JP2008215659A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】確実に熱交換効率の向上を図ることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換部に供給された冷却水Ｗと熱交換部に流入させた空気を接触させて熱交換する交換器１００において、熱交換部は、気流方向に沿って配置された複数の副熱交換部１０１，１０２からなり、気流入方向の下流側に配置された第一副熱交換部１０１に対して供給する冷却水Ｗｃよりも、上流側に配置された第二副熱交換部１０２に供給する冷却水Ｗｍの方が高温となるように設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷却水と空気とを接触させて熱交換する交換器に関する。

ガスタービン発電システム等に用いられるガスタービン装置は、空気を吸入して圧縮する空気圧縮機と、その圧縮空気と燃料を導入して燃焼させて高圧ガスを発生する燃焼機と、燃焼機で発生した高温高圧ガスで回転して空気圧縮機を回転駆動させるタービンを備えている。
ガスタービン装置の出力及び熱効率は、空気圧縮機に吸入する空気（吸気）の温度に大きく影響される。このため、空気圧縮機に吸入する空気を、予め熱交換器により冷却するようにしている。

空気圧縮機に吸入する空気を冷却する熱交換器としては、空気と冷却水とを間接的に接触させる方式（特許文献１，２参照）、空気と冷却水とを直接的に接触させる方式（特許文献３、４参照）が提案されている。
特開平１１−１７３１６２号公報 特開平９−７２５８６号公報 特開２００６−１３８２６３号公報 特開２０００−２２０４７３号公報

上述した熱交換器では、直接接触方式の方が間接接触方式に比べて熱交換効率が高いことが知られているが、更に高い効率が求められている。
しかし、直接接触方式では単に熱交換器を大きくしただけでは効率の向上を図ることが難しいという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、確実に熱交換効率の向上を図ることができる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、熱交換部に供給された冷却水と該熱交換部に流入させた空気とを接触させて熱交換する交換器において、前記熱交換部は、気流方向に沿って配置された複数の副熱交換部からなり、前記気流入方向の下流側に配置された第一副熱交換部に対して供給する冷却水（Ｗｃ）よりも、上流側に配置された第二副熱交換部に供給する冷却水（Ｗｍ）の方が高温となるように設定されることを特徴とする。

また、前記第一副熱交換部に対して供給し回収した冷却水（Ｗｍ）を前記第二副熱交換部に供給し回収することを特徴とする。

また、前記複数の副熱交換部のそれぞれに対して供給される冷却水（Ｗｃ，Ｗｍ）は、前記気流入方向の最下流に配設された第一副熱交換部から最上流に配設された第二副熱交換部に向かうに従って徐々に高温となるように設定されることを特徴とする。

また、前記第一副熱交換部に対して供給し回収した冷却水（Ｗｍ）を、隣接する上流側の第三副熱交換部に供給し回収して前記第二副熱交換部に供給することを特徴とする。

また、前記第三副熱交換部を複数備えることを特徴とする。

また、前記副熱交換部のそれぞれは、充填材および該充填材の上部に冷却水を供給する冷却水供給部と、前記充填材の下方に配置されて前記充填材から流下した冷却水を回収する冷却水回収部と、を備え、前記充填材の表面を流下する冷却水と該充填材に流入させた空気とを直接接触させることを特徴とする。

また、前記複数の副熱交換部は、水平方向に並べて配設されることを特徴とする。

また、前記第二及び第三副熱交換部は水平方向に並べて配設され、前記第一副熱交換部は前記第三副熱交換部の下流側上方に配設されることを特徴とする。

また、前記第二副熱交換部を複数備えることを特徴とする。

また、前記第二副熱交換部は、流入する直前の空気（Ａｈ）に対して冷却水を噴霧して冷却するスプレー部を備えることを特徴とする。

また、前記スプレー部は、前記第二副熱交換部の空気流入面に沿って配設されることを特徴とする。

また、前記スプレー部には、前記第二副熱交換部に供給される冷却水（Ｗｍ）よりも高温の冷却水（Ｗｈ）が供給されることを特徴とする。

また、前記スプレー部よりも上流側に異物侵入防止用ネットを配設したことを特徴とする。

また、前記複数の副熱交換部を経て冷却された空気（Ｗｃ）は、ガスタービン装置に吸入されることを特徴とする。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明に係る熱交換器では、温度の高い外気に対して、徐々に温度の低い冷却水を接触させて、段階的に冷却するので、外気に対して単に温度の低い冷却水を接触させる場合に比べて、高い熱交換効率を実現することができる。
しかも、熱交換器を複数の副熱交換部に分けて、下流側に配置された副熱交換部から得られる冷却水（ドレイン水）を上流側に配置された副熱交換部に供給しているので、ドレイン水を有効利用が図られると共に、温度の異なる冷却水をわざわざ用意する必要がなくランニングコストの上昇がないという利点がある。また、用意かつ確実に、複数の副熱交換部に供給される冷却水が下流側から上流側に向けて高温になるように設定することができる。
また、熱交換器は、その一部にカウンターフロー型の熱交換部分を有するので、高い熱交換効率を得ることができる。

