JP2015152264A - heat exchanger - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a heat exchanger that performs heat exchange between a primary fluid and a secondary fluid.
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。 When the secondary fluid is cooled or heated by exchanging heat between the primary fluid and the secondary fluid, there is a heat exchanger configured by connecting an inlet header and an outlet header with a large number of heat transfer tubes. In such a heat exchanger, when the secondary fluid supplied to the inlet header flows to the outlet header through a number of heat transfer tubes, it is cooled or heated by the primary fluid that contacts the heat transfer tubes.
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。 For example, there is a heat exchanger having a configuration described in Patent Document 1 below. The heat exchanger described in Patent Document 1 is a heating / vaporization device that heats or vaporizes a low-temperature fluid, and heat transfer that constitutes the panel by causing a heat medium to flow down along both sides of the heat exchange panel. Heat or vaporize the cryogenic fluid flowing in the tube. A control valve is provided in front of the inlets of the two headers or manifolds to stop the supply of the cryogenic fluid to some of the heat exchanger panels according to fluctuations in the supply amount of the cryogenic fluid and to perform the remaining heat exchange. The control panel operates the control valve so that the flow rate at the steady load is maintained.
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。 A heat exchanger in which an inlet header and an outlet header are connected by a large number of heat transfer tubes allows the secondary fluid to flow into each heat transfer tube, while allowing the primary fluid to flow orthogonally to the heat transfer tube outside each heat transfer tube. Thus, heat exchange is performed between the primary fluid and the secondary fluid. At this time, if the flow rate of the secondary fluid decreases, the flow rate of the secondary fluid flowing through each heat transfer tube decreases, so in the heat transfer tube arranged upstream of the primary fluid, the secondary fluid is in a supercooled state or overheated. It becomes a state. For this reason, even in a heat exchanger in which an inlet header and an outlet header are connected by a large number of heat transfer tubes, as in the heating / vaporization apparatus described in Patent Document 1, the heat exchange panel is moved to a heat exchange panel. It is desirable that the supply of the low-temperature fluid can be stopped so that the secondary fluid can be prevented from being overcooled or overheated.
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。 The present invention solves the above-described problems, and provides a heat exchanger that can suppress overcooling or overheating of a secondary fluid by appropriately performing heat exchange even when the flow rate of the primary fluid fluctuates. The purpose is to do.
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一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。 In order to achieve the above object, a heat exchanger according to the present invention includes a primary flow path through which a primary fluid flows, a secondary flow path through which a secondary fluid flows in the primary flow path, and a primary fluid and a secondary fluid. A plurality of heat exchanging portions arranged in parallel in the flow direction of the primary fluid while performing heat exchange, and a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging portions. It is.
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加熱を抑制することができる。 Therefore, the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units is cooled or heated by exchanging heat with the secondary fluid. When the state of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units varies, the position of the flow rate adjustment valve is adjusted according to the state of the primary fluid, so that the position of the secondary fluid in the plurality of heat exchange units is downstream of the flow direction. The flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchanging section is adjusted. Therefore, the influence which a secondary fluid has on each heat exchange part decreases, and high temperature and low temperature are suppressed. As a result, even if the state of the primary fluid fluctuates, it is possible to suppress overcooling or heating of the primary fluid by appropriately exchanging heat.
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一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。 The heat exchanger according to the present invention performs heat exchange between the primary flow path through which the primary fluid flows, the secondary flow path through which the secondary fluid flows in the primary flow path, and the primary fluid and the secondary fluid. A plurality of heat exchange units arranged in parallel in the fluid flow direction, a flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units, a state detection sensor for detecting a state of the primary fluid, and the state And a control unit that adjusts the opening of the flow rate adjusting valve in accordance with the state of the primary fluid detected by the detection sensor.
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。 Therefore, the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units is cooled or heated by exchanging heat with the secondary fluid. When the state of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units varies, the position of the flow rate adjustment valve is adjusted according to the state of the primary fluid, so that the position of the secondary fluid in the plurality of heat exchange units is downstream of the flow direction. The flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchanging section is adjusted. Therefore, the influence which a secondary fluid has on each heat exchange part decreases, and high temperature and low temperature are suppressed. As a result, even if the state of the primary fluid fluctuates, it is possible to suppress overcooling or overheating of the secondary fluid by appropriately performing heat exchange.
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体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。 In the heat exchanger according to the present invention, each of the plurality of heat exchange units is provided with an individual inlet header at one end and a common outlet header at the other end, and the primary flow path includes the inlet header and the The flow rate adjusting valve is provided in the primary fluid flow path connected to the outlet header and connected to the inlet header.
