JPH10206048A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 折り板素材をつづら折り状に折り曲げて円環
状の熱交換器を構成する際に、部品点数を減少させると
ともに折り板素材の接合部からの流体漏れを最小限に抑
える。 【解決手段】 第１伝熱板Ｓ１及び第２伝熱板Ｓ２を交
互に連設してなる１枚の折り板素材を折り線Ｌ₁ におい
てつづら折り状に折り曲げることにより、燃焼ガス通路
４及びエアー通路５を円周方向に３６０°に亘って交互
に形成する。折り板素材の両端部は折り線Ｌ₁ の近傍で
切断され、そのＪ字状の切断部が内外に重ね合わされて
接合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１伝熱板及び第
２伝熱板を交互に連設してなる折り板素材をつづら折り
状に折り曲げることにより、円環状の空間に高温流体通
路及び低温流体通路を円周方向に交互に形成してなる熱
交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる熱交換器は、本出願人の出願に係
る特願平８−２７５０５２号により既に提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来の熱
交換器は、折り板素材をつづら折りに折り曲げて９０°
の中心角を有するモジュールを製作し、このモジュール
を円周方向に４個接続して円環状の熱交換器を構成して
いる。しかしながら熱交換器を複数のモジュールの組み
合わせにより構成すると、部品点数が増加するのは勿論
のこと、モジュールどうしの接合部分が４ヵ所発生する
ため、接合部からの流体漏れの可能性がそれだけ高まる
問題がある。

【０００４】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、熱交換器の部品点数を減少させるとともに折り板素
材の接合部からの流体漏れを最小限に抑えることを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明では、１枚の折り板素材を第１折り線及び第２折り線
を介して３６０°に亘ってつづら折り状に折り曲げ、そ
の両端部を第１折り線或いは第２折り線を含む部分で重
ね合わせて接合する。折り板素材を１枚だけ使用するこ
とにより部品点数の削減が可能になり、また折り板素材
の両端部が折り線の部分で重ね合わされるために接合強
度が増加する。更に接合部の数が最小の１ヵ所になって
流体漏れの可能性が最小限に抑えられる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【０００７】図１〜図１２は本発明の一実施例を示すも
ので、図１はガスタービンエンジンの全体側面図、図２
は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線拡大断
面図（燃焼ガス通路の断面図）、図４は図２の４−４線
拡大断面図（エアー通路の断面図）、図５は図３の５−
５線拡大断面図、図６は図５の６部拡大図、図７は図３
の７−７線拡大断面図、図８は折り板素材の展開図、図
９は熱交換器の要部斜視図、図１０は燃焼ガス及びエア
ーの流れを示す模式図、図１１は突起のピッチを均一に
した場合の作用を説明するグラフ、図１２は突起のピッ
チを不均一にした場合の作用を説明するグラフである。

【０００８】図１及び図２に示すように、ガスタービン
エンジンＥは、図示せぬ燃焼器、コンプレッサ、タービ
ン等を内部に収納したエンジン本体１を備えており、こ
のエンジン本体１の外周を囲繞するように円環状の熱交
換器２が配置される。熱交換器２には、タービンを通過
した比較的高温の燃焼ガスが通過する燃焼ガス通路４…
と、コンプレッサで圧縮された比較的低温のエアーが通
過するエアー通路５…とが、円周方向に交互に形成され
る（図５参照）。尚、図１における断面は燃焼ガス通路
４…に対応しており、その燃焼ガス通路４…の手前側と
向こう側に隣接してエアー通路５…が形成される。

【０００９】熱交換器２の軸線に沿う断面形状は、軸方
向に長く半径方向に短い偏平な六角形であり、その半径
方向外周面が大径円筒状のアウターケーシング６により
閉塞されるとともに、その半径方向内周面が小径円筒状
のインナーケーシング７により閉塞される。熱交換器２
の縦断面における前端側（図１の左側）は不等長の山形
にカットされており、その山形の頂点に対応する部分に
エンジン本体１の外周に連なるエンドプレート８がろう
付けされる。また熱交換器２の断面における後端側（図
１の右側）は不等長の山形にカットされており、その山
形の頂点に対応する部分にアウターハウジング９に連な
るエンドプレート１０がろう付けされる。

【００１０】熱交換器２の各燃焼ガス通路４は、図１に
おける左上及び右下に燃焼ガス通路入口１１及び燃焼ガ
ス通路出口１２を備えており、燃焼ガス通路入口１１に
はエンジン本体１の外周に沿って形成された燃焼ガスを
導入する空間（略して燃焼ガス導入ダクト）１３の下流
端が接続されるとともに、燃焼ガス通路出口１２にはエ
ンジン本体１の内部に延びる燃焼ガスを排出する空間
（略して燃焼ガス排出ダクト）１４の上流端が接続され
る。