また、熱交換器に流入する外気が直前にスプレー部によりプレクールされるので、熱交換率の向上を図ることができる。また、熱交換器は、冷却水と外気とを直接接触させるので、高い熱交換率を実現することができる。
また、熱交換器は、熱交換部において冷却水と外気とを直接接触させるため、外気に含まれる粉塵等を取り除く高性能なフィルタを必要とせず、これに代えて、比較的大きな異物を取り除くことができる安価な異物侵入防止用ネットのみを設ければ足り。これにより、異物侵入防止用ネットにより比較的大きな異物が取り除かれて、熱交換部に異物が侵入して熱交換率が低下してしまうことを防止できる。

また、スプレー部には、熱交換部から排出されるドレイン水が供給されるので、新たに冷却水を用意する必要がなく、しかもドレイン水を有効活用することができる。また、ランニングコストの上昇を抑えることもでき、更に熱効率上も好ましいものとなる。

また、熱交換部により冷却された空気をガスタービン装置（空気圧縮機）に吸入されることで、ガスタービン装置の効率を向上させることができる。

以下、本発明に係る熱交換器の第一実施形態について図を参照して説明する。
図１は、ガスタービン発電システム１の概略構成を示す模式図である。
ガスタービン発電システム１は、吸気冷却方式を採用したガスタービン装置１０、ガスタービン装置１０に冷却空気Ａｃを送気する熱交換装置２０、ガスタービン装置１０に連結駆動されて発電する発電機３０、ガスタービン装置１０から排出された排ガスが流入する廃熱ボイラ装置４０等により構成される。

ガスタービン装置１０は、冷却空気Ａｃを圧縮する空気圧縮機１２、圧縮された空気と燃料とを混合・燃焼して高圧ガスを発生させる燃焼機１４、燃焼機１４から排出された高温ガスにより回転駆動されるガスタービン１６等から構成される。空気圧縮機１２とガスタービン１６とは、同一の軸により連結されている。
これにより、空気圧縮機１２に流入した冷却空気Ａｃは、圧縮された後に燃焼機１４に導入される。そして、燃焼機１４内において、配管１５から供給される燃料と圧縮空気とが混合されて燃焼し、高温の高圧ガスとなってガスタービン１６に供給される。高圧ガスは、断熱に近い状態で膨張してガスタービン１６を回転駆動する。

そして、ガスタービン１６の回転出力により、空気圧縮機１２及び発電機３０が回転駆動するようになっている。
例えば、ガスタービン１６の出力の４０％程度が発電機３０により電力に変換され、残りの大部分は空気圧縮機１２の駆動力として消費される。

また、ガスタービン１６から排出される高温の排ガスは廃熱ボイラ装置４０に送気され、内部を流れる給水と熱交換して蒸気を発生させ、次いで排気筒４２から外部に排出されるようになっている。
なお、廃熱ボイラ装置４０において発生した蒸気の一部は、燃焼機１４に導入されて燃焼機１４の出力を増加させるようになっている。

熱交換装置２０は、外気Ａｈを取り込んで冷却水Ｗｃと熱交換させる熱交換器１００、熱交換器１００を循環する冷却水Ｗを冷却する冷却装置２２とから構成される。
冷却装置２２は、氷を貯蔵する氷蓄熱槽２４と、熱交換器１００を循環する冷却水Ｗと氷蓄熱槽２４から供給される冷却水Ｗ０とを熱交換（冷却）させる熱交換器２６と、氷蓄熱槽２４と熱交換器２６との間で冷却水Ｗ０を循環させる冷却水循環部２８と、を備えている。氷蓄熱槽２４は、不図示の製氷装置を備え、夜間に氷を製造して貯蔵するようになっている。
そして、氷蓄熱槽２４から冷却水循環部２８を介して熱交換器２６に冷却水Ｗ０が供給され、これにより、熱交換器１００を循環する冷却水Ｗが、例えば、５℃程度に安定して冷却されるようになっている。

図２は、本発明の第一実施形態に係る熱交換器１００の概略構成を示す模式図である。
熱交換器１００は、副熱交換部１０１，１０２を備える。副熱交換部１０１，１０２は、水平方向に直列に並べられており、外気Ａｈの流れる方向（気流方向）の上流側に副熱交換部１０２が、下流側に副熱交換部１０１が配設される。
副熱交換部１０１，１０２のそれぞれは、略直方体形に形成された充填材１１０（１１０−１，１１０−２）と、充填材１１０の上端に冷却水Ｗを供給する冷却水供給部１２２（１２２−１，１２２−２）と、充填材１１０の下端から流れ落ちる冷却水Ｗを回収する冷却水回収部１２４（１２４−１，１２４−２）等とから構成される。

充填材１１０（１１０−１，１１０−２）は、例えば、合成樹脂等で形成された複数の薄板状部材を僅かな隙間を設けて水平方向に積み重ねたものや、多数の空隙が形成された薄板状部材を積み重ねたもの等が用いられる。また、板状部材に限らず、例えば、各種形状の多数のプラスチック成形体等を略直方体形に詰めたもの等が用いられる。つまり、薄板状部材等の充填物質のそれぞれは、十分な隙間を有して配置され、外気Ａｈ（冷却空気Ａｍ，Ａｃ）が通過する際に圧力損失が小さく、且つ外気Ａｈ（冷却空気Ａｍ，Ａｃ）との接触面積が大きくなるような形状となっている。

