다. 몸통(11)에 있어서 방(16A)와 방(16B)는 제2 격벽(15)에 의해 구획되어 있다.
전열관(20)에 있어서 동체(10)의 몸통 덮개(12A) 측에 배치된 부분은 관판(17)에 고정되어 있다. 전열관(20)에 있어서 몸통 덮개(12B) 측에 배치된 부분은 만곡 형성되어 있다. 다시 말하자면 전열관(20)은 관판(17)에 고정된 전열관(20)의 입구부(20P)로부터 동체(10)의 몸통 덮개(12B)를 향하여 직선상으로 연장되어 있다. 이어서 전열관(20)은 몸통 덮개(12B) 측에 있어서 U자상으로 만곡하고 있다. 이어서 전열관(20)은 재차 몸통 덮개(12A)를 향하여 직선상으로 연장되어 있다. 이어서 전열관(20)은 출구부(20Q)가 관판(17)에 고정되어 있다. 이것에 의해 전열관의 도 1에 나타낸 지면(紙面) 상측의 왕로가 되고, 지면 하측의 귀로로 되어 있다. 이 전열관(20)의 내부를 관내 유체(R1)이 유통한다.
도 2에 나타낸 바와 같이 여러 개의 전열관(20)은 단면으로 보아 지그재그상으로 배치되어 있다.
또한 여러 개의 전열관(20) 다발의 외주부에는 덕트(21A), (21B)가 설치되어 있다. 덕트(21A), (21B)는 전열관(20)의 길이 방향을 따라서 연장되어 있다. 덕트(21A), (21B)는 동체(10)의 외주면 간에 간격을 둠과 동시에, 서로 상하 방향으로 떨어져 배치되어 있다.
덕트(21A)는 전열관(20) 안에 공급된 관내 유체(R1)이 관판(17)로부터 멀어지는 방향을 향하여 연장되어 있다. 덕트(21B)는 전열관(20) 안을 유통하는 관내 유체(R1)이 관판(17)에 가까워지는 방향을 향해 연장되어 있다. 이 덕트(21A), (21B)의 내부 또한 여러 개의 전열관(20)의 외측을, 관외 유체(R2)가 유통한다.
도 3에 나타낸 바와 같이 이 덕트(21A), (21B)의 내부에는 각각 상부에서 하방을 향하여 연장되는 상판(22)가 설치되어 있다. 이 덕트(21A), (21B)의 내부에는 하부에서 상방을 향하여 연장되는 하판(23)이 설치되어 있다. 상판(22) 및 하판(23)의 단부에 따른 전열관(20)이 배치되어 있지 않은 부분에는 볼록부(22A), (23A)가 설치되어 있다. 다시 말해 최상부의 여러 개의 전열관(20) 간에 오목부(22A)가 배치되어 있다. 최하부의 여러 개의 전열관(20) 간에 오목부(23A)가 배치되어 있다.
이들 상판(22) 및 하판(23)에 의해, 덕트(21A), (21B) 안을 유통하는 관외 유체(R2)가 여러 개의 전열관(20)의 다발로부터 떨어진 상방 및 하방을 유통하는 것이 방지되고, 전열관(20)의 근접한 부분을 유통하는 것이 가능하게 되어 있다. 이것에 의해 효율적인 열교환을 가능하게 하고 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 지지판(30)은 동체(10)의 내면에 대응한 형태이다. 지지판(30)은 전열관(20)의 길이 방향을 향하여 간격을 두고 여러 개 배치되어 있다. 이 지지판(30)에는 여러 개의 전열관(20)이 삽통되는 여러 개의 관삽통공(40)이 형성되어 있다.
도 4a는 여러 개의 지지판(30) 중 하나의 지지판(30)(이하, 제1 지지판(41)이라고 칭함)의 단편 확대도이다. 도 4b는 제1 지지판(41)의 관외 유체(R2)의 하류 측에 인접하여 배치된 제2 지지판(42)의 단면 확대도이다.
도 4a에 나타낸 바와 같이 제1 지지판(41)에는 대략 원형상의 개구인 원공(円孔)(40A)가 상하 방향으로 간격을 두고 여러 개 뚫려서 설치되어 있다. 원공(40A)의 내부는 관삽통공(40)으로 되어 있다. 이 원공(40A)가 여러 개 배치된 열(이하, 원공열(L1)이라고 칭함)의 이웃한 열은 관삽통공(40)으로서 개구가 대략 가로로 긴 타원형상의 타원공(40B)가 상하 방향으로 간격을 둠과 동시에, 원공열(L1)에 대한 상하 방향으로 위치를 바꾸어 여러 개 뚫려서 설치되어 구성되어 있다(이하, 타원공열(L2)라고 칭함). 이와 같이 원공열(L1)과 타원공열(L2)가 수평방향으로 번갈아 배치되어 있다.
제2 지지판(42)에도 제1 지지판(41)과 동일하게 원공열(L1)과 타원공열(L2)가 번갈아 배치되어 있다. 단, 제2 지지판(42)는 제1 지지판(41)에 대하여 수평 방향으로 일열L 위치를 바꾸어 배치되어 있다.
도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이 제1 지지판(41)과 제2 지지판(42) 간에서 여러 개의 전열관(20) 중 하나의 전열관(20A)에 대한 관삽통공(40)의 형상이 서로 상이하도록 구성되어 있다.
본 실시 형태에서는 제1 지지판(41)에서 원공열(L1)을 구성하는 원공(40A)에 삽통된 전열관(20)은, 제2 지지판(42)에서는 타원공열(L2)를 구성하는 타원공(40B)에 삽통되어 있다.
한편 제1 지지판(41)에서 타원공열(L2)을 구성하는 타원공(40B)에 삽통된 전열관(20)은, 제2 지지판(42)에서는 원공열(L1)을 구성하는 원공(40A)에 삽통되도록 구성되어 있다.
도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이 원공(40A)에 있어서는 삽통되는 전열관(20) 간에 환상 공간(43A)가 형성된다. 환상 공간(43A)는 원주 방향에 걸쳐 대략 동일한 폭으로 형성되어 있다.
한편, 타원공(40B)에 있어서는 삽통되는 전열관(20)의 외주면과 타원공(40B)의 내주면이 상하 부분에 있어서 맞닿아 있다. 이것에 의해 전열관(20)의 측방에는 각각 공간(43B), (43B)가 형성된다. 또한 전열관(20)의 외주면이 타원공(40B)의 내주면에 맞닿아 있으로써, 전열관(20)은 지지판(40)에 의해 지지되어 있다.
도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 이와 같이 구성된 제1 지지판(41)과 제2 지지판(42)가 전열관(20)의 길이 방향을 향하여 번갈아 배치되어 있다.
이어서 상기한 바와 같이 구성된 열교환기(1)의 동작에 대하여 설명한다.
관내 유체(R1)은 제1 입구 노즐(A1)으로부터 유입하여 방(13A)를 통과하여, 여러 개의 전열관(20)의 내부를 유통한다. 한편, 관외 유체(R2)는 제2 입구 노즐(A2)로부터 유입하여 방(16A)를 통과하여, 덕트(21B), (21A)의 내부 또한 각각의 전열관(20)의 외부를 유통한다.
