JP6262013B2 - 熱交換器 - Google Patents

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、一次流体の温度を調整する場合、一次流体の一部を熱交換せずに熱交換後の一次流体に混合させることが考えられる。例えば、一次流体流路に熱交換器を設けると共に、一次流体流路に熱交換器を迂回するバイパス流路を設ける。そして、このバイパス流路を流れる一次流体の流量を増減することで、一次流体の温度を調整する。

このような熱交換器としては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

特開２００５−２２１１８０号公報 特開２００５−２２６９５７号公報

ところが、一次流体流路からバイパス流路に流れる一次流体の流量を増加させると、熱交換器を流れる一次流体の流量が減少する。すると、熱交換器は、熱交換量が増加し、出口部で一次流体の過熱状態または過冷却状態となってしまう。熱交換器にて、二次流体が過熱状態または過冷却状態になると、熱交換器の構成部材（例えば、伝熱管）に大きな熱負荷が作用するため、予め対策を講じる必要があり、熱交換器の高コスト化を招いてしまう。また、一次流体が過熱状態または過冷却状態になると、副生物が生成することがあり、この副生物が熱交換器に悪影響を与えてしまうおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、一次流体の温度を高精度に調整することができると共に、一次流体の過熱または過冷却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複数の熱交換部と、前記複数の熱交換部のうち少なくとも１つの熱交換部をバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路を流れる一次流体の流量を調整する流量調整弁と、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計測する温度センサと、前記温度センサが検出した一次流体の温度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、熱交換部の出口側における一次流体の温度に応じて流量調整弁の開度を調整するため、複数の熱交換部のうち少なくとも１つの熱交換部をバイパスする一次流体の流量が調整される。このとき、一次流体は、少なくとも１つの熱交換部をバイパスするため、熱交換部を通った一次流体は、その流量が一時的に減少しても、高温化や低温化が抑制される。その結果、一次流体の温度を高精度に調整することができると共に、一次流体の過熱または過冷却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、直列に接続された第１熱交換部と第２熱交換部を有し、前記バイパス流路は、一端部が前記第１熱交換部の入口に接続され、他端部が前記第１熱交換部と前記第２熱交換部の接続部に接続されることを特徴としている。

従って、バイパス流路を通る一次流体は、第１熱交換部と第２熱交換部の接続部に供給されることで、第１熱交換部で熱交換した一次流体がバイパス流路を通った一次流体と混合することとなり、第２熱交換部での一次流体の高温化や低温化が抑制され、一次流体の過熱または過冷却を抑制することができる。

本発明の熱交換器では、前記第１熱交換部と前記第２熱交換部は、平行をなして配置され、一端部に前記第１熱交換部の入口部と前記第２熱交換部の出口部が配置され、他端部に前記接続部が配置されることを特徴としている。

従って、第１熱交換部と第２熱交換部を平行に配置し、一次流体を効率良く循環させるように構成したことで、装置を小型化することができる。

本発明の熱交換器では、前記接続部は、前記第１熱交換部における下流側端部と前記第２熱交換部における上流側端部が接続されるヘッダであることを特徴としている。

従って、接続部をヘッダとすることで、第１熱交換部と第２熱交換部を容易に接続することができ、また、熱交換部を通った一次流体とバイパス流路を通った一次流体とを適正に混合させることができる。

本発明の熱交換器では、前記接続部は、前記第１熱交換部における下流側端部と前記第２熱交換部における上流側端部とを接続する接続配管であることを特徴としている。

従って、接続部を接続配管とすることで、第１熱交換部と第２熱交換部をコンパクトに接続することができ、構造を簡素化することができる。

本発明の熱交換器では、前記流量調整弁は、前記バイパス流路に設けられることを特徴としている。

従って、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。

本発明の熱交換器では、前記流量調整弁は、前記一次流路と前記バイパス流路との分岐部に設けられる三方弁であることを特徴としている。

従って、バイパス流路に流す一次流体の流量を高精度に調整することができる。

本発明の熱交換器によれば、一次流体と二次流体とで熱交換を行う複数の熱交換部を設けると共に、複数の熱交換部のうち少なくとも１つの熱交換部をバイパスするバイパス流路を設け、複数の熱交換部の出口側における一次流体の温度に応じてバイパス流路を流れる一次流体の流量を調整するので、一次流体の温度を高精度に調整することができると共に、一次流体の過熱または過冷却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、従来の熱交換器の作用を表す概略図である。 図６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７は、第２実施形態の熱交換器の概略構成図である。 図８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９は、第３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２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２熱交換器３３は、図３に示すように、一次流路としての燃料ガス供給ライン２４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）の熱交換部としての第１熱交換部４１及び熱交換部としての第２熱交換部４２と、バイパス流路４３と、流量調整弁４４と、温度センサ４５と、制御部４６とを有している。ここで、一次流体は、燃料ガスＬであり、二次流体は、加熱空気ＡＨである。

第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２は、燃料ガス供給ライン２４に設けられており、燃料ガスＬと加熱空気ＡＨとで熱交換を行うものであり、直列に接続されると共に、互いに平行をなして配置されている。第１熱交換部４１は、一端部に入口ヘッダ５１が設けられ、入口ヘッダ５１のノズル５２に燃料ガス供給ライン２４の上流側端部が接続されている。第２熱交換部４２は、一端部に出口ヘッダ５３が設けられ、出口ヘッダ５３のノズル５４に燃料ガス供給ライン２４の下流側端部が接続されている。また、第１熱交換部４１の他端部と第２熱交換部４２の他端部が接続ヘッダ５５により接続されている。なお、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２は、多数の伝熱管からなる伝熱管群により構成されており、各伝熱管の端部は、ヘッダ５１，５３，５５の管板に支持されている。