冷却水供給部１２２（１２２−１，１２２−２）は、充填材１１０（１１０−１，１１０−２）の上端面１１０ａ（１１０ａ−１，１１０ａ−２）に、冷却水Ｗ（Ｗｃ，Ｗｍ）を散水するものであって、充填材１１０の上端面１１０ａと同一形状の供給トレイ１２３（１２３−１，１２３−２）を有している。この供給トレイ１２３は、充填材１１０の上端面１１０ａのやや上方に配設されており、その底面に多数の貫通孔１２３ａが形成される。
これにより、供給トレイ１２３上に冷却水Ｗ（Ｗｃ，Ｗｍ）が供給されると、充填材１１０の上端面１１０ａに冷却水Ｗが滴下（散水）するようになっている。
なお、供給トレイ１２３−１に供給されて充填材１１０−１の上端面１１０ａ−１に散水される冷却水Ｗｃの温度は、上述したように、例えば、５℃程度である。また、供給トレイ１２３−２に供給されて充填材１１０−２の上端面１１０ａ−２に散水される冷却水Ｗｍの温度は、例えば、１２乃至１３℃程度である。

このように、充填材１１０の上端面１１０ａに冷却水Ｗが散水（供給）されると、冷却水Ｗは、充填材１１０を形成する各充填物質の表面を水膜状に流下し、充填材１１０の下端面１１０ｂ（１１０ｂ−１，１１０ｂ−２）から流れ落ちる。
一方、充填材１１０−１の側面のうち、ダクト９０の開口部９０ａに面する流入面１１０ｃ−１からは外気Ａｈが流入し、各充填物質の隙間を通過する際に、充填物質の表面を流下する冷却水Ｗｃと直接接触して冷却される。そして、外気Ａｈは、流入面１１０ｃ−１に背向する吹出面１１０ｄ−１から冷却空気Ａｍとして吹き出して、充填材１１０−２の流入面１１０ｃ−２に向けて送気される。更に、冷却空気Ａｍは、流入面１１０ｃ−２から充填材１１０−２に流入し、各充填物質の隙間を通過する際に、充填物質の表面を流下する冷却水Ｗｍと直接接触して冷却される。そして、冷却空気Ａｍは、流入面１１０ｃ−２に背向する吹出面１１０ｄ−２から冷却空気Ａｃとして吹き出して、ダクト９０を介してガスタービン装置１０の空気圧縮機１２に向けて送気される。
このように、熱交換器１００は、外気Ａｈが充填材１１０内を水平方向に流れ、冷却水Ｗが鉛直方向（上方から下方に向けて）に流れる、いわゆるクロスフロー型となっている。
なお、充填材１１０に流入する外気Ａｈの温度は、夏期の場合には、例えば、３０〜３５℃程度であり、充填材１１０−１を通過することで、例えば、１５〜２０℃程度の温度に冷却（冷却空気Ａｍ）される。
更に、冷却空気Ａｍは、充填材１１０−２を通過することで、例えば、５〜７℃程度の温度に冷却（冷却空気Ａｃ）される。

冷却水回収部１２４（１２４−１，１２４−２）は、充填材１１０の下端面１１０ｂから流れ落ちる冷却水Ｗ（Ｗｍ，Ｗｈ：ドレイン水）を回収するものであって、充填材１１０の下端面１１０ｂと同一形状の回収トレイ１２５（１２５−１，１２５−２）を有している。この回収トレイ１２５は、充填材１１０の下端面１１０ｂのやや下方に配設され、その底面には冷却水循環部１２６の配管１２７（１２７−１，１２７−２の一端が接続される。
充填材１１０の下端面１１０ｂから流れ落ちる冷却水Ｗ（Ｗｍ，Ｗｈ）には、充填材１１０に流入した外気Ａｈ（冷却空気Ａｍ）に含まれる水分も含まれる。つまり、外気Ａｈ（冷却空気Ａｍ）に含まれる水分が冷却されることにより凝縮して、冷却水Ｗと共に充填材１１０の下端面１１０ｂから流れ落ちる。
このため、充填材１１０−１の上端面１１０ａ−１に供給される冷却水Ｗｃに比べて、下端面１１０ｂ−１から排出される冷却水Ｗｍの方が大量となる。同様に、充填材１１０−２の上端面１１０ａ−２に供給される冷却水Ｗｍに比べて、下端面１１０ｂ−２から排出される冷却水Ｗｈの方が大量となる。したがって、回収トレイ１２５は、大量の冷却水Ｗ（Ｗｍ，Ｗｈ）を収容できるように、供給トレイ１２３に比べて深く形成されている。
なお、回収トレイ１２５−１に収容される冷却水Ｗｍの温度は、上述したように、例えば、１２乃至１３℃程度℃程度となる。また、回収トレイ１２５−２に収容される冷却水Ｗｈの温度は、例えば、２０℃程度となる。