【００１１】熱交換器２の各エアー通路５は、図１にお
ける右上及び左下にエアー通路入口１５及びエアー通路
出口１６を備えており、エアー通路入口１５にはアウタ
ーハウジング９の内周に沿って形成されたエアーを導入
する空間（略してエアー導入ダクト）１７の下流端が接
続されるとともに、エアー通路出口１６にはエンジン本
体１の内部に延びるエアーを排出する空間（略してエア
ー排出ダクト）１８の上流端が接続される。

【００１２】このようにして、図３、図４及び図１０に
示す如く、燃焼ガスとエアーとが相互に逆方向に流れて
且つ相互に交差することになり、熱交換効率の高い対向
流且つ所謂クロスフローが実現される。即ち、高温流体
と低温流体とを相互に逆方向に流すことにより、その流
路の全長に亘って高温流体及び低温流体間の温度差を大
きく保ち、熱交換効率を向上させることができる。

【００１３】而して、タービンを駆動した燃焼ガスの温
度は燃焼ガス通路入口１１…において約６００〜７００
℃であり、その燃焼ガスが燃焼ガス通路４…を通過する
際にエアーとの間で熱交換を行うことにより、燃焼ガス
通路出口１２…において約３００〜４００℃まで冷却さ
れる。一方、コンプレッサにより圧縮されたエアーの温
度はエアー通路入口１５…において約２００〜３００℃
であり、そのエアーがエアー通路５…を通過する際に燃
焼ガスとの間で熱交換を行うことにより、エアー通路出
口１６…において約５００〜６００℃まで加熱される。

【００１４】次に、熱交換器２の構造を図３〜図９を参
照しながら説明する。

【００１５】図３、図４及び図８に示すように、熱交換
器２の本体部は、ステンレス等の金属薄板を所定の形状
に予めカットした後、その表面にプレス加工により凹凸
を施した折り板素材２１から製造される。折り板素材２
１は、第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…を交互に
配置したものであって、山折り線Ｌ₁ 及び谷折り線Ｌ ₂
を介してつづら折り状に折り曲げられる。尚、山折りと
は紙面の手前側に向けて凸に折ることであり、谷折りと
は紙面の向こう側に向けて凸に折ることである。各山折
り線Ｌ₁ 及び谷折り線Ｌ₂ はシャープな直線ではなく、
第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…間に所定の空間
を形成するために実際には円弧状の折り線からなってい
る。

【００１６】各第１、第２伝熱板Ｓ１，Ｓ２には、不等
間隔に配置された多数の第１突起２２…と第２突起２３
…とがプレス成形される。図８において×印で示される
第１突起２２…は紙面の手前側に向けて突出し、○印で
示される第２突起２３…は紙面の向こう側に向けて突出
する。

【００１７】各第１、第２伝熱板Ｓ１，Ｓ２の山形にカ
ットされた前端部及び後端部には、図８において紙面の
手前側に向けて突出する第１凸条２４_F …，２４_R …
と、紙面の向こう側に向けて突出する第２凸条２５
_F …，２５_R …とがプレス成形される。第１伝熱板Ｓ１
及び第２伝熱板Ｓ２の何れについても、前後一対の第１
凸条２４_F ，２４_R が対角位置に配置され、前後一対の
第２凸条２５_F ，２５_R が他の対角位置に配置される。

【００１８】尚、図３に示す第１伝熱板Ｓ１の第１突起
２２…、第２突起２３…、第１凸条２４_F …，２４_R …
及び第２凸条２５_F …，２５_R …は、図８に示す第１伝
熱板Ｓ１と凹凸関係が逆になっているが、これは図３が
第１伝熱板Ｓ１を裏面側から見た状態を示しているため
である。

【００１９】図５及び図８を参照すると明らかなよう
に、折り板素材２１の第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板
Ｓ２…を山折り線Ｌ₁ で折り曲げて両伝熱板Ｓ１…，Ｓ
２…間に燃焼ガス通路４…を形成するとき、第１伝熱板
Ｓ１の第２突起２３…の先端と第２伝熱板Ｓ２の第２突
起２３…の先端とが相互に当接してろう付けされる。ま
た、第１伝熱板Ｓ１の第２凸条２５_F ，２５_R と第２伝
熱板Ｓ２の第２凸条２５ _F ，２５_R とが相互に当接して
ろう付けされ、図３に示した燃焼ガス通路４の左下部分
及び右上部分を閉塞するとともに、第１伝熱板Ｓ１の第
１凸条２４_F ，２４_R と第２伝熱板Ｓ２の第１凸条２４
_F ，２４_R とが隙間を存して相互に対向し、図３に示し
た燃焼ガス通路４の左上部分及び右下部分にそれぞれ燃
焼ガス通路入口１１及び燃焼ガス通路出口１２を形成す
る。