관내 유체(R1)이 유통하는 방향과 관외 유체(R2)가 유통하는 방향은 반대 방향으로 되어 있다. 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2)는 전열관(20)의 관벽을 통하여 열교환 가능하게 되어 있다.
여기서 관외 유체(R2)가 전열관(20)의 외주면과 지지판(30)에 형성된 관삽통공(40) 간을 통과할 시에는, 전열관(20)의 길이 방향을 향하여 형성된 층류가 환상 공간(43A), 공간(43B)의 형상에 대응하여 파괴된 흐름이 형성되어 있다.
즉, 제1 지지판(41)에 있어서 관외 유체(R2)가 하나의 전열관(20A)의 외주면과 원공(40A) 간을 통과할 시에는, 하나의 전열관(20A)의 길이 방향을 향하여 형성된 층류가 환상 공간(43A)의 형상에 대응하여 파괴된 흐름이 형성된다.
이어서 제2 지지판(42)에 있어서 관외 유체(R2)가 하나의 전열관(20A)의 외주면과 타원공(40B) 간을 통과할 시에는, 공간(43B)의 형상에 대응하여 상기의 흐름이 재차 파괴되고, 새로운 흐름이 형성된다.
이와 같이 관외 유체(R2)는 지지판(30)에 형성된 관삽통공(40)과 전열관(20)의 외주면 간을 통과할 때마다, 환상 공간(43A), 공간(43b)의 형상에 대응하여 층류가 파괴됨으로써 교반류(攪拌流)가 생기고 온도 편차가 제어되므로, 효율적으로 열교환이 가능해진다.
이와 같은 열교환에 의해 관외 유체(R2)는 온도가 상승하고, 관내 유체(R1)은 온도가 저하하여, 각각 제2 출구 노즐(Z2), 제1 출구 노즐(Z1)로부터 배출된다.
이와 같이 구성된 열교환기(1)에서는 하나의 전열관(20A)에 대한 지지판(30)에 형성된 관삽통공(40)의 형상이 인접하는 지지판(30) 간에서 서로 상이하다. 이것에 의해 지지판(30)의 관삽통공(40)과 전열관(20) 간에 형성되는 환상 공간(43A), 공간(43B)의 형상이 인접하는 지지판(30) 간에서 서로 상이하다. 따라서 관외 유체(R2)가 환상 공간(43A), 공간(43B)를 통과할 시에는 환상 공간(43A), 공간(43B)의 형상에 따라서 층류가 파괴됨으로써, 교반류가 생기고 온도 편차가 억제됨으로 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2) 간에서 전열관(20)의 길이 방향에 걸쳐 효율적으로 열교환이 행해진다.
또한 열교환에 의해 관외 유체(R2)가 고온이 되어도 관외 유체(R2)는 덕트(21A), (21B) 안을 유통하므로, 덕트(21A), (21B) 외부와 동체(10)의 내주면 간에 존재하는 유체의 온도 상승을 억제하는 것이 가능하다. 따라서 동체(10) 자체의 온도가 상승하지 않으므로, 열교환기(1)로서의 건전한 상태를 유지하는 것이 가능하다.
또한 예를 들어, 전열관(20)으로부터 관내 유체(R1)이 누출한 경우에는 관외 유체(R2)의 유속을 억제하여 관내 유체(R1)을 동체(10)의 하부에 적하(滴下)시킨다. 이것에 의해 누출한 관내 유체(R1)이 제2 출구 노즐(Z2) 측에 설치된 기기 등에 부착하는 것을 방지하는 것이 가능하다.
또한 관외 유체(R2)는 덕트(21A), (21B) 안을 유통하므로, 전열관(20)의 길이 방향을 따라 흐름이 주류가 됨과 동시에, 전열관(20)과의 접촉 면적을 크게 확보하는 것이 가능하다. 따라서 관외 유체(R2)는 관내 유체(R1) 간에 효율적으로 열교환을 하는 것이 가능하다.
(제2 실시 형태)
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 열교환기(201)에 대하여, 도 6a 및 도 6b를 사용하여 설명한다.
이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 동일한 부재에는 동일 부호를 붙이고 이 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 관한 열교환기(201)은 상술한 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)이 구비하는 지지판(30)의 구성을 변경하는 것으로서, 그 이외의 구성은 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)과 동일하다.
본 실시 형태에 관한 지지판(230)을 구성하는 제1 지지판(241)에는 관삽통공(250)으로서 제1 공(251)이 상하 방향으로 간격을 두고 여러 개 뚫려서 설치되어 있다. 제1 공(251)이 배열 설치된 하나의 열의 수평 방향 이웃 열은, 하나의 열에 대하여 상하 방향에 위치를 바꾸어 제1 공(251)이 상하 방향으로 떨어져서 여러 개 뚫려서 설치되어 구성되어 있다. 다시 말해 제1 지지판(241)에는 제1 공(251)이 지그재그상으로 뚫려서 설치되어 있다.
제1 공(251)은 중심이 대략 원형상의 원공부(251A)와, 원공부(251A)의 상단으로부터 상방을 향하여 돌출하도록 형성된 상공부(251B)와, 원공부(251A)의 하부로부터 비스듬히 하방을 향하여 돌출하도록 형성된 한 쌍의 하공부(251C)로 형성되어 있다.
한편 제2 지지판(242)에는 제1 지지판(241)의 제1 공(251)의 상하를 반전시킨 제2 공(252)가 여러 개 뚫려서 설치되어 있다. 제2 공(252)가 배열 설치된 하나의 열의 수평 방향 이웃 열은, 하나의 열에 대하여 상하 방향에 위치를 바꾸어 제2 공(252)가 상하 방향으로 떨어져서 여러 개 뚫려서 설치되어 구성되어 있다. 다시 말해 제2 지지판(242)에는 제2 공(252)가 지그재그상으로 뚫려서 설치되어 있다.
제2 공(252)는 중심이 대략 원형상의 원공부(252A)와, 원공부(252A)의 하단으로부터 하방을 향하여 돌출하도록 형성된 하공부(252B)와, 원공부(252A)의 상부로부터 상방을 향하여 돌출하도록 형성된 한 쌍의 상공부(252C)로 형성되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 제1 지지판(241)과 제2 지지판(242)가 전열관(20)의 길이 방향을 향하여 번갈아 배치되어 있다.
이와 같이 하여 제1 지지판(241)과 제2 지지판(242) 간에, 하나의 전열관(20A)에 대한 관삽통공(250)의 형상이 서로 상이하도록 구성되어 있다.
여기서 제1 지지판(241)에 있어서는, 제1 공(251)의 내주면과 전열관(20)의 외주면이 하부에 있어서 맞닿아 있다. 제1 지지판(241)에 따른 전열관(20)의 하부 이외의 외주면을 따라 제1 공간(261)이 형성된다. 공간(261)은 전열관(20)을 따라 형성된 외연부(261A)와, 외연부(261A)의 상부에 형성된 상공부(251B)에 대응하는 공간부(261B)와, 외연부(261A)의 하부에 형성된 하공부(251C)에 대응하는 공간부(261C)에 의해 형성되어 있다.