また、熱交換器１００は、副熱交換部１０１，１０２と冷却装置２２の熱交換器２６との間で冷却水Ｗを循環させる冷却水循環部１２６を備える。
冷却水循環部１２６は、熱交換器２６により冷却された冷却水Ｗｃを副熱交換部１０１，１０２の冷却水供給部１２２に供給し、冷却水回収部１２４により回収した冷却水Ｗｈを熱交換器２６に送水するものである。
具体的には、熱交換器２６により冷却された冷却水Ｗｃは、配管１２７−０を介して副熱交換部１０１の冷却水供給部１２２−１（供給トレイ１２３−１）に送水される。そして、冷却水Ｗｃは、充填材１１０−１を経て、冷却水Ｗｍとして副熱交換部１０１の冷却水回収部１２４−１（回収トレイ１２５−１）により回収される。次に、冷却水回収部１２４−１により回収された冷却水Ｗｍは、配管１２７−１を介して副熱交換部１０２の冷却水供給部１２２−２（供給トレイ１２３−２）に送水される。そして、冷却水Ｗｍは、充填材１１０−２を経て、冷却水Ｗｈとして副熱交換部１０２の冷却水回収部１２４−２（回収トレイ１２５−２）により回収される。更に、冷却水回収部１２４−２により回収された冷却水Ｗｈは、配管１２７−２を介して熱交換器２６に送水され、冷却されることで冷却水Ｗｃとなって、再び配管１２７−０を介して副熱交換部１０１に向けて送水されるようになっている。
配管１２７の各所には、冷却水Ｗ（Ｗｃ，Ｗｍ，Ｗｈ）を送水するためのポンプ１２８や制御弁１２９等が連結される。
また、回収トレイ１２５−１，１２５−２に溜まった冷却水Ｗ（Ｗｍ，Ｗｈ）の一部は、廃棄されたり、後述するスプレー部１３０に送水されたりするようになっている。

なお、熱交換器１００の一部（少なくとも充填材１１０（１１０−１，１１０−２））は、ガスタービン装置１０の空気圧縮機１２に向けて外気Ａｈを送気するダクト９０の一端の開口部９０ａの近傍に配設される（図１参照）。

また、熱交換器１００は、上流側の副熱交換部１０２の充填材１１０−２に流入する外気Ａｈを充填材１１０−２に流入する前に予め冷却する（プレクール）するスプレー部１３０を備える。
スプレー部１３０は、充填材１１０−２に流入する外気Ａｈに対して冷却水Ｗ（Ｗｈ又はＷｍ）を噴霧し、噴霧した冷却水Ｗが蒸発する際の気化熱で外気Ａｈを冷却するものであって、充填材１１０−２の流入面１１０ｃ−２よりも上流側（開口部９０ａ側）に流入面１１０ｃ−２に沿って配設された複数の噴霧用配管１３２を有している。この噴霧用配管１３２には、微細かつ多数の貫通孔１３２ａが形成されており、この貫通孔１３２ａから冷却水Ｗが霧状に噴き出すようになっている。
これにより、充填材１１０−２に流入する外気Ａｈは、複数の噴霧用配管１３２同士の間を通り抜ける際に噴霧用配管１３２から噴出する霧状の冷却水Ｗに触れて冷却された後に、充填材１１０−２の流入面１１０ｃ−２に達する。

スプレー部１３０には、回収トレイ１２５−２に溜まった冷却水Ｗｈの一部が供給される。なお、回収トレイ１２５−１に溜まった冷却水Ｗｍの一部が供給される場合であってもよいし、回収トレイ１２５−１，１２５−２に溜まった冷却水Ｗｈ，Ｗｍのそれぞれの一部が供給される場合であってもよい。
冷却水Ｗｈ（例えば、２０℃程度）を噴霧する場合には、充填材１１０−２に流入する外気Ａｈ（例えば、３０〜３５℃程度）の温度を、例えば、２，３℃程度低下させることができる。

また、図１に示すように、スプレー部１３０よりも更に上流側（開口部９０ａ側）には、外気Ａｈに混じった異物が充填材１１０（１１０−２，１１０−１）内に侵入してしまわないように、異物侵入防止用ネット１４０が配設される。異物侵入防止用ネット１４０としては、例えば、１０ｍｍ角の開口（目開き）を有する金属製メッシュ部材等が好適に用いられる。
異物としては、例えば、昆虫等が想定される。このような大きな異物が充填材１１０に侵入して、充填材１１０の隙間を閉塞することで熱交換率が低下してしまうことを防止している。
なお、外気Ａｈには、昆虫等の大きな異物の他に、粉塵等の微細な異物も混じっている。粉塵のような微細な異物は、充填材１１０内においてろ過される。すなわち、５μｍ以上の異物の殆どは、充填材１１０内において冷却水Ｗ（Ｗｃ，Ｗｍ）に直接接触することで、冷却水Ｗと共に下端面１１０ｂから排出される。
このため、充填材１１０の流入面１１０ｃ側に、微細な塵埃等を取り除くフィルタ（ＨＥＰＡフィルタ等）を設ける必要がなくなっている。そして、これに代えて、大型の異物のみを取り除くことが可能、かつ、安価な異物侵入防止用ネット１４０を配設している。

