JPH10288477A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縁材に熱応力が集中するのを緩和し得るよう
にする。 【解決手段】 波板状の冷ガス用プライマリーサーフェ
イス板１２と熱ガス用プライマリーサーフェイス板２０
を、縁部３４，３５間に縁材３６を介して積層すること
により、内部に冷ガス流路２４と熱ガス流路２５を交互
に形成したプライマリーサーフェイス熱交換器におい
て、縁材３６の外面側の部分に、縁材３６の長手方向へ
延びる溝３７を形成するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に関する
ものであり、より詳しくは、縁材に熱応力が集中するの
を緩和し得るようにした熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プレートフィン型熱交換器に比べて小型
化及び高性能化が可能で、ガスタービンなどの内燃機関
などと共に使用するのに適したプライマリーサーフェイ
ス熱交換器（一次表面熱交換器）と呼ばれる熱交換器が
開発されている。

【０００３】上記熱交換器は、図２〜図６に示すような
ものである。

【０００４】即ち、図４〜図６に示すように、山１と谷
２とが左右方向３に対して交互に現われると共に、上下
方向４に延びる山１と谷２とが左右に蛇行する波パター
ンを有する二種類の垂直な薄肉製の波板５，６を多数枚
設ける。

【０００５】そして、図４に示すように、一方の波板５
の上辺に、左右両側から空気７（冷ガス）を流入させる
ための傾斜した空気入口流路８をそれぞれ形成する三角
形状をした一対の空気入口用波板部９を取付けると共
に、波板５の下辺に、空気７を中央部に集めて取り出す
ための傾斜した空気出口流路１０をそれぞれ形成する三
角形状をした一対の空気出口用波板部１１を取付けて、
空気用プライマリーサーフェイス板１２を構成する。

【０００６】尚、１３は空気入口流路８の入口部分に取
付けられたエア入口ダクト、１４は空気出口流路１０の
出口部分に取付けられたエア出口ダクトである。

【０００７】又、図５に示すように、他方の波板６の上
辺に、ほぼ上方へガス１５（熱ガス）を逃がすためのガ
ス出口流路１６をそれぞれ形成する三角形状をした一対
のガス出口用波板部１７を取付けると共に、波板６の下
辺に、ほぼ下方からガス１５を受入れるためのガス入口
流路１８を形成する三角形状をした一対のガス入口用波
板部１９を取付けて、ガス用プライマリーサーフェイス
板２０を構成する。

【０００８】更に、空気用プライマリーサーフェイス板
１２とガス用プライマリーサーフェイス板２０とを、前
後方向２１に多段に積層すると共に、空気用プライマリ
ーサーフェイス板１２とガス用プライマリーサーフェイ
ス板２０との縁部間に縁材２２を介在し、空気用プライ
マリーサーフェイス板１２とガス用プライマリーサーフ
ェイス板２０と縁材２２との間を溶接固定する（溶接部
２３）ことにより、内部にそれぞれ空気流路２４とガス
流路２５を有する、図３に示すような熱交換器２６を構
成する。

【０００９】尚、縁材２２は、空気入口流路８とガス入
口流路１８の入口の部分、及び、空気出口流路１０とガ
ス出口流路１６の出口の部分を除くように設けるように
する。

【００１０】上記熱交換器２６を、図２に示すように、
ガスタービン２７などの内燃機関の排ガスダクト部２８
の途中に、ガス１５がガス流路２５を通るよう配置し、
ガスタービン２７のエアコンプレッサ部２９の空気出口
管３０を空気入口流路８に取付けられたエア入口ダクト
１３に接続すると共に、空気出口流路１０に取付けられ
たエア出口ダクト１４をガスタービン２７のタービン部
のエア入口管３１に接続する。

【００１１】尚、３２はガスタービン２７のエアコンプ
レッサ部２９における空気吸入口である。

【００１２】かかる構成によれば、ガスタービン２７を
駆動して、エアコンプレッサ部２９を回すと、空気７
（冷ガス）は、空気吸入口３２からエアコンプレッサ部
２９に吸入されてエアコンプレッサ部２９内部で圧縮さ
れ、圧縮された空気７は、その後、空気出口管３０から
エア入口ダクト１３を介して熱交換器２６へと送られ、
熱交換器２６内を、空気入口流路８、空気流路２４、空
気出口流路１０の順に通され、エア出口ダクト１４から
エア入口管３１を介してガスタービン２７のタービン部
へ送られて、タービン部で燃料の燃焼に使用される。

【００１３】そして、タービン部で燃料の燃焼により発
生された排ガスなどの高温のガス１５（熱ガス）は、排
ガスダクト部２８へと排出され、途中、熱交換器２６の
内部を、ガス入口流路１８、ガス流路２５、ガス出口流
路１６の順に、空気７の流れに対して対向流となるよう
に通され、空気７を加熱すると共に、自らは、空気７に
熱を奪われて低温化され、その後、排出される。

【００１４】上記熱交換器２６は、極く薄い波板状の空
気用プライマリーサーフェイス板１２やガス用プライマ
リーサーフェイス板２０のみを隔てて空気７とガス１５
を熱交換させるようにしているため、構造上、広い伝熱
面積を確保することが可能であり、プレートフィン型熱
交換器に比べて高い熱交換効率を得ることができる。

【００１５】しかも、構造が簡単なため、プレートフィ
ン型熱交換器に比べて小型化を図ることが可能となる。

【００１６】尚、上記は、一例としてガスタービン２７
に適用した場合について記載しているが、熱交換器２６
によって熱交換を行い得るのは、空気７と排ガス１５と
の間だけに限るものではない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記熱
交換器には、以下のような問題があった。

