JP6262012B2

JP6262012B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP6262012B2
Application number: JP2014027796A
Authority: JP
Inventors: 北口　佳範; 佳範北口
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2034-02-17
Also published as: JP2015152264A

Description

本発明は、一次流体と二次流体との間で熱交換を行う熱交換器に関するものである。

一次流体と二次流体との間で熱交換を行うことで、二次流体を冷却または加熱する場合、入口ヘッダと出口ヘッダを多数の伝熱管で連結して構成した熱交換器がある。このような熱交換器では、入口ヘッダに供給された二次流体が多数の伝熱管を通って出口ヘッダに流れるときに、伝熱管に接触する一次流体により冷却または加熱される。

例えば、下記特許文献１に記載された構成の熱交換器がある。この特許文献１に記載された熱交換器は、低温流体を加熱または気化させる加熱・気化装置であり、熱交換パネルの両面に沿って熱媒体を流下させることで、このパネルを構成する伝熱管内を流れる低温流体を加熱または気化させる。そして、２個のヘッダまたはマニホールドの入口手前に調節弁を設け、低温流体の供給量の変動に応じて、一部の熱交換器パネルへの低温流体の供給を停止すると共に、残りの熱交換器パネルでは定常負荷時における流量が維持されるように調節弁を操作するものである。

特開２００９−０５２７２４号公報

入口ヘッダと出口ヘッダを多数の伝熱管で連結した熱交換器は、各伝熱管内に二次流体を流動させる一方、各伝熱管の外部で伝熱管に直交するように一次流体を流動することで、一次流体と二次流体との間で熱交換が行われる。このとき、二次流体の流量が低下すると、各伝熱管に流れる二次流体の流量が少なくなるため、特に一次流体の上流側に配置される伝熱管では、二次流体が過冷却状態または過熱状態になってしまう。このため、入口ヘッダと出口ヘッダを多数の伝熱管で連結した熱交換器においてでも、特許文献１に記載された加熱・気化装置のように低温流体の供給量の変動に応じて熱交換パネルへの低温流体の供給を停止できるような構成とし、二次流体の過冷却または過熱を抑制できることが望ましい。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、一次流体の流量が変動しても適正に熱交換を行うことで二次流体の過冷却または過熱を抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の熱交換器は、一次流体が流れる一次流路と、前記一次流路内で二次流体が流れる二次流路と、一次流体と二次流体とで熱交換を行うと共に二次流体の流れ方向に並設された複数の熱交換部と、前記複数の熱交換部に流れる一次流体の流量を調整する流量調整弁と、を有することを特徴とするものである。

従って、複数の熱交換部を流れる一次流体は、二次流体と熱交換することで冷却または加熱される。複数の熱交換部を流れる一次流体の状態が変動すると、一次流体の状態に応じて流量調整弁の開度を調整するため、複数の熱交換部における二次流体の流れ方向の下流側に位置する熱交換部を流れる一次流体の流量が調整される。そのため、二次流体が各熱交換部に与える影響は少なくなり、高温化や低温化が抑制される。その結果、一次流体の状態が変動しても適正に熱交換を行うことで一次流体の過冷却または過熱を抑制することができる。

また、本発明の熱交換器は、一次流体が流れる一次流路と、前記一次流路内で二次流体が流れる二次流路と、一次流体と二次流体とで熱交換を行うと共に二次流体の流れ方向に並設された複数の熱交換部と、前記複数の熱交換部に流れる一次流体の流量を調整する流量調整弁と、一次流体の状態を検出する状態検出センサと、前記状態検出センサが検出した一次流体の状態に応じて前記流量調整弁の開度を調整する制御部と、を有することを特徴とするものである。

従って、複数の熱交換部を流れる一次流体は、二次流体と熱交換することで冷却または加熱される。複数の熱交換部を流れる一次流体の状態が変動すると、一次流体の状態に応じて流量調整弁の開度を調整するため、複数の熱交換部における二次流体の流れ方向の下流側に位置する熱交換部を流れる一次流体の流量が調整される。そのため、二次流体が各熱交換部に与える影響は少なくなり、高温化や低温化が抑制される。その結果、一次流体の状態が変動しても適正に熱交換を行うことで二次流体の過冷却または過熱を抑制することができる。

本発明の熱交換器では、前記複数の熱交換部は、一端部に個別の入口ヘッダが設けられ、他端部に共通の出口ヘッダが設けられ、前記一次流路は、前記入口ヘッダ及び前記出口ヘッダに接続され、前記入口ヘッダに接続される前記一次流路に前記流量調整弁が設けられることを特徴としている。

従って、複数の熱交換部における上流側に分岐した一次流路を接続し、二次流体の流れ方向の下流側に位置する熱交換部に接続される一次流路に流量調整弁を設けるので、複数の熱交換部に流れる一次流体の流量を高精度に調整することができる。