以上のような構成により、第一実施形態に係る熱交換器１００では、外気Ａｈの気流方向の下流側に配置された副熱交換部１０１には最も温度の低い冷却水Ｗｃ（例えば、５℃程度）が供給され、上流側に配置された副熱交換部１０２には冷却水Ｗｃよりもやや温度の高い冷却水Ｗｈ（例えば、１２，１３℃程度）が供給されるようになっている。
つまり、冷却装置２２の熱交換器２６から供給される冷却水Ｗｃは、充填材１１０−１を経ることで、外気Ａｈに直接接触して温度上昇し、冷却水Ｗｍとなる。次に、冷却水Ｗｍは、充填材１１０−２を経ることで、冷却空気Ａｍに直接接触して温度上昇し、冷却水Ｗｈとなる。
一方、外気Ａｈは、充填材１１０−１を経ることで、冷却水Ｗｃに直接接触して温度低下し、冷却空気Ａｍとなる。次に、冷却空気Ａｍは、充填材１１０−２を経ることで、冷却水Ｗｍに直接接触して温度低下し、冷却空気Ａｃとなる。
このように、熱交換器１００は、温度の高い外気Ａｈに対して、徐々に温度の低い冷却水Ｗを接触させて、段階的に冷却する（外気Ａｈを冷却空気Ａｍに、更に冷却空気Ａｃにする）。これにより、外気Ａｈに対して単に温度の低い冷却水を接触させる場合に比べて、高い熱交換効率を実現することができる。
しかも、充填材１１０を複数に分けて、下流側に配置された充填材１１０−１から得られるドレイン水（Ｗｍ）を上流側に配置された充填材１１０−２に供給しているので、ドレイン水を有効利用が図られると共に、温度の異なる冷却水をわざわざ用意する必要がなくランニングコストの上昇がないという利点がある。また、用意かつ確実に、充填材１１０に供給される冷却水が下流側から上流側に向けて高温になるように設定することができる。

また、充填材１１０（１１０−２）に流入する外気Ａｈが直前にスプレー部１３０によりプレクールされるので、更に熱交換率の向上が図られる。
また、スプレー部１３０には、充填材１１０（１１０−２）から排出されるドレイン水としての冷却水Ｗ（Ｗｈ）が供給されるので、新たに冷却水を用意する必要がなく、しかもドレイン水としての冷却水Ｗ（Ｗｈ）を有効活用することができるので、ランニングコストの上昇も殆どないという利点がある。また、充填材１１０（１１０−２）から排出される冷却水Ｗ（Ｗｈ）は、外気Ａｈよりも低温かつ充填材１１０（１１０−２）に供給される冷却水Ｗ（Ｗｍ）よりも高温であるため、熱効率上も好ましいものとなっている。

また、熱交換器１００は、冷却水Ｗと外気Ａｈとを直接接触させるため、外気Ａｈに含まれる粉塵等を取り除くための高性能なフィルタを必要とせず、これに代えて、比較的大きな異物を取り除くことができる安価な異物侵入防止用ネット１４０のみを設ければ足りる。そして、異物侵入防止用ネット１４０により比較的大きな異物が取り除くことができるので、充填材１１０が異物により閉塞されて熱交換率が低下してしまうことが防止できる。

図３，図４は、熱交換器１００の変形例を示す図である。
上述した実施形態では、熱交換器１００が２つの副熱交換部１０１，１０２を備え、副熱交換部１０１，１０２が水平方向に直列に並べられる場合について説明したが、これに限らない。３つ以上副熱交換部が水平方向に直列に並べられる場合であってもよい。
すなわち、最下流に配置された副熱交換部１０１と最上流に配置された副熱交換部１０２との間に、副熱交換部１０３を配設したり（図３参照）、更に、副熱交換部１０１と副熱交換部１０２との間に、副熱交換部１０３，１０４を配設したりしてもよい（図４参照）。
この場合には、図３に示すように、副熱交換部１０１で得られるドレイン水を副熱交換部１０３に、副熱交換部１０３で得られるドレイン水を副熱交換部１０４に、副熱交換部１０４で得られるドレイン水を副熱交換部１０２に、順次供給することが好ましい。
また、図４に示すように、副熱交換部１０１で得られるドレイン水を副熱交換部１０４に、副熱交換部１０３で得られるドレイン水を副熱交換部１０２に、供給するようにしてもよい。いずれの場合であっても、上流側の副熱交換部に供給される冷却水（ドレイン水）が、下流側の副熱交換部に供給される冷却水（ドレイン水）よりも、温度が高くなる（最悪でも同一）ように設定されていればよい。

以下、本発明に係る熱交換器の第二実施形態について図を参照して説明する。なお、第一実施形態に係る熱交換器１００と同一の構成部材等については、同一の符号を付してその説明を簡略又は省略する。
図５は、本発明の第二実施形態に係る熱交換器２００の概略構成を示す模式図である。
第二実施形態に係る熱交換器２００は、外気Ａｈが充填材１１０内を下方から上方に向けて流れ、冷却水Ｗが上方から下方に向けて流れる、いわゆるカウンターフロー型の熱交換部を一部に含んでいる。