【００２０】折り板素材２１の第１伝熱板Ｓ１…及び第
２伝熱板Ｓ２…を谷折り線Ｌ₂ で折り曲げて両伝熱板Ｓ
１…，Ｓ２…間にエアー通路５…を形成するとき、第１
伝熱板Ｓ１の第１突起２２…の先端と第２伝熱板Ｓ２の
第１突起２２…の先端とが相互に当接してろう付けされ
る。また、第１伝熱板Ｓ１の第１凸条２４_F ，２４_Rと
第２伝熱板Ｓ２の第１凸条２４_F ，２４_R とが相互に当
接してろう付けされ、図４に示したエアー通路５の左上
部分及び右下部分を閉塞するとともに、第１伝熱板Ｓ１
の第２凸条２５_F ，２５_R と第２伝熱板Ｓ２の第２凸条
２５_F ，２５_Rとが隙間を存して相互に対向し、図４に
示したエアー通路５の右上部分及び左下部分にそれぞれ
エアー通路入口１５及びエアー通路出口１６を形成す
る。

【００２１】第１突起２２…及び第２突起２３…は概略
円錐台形状を有しており、それらの先端部はろう付け強
度を高めるべく相互に面接触する。また第１凸条２４_F
…，２４_R …及び第２凸条２５_F …，２５_R …も概略台
形状の断面を有しており、それらの先端部もろう付け強
度を高めるべく相互に面接触する。

【００２２】図５から明らかなように、エアー通路５…
の半径方向内周部分は折り板素材２１の折曲部（谷折り
線Ｌ₂ ）に相当するために自動的に閉塞されるが、エア
ー通路５…の半径方向外周部分は開放されており、その
開放部がアウターケーシング６にろう付けされて閉塞さ
れる。一方、燃焼ガス通路４…の半径方向外周部分は折
り板素材２１の折曲部（山折り線Ｌ₁ ）に相当するため
に自動的に閉塞されるが、燃焼ガス通路４…の半径方向
内周部分は開放されており、その開放部がインナーケー
シング７にろう付けされて閉塞される。

【００２３】折り板素材２１をつづら折り状に折り曲げ
たときに隣接する山折り線Ｌ₁ どうしが直接接触するこ
とはないが、第１突起２２…が相互に接触することによ
り前記山折り線Ｌ₁ 相互の間隔が一定に保持される。ま
た隣接する谷折り線Ｌ₂ どうしが直接接触することはな
いが、第２突起２３…が相互に接触することにより前記
谷折り線Ｌ₂ 相互の間隔が一定に保持される。

【００２４】前記折り板素材２１をつづら折り状に折り
曲げて熱交換器２の本体部を製作するとき、第１伝熱板
Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…は熱交換器２の中心から放
射状に配置される。従って、隣接する第１伝熱板Ｓ１…
及び第２伝熱板Ｓ２…間の距離は、アウターケーシング
６に接する半径方向外周部において最大となり、且つイ
ンナーケーシング７に接する半径方向内周部において最
小となる。このために、前記第１突起２２…，第２突起
２３…、第１凸条２４_F ，２４_R 及び第２凸条２５_F ，
２５_R の高さは半径方向内側から外側に向けて漸増して
おり、これにより第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２
…を正確に放射状に配置することができる（図５参
照）。

【００２５】上述した放射状の折り板構造を採用するこ
とにより、アウターケーシング６及びインナーケーシン
グ７を同心に位置決めし、熱交換器２の軸対称性を精密
に保持することができる。

【００２６】図７及び図９から明らかなように、第１伝
熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…の前端及び後端の山形
にカットされた頂点部分を熱交換器２の円周方向に向け
て９０°よりも僅かに小さい角度だけ折り曲げることに
より、矩形をなす小片状のフランジ部２６…が形成され
る。折り板素材２１をつづら折り状の折り曲げたとき、
第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…のフランジ２６
…の一部は、それに隣接するフランジ部２６…の一部に
重ね合わされて面接触状態でろう付けされ、全体として
環状を成す接合フランジ２７を構成する。そしてこの接
合フランジ２７は前後のエンドプレート８，１０にろう
付けにより接合される。

【００２７】このとき、接合フランジ２７の前面は階段
状になってエンドプレート８，１０との間に若干の隙間
が形成されるが、その隙間はろう材（図７参照）によっ
て塞がれる。またフランジ部２６…は第１伝熱板Ｓ１…
及び第２伝熱板Ｓ２…に形成した第１凸条２４_F ，２４
_R 及び第２凸条２５_F ，２５_R の先端近傍から折り曲げ
られているが、折り板素材２１を山折り線Ｌ₁ 及び谷折
り線Ｌ₂ で折り曲げたときに第１凸条２４_F ，２４_R 及
び第２凸条２５_F ，２５_R の先端とフランジ部２６…と
の間にも若干の隙間が形成されるが、その隙間はろう材
（図７参照）によって塞がれる。