한편 제2 지지판(242)에 있어서는, 제2 공(252)의 내주면과 전열관(20)의 외주면이 하부에 있어서 맞닿아 있다. 제2 지지판(242)에 따른 전열관(20)의 외주면을 따라 제2 공간(262)가 형성된다. 제2 공간(262)는 전열관(20)을 따라 형성된 외연부(262A)와, 환상부(262A)의 하부에 형성된 하공부(252B)에 대응하는 공간부(262B)와, 환상부(262A)의 상부에 형성된 상공부(252C)에 대응하는 공간부(262C)에 의해 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 열교환기(201)에서는 하나의 전열관(20A)에 대한 지지판(230)에 형성된 관삽통공(250)은 제1 지지판(241)에서는 제1 공(251)임과 동시에 제2 지지판(242)에서는 제2 공(252)이다. 이것에 의해 인접하는 지지판(230) 간에서 관삽통공(250)의 형상이 서로 상이하므로, 지지판(230)의 관삽통공(250)과 전열관(20(간에 형성되는 제1 공간(261), 제2 공간(262)의 형상이 인접하는 지지판(230) 간에 서로 상이하다. 따라서 관외 유체(R2)가 제1 공간(261) 제2 공간(262)를 통과할 시에는 제1 공간(261), 제2 공간(262)의 형상에 따라 층류가 파괴됨으로써, 교반류가 생기고 온도 편차가 억제되므로, 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2) 간에서 전열관(20)의 길이 방향에 걸쳐 효율적으로 열교환이 행해진다.
(제3 실시 형태)
이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 열교환기(301)에 대하여, 도 7a 및 도 7b를 사용하여 설명한다.
이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 동일한 부재에는 동일 부호를 붙이고 이 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 관한 열교환기(301)은 상술한 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)이 구비하는 전열판(20) 및 지지판(30)의 구성을 변경하는 것으로서, 그 이외의 구성은 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)과 동일하다.
전열관(320)의 외주면에는 반경 방향 외측을 향하여 돌출함과 동시에 길이 방향을 향하여 늘어나는 핀(320A)가 설치되어 있다. 핀(320A)는 단면으로 보아 전열관(320)의 수평 방향 양측에 한 쌍 설치되어 있다.
본 실시 형태에 관한 지지판(330)을 구성하는 제1 지지판(341)에는 관삽통공(350)으로서 제1 공(351)이 상하 방향으로 간격을 두고 여러 개 뚫려서 설치되어 있다. 제1 공(351)이 배열 설치된 하나의 열의 수평 방향 이웃 열은, 하나의 열에 대하여 상하 방향에 위치를 바꾸어 제1 공(351)이 상하 방향으로 떨어져서 여러 개 뚫려서 설치되어 구성되어 있다. 다시 말해 제1 지지판(341)에는 제1 공(351)이 지그재그상으로 뚫려서 설치되어 있다.
제1 공(351)은 대략 마름모형으로 형성되어 한 쌍의 대각선 중 긴 쪽의 대각선이 수평 방향을 향하도록 배치되어 있다.
한편 제2 지지판(342)에는 제1 지지판(341)의 제1 공(351)을 90도 회전 시킨 제2 공(352)가 형성되어 있다. 제2 공(352)가 배열 설치된 하나의 열의 수평 방향 이웃 열은, 하나의 열에 대하여 상하 방향에 위치를 바꾸어 제2 공(352)가 상하 방향으로 떨어져서 여러 개 뚫려서 설치되어 구성되어 있다. 다시 말해 제2 지지판(342)에는 제2 공(352)가 지그재그상으로 뚫려서 설치되어 있다.
제2 공(352)는 대략 마름모형으로 형성되어 한 쌍의 대각선 중 긴 쪽의 대각선이 상하 방향을 향하도록 배치되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 제1 지지판(341)과 제2 지지판(342)가 전열관(320)의 길이 방향을 향하여 번갈아 배치되어 있다.
이와 같이 하여 제1 지지판(341)과 제2 지지판(342) 간에, 하나의 전열관(320)에 대한 관삽통공(350)의 형상이 서로 상이하도록 구성되어 있다.
여기서 제1 지지판(341)에 있어서는, 제1 공(351)과 전열관(320)의 외주면 간에 제1 공간(361)이 형성되어 있다. 한편 제2 지지판(342)에 있어서는, 제2 공(352)와 전열관(320)의 외주면 간에 제2 공간(362)가 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 열교환기(301)에서는 하나의 전열관(320)에 대한 지지판(330)에 형성된 관삽통공(350)은 제1 지지판(341)에서는 제1 공(351)임과 동시에 제2 지지판(342)에서는 제2 공(352)이다. 이것에 의해 인접하는 지지판(330) 간에, 관삽통공(350)의 형상이 서로 상이하므로, 지지판(330)의 관삽통공(350)과 전열관(320) 간에 형성되는 제1 공간(361), 제2 공간(362)의 형상이 인접하는 지지판(330) 간에 서로 상이하다. 따라서 관외 유체(R2)가 제1 공간(361), 제2 공간(362)를 통과할 시에는 제1 공간(361), 제2 공간(362)의 형상에 따라 층류가 파괴됨으로써, 교반류가 생기고 온도 편차가 억제되므로, 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2) 간에서 전열관(320)의 길이 방향에 걸쳐 효율적으로 열교환이 행해진다.
또한 전열관(320)에는 핀이 설치되어 있음으로써 열교환 시의 전열 면적이 증대하므로 열교환이 효율적으로 행해진다.
(제3 실시 형태의 변형예)
도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이 제3 실시 형태의 변형예인 지지판(330)에는, 전열관(320)의 핀(320A)의 단면 형상에 대응한 제1 공(371) 및 제2 공(372)가 뚫려서 설치되어 있다.
제1 지지판(341)에 형성된 제1 공(371)은 한 쌍의 대각선 중 긴 쪽의 대각선이 수평 방향을 향하도록 배치된 대략 마름모형의 마름모형 공부(371A)와, 마름모형 공부(371A)의 수평 방향 양단에 설치된 한 쌍의 횡공부(橫孔部)(371B)로 형성되어 있다.
한편 제2 지지판(342)에 형성된 제2 공(372)는 제1 공(371)을 90도 회전시킨 형상이다. 다시 말해 한 쌍의 대각선 중 긴 쪽의 대각선이 상하 방향을 향하도록 배치된 대략 마름모형의 마름모형 공부(372A)와, 마름모형 공부(372A)의 상하 방향 양단에 설치된 상하 공부(372B)로 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 열교환기(301)에서는 하나의 전열관(320)에 대한 지지판(330)에 형성된 관삽통공(350)은 제1 지지판(341)에서는 제1 공(371)임과 동시에 제2 지지판(342)에서는 제2 공(372)이다. 이것에 의해 인접하는 지지판(330) 간에서, 지지판(330)의 관삽통공(350)과 전열관(320) 간에 형성되는 공간 부분의 형상이 인접하는 제1 지지판(341), 제2 지지판(342) 간에 서로 상이하다. 따라서 관외 유체(R2)가 관삽통공(350)과 전열관(320) 간에 형성되는 공간 부분을 통과할 시에는 공간 부분의 형상을 따라서 층류가 파괴된다. 따라서 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2) 간에서 전열관(320)의 길이 방향에 걸쳐 효율적으로 열교환이 행해진다.