熱交換器２００は、副熱交換部２０１，２０２ａ，２０２ｂを備える。副熱交換部２０２ａ，２０２ｂは、間隔を空けて水平方向に直列に並べられており、副熱交換部２０２ａ，２０２ｂの間に形成された空間Ｓの上方に副熱交換部２０１が位置するように配設される。
そして、外気Ａｈは、副熱交換部２０２ａ，２０２ｂのそれぞれに流入し、水平方向に流れて、副熱交換部２０２ａ，２０２ｂの間に形成された空間Ｓに達した後に、合流しつつ上昇し、副熱交換部２０１内を下方から上方に向けて流れる。
副熱交換部２０１，２０２ａ，２０２ｂのそれぞれは、充填材２１０（２１０−１，２１０−２ａ，２１０−２ｂ）と、充填材２１０の上端に冷却水Ｗを供給する冷却水供給部２２２（２２２−１，２２２−２ａ，２２２−２ｂ）と、充填材２１０の下端から流れ落ちる冷却水Ｗを回収する冷却水回収部２２４（２２４−１，２２４−２ａ，２２４−２ｂ）等とから構成される。

充填材２１０は、第一実施形態の充填材１１０と同一構成のものが用いられる。
また、冷却水供給部２２２のうち、冷却水回収部２２２−２ａ，２２２−２ｂは、第一実施形態の冷却水供給部１２２と同一構成のものが用いられる。一方、冷却水供給部２２２−１は、充填材１１０−１の上方に沿って配設された複数の散水用配管２２３を有しており、この散水用配管２２３に形成された多数の貫通孔（不図示）ａから冷却水Ｗｃが充填材１１０−１に対して散水されるようになっている。そして、充填材１１０−１からの吹き出す冷却空気Ａｃは、複数の散水用配管２２３同士の間を通り抜けて上方に送気されるようになっている。
なお、冷却水供給部２２２−１の散水用配管２２３に供給される冷却水Ｗｃの温度は、例えば、５℃程度である。また、冷却水供給部２２２−２ａ，２２２−２ｂの供給トレイ２２３−２ａ，２２３−２ｂに供給される冷却水Ｗｍの温度は、例えば、１２乃至１３℃程度である。
一方、充填材２１０−２ａ，２１０−２ｂに流入する外気Ａｈの温度は、夏期の場合には、例えば、３０〜３５℃程度であり、充填材２１０−２ａ，２１０−２ｂを通過することで、例えば、１５〜２０℃程度の温度に冷却（冷却空気Ａｍ）される。更に、冷却空気Ａｍは、充填材２１０−１を通過することで、例えば、５〜７℃程度の温度に冷却（冷却空気Ａｃ）される。

更に、冷却水回収部２２４は、第一実施形態の冷却水回収部１２４と同一構成のものが用いられる。ただし、冷却水回収部２２４−１の回収トレイ２２５−１は、充填材２１０−１の下方に形成された空間Ｓ（副熱交換部２０２ａ，２０２ｂの間に形成された空間Ｓ）の下方に配設される。つまり、図５に示すように、回収トレイ２２５−１は、冷却水回収部２２４−２ａ，２２４−２ｂの回収トレイ２２５−２ａ，２２５−２ｂと同一の高さに位置するように配設される。
なお、回収トレイ１２５−１に収容される冷却水Ｗｍの温度は、例えば、１２乃至１３℃程度℃程度である。また、冷却水回収部２２４−２ａ，２２４−２ｂの回収トレイ２２５−２ａ，２２５−２ｂに収容される冷却水Ｗｈの温度は、例えば、２０℃程度である。

また、熱交換器２００は、副熱交換部２０１，２０２ａ，２０２ｂと冷却装置２２の熱交換器２６との間で冷却水Ｗを循環させる冷却水循環部２２６を備える。
冷却水循環部２２６は、熱交換器２６により冷却された冷却水Ｗｃを副熱交換部２０１，２０２ａ，２０２ｂの冷却水供給部２２２に供給し、冷却水回収部２２４により回収した冷却水Ｗｈを熱交換器２６に送水するものである。
具体的には、熱交換器２６により冷却された冷却水Ｗｃは、配管２２７−０を介して副熱交換部２０１の冷却水供給部２２２−１（散水用配管２２３）に送水される。そして、冷却水Ｗｃは、充填材２１０−１及び空間Ｓを経て、冷却水Ｗｍとして冷却水回収部２２４−１（回収トレイ２２５−１）により回収される。
次に、冷却水回収部２２４−１により回収された冷却水Ｗｍは、配管２２７−１ａ，２２７−１ｂを介して（分岐して）副熱交換部２０２ａ，２０２ｂの冷却水供給部２２２−２ａ，２２２−２ｂ（供給トレイ２２３−２ａ，２２３−２ｂ）に送水される。
そして、冷却水Ｗｍは、充填材２１０−２ａ，２１０−２ｂを経て、冷却水Ｗｈとして副熱交換部２０２ａ，２０２ｂの冷却水回収部２２４−２ａ，２２４−２ｂ（回収トレイ２２５−２ａ，２２５−２ｂ）により回収される。
更に、冷却水回収部２２４−２ａ，２２４−２ｂにより回収された冷却水Ｗｈは、配管２２７−２を介して（合流して）熱交換器２６に送水され、冷却されることで冷却水Ｗｃとなって、再び配管１２７−０を介して副熱交換部２０１に向けて送水されるようになっている。
配管２２７の一部には、冷却水Ｗ（Ｗｃ，Ｗｍ，Ｗｈ）を送水するためのポンプ２２８や制御弁２２９等が連結される。
また、回収トレイ２２５−１，２２５−２ａ，２２５−２ｂに溜まった冷却水Ｗ（Ｗｍ，Ｗｈ）の一部は、廃棄されたり、後述するスプレー部２３０に送水されたりするようになっている。