【００２８】ところで、第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱
板Ｓ２…の山形の頂点部分を平坦に切断し、その切断し
た端面にエンドプレート８，１０をろう付けしようとす
ると、先ず折り板素材２１を折り曲げて第１伝熱板Ｓ１
…及び第２伝熱板Ｓ２…の第１突起２２…及び第２突起
２３…並びに第１凸条２４_F ，２４_R 及び第２凸条２５
_F ，２５_R を相互にろう付けした後、前記頂点部分に精
密な切断加工を施してエンドプレート８，１０のろう付
けを行う必要があり、ろう付けが２工程になって工数が
増加するだけでなく、切断面に高い加工精度が要求され
るためにコストが増加し、しかも小面積の切断面におけ
るろう付けのために充分な強度を得ることが難しかっ
た。しかしながら折り曲げたフランジ部２６…をろう付
けすることにより、前記第１突起２２…及び第２突起２
３…並びに第１凸条２４_F ，２４_R及び第２凸条２
５_F ，２５_R のろう付けとフランジ部２６…のろう付け
とを１工程で済ますことが可能となるだけでなく、山形
の頂点部分の精密な切断加工が不要になり、しかも面接
触するフランジ部２６…どうしのろう付けであるために
ろう付け強度も大幅に増加する。更にフランジ部２６…
自体が接合フランジ２７を構成するので、部品点数の削
減に寄与することができる。

【００２９】また、折り板素材２１を放射状且つつづら
折り状に折り曲げて第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ
２…を連続して形成することにより、１枚ずつ独立した
多数の第１伝熱板Ｓ１…と１枚ずつ独立した多数の第２
伝熱板Ｓ２…とを交互にろう付けする場合に比べて、部
品点数及びろう付け個所を大幅に削減することができる
ばかりか、完成した製品の寸法精度を高めることができ
る。

【００３０】図５及び図６から明らかなように、帯状に
形成された１枚の折り板素材２１をつづら折り状に折り
曲げて熱交換器２の本体部を構成するとき、その折り板
素材２１の両端部が熱交換器２の半径方向外周部分にお
いて一体に接合される。そのために接合部を挟んで隣り
合う第１伝熱板Ｓ１及び第２伝熱板Ｓ２の端縁が山折り
線Ｌ₁ の近傍でＪ字状に切断され、例えば第１伝熱板Ｓ
１のＪ字状切断部の内周に第２伝熱板Ｓ２のＪ字状切断
部の外周が嵌合してろう付けされる。第１、第２伝熱板
Ｓ１，Ｓ２のＪ字状切断部が相互に嵌合するため、外側
の第１伝熱板Ｓ１のＪ字状切断部は押し広げられて内側
の第２伝熱板Ｓ２のＪ字状切断部は押し縮められ、更に
内側の第２伝熱板Ｓ２は熱交換器２の半径方向内側に向
けて圧縮される。

【００３１】上記構造を採用することにより、折り板素
材２１の両端部を接合するために特別の接合部材が不要
であり、また折り板素材２１の形状を変える等の特別の
加工が不要であるため、部品点数や加工コストが削減さ
れるとともに、接合部におけるヒートマスの増加が回避
される。また燃焼ガス通路４…でもなくエアー通路５…
でもないデッドスペースが発生しないので、流路抵抗の
増加が最小限に抑えられて熱交換効率の低下を来す虞も
ない。更に第１、第２伝熱板Ｓ１，Ｓ２のＪ字状切断部
は接合部分が変形するために微小な隙間が発生し易い
が、熱交換器２の本体部を１枚の折り板素材２１で構成
することにより前記接合部分を最小の１ヵ所とし、流体
のリークを最小限に抑えることができる。また１枚の折
り板素材２１をつづら折り状に折り曲げて円環状の熱交
換器２の本体部を構成する際に、一体に連なる第１、第
２伝熱板Ｓ１…，Ｓ２…の枚数が適切でないと隣接する
第１、第２伝熱板Ｓ１…，Ｓ２…の円周方向のピッチが
不適切になり、しかも第１突起２２…及び第２突起２３
…の先端が離れたり潰れたりする可能性がある。しかし
ながら、折り板素材２１の切断位置を変更して一体に連
なる第１、第２伝熱板Ｓ１…，Ｓ２…の枚数を適宜変更
するだけで、前記円周方向のピッチを容易に微調整する
ことができる。

【００３２】ガスタービンエンジンＥの運転中に、燃焼
ガス通路４…の圧力は比較的に低圧になり、エアー通路
５…の圧力は比較的に高圧になるため、その圧力差によ
って第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…に曲げ荷重
が作用するが、相互に当接してろう付けされた第１突起
２２…及び第２突起２３…により、前記荷重に耐え得る
充分な剛性を得ることができる。

【００３３】また、第１突起２２…及び第２突起２３…
によって第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…の表面
積（即ち、燃焼ガス通路４…及びエアー通路５…の表面
積）が増加し、しかも燃焼ガス及びエアーの流れが攪拌
されるために熱交換効率の向上が可能となる。