本発明の熱交換器では、前記複数の熱交換部は、一端部に共通の入口ヘッダが設けられ、他端部に個別の出口ヘッダが設けられ、前記一次流路は、前記入口ヘッダ及び前記出口ヘッダに接続され、前記出口ヘッダに接続される前記一次流路に前記流量調整弁が設けられることを特徴としている。

従って、複数の熱交換部における下流側に分岐した一次流路を接続し、二次流体の流れ方向の下流側に位置する熱交換部に接続される一次流路に流量調整弁を設けるので、複数の熱交換部に流れる一次流体の流量を高精度に調整することができる。

本発明の熱交換器では、前記状態検出センサは、前記複数の熱交換部の出口側における一次流体の温度を検出する温度センサであり、前記制御部は、前記複数の熱交換部の出口側における一次流体の温度差が予め設定された所定温度差より大きくなったときに、前記流量調整弁の開度を小さくすることを特徴としている。

従って、複数の熱交換部を流れる一次流体の温度差が所定温度差より大きくなったときに、流量調整弁の開度を小さくするため、二次流体の流れ方向の下流側に位置する熱交換部を流れる一次流体の流量が減少する。そのため、二次流体がその流れ方向の上流側に位置する熱交換部に与える影響は少なくなり、一次流体の過冷却または過熱を抑制することができる。

本発明の熱交換器では、前記状態検出センサは、前記複数の熱交換部の入口側における一次流体の流量を検出する流量センサであり、前記制御部は、前記複数の熱交換部の入口側における一次流体の流量が予め設定された所定流量より少なくなったときに、前記流量調整弁の開度を小さくすることを特徴としている。

従って、複数の熱交換部を流れる一次流体の流量が所定流量より少なくなったときに、流量調整弁の開度を小さくするため、二次流体の流れ方向の下流側に位置する熱交換部を流れる一次流体の流量が減少する。そのため、二次流体がその流れ方向の上流側に位置する熱交換部に与える影響は少なくなり、一次流体の過冷却または過熱を抑制することができる。

本発明の熱交換器では、前記状態検出センサは、前記複数の熱交換部の入口側における一次流体の圧力を検出する圧力センサであり、前記制御部は、前記複数の熱交換部の入口側における一次流体の圧力が予め設定された所定圧力より大きくなったときに、前記流量調整弁の開度を小さくすることを特徴としている。

従って、複数の熱交換部を流れる一次流体の圧力が所定圧力より大きくなったときに、流量調整弁の開度を小さくするため、二次流体の流れ方向の下流側に位置する熱交換部を流れる一次流体の流量が減少する。そのため、二次流体がその流れ方向の上流側に位置する熱交換部に与える影響は少なくなり、一次流体の過冷却または過熱を抑制することができる。

本発明の熱交換器では、前記流量調整弁は、前記複数の熱交換部に対応して複数設けられ、前記制御部は、前記状態検出センサが検出した一次流体の状態に応じて前記複数の熱交換部における二次流体の流れ方向の下流側に位置する前記熱交換部を流れる一次流体の流量が減少するように前記複数の流量調整弁の開度を調整することを特徴としている。

従って、複数の熱交換部を流れる一次流体の流量を調整することで、二次流体が各熱交換部に与える影響を少なくし、一次流体の過冷却または過熱を高精度に抑制することができる。

本発明の熱交換器によれば、一次流体の状態に応じて二次流体の流れ方向の下流側に位置する熱交換部を流れる一次流体の流量を調整するので、一次流体の状態が変動しても適正に熱交換を行うことで一次流体の過冷却または過熱を抑制することができる。

図１は、ガスタービンを表す概略構成図である。図２は、熱交換装置を表す概略図である。図３は、第１実施形態の熱交換器の概略構成図である。図４は、第１実施形態の変形例を表す熱交換器の概略構成図である。図５は、第１実施形態の熱交換器の作用を表す概略図である。図６は、第２実施形態の熱交換器の概略構成図である。図７は、第２実施形態の変形例を表す熱交換器の概略構成図である。図８は、第３実施形態の熱交換器の概略構成図である。図９は、第３実施形態の変形例を表す熱交換器の概略構成図である。図１０は、第４実施形態の熱交換器の概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱交換器の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、ガスタービンを表す概略構成図である。

第１実施形態において、図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービン１０は、発電機１４が連結されており、発電可能となっている。

圧縮機１１とタービン１３は、回転軸２１により一体回転可能に連結されている。圧縮機１１は、空気取り込みライン２２から取り込んだ空気Ａを圧縮する。燃焼器１２は、圧縮機１１から圧縮空気供給ライン２３を通して供給された圧縮空気Ａ１と、燃料ガス供給ライン２４から供給された燃料ガスＬとを混合して燃焼する。タービン１３は、燃焼器１２から燃焼ガス供給ライン２５を通して供給された燃焼ガスＧにより回転する。