スプレー部２３０（２３０ａ，２３０ｂ）は、第一実施形態のスプレー部１３０と同一構造であって、副熱交換部２０２ａ，２０２ｂの充填材２１０−２ａ，２１０−２ｂの流入面（外側側面）に沿って配設される。これにより、副熱交換部２０２ａ，２０２ｂのそれぞれに流入する外気Ａｈに対して、冷却水Ｗ（Ｗｈ，Ｗｍ）を噴霧するようになっている。そして、外気Ａｈは、スプレー部２３０によりプレクールされた後に、充填材２１０−２ａ，２１０−２ｂの流入面（外側側面）から内部に流入する。

異物侵入防止用ネット２４０は、第一実施形態の異物侵入防止用ネット１４０と同様に、例えば、１０ｍｍ角の開口（目開き）を有する金属製メッシュ部材等であって、スプレー部２３０（２３０ａ，２３０ｂ）よりも上流側に配設される。
これにより、充填材２１０−２ａ，２１０−２ｂの流入面（外側側面）から内部に比較的大きな異物が侵入してしまうことが防止される。

以上のような構成により、第二実施形態に係る熱交換器２００は、第一実施形態に係る熱交換器１００と同等の効果を奏することができる。特に、熱交換器２００は、その一部にカウンターフロー型の熱交換部分を有するので、クロスフロー型の熱交換器１００に比べて熱交換効率が高くなる。また、スプレー部２３０により外気Ａｈがプレクールされることで、更に高い熱交換率を実現することができる。
また、スプレー部２３０には、充填材２１０から排出されるドレイン水としての冷却水Ｗｈ，Ｗｍが供給されるので、ドレイン水の有効活用を図ることができる。
また、熱交換器２００は、冷却水Ｗと外気Ａｈとを直接接触させるため、外気Ａｈに含まれる粉塵等を取り除く高性能なフィルタを必要とせず、安価な異物侵入防止用ネット２４０のみを設ければ足りる。

図６は、熱交換器２００の変形例を示す図である。
熱交換器２００のうち、上流側（外気Ａｈが水平方向に流れる部分）は、複数の副熱交換部により構成されてもよい。つまり、最上流に配置される副熱交換部２０２ａ，２０２ｂと空間Ｓとの間に、副熱交換部２０３ａ，２０３ｂを配設してもよい。
この場合には、図６に示すように、副熱交換部２０１で得られるドレイン水を副熱交換部２０３ａ，２０３ｂに、副熱交換部２０３ａ，２０３ｂで得られるドレイン水を副熱交換部２０２ａ，２０２ｂに順次供給する。更に、外気Ａｈが水平方向に流れる部分に、複数の副熱交換部を追加してもよい。
また、例えば、外気Ａｈが水平方向に流れる部分の一方は、２つの副熱交換部２０２ａ，２０３ａにより構成し、他方を１つの副熱交換部２０２ｂのみにより構成する（水平方向の左右で、副熱交換部の数が異なる）ようにしてもよい。
また、外気Ａｈが水平方向に流れる部分が三経路以上あってもよい。つまり、副熱交換部２０２ａ，２０２ｂの他に、副熱交換部２０２ｃ（不図示）を設けて、空間Ｓには副熱交換部２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃの三つ（三方向）から冷却空気Ａｍが流入するようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述した実施形態では、充填材１１０，２１０から排出されるドレイン水（冷却水Ｗｈ，Ｗｍ）の一部をスプレー部１３０，２３０で利用する場合について説明したが、更に他の設備等においてこのドレイン水を有効利用することが望ましい。
例えば、ガスタービン発電システム１における他の設備等の冷却水としてドレイン水を用いることができる。これらの装置が熱交換器を有する場合には、この熱交換器の循環水の冷却等にドレイン水（冷却水Ｗｈ，Ｗｍ）を用いてもよい。または、冷却塔の循環水等にドレイン水（冷却水Ｗｈ，Ｗｍ）を用いてもよい。
また、ガスタービン発電システム１に付設されるビル等に備えられる冷房装置にドレイン水（冷却水Ｗｈ，Ｗｍ）を用いてもよい。
また、これらに限らず、各種工業用水として、ドレイン水（冷却水Ｗｈ，Ｗｍ）を用いることもできる。

上述した実施形態では、スプレー部１３０，２３０は、充填材１１０，２１０から排出されるドレイン水（冷却水Ｗｈ，Ｗｍ）の一部を利用する場合について説明したが、これに限らない。例えば、冷却水供給部１２２，２２２にて使用される冷却水Ｗｃの一部を用いるようにしてもよい。