【００３４】ところで、燃焼ガス通路４…及びエアー通
路５…間の熱伝達量を表す伝熱単位数Ｎ_tuは、 Ｎ_tu＝（Ｋ×Ａ）／［Ｃ×（ｄｍ／ｄｔ）］ …（１） により与えられる。

【００３５】上記（１）式において、Ｋは第１伝熱板Ｓ
１…及び第２伝熱板Ｓ２…の熱通過率、Ａは第１伝熱板
Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…の面積（伝熱面積）、Ｃは
流体の比熱、ｄｍ／ｄｔは前記伝熱面積を流れる流体の
質量流量である。前記伝熱面積Ａ及び比熱Ｃは定数であ
るが、前記熱通過率Ｋ及び質量流量ｄｍ／ｄｔは隣接す
る第１突起２２…間、或いは隣接する第２突起２３…間
のピッチＰ（図５参照）の関数となる。

【００３６】伝熱単位数Ｎ_tuが第１伝熱板Ｓ１…及び第
２伝熱板Ｓ２…の半径方向に変化すると、第１伝熱板Ｓ
１…及び第２伝熱板Ｓ２…の温度分布が半径方向に不均
一になって熱交換効率が低下するだけでなく、第１伝熱
板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…が半径方向に不均一に熱
膨張して好ましくない熱応力が発生する。そこで、第１
突起２２…及び第２突起２３…の半径方向の配列ピッチ
Ｐを適切に設定し、伝熱単位数Ｎ_tuが第１伝熱板Ｓ１…
及び第２伝熱板Ｓ２…の半径方向各部位で一定になるよ
うにすれば、前記各問題を解消することができる。

【００３７】図１１（Ａ）に示すように前記ピッチＰを
熱交換器２の半径方向に一定にした場合、図１１（Ｂ）
に示すように伝熱単位数Ｎ_tuは半径方向内側部分で大き
く、半径方向外側部分で小さくなるため、図１１（Ｃ）
に示すように第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…の
温度分布も半径方向内側部分で高く、半径方向外側部分
で低くなってしまう。一方、図１２（Ａ）に示すように
前記ピッチＰを熱交換器２の半径方向内側部分で大き
く、半径方向外側部分で小さくなるように設定すれば、
図１２（Ｂ），（Ｃ）に示すように伝熱単位数Ｎ_tu及び
温度分布を半径方向に略一定にすることができる。

【００３８】図３〜図５から明らかなように、本実施例
の熱交換器２では、第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ
２…の軸方向中間部（つまり軸方向両端の山形部を除い
た部分）の半径方向外側部分に第１突起２２…及び第２
突起２３…の半径方向の配列ピッチＰが小さい領域Ｒ₁
が設けられるとともに、その半径方向内側部分に第１突
起２２…及び第２突起２３…の半径方向の配列ピッチＰ
が大きい領域Ｒ₂ が設けられる。これにより第１伝熱板
Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…の軸方向中間部の全域に亘
って伝熱単位数Ｎ_tuが略一定になり、熱交換効率の向上
と熱応力の軽減とが可能となる。

【００３９】尚、熱交換器２の全体形状や第１突起２２
…及び第２突起２３…の形状が異なれば熱通過率Ｋ及び
質量流量ｄｍ／ｄｔも変化するため、適切なピッチＰの
配列も本実施例と異なってくる。従って、本実施例の如
くピッチＰが半径方向外側に向かって漸減する場合以外
に、半径方向外側に向かって漸増する場合もある。しか
しながら、上記（１）式が成立するようなピッチＰの配
列を設定すれば、熱交換器の全体形状や第１突起２２…
及び第２突起２３…の形状に関わらず、前記作用効果を
得ることができる。

【００４０】図３及び図４から明らかなように、第１伝
熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…の軸方向中間部におい
て、隣接する第１突起２２…どうし或いは隣接する第２
突起２３…どうしは熱交換器２の軸方向（燃焼ガス及び
エアーの流れ方向）に整列しておらず、軸方向に対して
所定角度傾斜して整列している。換言すると、熱交換器
２の軸線に平行な直線上に第１突起２２…が連続して配
列されたり、第２突起２３…が連続して配列されたりす
ることがないように考慮されている。これにより、第１
伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２…の軸方向中間部にお
いて、燃焼ガス通路４及びエアー通路５を第１突起２２
…及び第２突起２３により迷路状に形成して熱交換効率
を高めることができる。

