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1.3 熱交換器モジュールの設計・製作
ガスタービンの再生サイクルでは、熱交換器にて排気ガスの排熱を回収し、圧縮機で圧縮された燃焼用空気を予熱することで熱効率を上昇させることができる。しかし、A重油等の低質油を燃料に使用した場合、排気ガス中に含まれる煤が熱交換器の伝熱面に堆積することにより、熱交換性能が悪化することが予想され、これが再生サイクルを運用する際の一つの問題となる。よって、SMGT2用の熱交換器としては、煤が堆積しにくく、なおかつ煤洗浄等のメンテナンス性に優れている必要がある。SMGT2ではこれらの特徴を備えた2種類の熱交換器を開発した。その一つは細管型の熱交換器で、もう一つは実績のあるプレートフィン型でフィンを大きくして、フィンを真っ直ぐ配置して洗浄性を高めたタイプである。
（1）熱交換器の設計・製作
1）設計仕様
SMGTよりも温度効率を下げて75％とし、実用性を向上させた。
2）各熱交換器の設計・製作
a）細管型熱交換器
（1）構造検討
細管型熱交換器の構造図を図1.3−1に示す。上下2段の分割構造とし、上下のモジュールは各ヘッダー間を2本の折り返し配管で接続する。上下各モジュールには、伝熱管を格子状に配列し、端部を管板に拡管で固定する。
ガスジェネから送られてきた空気は、上段の入口ヘッダーから伝熱管を通り、折り返し配管を通過した後、下段の伝熱管及びステー管内を通って出口ヘッダーに到達する。一方、排ガスは、ケーシング内部を下から上に向かって流れる直交流タイプの熱交換器である。
（2）熱伝達性能確認試験
細管での熱伝達特性を確認するため、1／5サイズのモデル試験を実施した。その結果、実機における目標温度効率75％に対し、十分に余裕があることがわかった。
（3）全体構造強度検討
構造強度検討のため、熱交換器全体モデルでのFEM解析を実施し、定常時及び起動時の熱応力に対する強度評価を実施した。温度分布と応力分布を図1.3−2、図1.3−3に示す。強度解析の結果、問題となる箇所は無かった。
（4）拡管部強度検討
細管（伝熱管）の管板部への固定には拡管を適用した。
拡管部の強度を確認するため、拡管部の部分モデルでのFEM解析を実施し、強度的に十分であることを確認した。
（5）熱交換器製作
以上の検討結果をもとに熱交換器本体を製作した。 図1.3−4が熱交換器組立状態、 図1.3−5が熱交換器に保温材を施工した完成状態を示す。
b）プレートフィン型熱交換器
（1）構造検討
プレートフィン型熱交換器の構造図を 図1.3−6に示す。熱交換器のコア部は左右の2つのモジュールに分割されており、空気入口から入った空気は左右のコアモジュールに分かれて流入し、熱交換を行ってからそれぞれのコア出口から出てくる。一方、排ガスも、熱交換器ケーシング入口部で左右のコアモジュールに分かれて流入して、熱交換器コア出口で再び合流する。当熱交換器のタイプは対交流型である。 ガス側のフィンには、煤が堆積しにくく、かつ、煤洗浄等のメンテナンス性を考慮して、プレーン型を採用した。
（2）全体構造強度検討
構造強度検討のため、熱交換器全体モデルでのFEM解析を実施し、定常時及び起動時の熱応力に対する強度評価を実施した。温度分布の一例を 図1.3−7に、応力分布の一例を 図1.3−8に示す。強度解析の結果、問題となる箇所は無かった。
（3）熱交換器製作
以上の検討結果をもとに熱交換器本体を製作した。 図1.3−9に熱交換器完成状態を示す。
図1. 3−1 細管型熱交換器構造図
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図1. 3−2 温度分布図（定常時）
図1. 3−3 最小主応力分布図（定常時）
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