上述した実施形態では、熱交換装置２０の熱交換器１００，２００を循環する冷却水Ｗ（Ｗｈ）が、氷蓄熱槽２４により間接的に冷却される場合について説明したが、これに限らない。冷却水Ｗ（Ｗｈ）が氷蓄熱槽２４により直接冷却されてもよいし、また、氷蓄熱槽２４を用いない場合であってもよい。

また、上述した実施形態では、熱交換器１００，２００により冷却された冷却空気Ａｃをガスタービン装置１０の空気圧縮機１２に流入させる場合について説明したが、これに限らない。熱交換器１００，２００は、各種冷却装置の一部として好適に用いることができる。

また、上述した実施形態では、冷却水回収部１２４，２２４（１２４−１，１２４−２，２２４−１，２２４−２ａ，２２４−２ｂ）等は、それぞれ独立している場合について説明したが、これに限らない。
各冷却水回収部１２４−１，１２４−２，２２４−１，２２４−２ａ，２２４−２ｂ等が、伝通管により連通されており、回収された冷却水Ｗの一部が互いに流れるようになっていてもよい。各冷却水回収部を伝通管で連通することで、冷却水回収部のいずれかが空となって、上流側の副熱交換部（充填材）に冷却水Ｗが供給されなくなる事態を回避することが可能となる。

ガスタービン発電システム１の概略構成を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る熱交換器の概略構成を示す模式図である。 第一実施形態に係る熱交換器の変形例を示す模式図である。 第一実施形態に係る熱交換器の変形例を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係る熱交換器の概略構成を示す模式図である。 第二実施形態に係る熱交換器の変形例を示す模式図である。

符号の説明

１…ガスタービン発電システム
１０…ガスタービン装置
２０…熱交換装置
９０…ダクト
１００，２００…熱交換器
１０１，２０１…副熱交換部（熱交換部、第一副熱交換部）
１０２，２０２（２０２ａ，２０２ｂ）…副熱交換部（熱交換部、第二副熱交換部）
１０３，１０４，２０３（２０３ａ，２０２３）…副熱交換部（第三副熱交換部）
１１０（１１０−１，１１０−２），２１０（２１０−１，２１０−２ａ，２１０−２ｂ）…充填材
１２２（１２２−１，１２２−２），２２２（２２２−１，２２２−２ａ，２２２−２ｂ）…冷却水供給部
１２４（１２４−１，１２４−２），２２４（２２４−１，２２４−２ａ，２２４−２ｂ）…冷却水回収部
１２６，２２６…冷却水循環部（送水部）
１３０，２３０（２３０ａ，２３０ｂ）…スプレー部
１４０，２４０…異物侵入防止用ネット
Ａｈ…外気（空気）
Ａｍ、Ａｃ…冷却空気（空気）
Ｗ(Ｗｃ、Ｗｍ、Ｗｈ）…冷却水

Claims (14)

1. 熱交換部に供給された冷却水と該熱交換部に流入させた空気とを接触させて熱交換する交換器において、
   前記熱交換部は、気流方向に沿って配置された複数の副熱交換部からなり、
   前記気流入方向の下流側に配置された第一副熱交換部に対して供給する冷却水よりも、上流側に配置された第二副熱交換部に供給する冷却水の方が高温となるように設定されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記第一副熱交換部に対して供給し回収した冷却水を前記第二副熱交換部に供給し回収することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記複数の副熱交換部のそれぞれに対して供給される冷却水は、前記気流入方向の最下流に配設された第一副熱交換部から最上流に配設された第二副熱交換部に向かうに従って徐々に高温となるように設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第一副熱交換部に対して供給し回収した冷却水を、隣接する上流側の第三副熱交換部に供給し回収して前記第二副熱交換部に供給することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記第三副熱交換部を複数備えることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記副熱交換部のそれぞれは、充填材および該充填材の上部に冷却水を供給する冷却水供給部と、
   前記充填材の下方に配置されて前記充填材から流下した冷却水を回収する冷却水回収部と、
   を備え、
   前記充填材の表面を流下する冷却水と該充填材に流入させた空気とを直接接触させることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記複数の副熱交換部は、水平方向に並べて配設されることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記第二及び第三副熱交換部は水平方向に並べて配設され、前記第一副熱交換部は前記第三副熱交換部の下流側上方に配設されることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 前記第二副熱交換部を複数備えることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記第二副熱交換部は、流入する直前の空気に対して冷却水を噴霧して冷却するスプレー部を備えることを特徴とする請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載の熱交換器。
11. 前記スプレー部は、前記第二副熱交換部の空気流入面に沿って配設されることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
12. 前記スプレー部には、前記第二副熱交換部に供給される冷却水よりも高温の冷却水が供給されることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の熱交換器。
13. 前記スプレー部よりも上流側に異物侵入防止用ネットを配設したことを特徴とする請求項１０から請求項１２のうちいずれか一項に記載の熱交換器。
14. 前記複数の副熱交換部を経て冷却された空気は、ガスタービン装置に吸入されることを特徴とする請求項１から請求項１３のうちいずれか一項に記載の熱交換器。

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