(제4 실시 형태)
이하, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 열교환기(401)에 대하여, 도 9a 및 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 사용하여 설명한다.
이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 동일한 부재에는 동일 부호를 붙이고 이 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 관한 열교환기(401)은 상술한 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)이 구비하는 지지판(30)의 구성을 변경하는 것으로서, 그 이외의 구성은 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)과 동일하다.
도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같이 제1 지지판(441)에는 대략 종장형상의 개구인 종공(縱孔)(440A)가 뚫려서 설치되어 있다. 종공(440A)의 내부는 관삽통공(440)으로 되어 있다. 이 종공(440A)가 여러 개 배치된 열(이하, 종공열(L11)이라고 칭함)의 이웃한 열은 관삽통공(440)으로서 개구가 대략 원형상의 원공(440B)가 상하 방향으로 간격을 두고 여러 개 배설되어 구성되어 있다(이하, 원공열(L12)라고 칭함). 이와 같이 종공열(L11)과 원공열(L12)가 수평 방향으로 엇갈려서 배치되어 있다.
한편 제2 지지판(442)에는 제1 지지판(441)과 동일하게 종공열(L11)과 원공열(L12)가 번갈아 배치되어 있다. 또한 제2 지지판(442)는 제1 지지판(441)에 대하여 수평 방향으로 일열 위치를 바꾸어 배치되어 있다.
이와 같이 하여 제1 지지판(441)과 제2 지지판(442) 간에, 하나의 전열관(20)에 대한 관삽통공(440)의 형상이 서로 상이하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는 제1 지지판(441)로 종공열(L11)을 구성하는 종공(440A)에 삽통된 전열관(20)은, 제2 지지판(442)에서는 원공열(L12)를 구성하는 원공(440B)에 삽통되도록 구성되어 있다.
도 10a 및 도 10b에 나타낸 바와 같이 종공(440A)에 있어서는 삽통되는 전열관(20) 간에 제1 공간부(461)이 형성된다. 제1 공간부(461)은 종장형상의 구멍과 전열관(20)의 수평 방향 단부 간에 형성되는 공간부(461A)와, 인접하는 전열관(20) 사이에 서로 형성되는 공간부(461B)에 의해 형성되어 있다.
한편 원공(440B)에 있어서는 원공(440B)의 내주면의 하부와 전열관(52)의 외주면의 하부가 맞닿아 있다. 전열관(52)의 하부 이외의 외주면을 따라 제2 공간부(462)가 형성된다.
이와 같이 구성된 열교환기(401)에서는 하나의 전열관(20)에 대한 지지판(430)에 형성된 관삽통공(430)의 형상이 인접하는 지지판(430) 간에서 서로 상이하다. 이것에 의해 지지판(430)의 관삽통공(440)과 전열관(20) 간에 형성되는 공간(제1 공간부(461), 제2 공간부(462))의 형상이 인접하는 지지판(430) 간에 서로 상이하다. 따라서 관외 유체(R2)가 제1 공간부(461), 제2 공간부(462)를 통과할 시에는 제1 공간부(461), 제2 공간부(462)의 형상에 따라 층류가 파괴된다. 따라서 교반류가 생기고 온도 편차가 억제됨으로 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2) 간에서 전열관(20)의 길이 방향에 걸쳐 효율적으로 열교환이 행해진다.
(제5 실시 형태)
이하, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 열교환기(501)에 대하여, 도 11 및 도 12를 사용하여 설명한다.
이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 동일한 부재에는 동일 부호를 붙이고 이 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 관한 열교환기(501)은 상술한 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)에 따른 제1 입구 노즐(A1), 제1 출구 노즐(Z1), 제2 입구 노즐(A2) 및 제2 출구 노즐(Z2)의 구성을 변경한 것이다. 또한 본 실시 형태에 관한 열교환기(501)에서는 동체(10)의 몸통(11)에 관판(17)이 설치되어 있지 않으며, 미스트를 제거하는 미스트 제거기(Demister)(517)이 설치되어 있는 점에서 제1의 실시 형태에 관한 열교환기(1)과 상이하다. 상기 이외의 구성은 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)과 동일하다.
동체(10)의 몸통(11)의 상부에는 관내 유체(R1)을 동체(10)의 내부에 공급하는 제1 입구 헤더 배관(입구 헤더 배관)(A3)이 설치되어 있다. 이 제1 입구 헤더 배관(A3)에는 여러 개의 전열관(20)의 단부에 대응한 삽통공이 형성된 고정판(도시 안함)이 설치되어 있다. 고정판에는 여러 개의 전열관(20)의 단부가 삽통됨과 동시에 고정되어 있다. 이 제1 입구 헤더 배관(A3)은 여러 개의 전열관(20)에 관내 유체(R1)을 공급한다.
또한 동체(10)의 몸통(11)의 하부에는 관내 유체(R1)을 동체(10)의 외부에 배출하는 제1 출구 헤더 배관(출구 헤더 배관)(Z3)이 설치되어 있다. 이 제1 출구 헤더 배관(Z3)에는 여러 개의 전열관(20)의 단부에 대응한 삽통공이 형성된 고정판(도시 안함)이 설치되어 있다. 고정판에는 여러 개의 전열관(20)의 단부가 삽통됨과 동시에 고정되어 있다. 이 제1 출구 헤더 배관(Z3)은 열교환된 관내 유체(R1)을 여러 개의 전열관(20)에서 배출한다.
동체(10)의 몸통(11)의 하부에는 관외 유체(R2)를 동체(10)의 내부에 공급하는 제2 입구 노즐(A4)가 설치되어 있다. 또한 동체(10)의 몸통 덮개(12A)의 상부에는 관외 유체(R2)를 동체(10)의 외부에 배출하는 제2 출구 노즐(Z4)가 설치되어 있다.
제2 입구 노즐(A4)로부터 공급된 관외 유체(R2)가 통과하는 방(516A)와, 제2 출구 노즐(Z4)로부터 배출되는 관외 유체(R2)가 통과하는 방(516B)는 제2 격벽(515)에 의해 나눠져 있다.
이와 같이 구성된 열교환기(501)의 동작에 대하여 설명한다.
관내 유체(R1)은 제1 입구 헤더 배관(A3)으로부터 유입하여, 여러 개의 전열관(20)의 내부를 유통한다. 한편, 관외 유체(R2)는 제2 입구 노즐(A4)로부터 유입하여 방(516A)를 통과하여, 덕트(21A), (21B)의 내부 또한 각각의 전열관(20)의 외부를 유통한다.
관내 유체(R1)이 유통하는 방향과 관외 유체(R2)가 유통하는 방향은 반대 방향으로 되어 있다. 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2)는 전열관(20)의 관벽을 통하여 열교환 가능하게 되어 있다. 이와 같은 열교환에 의해 관외 유체(R2)는 온도가 상승하고, 관내 유체(R1)은 온도가 저하하여, 각각 제2 출구 노즐(Z4), 제1 출구 헤더 배관(Z3)으로부터 배출된다.