【００４１】更に第１伝熱板Ｓ１…及び第２伝熱板Ｓ２
…の軸方向両端の山形部には、前記軸方向中間部と異な
る配列ピッチで第１突起２２…及び第２突起２３…が配
列される。図３に示す燃焼ガス通路４において、燃焼ガ
ス通路入口１１から矢印ａ方向に流入した燃焼ガスは軸
方向に旋回して矢印ｂ方向に流れ、更に矢印ｃ方向に旋
回して燃焼ガス通路出口１２から流出する。燃焼ガスが
燃焼ガス通路入口１１の近傍で方向変換するとき、旋回
方向内側（熱交換器２の半径方向外側）では燃焼ガスの
流路Ｐ_S が短くなり、旋回方向外側（熱交換器２の半径
方向内側）では燃焼ガスの流路Ｐ_L が長くなる。一方、
燃焼ガスが燃焼ガス通路出口１２の近傍で方向変換する
とき、旋回方向内側（熱交換器２の半径方向内側）では
燃焼ガスの流路Ｐ_S が短くなり、旋回方向外側（熱交換
器２の半径方向外側）では燃焼ガスの流路Ｐ_L が長くな
る。このように燃焼ガスの旋回方向内側及び外側で燃焼
ガスの流路長に差が発生すると、流路長が短いために流
路抵抗が小さい旋回方向内側に向かって旋回方向外側か
ら燃焼ガスが偏流し、燃焼ガスの流れが不均一になって
熱交換効率が低下してしまう。

【００４２】そこで燃焼ガス通路入口１１及び燃焼ガス
通路出口１２の近傍の領域Ｒ₃ ，Ｒ ₃ では、燃焼ガスの
流れ方向に直交する方向の第１突起２２…及び第２突起
２３…の配列ピッチを、旋回方向外側から内側に向かっ
て次第に密になるように変化させている。このように領
域Ｒ₃ ，Ｒ₃ において第１突起２２…及び第２突起２３
…の配列ピッチを不均一にすることにより、燃焼ガスの
流路長が短いために流路抵抗が小さい旋回方向内側に第
１突起２２…及び第２突起２３…密に配列して注路抵抗
を増加させ、前記領域Ｒ₃ ，Ｒ₃ の全体に亘って流路抵
抗を均一化することができる。これにより前記偏流の発
生を防止して熱交換効率の低下を回避することができ
る。特に、第１凸条２４_F ，２４_R の内側に隣接する１
列目の突起は全て燃焼ガス通路４内に突出する第２突起
２３…（図３に×印で表示）で構成されているため、そ
の第２突起２３…の配列ピッチを不均一にすることによ
り、偏流防止効果を有効に発揮させることができる。

【００４３】同様にして、図４に示すエアー通路５にお
いて、エアー通路入口１５から矢印ｄ方向に流入したエ
アーは軸方に旋回して矢印ｅ方向に流れ、更に矢印ｆ方
向に旋回してエアー通路出口１６から流出する。エアー
がエアー通路入口１５の近傍で方向変換するとき、旋回
方向内側（熱交換器２の半径方向外側）ではエアーの流
路が短くなり、旋回方向外側（熱交換器２の半径方向内
側）ではエアーの流路が長くなる。一方、エアーがエア
ー通路出口１６の近傍で方向変換するとき、旋回方向内
側（熱交換器２の半径方向内側）ではエアーの流路が短
くなり、旋回方向外側（熱交換器２の半径方向外側）で
はエアーの流路が長くなる。このようにエアーの旋回方
向内側及び外側でエアーの流路長に差が発生すると、流
路長が短いために流路抵抗が小さい旋回方向内側に向か
ってエアーが偏流して熱交換効率が低下してしまう。

【００４４】そこでエアー通路入口１５及びエアー通路
出口１６の近傍の領域Ｒ₄ ，Ｒ₄ では、エアーの流れ方
向に直交する方向の第１突起２２…及び第２突起２３…
の配列ピッチを、旋回方向外側から内側に向かって次第
に密になるように変化させている。このように領域
Ｒ₄ ，Ｒ₄ において第１突起２２…及び第２突起２３…
の配列ピッチを不均一にすることにより、エアーの流路
長が短いために流路抵抗が小さい旋回方向内側に第１突
起２２…及び第２突起２３…密に配列して流路抵抗を増
加させ、前記領域Ｒ₄ ，Ｒ₄ の全体に亘って流路抵抗を
均一化することができる。これにより前記偏流の発生を
防止して熱交換効率の低下を回避することができる。特
に、第２凸条２５_F ，２５_R の内側に隣接する１列目の
突起は全て燃焼ガス通路４内に突出する第１突起２２…
（図４に×印で表示）で構成されているため、その第１
突起２２…の配列ピッチを不均一にすることにより、偏
流防止効果を有効に発揮させることができる。

【００４５】尚、図３において燃焼ガスが領域Ｒ₃ ，Ｒ
₃ に隣接する領域Ｒ₄ ，Ｒ₄ を流れるとき、その領域Ｒ
₄ ，Ｒ₄ における第１突起２２…及び第２突起２３…の
配列ピッチは燃焼ガスの流れの方向に不均一になってい
るため、該第１突起２２…及び第２突起２３…の配列ピ
ッチは燃焼ガスの流れに殆ど影響を及ぼさない。同様
に、図４においてエアーが領域Ｒ₄ ，Ｒ₄ に隣接する領
域Ｒ₃ ，Ｒ₃ を流れるとき、その領域Ｒ₃ ，Ｒ₃ におけ
る第１突起２２…及び第２突起２３…の配列ピッチはエ
アーの流れの方向に不均一になっているため、該第１突
起２２…及び第２突起２３…の配列ピッチはエアーの流
れに殆ど影響を及ぼさない。