【００１８】即ち、上記熱交換器は、薄い波板状の空気
用プライマリーサーフェイス板１２とガス用プライマリ
ーサーフェイス板２０を、縁部間に縁材２２を介して積
層したものであるため、広い伝熱面積が確保されて高い
伝熱性能が得られる反面、全体が高温になって熱変形を
引き起こし易く、特に、熱変形によって縁材２２の部分
に熱応力が集中し易い。

【００１９】本発明は、上述の実情に鑑み、縁材に熱応
力が集中するのを緩和し得るようにした熱交換器を提供
することを目的とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、波板状の冷ガ
ス用プライマリーサーフェイス板１２と熱ガス用プライ
マリーサーフェイス板２０を、縁部３４，３５間に縁材
３６を介して積層することにより、内部に冷ガス流路２
４と熱ガス流路２５を交互に形成した熱交換器におい
て、縁材３６の外面側の部分に、縁材３６の長手方向へ
延びる溝３７を形成縁材３６の外面側の部分に、縁材３
６の長手方向へ延びる溝３７を形成したことを特徴とす
る熱交換器にかかるものである。

【００２１】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００２２】熱交換器は、波板状の冷ガス用プライマリ
ーサーフェイス板１２と熱ガス用プライマリーサーフェ
イス板２０を、縁部３４，３５間に縁材３６を介して積
層したものであるため、広い伝熱面積が確保されて高い
伝熱性能が得られる反面、全体が高温になって、熱変形
を引き起こし易く、特に、熱変形によって縁材３６の部
分に熱応力が集中し易いが、本発明では、縁材３６の外
面側の部分に、縁材３６の長手方向へ延びる溝３７を形
成して、縁材３６をコの字断面状としているので、全体
の熱変形に対して、縁材３６の腕部３９が変形すること
が可能となる。

【００２３】このように、縁材３６が変形されることに
より、縁材３６に熱応力が集中するのを緩和させること
ができる。

【００２４】又、縁材３６の外面側の部分に、縁材３６
の長手方向へ延びる溝３７を形成して、縁材３６をコの
字断面状とすることにより、全体の重量を軽減すること
が可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００２６】図１は、本発明の実施の形態の一例であ
り、熱交換器の基本的な構造については、図２〜図６と
同様であるため、同一の部分については同一の符号を付
すことにより説明を省略する。

【００２７】本発明では、空気用プライマリーサーフェ
イス板１２の縁部３４とガス用プライマリーサーフェイ
ス板２０の縁部３５との間に設けられる縁材３６の外面
側の部分に、縁材３６の長手方向へ延びる溝３７を形成
し、縁材３６をコの字断面状とする。

【００２８】尚、３８は空気用プライマリーサーフェイ
ス板１２の縁部３４やガス用プライマリーサーフェイス
板２０の縁部３５と、これに相接する二つの縁材３６の
腕部３９との溶接部である。

【００２９】次に、作動について説明する。

【００３０】熱交換器が熱交換を行う過程については図
２〜図６の場合と同様なので説明を省略する。

【００３１】熱交換器は、薄い波板状の空気用プライマ
リーサーフェイス板１２とガス用プライマリーサーフェ
イス板２０を、縁部３４，３５間に縁材３６を介して積
層したものであるため、広い伝熱面積が確保されて高い
伝熱性能が得られる反面、全体が高温になって、熱変形
を引き起こし易く、特に、熱変形によって縁材３６の部
分に熱応力が集中し易いが、本発明では、縁材３６の外
面側の部分に、縁材３６の長手方向へ延びる溝３７を形
成して、縁材３６をコの字断面状としているので、全体
の熱変形に対して、縁材３６の腕部３９が図１に仮想線
で示すように変形することが可能となる。

【００３２】このように、縁材３６が変形されることに
より、縁材３６に熱応力が集中するのを緩和させること
ができる。

【００３３】又、縁材３６の外面側の部分に、縁材３６
の長手方向へ延びる溝３７を形成して、縁材３６をコの
字断面状とすることにより、全体の重量を軽減すること
が可能となる。

【００３４】尚、本発明は、上述の実施の形態にのみ限
定されるものではなく、縁材３６に形成する溝３７は、
矩形状のものに限らず半円状のものなど任意の形状とし
得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱交換器
によれば、縁材に熱応力が集中するのを緩和することが
でき、且つ、全体の重量を軽減することができるという
優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例にかかる図６と同様
の部分拡大図である。

【図２】熱交換器をガスタービンに取付けた状態を示す
斜視図である。

【図３】熱交換器の全体概略斜視図である。

【図４】空気用プライマリーサーフェイス板の側面図で
ある。

【図５】ガス用プライマリーサーフェイス板の側面図で
ある。

【図６】図４・図５のＶＩ−ＶＩ矢視図である。

【符号の説明】

１２ 冷ガス用プライマリーサーフェイス板（空気用プ
ライマリーサーフェイス板） ２０ 熱ガス用プライマリーサーフェイス板（ガス用プ
ライマリーサーフェイス板） ２４ 冷ガス流路（空気流路） ２５ 熱ガス流路（ガス流路） ３４，３５ 縁部 ３６ 縁材 ３７ 溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波板状の冷ガス用プライマリーサーフェ
   イス板（１２）と熱ガス用プライマリーサーフェイス板
   （２０）を、縁部（３４）（３５）間に縁材（３６）を
   介して積層することにより、内部に冷ガス流路（２４）
   と熱ガス流路（２５）を交互に形成した熱交換器におい
   て、縁材（３６）の外面側の部分に、縁材（３６）の長
   手方向へ延びる溝（３７）を形成したことを特徴とする
   熱交換器。