이와 같이 구성된 열교환기(501)에서는 제1 실시 형태의 열교환(1)과 동일하게 관외 유체(R2)가 환상 공간(43A), (43B)를 통과할 시에는 환상 공간(43A), (43B)의 형상에 따라 층류가 파괴된다. 따라서 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2) 간에서 전열관(20)의 길이 방향에 걸쳐 효율적으로 열교환이 행해진다.
또한 예외적으로 전열관(20)으로부터 관내 유체(R1)이 누출된 경우에서도, 제2 출구 노즐(Z4)가 설치된 몸통 덮개(12A)와 몸통(11) 간에 설치된 미스트 제거기(517)이 누출된 관내 유체(R1)을 흡수하는 것이 가능하다. 따라서 관내 유체(R1)이 몸통 덮개(12A) 안에 유입하는 일은 없으므로, 몸통 덮개(12A)에 설치된 기기 등의 작동에 영향을 끼칠 가능성이 없다.
또한 제1 실시 형태에 있어서는 전열관(20)을 고정하기 위한 관판(17)의 두께는 동체(10) 내부의 온도, 압력, 동체(10) 내경 등의 조건에 따라 결정된다. 이들 조건에 의해 관판(17)의 두께를 크게 할 필요가 있는 경우에, 본 실시 형태의 열교환기(501)을 채용하면 본 실시 형태에서는 전열관(20)은 제1 입구 헤더 배관(A3) 및 제1 출구 헤더 배관(Z3)에 설치된 고정판에 고정되는 구성이며 관판(17)을 설치할 필요가 없으므로 비용을 억제할 수 있다.
(제6 실시 형태)
이하, 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 열교환기(601)에 대하여 도 13 및 도 14를 사용하여 설명한다.
이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 동일한 부재에는 동일 부호를 붙이고 이 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 관한 열교환기(601)은 상술한 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)에 따른 제1 입구 노즐(A1), 제1 출구 노즐(Z1), 제2 입구 노즐(A2) 및 제2 출구 노즐(Z2)의 구성을 변경한 것이다. 상기 이외의 구성은 제1 실시 형태에 관한 열교환기(1)과 동일하다.
동체(10)의 몸통(12A)의 하부에는 관내 유체(R1)을 동체(10)의 내부에 공급하는 제1 입구 노즐(A5)가 설치되어 있다. 또한 동체(10)의 몸통 덮개(12A)의 상부에는 관내 유체(R1)을 동체(10)의 외부에 배출하는 제1 출구 노즐(Z5)가 설치되어 있다.
몸통 덮개(12A)에 따른 제1 입구 노즐(A5)로부터 공급된 관내 유체(R1)이 통과하는 방(613B)와, 제1 출구 노즐(Z5)로부터 배출되는 관내 유체(R1)이 통과하는 방(613A)는 제1 칸막이벽(14)에 의해 나눠져 있다.
또한 동체(10)의 몸통(11)의 상부에는 관외 유체(R2)를 동체(10)의 내부에 공급하는 제2 입구 노즐(A6)이 설치되어 있다. 또한 동체(10)의 몸통 덮개(11)의 상하 방향 대략 중앙부에는 관외 유체(R2)를 동체(10)의 외부에 배출하는 한 쌍의 제2 출구 노즐(Z6)이 설치되어 있다. 제2 입구 노즐(A6)은 열 실드(Thermal Shield) 구조(도시 안함)을 개재하여 동체(10)의 몸통(11)에 설치되어 있다.
몸통(11)에 따른 제2 입구 노즐(A6)으로부터 공급된 관외 유체(R2)가 통과하는 방(616A)와, 제2 출구 (Z6)으로부터 배출되는 관외 유체(R2)가 통과하는 방(616B)는 제2 격벽(615)에 의해 나눠져 있다.
이와 같이 구성된 열교환기(601)의 동작에 대하여 설명한다.
관내 유체(R1)은 제1 입구 노즐(A5)로부터 유입하여 방(613B)를 통과하여, 여러 개의 전열관(20)의 내부를 유통한다. 한편, 관외 유체(R2)는 제2 입구 노즐(A6)으로부터 유입하여 방(616A)를 통과하여, 덕트(21A), (21B)의 내부 또한 각각의 전열관(20)의 외부를 유통한다.
관내 유체(R1)이 유통하는 방향과 관외 유체(R2)가 유통하는 방향은 반대 방향으로 되어 있다. 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2)는 전열관(20)의 관벽을 통하여 열교환 가능하게 되어 있다. 이 열교환에 의해 관외 유체(R2)는 온도가 저하하여 제2 입구 노즐(A6)보다도 하방에 설치된 제2 출구 노즐(Z6)으로부터 배출됨과 동시에, 관내 유체(R1)은 온도가 상승하여 제1 입구 노즐(A5)보다도 상방에 설치된 제1 출구 노즐(Z5)로부터 배출된다.
이와 같이 구성된 열교환기(601)에서는 제1 실시 형태의 열교환(1)과 동일하게 관외 유체(R2)가 환상 공간(43A), (43B)를 통과할 시에는 환상 공간(43A), (43B)의 형상에 따라 층류가 파괴된다. 따라서 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2) 간에서 전열관(20)의 길이 방향에 걸쳐 효율적으로 열교환이 행해진다.
(제6 실시 형태의 변형예)
제6 실시 형태의 변형예로서, 도 15에 나타낸 바와 같이 여러 개의 전열관(20)의 몸통 덮개(12A)에 헤더 배관(입구 헤더 배관)(A7)이 설치되고, 헤더 배관(A7)로부터 관내 유체(R1)을 여러 개의 전열관(20)의 내부에 공급하는 구성이어도 된다.
이 경우에는 제6 실시 형태와 같이 관내 유체(R1)이 통과하는 방(613A) 및 (613B)를 나누기 위한 제1 칸막이벽(14)를 설치할 필요가 있으므로, 비용을 억제하여 간단한 구성을 할 수 있다.
(제7 실시 형태)
이어서 본 발명의 제7 실시 형태로서, 상기한 바와 같이 구성된 열교환기(1)을 구비한 가스 터빈 플랜트(50)에 대하여 도 16을 사용하여 설명한다. 이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 동일한 부재에는 동일 부호를 붙이고 이 설명을 생략한다.
도 16에 나타낸 바와 같이 가스 터빈 플랜트(50)은 가스 터빈(60)과 배열 회수 장치(70)과 연료 공급 계통(80)을 구비하고 있다. 배열 회수 장치(70)은 가스 터빈(60)으로부터 배기된 연소 가스의 열을 회수한다. 연료 공급 계통(80)은 가스 터빈(60)에 연료F를 공급한다.
가스 터빈(60)은 공기 압축기(61)과, 연소기(62)와 가스 터빈(63)을 갖고 있다. 공기 압축기(61)은 외기를 압축하여 압축 공기를 생성한다. 연소기(62)는 연료F를 압축 공기중에서 연소시켜 연소 가스를 생성한다. 터빈(63)은 고온 고압의 연소 가스에 의해 구동한다. 이 터빈(63)에는 예를 들어, 터빈 로터(64)의 회전으로 발전하는 발전기(65)가 접속되어 있다.