【００４６】図３及び図４から明らかなように、熱交換
器２の前端部及び後端部において、第１伝熱板Ｓ１…及
び第２伝熱板Ｓ２…がそれぞれ長辺及び短辺を有する不
等長の山形にカットされており、前端側及び後端側の長
辺に沿ってそれぞれ燃焼ガス通路入口１１及び燃焼ガス
通路出口１２が形成されるとともに、後端側及び前端側
の短辺に沿ってそれぞれエアー通路入口１５及びエアー
通路出口１６が形成される。

【００４７】このように、熱交換器２の前端部において
山形の二辺に沿ってそれぞれ燃焼ガス通路入口１１及び
エアー通路出口１６を形成するとともに、熱交換器２の
後端部において山形の二辺に沿ってそれぞれ燃焼ガス通
路出口１２及びエアー通路入口１５を形成しているの
で、熱交換器２の前端部及び後端部を山形にカットせず
に前記入口１１，１５及び出口１２，１６を形成した場
合に比べて、それら入口１１，１５及び出口１２，１６
における流路断面積を大きく確保して圧損を最小限に抑
えることができる。しかも、前記山形の二辺に沿って入
口１１，１５及び出口１２，１６を形成したので、燃焼
ガス通路４…及びエアー通路５…に出入りする燃焼ガス
やエアーの流路を滑らかにして圧損を更に減少させるこ
とができるばかりか、入口１１，１５及び出口１２，１
６に連なるダクトを流路を急激に屈曲させることなく軸
方向に沿って配置し、熱交換器２の半径方向寸法を小型
化することができる。

【００４８】ところで、エアー通路入口１５及びエアー
通路出口１６を通過するエアーの体積流量に比べて、そ
のエアーに燃料を混合して燃焼させ、更にタービンで膨
張させて圧力の下がった燃焼ガスの体積流量は大きくな
る。本実施例では前記不等長の山形により、体積流量が
小さいエアーが通過するエアー通路入口１５及びエアー
通路出口１６の長さを短くし、体積流量が大きい燃焼ガ
スが通過する燃焼ガス通路入口１１及び燃焼ガス通路出
口１２の長さを長くし、これにより燃焼ガスの流速を相
対的に低下させて圧損の発生をより効果的に回避するこ
とができる。

【００４９】図３及び図４から明らかなように、ステン
レス製のアウターハウジング９はエアー導入ダクト１７
を画成すべく外壁部材２８，２９と内壁部材３０，３１
との２重構造になっており、前側の外壁部材２８及び内
壁部材３０の後端に接合された前部フランジ３２が、後
側の外壁部材２９及び内壁部材３１の前端に接合された
後部フランジ３３に複数本のボルト３４…で結合され
る。このとき、前部フランジ３２と後部フランジ３３と
の間に断面がＥ形の環状のシール部材３５が挟持されて
おり、このシール部材３５は前部フランジ３２及び後部
フランジ３３の結合面をシールしてエアー導入ダクト１
７内のエアーと燃焼ガス導入ダクト１３内の燃焼ガスと
が混合するのを防止する。

【００５０】熱交換器２は該熱交換器２と同材質のイン
コネルの板材よりなる熱交換器支持リング３６を介し
て、アウターハウジング９の後部フランジ３３に連なる
内壁部材３１に支持される。後部フランジ３３に接合さ
れた内壁部材３１の軸方向寸法は小さいため、その内壁
部材３１は実質的に後部フランジ３３の一部として見做
すことができる。従って熱交換器支持リング３６を内壁
部材３１に接合する代わりに、後部フランジ３３に直接
接合することも可能である。熱交換器支持部リング３６
は、熱交換器２の外周面に接合される第１リング部３６
₁ と、内壁部材３１の内周面に結合される前記第１リン
グ部３６₁ よりも大径の第２リング部３６ ₂ と、第１、
第２リング部３６₁ ，３６₂ を斜め方向に接続する接続
部３６₃ とを有して断面階段状に形成されており、この
熱交換器支持部リング３６によって燃焼ガス通路入口１
１及びエアー通路入口１５間がシールされる。

【００５１】熱交換器２の外周面の温度分布はエアー通
路入口１５側（軸方向後側）において低温であり、燃焼
ガス通路入口１１側（軸方向前側）において高温であ
る。熱交換器支持リング３６を燃焼ガス通路入口１１よ
りもエアー通路入口１５に近い位置に設けることによ
り、熱交換器２及びアウターハウジング９の熱膨張量の
差を最小限に抑えて熱応力を減少させることができる。
また熱膨張量の差によって熱交換器２と後部フランジ３
３とが相対的に変位したとき、その変位は板材よりなる
熱交換器支持リング３６の弾性変形により吸収され、熱
交換器２やアウターハウジング９に作用する熱応力を軽
減することができる。特に、熱交換器支持リング３６の
断面が階段状に形成されているため、その折曲部が容易
に変形して熱膨張量の差を効果的に吸収することができ
る。