また、ガスタービン１０は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気Ａ１の一部の圧縮空気Ａ２と、外部から取り込んだ冷却空気ＡＣと、燃料ガスＬとの間で熱交換を行う熱交換装置２６が設けられている。この熱交換装置２６は、燃料ガス供給ライン２４と、圧縮空気Ａ２を供給する圧縮空気分岐ライン２７と、冷却空気ライン２８とが集合した位置に設けられている。熱交換装置２６は、圧縮空気Ａ２を冷却空気ＡＣにより冷却すると共に、燃料ガスＬを温度上昇した加熱空気ＡＨにより加熱する。冷却された圧縮空気Ａ２は、タービン１３の車室を通して供給され、冷却空気として翼などを冷却する。

発電機１４は、圧縮機１１と同軸上の回転軸２９により一体回転可能に連結されており、タービン１３が回転することで発電することができる。

図２は、熱交換装置を表す概略図である。

熱交換装置２６は、図２に示すように、ハウジング３１内に２つの熱交換器３２，３３が配置されている。ハウジング３１は、下部に空気取込口３４が設けられ、空気取込口３４に取込ファン３５が設けられる一方、上部に空気排出口３６が設けられている。

第１熱交換器３２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気Ａ２と、外部から取り込んだ冷却空気ＡＣとの間で熱交換を行う。即ち、第１熱交換器３２は、常温の冷却空気ＡＣにより圧縮空気Ａ２を冷却する。また、第２熱交換器３３は、圧縮空気Ａ２を冷却して高温となった加熱空気ＡＨと燃料ガスＬとの間で熱交換を行う。即ち、冷却空気ＡＣは、圧縮空気Ａ２を冷却することで高温の加熱空気ＡＨとなり、第２熱交換器３３は、この加熱空気ＡＨにより燃料ガスＬを加熱する。

以下、第１実施形態の熱交換器としての第１熱交換器について説明する。図３は、第１実施形態の熱交換器の概略構成図である。

第１実施形態の第１熱交換器３２は、図３に示すように、一次流路としての圧縮空気分岐ライン２７と、二次流路としての冷却空気ライン２８と、複数（本実施形態では、２個）の第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２と、流量調整弁４３とを有している。ここで、一次流体は、圧縮空気Ａ２であり、二次流体は、冷却空気ＡＣである。

圧縮空気分岐ライン２７と冷却空気ライン２８は、ほぼ直交するように配置されている。そして、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２は、冷却空気ＡＣの流れ方向に並設されており、第１熱交換部４１に対して、第２熱交換部４２が圧縮空気Ａ２の流れ方向の下流側に配置されている。

第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２は、圧縮空気分岐ライン２７に設けられており、圧縮空気Ａ２と冷却空気ＡＣとで熱交換を行うものであり、並列に隣接して設けられると共に、互いに平行をなして配置されている。第１熱交換部４１は、一端部に個別の入口ヘッダ５１が設けられ、第２熱交換部４２は、一端部に個別の入口ヘッダ５２が設けられている。また、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２は、他端部に共通の出口ヘッダ５３が設けられている。圧縮空気分岐ライン２７は、一次流体供給路として第１分岐流路５４ａと第２分岐流路５４ｂが分岐され、第１分岐流路５４ａが第１熱交換部４１における入口ヘッダ５１のノズル５５に接続され、第２分岐流路５４ｂが第２熱交換部４２における入口ヘッダ５２のノズル５６に接続されている。また、圧縮空気分岐ライン２７に一次流体排出路としての集合流路５４ｃが設けられ、出口ヘッダ５３のノズル５７に接続されている。

流量調整弁４３は、第２分岐流路５４ｂに設けられており、この第２分岐流路５４ｂを流れる圧縮空気Ａ２の流量を調整するものである。

第１熱交換器３２は、通常、流量調整弁４３の開度を１００％（全開）として運転する。即ち、圧縮空気分岐ライン２７から第１分岐流路５４ａ及び第２分岐流路５４ｂを介して第１熱交換部４１と第２熱交換部４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量は、同等となっている。圧縮空気Ａ２は、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２を流れるとき、冷却空気ＡＣと熱交換することで冷却され、排出される。

圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の流量が減少すると、流量調整弁４３の開度を小さくする。すると、第２分岐流路５４ｂを介して第２熱交換部４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量が減少する一方、第１分岐流路５４ａを介して第１熱交換部４１に供給される圧縮空気Ａ２の流量が相対的に増加する。第１熱交換部４１における圧縮空気Ａ２の流量が増加すると、冷却空気ＡＣと圧縮空気Ａ２とが熱交換するとき、第２熱交換部４２の熱負荷に比べて第１熱交換部４１の熱負荷が高くなり、過冷却が抑制される。