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体流路を接続し、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体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。 Therefore, the primary fluid flow path branched to the upstream side in the plurality of heat exchange sections is connected, and the flow rate adjusting valve is provided in the primary fluid flow path connected to the heat exchange section located downstream in the flow direction of the secondary fluid. Therefore, the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units can be adjusted with high accuracy.
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体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。 In the heat exchanger according to the present invention, the plurality of heat exchanging portions are provided with a common inlet header at one end portion and an individual outlet header at the other end portion, and the primary flow path includes the inlet header and the It is connected to the outlet header, and the flow rate adjusting valve is provided in the primary fluid flow path connected to the outlet header.
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体を接続し、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体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。 Therefore, the primary fluid branched to the downstream side in the plurality of heat exchange units is connected, and the flow rate adjustment valve is provided in the primary fluid flow path connected to the heat exchange unit located on the downstream side in the flow direction of the secondary fluid. The flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units can be adjusted with high accuracy.
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。 In the heat exchanger according to the present invention, the state detection sensor is a temperature sensor that detects a temperature of a primary fluid on an outlet side of the plurality of heat exchange units, and the control unit is an outlet side of the plurality of heat exchange units. When the temperature difference of the primary fluid in is larger than a predetermined temperature difference set in advance, the opening degree of the flow rate adjusting valve is reduced.
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。 Therefore, when the temperature difference between the primary fluids flowing through the plurality of heat exchange units becomes larger than the predetermined temperature difference, the heat exchange located downstream in the flow direction of the secondary fluid is performed in order to reduce the opening of the flow rate adjustment valve. The flow rate of the primary fluid flowing through the section decreases. For this reason, the influence of the secondary fluid on the heat exchanging portion located on the upstream side in the flow direction is reduced, and it is possible to suppress overcooling or overheating of the primary fluid.
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。 In the heat exchanger according to the present invention, the state detection sensor is a flow rate sensor that detects a flow rate of a primary fluid on an inlet side of the plurality of heat exchange units, and the control unit is an inlet side of the plurality of heat exchange units. When the flow rate of the primary fluid in is less than a predetermined flow rate set in advance, the opening of the flow rate adjustment valve is reduced.
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。 Therefore, when the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units is less than a predetermined flow rate, in order to reduce the opening of the flow rate adjustment valve, the heat exchange unit located on the downstream side in the secondary fluid flow direction is provided. The flow rate of the flowing primary fluid is reduced. For this reason, the influence of the secondary fluid on the heat exchanging portion located on the upstream side in the flow direction is reduced, and it is possible to suppress overcooling or overheating of the primary fluid.
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。 In the heat exchanger according to the present invention, the state detection sensor is a pressure sensor that detects a pressure of a primary fluid on an inlet side of the plurality of heat exchange units, and the control unit is an inlet side of the plurality of heat exchange units. When the pressure of the primary fluid in is larger than a predetermined pressure set in advance, the opening degree of the flow rate adjusting valve is reduced.
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。 Therefore, when the pressure of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units becomes less than a predetermined pressure, the heat exchange unit located downstream in the flow direction of the secondary fluid is used to reduce the opening of the flow rate adjustment valve. The flow rate of the flowing primary fluid is reduced. For this reason, the influence of the secondary fluid on the heat exchanging portion located on the upstream side in the flow direction is reduced, and it is possible to suppress overcooling or overheating of the primary fluid.
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。 In the heat exchanger of the present invention, a plurality of the flow rate adjustment valves are provided corresponding to the plurality of heat exchange units, and the control unit is configured to change the plurality of flow rate control valves according to the state of the primary fluid detected by the state detection sensor. The opening degree of the plurality of flow rate adjustment valves is adjusted so that the flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchange unit located on the downstream side in the flow direction of the secondary fluid in the heat exchange unit is reduced.
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。 Therefore, by adjusting the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units, the influence of the secondary fluid on each heat exchange unit can be reduced, and the supercooling or overheating of the primary fluid can be suppressed with high accuracy. .
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。 According to the heat exchanger of the present invention, since the flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchange unit located downstream in the flow direction of the secondary fluid is adjusted according to the state of the primary fluid, the state of the primary fluid varies. However, it is possible to suppress overcooling or overheating of the primary fluid by appropriately performing heat exchange.
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。 Exemplary embodiments of a heat exchanger according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment, and when there are two or more embodiments, what comprises combining each embodiment is also included.
[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。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a gas turbine.
実施形態1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。
In the first embodiment, as illustrated in FIG. 1, the
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。
The
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。
Further, the
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。
The
図2は、熱交換装置を表す概略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a heat exchange device.
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The
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。 Hereinafter, the 1st heat exchanger as a heat exchanger of a 1st embodiment is explained. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the heat exchanger according to the first embodiment.