【００５２】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。

【００５３】例えば、折り板素材２１の両端部を第１折
り線Ｌ₁ の部分で接合する代わりに、第２折り線Ｌ₂ の
部分で接合しても良い。

【００５４】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、第１伝熱板及び第２伝熱板を第１折り線及び
第２折り線を介して連設してなる折り板素材をつづら折
り状に折り曲げて円環状の熱交換器を構成する際に、１
枚の折り板素材を３６０°に亘ってつづら折り状に折り
曲げ、その両端部を第１折り線或いは第２折り線を含む
部分で重ね合わせて接合したので、最小の部品点数で熱
交換器を構成することができるだけでなく、折り板素材
の接合部の数が最小の１ヵ所になって流体漏れの可能性
が最小限に抑えられる。また折り板素材の両端部は単に
切断するだけなので、特別の加工を施す必要がなくなっ
て加工工数が削減され、しかも折り板素材は第１折り線
或いは第２折り線を含む折曲部で重ね合わされるので接
合強度も増加する。また折り板素材の切断位置を変更し
て第１伝熱板及び第２伝熱板の枚数を調節するだけで、
隣接する第１伝熱板及び第２伝熱板の円周方向のピッチ
を微調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスタービンエンジンの全体側面図

【図２】図１の２−２線断面図

【図３】図２の３−３線拡大断面図（燃焼ガス通路の断
面図）

【図４】図２の４−４線拡大断面図（エアー通路の断面
図）

【図５】図３の５−５線拡大断面図

【図６】図５の６部拡大図

【図７】図３の７−７線拡大断面図

【図８】折り板素材の展開図

【図９】熱交換器の要部斜視図

【図１０】燃焼ガス及びエアーの流れを示す模式図

【図１１】突起のピッチを均一にした場合の作用を説明
するグラフ

【図１２】突起のピッチを不均一にした場合の作用を説
明するグラフ

【符号の説明】

４ 燃焼ガス通路（高温流体通路） ５ エアー通路（低温流体通路） ６ アウターケーシング（半径方向外周壁） ７ インナーケーシング（半径方向内周壁） １１ 燃焼ガス通路入口（高温流体通路入口） １２ 燃焼ガス通路出口（高温流体通路出口） １５ エアー通路入口（低温流体通路入口） １６ エアー通路出口（低温流体通路出口） ２１ 折り板素材 Ｌ₁ 第１折り線 Ｌ₂ 第２折り線 Ｓ１ 第１伝熱板（伝熱板） Ｓ２ 第２伝熱板（伝熱板）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半径方向外周壁（６）及び半径方向内周
   壁（７）間に画成した円環状の空間に複数の第１伝熱板
   （Ｓ１）及び複数の第２伝熱板（Ｓ２）を放射状に配置
   することにより、隣接する第１伝熱板（Ｓ１）及び第２
   伝熱板（Ｓ２）間に高温流体通路（４）及び低温流体通
   路（５）を円周方向に交互に形成してなる熱交換器であ
   って、 複数の第１伝熱板（Ｓ１）及び複数の第２伝熱板（Ｓ
   ２）を第１折り線（Ｌ₁）及び第２折り線（Ｌ₂ ）を介
   して交互に連設してなる折り板素材（２１）を該折り線
   （Ｌ₁ ，Ｌ₂ ）においてつづら折り状に折り曲げ、前記
   第１折り線（Ｌ₁）及び第２折り線（Ｌ₂ ）をそれぞれ
   半径方向外周壁（６）及び半径方向内周壁（７）に接合
   することにより第１伝熱板（Ｓ１）及び第２伝熱板（Ｓ
   ２）を放射方向に配置し、隣接する第１伝熱板（Ｓ１）
   及び第２伝熱板（Ｓ２）間に高温流体通路（４）及び低
   温流体通路（５）を円周方向に交互に形成し、且つ前記
   高温流体通路（４）の軸方向両端部に開口するように高
   温流体通路入口（１１）及び高温流体通路出口（１２）
   を形成するとともに、前記低温流体通路（５）の軸方向
   両端部に開口するように低温流体通路入口（１５）及び
   低温流体通路出口（１６）を形成してなる熱交換器にお
   いて、 １枚の折り板素材（２１）を３６０°に亘ってつづら折
   り状に折り曲げ、その両端部を第１折り線（Ｌ₁ ）或い
   は第２折り線（Ｌ₂ ）を含む部分で重ね合わせて接合し
   たことを特徴とする熱交換器。