なお、第１熱交換器３２の構成は、上述したものに限定されるものではない。図４は、第１実施形態の変形例を表す熱交換器の概略構成図である。

図４に示すように、第１実施形態の変形例を表す第１熱交換器３２Ａは、圧縮空気分岐ライン２７と、冷却空気ライン２８と、第１熱交換部４１と、第２熱交換部４２と、流量調整弁４３とを有している。

第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２は、一端部に共通の入口ヘッダ６１が設けられている。また、第１熱交換部４１は、他端部に個別の出口ヘッダ６２が設けられ、第２熱交換部４２は、他端部に個別の出口ヘッダ６３が設けられている。圧縮空気分岐ライン２７は、一次流体供給路としての供給流路６４ａが設けられ、入口ヘッダ６１のノズル６５に接続されている。また、圧縮空気分岐ライン２７は、一次流体排出路として第１分岐流路６４ｂと第２分岐流路６４ｃが分岐され、第１分岐流路６４ｂが第１熱交換部４１の出口ヘッダ６２のノズル６６に接続され、第２分岐流路６４ｃが第２熱交換部４２の出口ヘッダ６３のノズル６７に接続されている。

流量調整弁４３は、第２分岐流路６４ｃに設けられており、この第２分岐流路６４ｃを流れる圧縮空気Ａ２の流量を調整するものである。

第１熱交換器３２Ａは、通常、流量調整弁４３の開度を１００％（全開）として運転する。即ち、圧縮空気分岐ライン２７から供給流路６４ａを介して第１熱交換部４１と第２熱交換部４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量は、同等となっている。圧縮空気Ａ２は、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２を流れるとき、冷却空気ＡＣと熱交換することで冷却され、排出される。

圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の流量が減少すると、流量調整弁４３の開度を小さくする。すると、第２分岐流路６４ｃを介して第２熱交換部４２から排出される圧縮空気Ａ２の流量が減少する一方、第１分岐流路６４ｂを介して第１熱交換部４１から排出される圧縮空気Ａ２の流量が相対的に増加する。第１熱交換部４１における圧縮空気Ａ２の流量が増加すると、冷却空気ＡＣと圧縮空気Ａ２とが熱交換するとき、第２熱交換部４２の熱負荷に比べて第１熱交換部４１の熱負荷が高くなり、過冷却が抑制される。

ここで、第１熱交換器３２，３２Ａの作用を説明する。図５は、第１実施形態の熱交換器の作用を表す概略図である。

図５に示すように、流量調整弁４３の開度が全開であるとき、各入口ヘッダ５１，５２から各熱交換部４１，４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量が同等となる。そのため、このとき、各熱交換部４１，４２に対して冷却空気ＡＣが作用すると、一点鎖線で表すように、入口部Ｃ１で大気温度Ｔａである冷却空気ＡＣは、圧縮空気Ａ２を冷却することで温度が上昇し、出口部Ｃ３で温度Ｔｂとなって排出される。そのため、圧縮空気Ａ２が所定温度まで冷却される。

一方、圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の流量が減少すると、流量調整弁４３の開度を小さく（例えば、全閉）することで、入口ヘッダ５２，６３から第２熱交換部４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量に対して、入口ヘッダ５１，６２から第１熱交換部４１に供給される圧縮空気Ａ２の流量が増加する。そのため、このとき、各熱交換部４１，４２に対して冷却空気ＡＣが作用すると、実線で表すように、入口部Ｃ１で大気温度Ｔａである冷却空気ＡＣは、圧縮空気Ａ２を冷却することで温度が上昇し、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２との間Ｃ２で温度Ｔｂとなって排出される。そのため、圧縮空気Ａ２が所定温度まで冷却される。

即ち、流量調整弁４３を全閉とすることで、圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の全量が第１熱交換部４１に供給されるため、第１熱交換部４１を単位時間当たりに流れる圧縮空気Ａ２の流量が増加し、圧縮空気Ａ２の流速が高くなる。そのため、圧縮空気Ａ２は、第１熱交換部４１を通過する間に冷却空気ＡＣにより多くの熱が吸収されることとなり、冷却空気ＡＣは、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２との間Ｃ２で温度Ｔｂとなる。そのため、第１熱交換部４１での過冷却が抑制される。一方、第２熱交換部４２は、圧縮空気Ａ２が流れないが、温度上昇した圧縮空気Ａ２が作用するため、ここでの過冷却も抑制される。