배열 회수 장치(70)은 배기 라인(71)과, 굴뚝(69)와, 배열 회수 보일러(72)와, 증기 터빈(73)을 갖고 있다. 배기 라인(71)은 터빈(63)의 연소 가스의 배기구에 접속되어 있다. 굴뚝(69)는 배기 라인(71)의 단부에 설치되어 있다. 배열 회수 보일러(72)는 배기 라인(71)을 통과하는 배기 가스와 물을 열교환시켜 증기를 발생시킨다. 증기 터빈(73)은 배열 회수 보일러(72)로 발생한 증기로 구동한다.
이 증기 터빈(73)에는 예를 들어, 로터의 회전으로 발전하는 발전기(75)가 접속되어 있다.
또한 배열 회수 장치(70)은 복수기(76)과 급수 펌프(77)을 갖고 있다. 복수기(76)은 증기 터빈(73)을 구동시킨 증기를 물로 되돌린다. 급수 펌프(77)은 복수기(76) 중의 물을 배열 회수 보일러(72)로 되돌린다.
급수기(76)과 급수 펌프(77)은 복수 라인(78)에서 접속되어 있다. 또한 급수 펌프(77)과 배열 회수 보일러(72)는 급수 라인(79)에서 접속되어 있다.
연료 공급 계통(80)은 연료 라인(81)과, 열교환기(1)과, 예열 연료 라인(82)와, 가열수 라인(83)을 갖고 있다. 연료 라인(81)에는 연료 공급원으로부터의 연료F가 흐른다. 연교환기(1)은 연료 라인(81)에 접속되어 연료F를 예열한다. 예열 연료 라인(82)는 열교환기(1)에서 예열된 연료F를 연료기(62)로 도입한다. 가열수 라인(83)은 배열 회수 보일러(72)에서 가열된 물을 열교환기(1)로 도입한다.
열교환기(1)은 배열 회수 보일러(72)에서 가열된 물과 연료F를 열교환시켜, 연료F를 가열한다.
여기서 열교환기(1)의 제1 입구 노즐(A1)에는 가열수 라인(83)이 접속되어 있다. 이것에 의해 배열 회수 보일러(72)에서 가열된 물이 관내 유체(R1)로서 제1 입구 노즐(A1)로부터 열교환기(1)에 공급된다. 또한 열교환기(1)의 제2 입구 노즐(A2)에는 연료 라인(81)이 접속되어 있다. 이것에 의해 연료F가 관외 유체(R2)(피가열 유체)로서, 제2 입구 노즐(A2)로부터 열교환기(1)에 공급된다.
이와 같이 구성된 가스 터빈 플랜트(50)에서는 열교환기(1)에 있어서, 배열 회수 보일러(72)에서 가열된 물과 연료F를 열교환시켜, 연료F를 가열하고 승온시켜 연소기(62)에 도입하는 것이 가능하다. 따라서 연소기(62)는 가열된 연료F를 압축 공기중에서 연소시켜 연소 가스를 효율적으로 생성하는 것이 가능하므로, 가스 터빈 플랜트(50)으로서의 열효율을 높일 수 있다.
(제8 실시 형태)
이어서 제8 실시 형태에 관한 열교환기(601)을 구비한 가스 터빈 플랜트(150)에 대하여 도 17을 사용하여 설명한다. 이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 동일한 부재에는 동일 부호를 붙이고 이 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 관한 가스 터빈 플랜트(150)은 상술한 제7 실시 형태에 관한 가스 터빈(60)중의 고온부를 냉각하는 냉각 계통(86)의 일부로서 열교환기(601)을 구비한 것이며, 그것 이외의 구성은 제7 실시 형태에 관한 가스 터빈 플랜트(50)과 동일하다.
도 17에 나타낸 바와 같이 터빈(63)은 터빈 로터(64)를 덮는 케이싱(66)을 갖고 있다.
터빈 로터(64)는, 상세하게 도시하지는 않으나 회전 중심축을 중심으로 회전하는 로터 본체와, 이 로터 본체의 외주에 고정되어 있는 여러 개의 운동 날개를 갖고 있다. 로터 본체의 내부 및 운동 날개의 내부에는 운동 날개를 냉각하기 위한 냉각 공기가 통하는 냉각 공기 유로가 형성되어 있다.
냉각 계통(86)은 압축 공기 라인(87)과, 열교환기(601)과, 냉각 공기 라인(88)과, 냉각수 라인(89)를 갖고 있다. 압축 공기 라인(87)은 가스 터빈(60)의 공기 압축기(61)로부터 추기한 압축 공기(추기 공기)를 열교환기(601)에 도입한다. 열교환기(601)은 압축 공기 라인(87)에 접속되어 압축 공기를 냉각한다. 냉각 공기 라인(88)은 열교환기(601)에서 냉각된 압축 공기인 냉각 공기를 터빈 로터(64)에 도입한다. 냉각수 라인(89)는 배열 회수 장치(70)의 급수 라인(79) 중의 물을 열교환기(601)에 도입한다.
열교환기(601)은 공기 압축기(61)로부터 추기한 압축 공기와 배열 회수 장치(70)의 복수기(76)으로부터 배출된 물을 열교환시켜, 압축 공기를 냉각한다.
여기서 열교환기(601)의 제1 입구 노즐(A5)에는 냉각수 라인(89)가 접속되어 있다. 이것에 의해 복수기(76)으로부터 배출된 물이 관내 유체(R1)로서 제1 입구 노즐(A5)로부터 열교환기(601)에 공급된다. 또한 열교환기(601)의 제2 입구 노즐(A6)에는 압축 공기 라인(87)이 접속되어 있다. 이것에 의해 압축 공기(피냉각 유체, 냉각용 유체)가 관외 유체(R2)로서 제2 입구 노즐(A6)으로부터 열교환기(601)에 공급된다.
이와 같이 구성된 가스 터빈 플랜트(150)에서는 열교환기(601)에 있어서 복수기(76)으로부터 배출된 물과 공기 압축기(61)로부터 추기한 압축 공기를 열교환시켜, 압축 공기를 냉각시켜 강온시켜 냉각 공기 라인(88)을 개재하여 터빈 로터(64)에 도입하는 것이 가능하다. 이것에 의해 냉각된 냉각 공기는 운동 날개의 내부의 냉각 공기 유로에 도입되어 운동 날개를 냉각하는 것이 가능하다.
또한 상술한 실시의 형태에 있어서 나타낸 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지에서 이탈하지 않는 범위에 있어서 설계 요구 등에 의거하여 여러 가지로 변경 가능하다.
예를 들어, 제1 실시 형태 및 제5 실시 형태에 관한 열교환기에서는 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2)의 열교환에 의해 관내 유체(R1)의 온도가 저하함과 동시에 관외 유체(R2)의 온도가 상승하는 구성이었다. 한편 제6 실시 형태에 관한 열교환기에서는 관내 유체(R1)과 관외 유체(R2)의 열교환에 의해 관내 유체(R1)의 온도가 상승함과 동시에 관외 유체(R2)의 온도가 저하하는 구성이었다. 이들을 반대로 하여, 제1 실시 형태 및 제5 실시 형태에 관한 열교환기에서는 관내 유체(R1)의 온도가 상승함과 동시에 관외 유체(R2)의 온도가 저하하는 구성이어도 된다. 또한 제6 실시 형태에 관한 열교환기에서는 관내 유체(R1)의 온도가 저하함과 동시에 관외 유체(R2)의 온도가 상승하는 구성이어도 된다.