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。
As shown in FIG. 3, the
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、圧縮空気A2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。
The compressed
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。
The 1st
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。
The flow
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。
The
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。
When the flow rate of the compressed air A2 flowing through the compressed
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。
In addition, the structure of the
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。
As shown in FIG. 4, the
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64a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。
The first
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。
The flow
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。
The
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。
When the flow rate of the compressed air A2 flowing through the compressed
ここで、第1熱交換器32,32Aの作用を説明する。第1実施形態の熱交換器の作用を表す概略図である。
Here, the operation of the
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。
As shown in FIG. 5, when the opening degree of the flow
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51から第1熱交換部41に供給される圧縮空気A2の流量に対して、入口ヘッダ52から第2熱交換部42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。
On the other hand, when the flow rate of the compressed air A2 flowing through the compressed
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により多くの熱を吸収することとなり、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。
That is, by fully closing the flow
このように第1実施形態の熱交換器にあっては、一次流体としての冷却空気ACが流れる一次流路としての冷却空気ライン28と、二次流体としての圧縮空気A2が流れる二次流路としての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。
As described above, in the heat exchanger according to the first embodiment, the cooling
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。
Therefore, the compressed air A2 flowing through the plurality of
[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。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger according to the second embodiment, and FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger representing a modification of the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as embodiment mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
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。
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the
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。
The
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。
The
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。
When the deviation between the temperature of the compressed air A2 discharged from the first
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。
In addition, the structure of the
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。
Thus, in the heat exchanger of the second embodiment, heat is exchanged between the cooling
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。
Therefore, the compressed air A2 flowing through the plurality of
実施形態2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。
In the heat exchanger according to the second embodiment, the
そして、圧縮空気A2の過冷却が抑制されることで、熱交換器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熱交換器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。
And by suppressing supercooling of compressed air A2, a big heat load does not act on the structural members (for example, heat exchanger tubes, etc.) of the
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。
In the
[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。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger according to the third embodiment, and FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger representing a modification of the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as embodiment mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
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。
In the third embodiment, as shown in FIG. 8, the
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。
The
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。
The
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。
When the flow rate of the compressed air A2 supplied to the first
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、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。
In addition, the structure of
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。
As described above, in the heat exchanger according to the third embodiment, the
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。
Therefore, when the flow rate of the compressed air A2 flowing through the plurality of
なお、この実施形態3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。
In the third embodiment, the
[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。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger according to the fourth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as embodiment mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
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。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 10, the
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、各熱交換器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。
The first
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、この第2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。
The flow
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91,92,93,94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。
When the flow rate of the compressed air A2 supplied to the first
なお、この実施形態4では、状態検出器として流量センサ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。
In the fourth embodiment, the
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。
Thus, in the heat exchanger of the fourth embodiment, a plurality of flow
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。
Therefore, by adjusting the flow rate of the compressed air A2 flowing through the plurality of
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。
In the above-described embodiment, each
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(一次流体)ACにより圧縮空気(二次流体)A2を加熱するものとしたが、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。
In the above-described embodiment, the heat exchanger of the present invention is applied to the
また、上述した実施形態では、一次流体により二次流体を冷却する熱交換器としたが、一次流体により二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。 In the above-described embodiment, the heat exchanger that cools the secondary fluid with the primary fluid is used. However, a heat exchanger that heats the secondary fluid with the primary fluid may be used. In this case, overheating by the heat exchanger is suppressed. can do.
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(状態量検出センサ)
73,100 制御部
81,99 流量センサ(状態量検出センサ)
AC 冷却空気(二次流体)
A2 圧縮空気(一次流体)
DESCRIPTION OF
28 Cooling air line (secondary flow path)
32, 32A, 32B, 32C, 32D, 32E, 90 First heat exchanger 33 Second heat exchanger (heat exchanger)
41,91 1st
73,100
AC cooling air (secondary fluid)
A2 Compressed air (primary fluid)
Claims (8)
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一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熱交換器。 A primary flow path through which the primary fluid flows;
A secondary channel through which a secondary fluid flows in the primary channel;
A plurality of heat exchanging units that perform heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid and are arranged in parallel in the flow direction of the primary fluid;
A flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units;
The heat exchanger characterized by having.
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一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熱交換器。 A primary flow path through which the primary fluid flows;
A secondary channel through which a secondary fluid flows in the primary channel;
A plurality of heat exchanging units that perform heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid and are arranged in parallel in the flow direction of the primary fluid;
A flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchange units;
A state detection sensor for detecting the state of the primary fluid;
A controller that adjusts the opening of the flow rate adjustment valve according to the state of the primary fluid detected by the state detection sensor;
The heat exchanger characterized by having.
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