このように第１実施形態の熱交換器にあっては、一次流体としての圧縮空気Ａ２が流れる一次流路としての圧縮空気分岐ライン２７と、二次流体としての冷却空気ＡＣが流れる二次流路としての冷却空気ライン２８と、冷却空気ＡＣと圧縮空気Ａ２とで熱交換を行うと共に冷却空気ＡＣの流れ方向に並設される複数の熱交換部としての第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２と、複数の熱交換部４１，４２における冷却空気ＡＣの流れ方向の下流側に位置する第２熱交換部４２を流れる圧縮空気Ａ２の流量を調整する流量調整弁４３とを設けている。

従って、複数の熱交換部４１，４２を流れる圧縮空気Ａ２は、冷却空気ＡＣと熱交換することで冷却される。複数の熱交換部４１，４２を流れる圧縮空気Ａ２の流量が変動すると、圧縮空気Ａ２の流量に応じて流量調整弁４３の開度を調整するため、複数の熱交換部４１，４２における冷却空気ＡＣの流れ方向の下流側に位置する第２熱交換部４２を流れる圧縮空気Ａ２の流量が調整される。そのため、冷却空気ＡＣが各熱交換部４１，４２に与える影響は少なく、高温化や低温化が抑制される。その結果、圧縮空気Ａ２の流量が変動しても適正に熱交換を行うことで圧縮空気Ａ２の過冷却を抑制することができる。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の熱交換器の概略構成図、図７は、第２実施形態の変形例を表す熱交換器の概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図６に示すように、第１熱交換器３２Ｂは、圧縮空気分岐ライン２７と、冷却空気ライン２８と、第１熱交換部４１と、第２熱交換部４２と、流量調整弁４３と、状態検出センサとしての第１温度センサ７１及び第２温度センサ７２と、制御部７３とを有している。

第１温度センサ７１及び第２温度センサ７２は、出口ヘッダ５３に設けられている。第１温度センサ７１は、第１熱交換部４１から出口ヘッダ５３に排出された圧縮空気Ａ２の温度（状態）を検出し、制御部７３に出力する。第２温度センサ７２は、第２熱交換部４２から出口ヘッダ５３に排出された圧縮空気Ａ２の温度（状態）を検出し、制御部７３に出力する。制御部７３は、第１温度センサ７１と第２温度センサ７２が検出した圧縮空気Ａ２の温度に応じて流量調整弁４３の開度を調整する。即ち、制御部７３は、各温度センサ７１，７２が検出した圧縮空気Ａ２の温度差が予め設定された所定温度差より大きくなったときに、流量調整弁４３の開度を小さくする。そして、第１温度センサ７１と第２温度センサが検出した圧縮空気Ａ２の温度が所定温度差内になるように流量調整弁４３の開度を調整する。

第１熱交換器３２Ｂは、通常、流量調整弁４３の開度を１００％（全開）として運転する。即ち、圧縮空気分岐ライン２７から第１分岐流路５４ａ及び第２分岐流路５４ｂを介して第１熱交換部４１と第２熱交換部４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量は、同等となっている。圧縮空気Ａ２は、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２を流れるとき、冷却空気ＡＣと熱交換することで冷却され、排出される。

制御部７３は、第１熱交換部４１から排出される圧縮空気Ａ２の温度と、第２熱交換部４２から排出される圧縮空気Ａ２の温度との偏差が所定温度差より大きくなると、圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の流量が減少したものと判断する。このとき、制御部７３は、流量調整弁４３の開度を小さくし、第１温度センサ７１と第２温度センサが検出した圧縮空気Ａ２の温度が所定温度差内になるように流量調整弁４３の開度を調整する。すると、第２分岐流路５４ｂを介して第２熱交換部４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量が減少する一方、第１分岐流路５４ａを介して第１熱交換部４１に供給される圧縮空気Ａ２の流量が相対的に増加する。第１熱交換部４１における圧縮空気Ａ２の流量が増加すると、冷却空気ＡＣと圧縮空気Ａ２とが熱交換するとき、第２熱交換部４２の熱負荷に比べて第１熱交換部４１の熱負荷が高くなり、過冷却が抑制される。

なお、第１熱交換器３２Ｂの構成は、上述したものに限定されるものではない。図７に示すように、第１熱交換器３２Ｃにおいて、第１温度センサ７１は、第１熱交換部４１における出口ヘッダ６２に接続された第１分岐流路６４ｂに設けられ、第１熱交換部４１から排出された圧縮空気Ａ２の温度を検出し、制御部７３に出力する。第２温度センサ７２は、第２熱交換部４２における出口ヘッダ６３に接続された第２分岐流路６４ｃに設けられ、第２熱交換部４２から排出された圧縮空気Ａ２の温度を検出し、制御部７３に出力する。制御部７３は、第１温度センサ７１及び第２温度センサ７２が検出した圧縮空気Ａ２の温度に応じて流量調整弁４３の開度を調整する。即ち、制御部７３は、各温度センサ７１，７２が検出した圧縮空気Ａ２の温度差が予め設定された所定温度差より大きくなったときに、流量調整弁４３の開度を小さくする。そして、第１温度センサ７１と第２温度センサが検出した圧縮空気Ａ２の温度が所定温度差内になるように流量調整弁４３の開度を調整する。