또한 열교환에 의해 관내 유체(R1)의 온도가 상승함과 동시에 관외 유체(R2)의 온도가 저하하는 구성인 경우에는, 제7 실시 형태에 있어서 열교환기(1)의 제1 입구 노즐(A1)이 연료 라인(81)에 접속되어, 제2 입구 노즐(A2)가 가열수 라인(83)에 접속되어 있어도 된다. 이것에 의해 배열 회수 보일러(72)에서 가열된 물이 관내 유체(R2)로서 제2 입구 노즐(A2)로부터 열교환기(1)에 공급된다. 또한 열교환기(1)의 제1 입구 노즐(A1)에 접속된 연료 라인(81)로부터 연료F가 관내 유체(R2)로서 열교환기(1)에 공급된다.
이와 같이 구성된 가스 터빈 플랜트에서는 열교환기(1)에 있어서, 배열 회수 보일러(72)에서 가열된 물과 연료F를 열교환시켜, 연료F를 가열하고 승온시켜 연소기(62)에 도입하는 것이 가능하다. 따라서 연소기(62)는 가열된 연료F를 압축 공기중에서 연소시켜 연소 가스를 효율적으로 생성하는 것이 가능하므로, 가스 터빈 플랜트(50)으로서의 열효율을 높일 수 있다.
또한 열교환에 의해 관내 유체(R1)의 온도가 저하함과 동시에 관외 유체(R2)의 온도가 상승하는 구성인 경우에는, 제8 실시 형태에 있어서 열교환기(601)의 제1 입구 노즐(A5)에는 압축 공기 라인(87)이 접속되고, 제2 입구 노즐(A6)에는 냉각수 라인(89)가 접속되어 있어도 된다. 이것에 의해 압축 공기 라인(87)로부터 추기된 압축 공기가 관내 유체(R1)로서 제1 입구 노즐(A5)로부터 열교환기(601)에 공급된다. 또한 냉각수 라인(89)로부터 물이 관외 유체(R2)로서 열교환기(601)에 공급된다.
이와 같이 구성된 가스 터빈 플랜트에서는 열교환기(601)에 있어서 복수기(76)으로부터 배출된 물과 공기 압축기(61)로부터 추기한 압축 공기를 열교환시켜, 압축 공기를 냉각시켜 냉각 공기 라인(88)을 개재하여 터빈 로터(64)에 도입하는 것이 가능하다.
이것에 의해 냉각된 냉각 공기는 운동 날개의 내부의 냉각 공기 유로에 도입되어 운동 날개를 냉각하는 것이 가능하다.
또한 제2 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 관한 열교환기를 구성하는 지지판 및 전열관의 구성은 제5 실시 형태 및 제6 실시 형태에 관한 열교환기에도 적용하는 것이 가능하다.
산업상 이용가능성
상기한 열교환기 및 이것을 구비한 가스 터빈 플랜트에 의하면 효율적으로 열교환을 행하는 것이 가능하다.
1 열교환기
10 동체
20 전열관
21A, 21B 덕트
30 지지판
40 관삽통공
50 가스 터빈 플랜트
61 공기 압축기
62 연소기
63 터빈
72 배열 회수 보일러
71 증기 터빈
76 복수기
A3 제1 입구 헤더 배관(입구 헤더 배관)
A7 헤더 배관(입구 헤더 배관)
Z3 제1 출구 헤더 배관(출구 헤더 배관)

Claims (12)

  1. 동체와,
    해당 동체의 내부에 배치되는 여러 개의 전열관과,
    해당 전열관의 길이 방향을 향하여 간격을 두고 여러 개 배치되어, 해당 여러 개의 전열관이 삽통되는 여러 개의 관삽통공(管揷通孔)이 형성된 지지판을 구비하고,
    상기 여러 개의 지지판 중, 상기 길이 방향으로 인접하는 두 개의 상기 지지판 사이에, 한 개의 상기 전열관에 대한 상기 관삽통공의 형상이 서로 상이하고,
    상기 여러 개의 전열관 다발의 외주 측에는, 각 전열관의 주위를 흐르는 관외 유체와 이들 여러 개의 전열관을 상기 동체의 내주면으로부터 격리하여 덮음과 동시에 상기 길이 방향으로 연장되어 상기 동체 내부에 배치되는 덕트가 설치되어 있는, 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 덕트는 상기 동체 내에 여러 개 설치되며, 서로 이격되어 배치되어 있는, 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 덕트의 내부에는, 상기 길이 방향과 직교하는 방향으로 간격을 두고 배치된 여러 개의 볼록부을 갖는 상판 및 하판이 설치되며,
    상기 여러 개의 전열관은, 상기 볼록부가 형성된 부분 및 해당 볼록부가 형성되지 않은 부분에 교대로 지그재그상으로 배치되어 있는, 열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전열관의 외주면에는 반경 방향 외측을 향하여 돌출함과 동시에 상기 길이 방향을 향하여 연재(延在)하는 핀이 설치되어 있는, 열교환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 동체에는 상기 여러 개의 상기 전열관 안에 관내 유체를 공급하는 입구 헤더 배관과, 열교환된 상기 관내 유체를 해당 전열관으로부터 배출하는 출구 헤더 배관 중 적어도 어느 한쪽이 설치되어 있는, 열교환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 동체에는 상기 입구 헤더 배관과 상기 출구 헤더 배관 양쪽이 설치되어 있는, 열교환기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 열교환기와,
    외기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 공기 압축기와,
    연료를 압축 공기중에서 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    고온 고압의 연소 가스에 의해 구동하는 터빈을 구비하고,
    상기 열교환기에는 피가열 유체로서 상기 연소기에 공급되는 연료가 공급되는, 가스 터빈 플랜트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 터빈으로부터 배기된 연소 가스와 물을 열교환시켜, 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 더 구비하고,
    상기 전열관의 내부에는 관내 유체가 유통하고,
    상기 전열관의 외부 또한 상기 동체의 내부에는 관외 유체가 유통하고,
    상기 관내 유체는 상기 배열 회수 보일러로부터 도출된 유체이며,
    상기 관외 유체는 상기 열교환기에 공급되는 상기 연료로서, 상기 관내 유체와 열교환되고, 승온되어 상기 연소기에 공급되는, 가스 터빈 플랜트.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 터빈으로부터 배기된 연소 가스와 물을 열교환시켜, 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 더 구비하고,
    상기 전열관의 내부에는 관내 유체가 유통하고,
    상기 전열관의 외부 또한 상기 동체의 내부에는 관외 유체가 유통하고,
    상기 관외 유체는 상기 배열 회수 보일러로부터 도출된 유체이며,
    상기 관내 유체는 상기 열교환기에 공급되는 상기 연료로서, 상기 관외 유체와 열교환되고 승온되어 상기 연소기에 공급되는, 가스 터빈 플랜트.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 열교환기와,
    외기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 공기 압축기와,
    연료를 압축 공기중에서 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    고온 고압의 연소 가스에 의해 구동하는 터빈을 구비하고,
    상기 열교환기에는 피냉각 유체로서, 상기 터빈에 공급되는 냉각용 유체가 공급되는, 가스 터빈 플랜트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 터빈으로부터 배기된 연소 가스와 물을 열교환시켜, 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와,
    해당 배열 회수 보일러에서 발생한 증기로 구동하는 증기 터빈과,
    해당 증기 터빈을 구동시킨 증기를 물로 되돌리는 복수기를 더 구비하고,
    상기 전열관의 내부에는 관내 유체가 유통하고,
    상기 전열관의 외부 또한 상기 동체의 내부에는 관외 유체가 유통하고,
    상기 관내 유체는 상기 복수기로부터 도출된 유체이고,
    상기 관외 유체는 상기 공기 압축기로부터 추기(抽氣)되는 공기로서, 상기 관내 유체와 열교환되고 강온되어 상기 터빈에 공급되는, 가스 터빈 플랜트.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 터빈으로부터 배기된 연소 가스와 물을 열교환시켜, 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와,
    해당 배열 회수 보일러에서 발생한 증기로 구동하는 증기 터빈과,
    해당 증기 터빈을 구동시킨 증기를 물로 되돌리는 복수기를 더 구비하고,
    상기 전열관의 내부에는 관내 유체가 유통하고,
    상기 전열관의 외부 또한 상기 동체의 내부에는 관외 유체가 유통하고,
    상기 관외 유체는 상기 복수기로부터 도출된 유체이고,
    상기 관내 유체는 상기 공기 압축기로부터 추기되는 공기로서, 상기 관외 유체와 열교환되고 강온되어 상기 터빈에 공급되는, 가스 터빈 플랜트.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013221151A1 (de) * 2013-10-17 2015-04-23 MAHLE Behr GmbH & Co. KG Wärmeübertrager