このように第２実施形態の熱交換器にあっては、冷却空気ＡＣが流れる冷却空気ライン２８と、圧縮空気Ａ２が流れる圧縮空気分岐ライン２７と、冷却空気ＡＣと圧縮空気Ａ２とで熱交換を行うと共に冷却空気ＡＣの流れ方向に並設される複数の熱交換部４１，４２と、複数の熱交換部４１，４２における冷却空気ＡＣの流れ方向の下流側に位置する第２熱交換部４２を流れる圧縮空気Ａ２の流量を調整する流量調整弁４３と、圧縮空気Ａ２の温度を検出する温度センサ７１，７２と、温度センサ７１，７２が検出した圧縮空気Ａ２の温度に応じて流量調整弁４３の開度を調整する制御部７３とを設けている。

従って、複数の熱交換部４１，４２を流れる圧縮空気Ａ２は、冷却空気ＡＣと熱交換することで冷却される。複数の熱交換部４１，４２を流れる圧縮空気Ａ２の温度が変動すると、圧縮空気Ａ２の温度に応じて流量調整弁４３の開度を調整するため、複数の熱交換部４１，４２における冷却空気ＡＣの流れ方向の下流側に位置する第２熱交換部４２を流れる圧縮空気Ａ２の流量が調整される。そのため、冷却空気ＡＣが各熱交換部４１，４２に与える影響は少なく、高温化や低温化が抑制される。その結果、圧縮空気Ａ２の流量が変動しても適正に熱交換を行うことで圧縮空気Ａ２の過冷却を抑制することができる。

第２実施形態の熱交換器では、制御部７３は、複数の熱交換部４１，４２の出口側における圧縮空気Ａ２の温度差が予め設定された所定温度差より大きくなったときに、流量調整弁４３の開度を小さくし、圧縮空気Ａ２の温度差が所定温度差内になるように流量調整弁４３の開度を調整する。流量調整弁４３の開度を小さくすると、冷却空気ＡＣの流れ方向の下流側に位置する第２熱交換部４２を流れる圧縮空気Ａ２の流量が減少する。そのため、圧縮空気Ａ２が冷却空気ＡＣの流れ方向の上流側に位置する第１熱交換部４１に与える影響は少なくなり、圧縮空気Ａ２の過冷却を抑制することができる。

そして、圧縮空気Ａ２の過冷却が抑制されることで、熱交換部４１，４２の構成部材（例えば、伝熱管など）に大きな熱負荷が作用することはなく、板厚の増加などを不要として製造コストの増加を抑制することができる。また、圧縮空気Ａ２の過冷却が抑制されることから、第２熱交換部４２でのドレンの発生が抑制され、このドレンによる錆の発生を防止することができる。

第１熱交換器３２Ｂでは、第２熱交換部４２の入口ヘッダ５２に接続される第２分岐流路５４ｂに流量調整弁４３を設けている。また、第１熱交換器３２Ｃでは、第２熱交換部４２の出口ヘッダ６３に接続される第２分岐流路６４ｃに流量調整弁４３を設けている。従って、複数の熱交換部４１，４２に流れる圧縮空気Ａ２の流量を高精度に調整することができる。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態の熱交換器の概略構成図、図９は、第３実施形態の変形例を表す熱交換器の概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態において、図８に示すように、第１熱交換器３２Ｄは、圧縮空気分岐ライン２７と、冷却空気ライン２８と、第１熱交換部４１と、第２熱交換部４２と、流量調整弁４３と、状態検出センサとしての流量センサ８１と、制御部７３とを有している。

流量センサ８１は、圧縮空気分岐ライン２７に設けられている。流量センサ８１は、圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の流量（状態）を検出し、制御部７３に出力する。制御部７３は、流量センサ８１が検出した圧縮空気Ａ２の流量に応じて流量調整弁４３の開度を調整する。即ち、制御部７３は、流量センサ８１が検出した圧縮空気Ａ２の流量が予め設定された所定流量より少なくなったときに、流量調整弁４３の開度を小さくする。

第１熱交換器３２Ｄは、通常、流量調整弁４３の開度を１００％（全開）として運転する。即ち、圧縮空気分岐ライン２７から第１分岐流路５４ａ及び第２分岐流路５４ｂを介して第１熱交換部４１と第２熱交換部４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量は、同等となっている。圧縮空気Ａ２は、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２を流れるとき、冷却空気ＡＣと熱交換することで冷却され、排出される。

第１熱交換部４１に供給される圧縮空気Ａ２の流量が所定流量より少なくなると、制御部７３は、流量調整弁４３の開度を小さくする。すると、第２分岐流路５４ｂを介して第２熱交換部４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量が減少する一方、第１分岐流路５４ａを介して第１熱交換部４１に供給される圧縮空気Ａ２の流量が相対的に増加する。第１熱交換部４１における圧縮空気Ａ２の流量が増加すると、冷却空気ＡＣと圧縮空気Ａ２とが熱交換するとき、第２熱交換部４２の熱負荷に比べて第１熱交換部４１の熱負荷が高くなり、過冷却が抑制される。

なお、第１熱交換器３２Ｄの構成は、上述したものに限定されるものではない。図９に示すように、第１熱交換器３２Ｅにおいて、流量センサ８１は、圧縮空気分岐ライン２７に設けられ、各熱交換部４１，４２に供給される圧縮空気Ａ２の流量を検出し、制御部７３に出力する。制御部７３は、流量センサ８１が検出した圧縮空気Ａ２の流量に応じて流量調整弁４３の開度を調整する。即ち、制御部７３は、流量センサ８１が検出した圧縮空気Ａ２の流量が予め設定された所定流量より少なくなったときに、流量調整弁４３の開度を小さくする。

このように第３実施形態の熱交換器にあっては、圧縮空気Ａ２の流量を検出する流量センサ８１と、流量センサ８１が検出した圧縮空気Ａ２の流量が予め設定された所定流量より少なくなったときに、流量調整弁４３の開度を小さくする制御部７３とを設けている。

従って、複数の熱交換部４１，４２を流れる圧縮空気Ａ２の流量が所定流量より少なくなったときに、流量調整弁４３の開度を小さくするため、第２熱交換部４２を流れる二次流体の流量が減少する。そのため、冷却空気ＡＣが第１熱交換部４１に与える影響は少なくなり、圧縮空気Ａ２の過冷却を抑制することができる。

なお、この第３実施形態では、圧縮空気分岐ライン２７に流量センサ８１を設け、圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の流量（状態）を検出するようにしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、圧縮空気分岐ライン２７に圧力センサを設け、圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の圧力（状態）を検出するようにしてもよい。そして、制御部７３は、圧力センサが検出した圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の圧力が予め設定された所定圧力より大きくなったときに、流量調整弁４３の開度を小さくする。この場合であっても、圧縮空気Ａ２の過冷却を抑制することができる。

［第４実施形態］
図１０は、第４実施形態の熱交換器の概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態において、図１０に示すように、第１熱交換器９０は、圧縮空気分岐ライン２７と、冷却空気ライン２８と、４個の熱交換部９１，９２，９３，９４と、流量調整弁９５，９６，９７，９８と、流量センサ（状態検出センサ）９９と、制御部１００とを有している。

第１熱交換部９１は、一端部に入口ヘッダ１０１が設けられ、第２熱交換部９２は、一端部に入口ヘッダ１０２が設けられ、第３熱交換部９３は、一端部に入口ヘッダ１０３が設けられ、第４熱交換部９４は、一端部に入口ヘッダ１０４が設けられ、各熱交換部９１，９２，９３，９４は、他端部に出口ヘッダ１０５が設けられている。圧縮空気分岐ライン２７は、一次流体供給路として第１分岐流路１０５ａと第２分岐流路１０５ｂと第３分岐流路１０５ｃと第４分岐流路１０５ｄが分岐され、それぞれ入口ヘッダ１０１，１０２，１０３，１０４に接続されている。また、圧縮空気分岐ライン２７に一次流体排出路としての集合流路１０５ｅが設けられ、出口ヘッダ１０５に接続されている。

流量調整弁９５，９６，９７，９８は、各分岐流路１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄに設けられており、この分岐流路１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄを流れる圧縮空気Ａ２の流量を調整するものである。流量センサ９９は、圧縮空気分岐ライン２７に設けられており、圧縮空気分岐ライン２７を流れる圧縮空気Ａ２の流量（状態）を検出し、制御部１００に出力する。制御部１００は、流量センサ９９が検出した圧縮空気Ａ２の流量に応じて流量調整弁９５，９６，９７，９８の開度を調整する。即ち、制御部１００は、流量センサ９９が検出した圧縮空気Ａ２の流量が予め設定された所定流量より少なくなったときに、流量調整弁９５，９６，９７，９８の開度を小さくする。

第１熱交換部９１に供給される圧縮空気Ａ２の流量が所定流量より少なくなると、制御部１００は、流量調整弁９５，９６，９７，９８の開度を調整し、冷却空気ＡＣの流れ方向の下流側の熱交換部９２，９３，９４ほど流量が少なくなるように調整する。そのため、冷却空気ＡＣと圧縮空気Ａ２とが熱交換するとき、第１熱交換部９１側ほど熱負荷が高くなり、過冷却が抑制される。