RU2570992C1 (ru) * 2014-12-12 2015-12-20 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") Горизонтальный парогенератор атомной электростанции и способ его сборки
RU2570964C1 (ru) * 2014-12-12 2015-12-20 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") Коллектор теплоносителя парогенератора с u-образными трубами горизонтального теплообменного пучка и способ его изготовления
JP6579468B2 (ja) 2016-02-08 2019-09-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Ｕチューブ熱交換器
JP6143985B1 (ja) * 2017-02-22 2017-06-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃料ガス加熱器及び燃料ガス加熱器の支持構造物並びに燃料ガス加熱器の洗浄方法
US11796255B2 (en) 2017-02-24 2023-10-24 Holtec International Air-cooled condenser with deflection limiter beams
EP3645953B1 (en) 2017-06-28 2024-01-10 Holtec International Heat exchanger for severe service conditions
CN109441385B (zh) * 2018-12-04 2024-03-26 湖北三峡职业技术学院 用于便携式钻探的激振装置
US11047266B2 (en) * 2019-10-30 2021-06-29 General Electric Company Heat exchanger with heat exchange tubes moveable between aligned and non-aligned positions
US20230083470A1 (en) * 2021-09-10 2023-03-16 Hamilton Sundstrand Corporation Cryogenic fuel cooled ecs precooler
US11952946B2 (en) * 2021-10-15 2024-04-09 Rtx Corporation Turbine engine with preheat of cryogenic fuel via intermediate fluid

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5544700A (en) 1994-08-22 1996-08-13 General Electric Company Method and apparatus for preferential cooling
JP2012145284A (ja) * 2011-01-13 2012-08-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 蒸気発生器
JP2012180774A (ja) * 2011-02-28 2012-09-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンプラントおよびこの制御方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1669291A (en) * 1926-03-08 1928-05-08 Foster Wheeler Corp Heat exchanger
US1768786A (en) * 1927-08-08 1930-07-01 Foster Wheeler Corp Heat exchanger
US1979859A (en) * 1932-08-29 1934-11-06 Brown Roger Stuart Tube for boilers, heat exchangers, and the like
CH493811A (de) * 1967-09-06 1970-07-15 Basf Ag Wärmetauschvorrichtung
US3841271A (en) * 1971-03-03 1974-10-15 Westinghouse Electric Corp Heat exchanger having a plurality of modular tube bundles
US3857442A (en) * 1971-04-12 1974-12-31 Westinghouse Electric Corp Heat exchanger having a head with an integral radiation shield
US4089369A (en) * 1976-04-06 1978-05-16 Lipets Adolf U Modular heat exchanger and method of its operation
JPS5486772U (ko) * 1977-12-02 1979-06-19
JPS6044773B2 (ja) 1977-12-22 1985-10-05 富士電機株式会社 回路遮断器の操作装置
JPS5680700A (en) * 1979-12-07 1981-07-02 Toshiba Corp Multitubular type heat exchanger
US4416223A (en) * 1980-05-21 1983-11-22 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Heat exchangers
US4778005A (en) * 1983-06-13 1988-10-18 Exxon Research And Engineering Company Baffle seal for sheel and tube heat exchangers
JPS6050376A (ja) 1983-08-29 1985-03-20 井関農機株式会社 穀物乾燥機の燃焼制御装置
JPS6050376U (ja) * 1983-09-13 1985-04-09 三菱重工業株式会社 伝熱管
JPS6073293A (ja) * 1983-09-30 1985-04-25 Toshiba Corp 熱交換器
JPS61115804A (ja) 1984-11-08 1986-06-03 株式会社池貝 屈曲棒材の包装方法及びその装置
JPS62166296A (ja) * 1986-01-20 1987-07-22 Hitachi Ltd 多管式熱交換器の伝熱管支持装置
JPS62252895A (ja) 1986-04-24 1987-11-04 Babcock Hitachi Kk フイン付伝熱管
JPH01300195A (ja) 1988-05-27 1989-12-04 Hitachi Ltd 伝熱管支持構造
US6089312A (en) * 1998-06-05 2000-07-18 Engineers And Fabricators Co. Vertical falling film shell and tube heat exchanger
US6889751B1 (en) * 2000-10-04 2005-05-10 Modine Manufacturing Company Latent heat storage device
JP2003240453A (ja) 2002-02-08 2003-08-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱交換器
DE10223788C1 (de) * 2002-05-29 2003-06-18 Lurgi Ag Wärmetauscher
CN2596308Y (zh) * 2003-01-17 2003-12-31 田雅杰 带有保护套的波节（或波纹）换热管
JP2007515615A (ja) * 2003-12-22 2007-06-14 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ 管束支持具
JP4745812B2 (ja) * 2005-12-15 2011-08-10 三菱重工業株式会社 複合発電システム及び複合発電システムの運転方法
JP5433461B2 (ja) 2010-03-03 2014-03-05 三菱重工業株式会社 熱交換器
US9376962B2 (en) * 2012-12-14 2016-06-28 General Electric Company Fuel gas heating with thermal energy storage

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5544700A (en) 1994-08-22 1996-08-13 General Electric Company Method and apparatus for preferential cooling
JP2012145284A (ja) * 2011-01-13 2012-08-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 蒸気発生器
JP2012180774A (ja) * 2011-02-28 2012-09-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンプラントおよびこの制御方法

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Publication number Publication date
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