なお、この第４実施形態では、状態検出センサとして流量センサ９９を適用したが、温度センサや圧力センサであってもよい。

このように第４実施形態の熱交換器にあっては、流量調整弁９５，９６，９７，９８を複数の熱交換部９１，９２，９３，９４に対応して複数設け、制御部１００は、流量センサ９９が検出した圧縮空気Ａ２の流量に応じて各熱交換部９１，９２，９３，９４を流れる圧縮空気Ａ２の流量を調整している。

従って、複数の熱交換部９１，９２，９３，９４を流れる圧縮空気Ａ２の流量を調整することで、冷却空気ＡＣが各熱交換部９１，９２，９３，９４に与える影響を少なくし、圧縮空気Ａ２の過冷却を高精度に抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、各熱交換部４１，４２，９１，９２，９３，９４を直管の伝熱管により構成したが、Ｕ字形状をなす伝熱管により構成してもよい。

また、上述した実施形態では、本発明の熱交換器をガスタービン１０に適用し、冷却空気（二次流体）ＡＣにより圧縮空気（一次流体）Ａ２を冷却するものとしたが、この構成に限定されるものではない。即ち、本発明の熱交換器は、ガスタービン１０における別の部分やガスタービン１０以外の分野（例えば、ボイラなど）にも適用することができる。

また、上述した実施形態では、二次流体により一次流体を冷却する熱交換器としたが、二次流体により一次流体を加熱する熱交換器としてもよく、この場合、熱交換器による過熱を抑制することができる。

１０ガスタービン
１１圧縮機
１２燃焼器
１３タービン
１４発電機
２４燃料ガス供給ライン
２６熱交換装置
２７圧縮空気分岐ライン（一次流路）
２８冷却空気ライン（二次流路）
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，９０第１熱交換器
３３第２熱交換器（熱交換器）
４１，９１第１熱交換部
４２，９２第２熱交換部
４３，９５，９６，９７，９８流量調整弁
７１，７２温度センサ（状態検出センサ）
７３，１００制御部
８１，９９流量センサ（状態検出センサ）
ＡＣ冷却空気（二次流体）
Ａ２圧縮空気（一次流体）

Claims

一次流体が流れる一次流路と、
二次流体が流れる二次流路と、
前記一次流路と前記二次流路とが集合した位置で一次流体と二次流体とで熱交換を行うと共に二次流体の流れ方向に並設された複数の熱交換部と、
前記複数の熱交換部に流れる一次流体の流量を調整する流量調整弁と、
を有し、
前記複数の熱交換部は、一端部に共通の入口ヘッダが設けられ、他端部に個別の出口ヘッダが設けられ、前記一次流路は、前記入口ヘッダ及び前記出口ヘッダに接続され、前記出口ヘッダに接続される前記一次流路に前記流量調整弁が設けられる、
ことを特徴とする熱交換器。
一次流体が流れる一次流路と、
二次流体が流れる二次流路と、
前記一次流路と前記二次流路とが集合した位置で一次流体と二次流体とで熱交換を行うと共に二次流体の流れ方向に並設された複数の熱交換部と、
二次流体の流れ方向の最下流側に配置される前記熱交換部に接続される前記一次流路に設けられる前記複数の熱交換部に流れる一次流体の流量を調整する流量調整弁と、
一次流体の状態を検出する状態検出センサと、
前記状態検出センサが検出した一次流体の状態に応じて前記流量調整弁の開度を調整する制御部と、
を有することを特徴とする熱交換器。
前記複数の熱交換部は、一端部に個別の入口ヘッダが設けられ、他端部に共通の出口ヘッダが設けられ、前記一次流路は、前記入口ヘッダ及び前記出口ヘッダに接続され、前記入口ヘッダに接続される前記一次流路に前記流量調整弁が設けられることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
前記状態検出センサは、前記複数の熱交換部の出口側における一次流体の温度を検出する温度センサであり、前記制御部は、前記複数の熱交換部の出口側における一次流体の温度差が予め設定された所定温度差より大きくなったときに、前記流量調整弁の開度を小さくすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱交換器。
前記状態検出センサは、前記複数の熱交換部の入口側における一次流体の流量を検出する流量センサであり、前記制御部は、前記複数の熱交換部の入口側における一次流体の流量が予め設定された所定流量より少なくなったときに、前記流量調整弁の開度を小さくすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱交換器。
前記状態検出センサは、前記複数の熱交換部の入口側における一次流体の圧力を検出する圧力センサであり、前記制御部は、前記複数の熱交換部の入口側における一次流体の圧力が予め設定された所定圧力より大きくなったときに、前記流量調整弁の開度を小さくすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱交換器。