バイパス流路４３は、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２のうちの第１熱交換部４１をバイパスするものである。このバイパス流路４３は、基端部が第１熱交換部４１より上流側の燃料ガス供給ライン２４に接続され、先端部が接続ヘッダ５５のノズル５６に接続されている。流量調整弁４４は、バイパス流路４３に設けられており、このバイパス流路４３を流れる燃料ガスＬの流量を調整するものである。

温度センサ４５は、第２熱交換部４２の出口側における燃料ガス供給ライン２４に設けられており、燃料ガスＬの温度を計測し、制御部４６に出力する。制御部４６は、温度センサ４５が計測した燃料ガスＬの温度に応じて流量調整弁４４の開度を調整するものである。制御部４６は、燃料ガスＬの温度が予め設定された所定温度領域に入るように流量調整弁４４の開度を調整する。即ち、制御部４６は、燃料ガスＬの温度が所定温度領域より高くなったら、流量調整弁４４の開度を大きくし、燃料ガスＬの温度が所定温度領域より低くなったら、流量調整弁４４の開度を小さくする。

第２熱交換器３３は、通常、流量調整弁４４の開度を０（全閉）として運転する。燃料ガスＬは、燃料ガス供給ライン２４を流れ、第１熱交換部４１に供給されて流れ、接続ヘッダ５５を通って第２熱交換部４２に供給されて流れる。そして、燃料ガスＬは、加熱空気ＡＨと熱交換することで加熱され、排出される。

制御部４６は、燃料ガスＬの温度が所定温度領域に入るように流量調整弁４４の開度を調整する。例えば、気温の上昇により冷却空気ＡＣの温度が高くなると、加熱空気ＡＨの温度も高くなり、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２での熱交換量（燃料ガスＬの熱吸収量）が増加し、燃料ガスＬの温度が所定温度領域を超えてしまう。このとき、制御部４６は、燃料ガスＬの温度が所定温度領域より高くなると、流量調整弁４４の開度を大きくする。すると、燃料ガスＬは、流量調整弁４４の開度に応じて一部が燃料ガス供給ライン２４からバイパス流路４３に流れ、接続ヘッダ５５から第２熱交換部４２に供給される。即ち、一部の燃料ガスＬが第１熱交換部４１を迂回して直接第２熱交換部４２に供給されることとなる。そのため、第１熱交換部４１で加熱された高温の燃料ガスＬに対して、第１熱交換部４１を迂回した低温の燃料ガスＬが接続ヘッダ５５で混合するため、第２熱交換部４２を流れる燃料ガスＬの温度が低下する。その結果、第２熱交換部４２から排出された燃料ガスＬの温度が低下し、所定温度領域内に入る。

なお、第２熱交換器３３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２熱交換器３３Ａは、燃料ガス供給ライン２４と、冷却空気ライン２８と、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２と、バイパス流路４３と、流量調整弁４７と、温度センサ４５と、制御部４６とを有している。

バイパス流路４３は、第１熱交換部４１をバイパスするものであり、基端部が第１熱交換部４１より上流側の燃料ガス供給ライン２４に接続され、先端部が接続ヘッダ５５のノズル５６に接続されている。流量調整弁４７は、燃料ガス供給ライン２４とバイパス流路４３との分岐部に設けられる三方弁である。流量調整弁（三方弁）４７は、燃料ガス供給ライン２４に対して、第１熱交換部４１側の開度とバイパス流路側の開度を調整するものであり、バイパス流路４３側に流れる燃料ガスＬの流量を調整する。

ここで、第２熱交換器３３，３３Ａの作用を従来の熱交換器と比較して説明する。図５は、従来の熱交換器の作用を表す概略図、図６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、従来の熱交換器００１は、燃料ガス供給流路００２に設けられ、燃料ガス供給流路００２に対して熱交換器００１を迂回するバイパス流路００３が設けられ、このバイパス流路００３に流量調整弁００４が設けられている。流量調整弁００４を所定開度だけ開放すると、燃料ガスは、位置ｔ１にて、燃料ガス供給流路００２から熱交換器００１に流れ込んで加熱されることで温度が上昇する。一方、バイパス流路００３に流れた一部の燃料ガスは加熱されずに温度上昇はない。そして、位置ｔ２にて、燃料ガスは、熱交換器００１から排出され、位置ｔ３にて、高温の燃料ガスとバイパス流路００３を通った低温の燃料ガスとが混合することで、温度が低下して所定温度となる。従来は、熱交換器００１に流れる燃料ガスの流量が減少することから、この燃料ガスの熱負荷が増加し、熱交換器００１の出口で、上限温度ｔａを超えてしまう。

一方、図６に示すように、本実施形態の第２熱交換器３３は、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２を有し、バイパス流路４３が第１熱交換部４１と第２熱交換部４２の接続部に接続している。そのため、流量調整弁４４を所定開度だけ開放すると、燃料ガスは、位置ｔ１にて、燃料ガス供給流路４３から第１熱交換部４１に流れ込んで加熱されることで温度が上昇する。一方、バイパス流路４３に流れた一部の燃料ガスは加熱されずに温度上昇はない。そして、位置ｔ２にて、加熱された燃料ガスは、第１熱交換部４１から第２熱交換部４２に流れると共に、バイパス流路４３を通った低温の燃料ガスが第２熱交換部４２に流れる。ここで、高温の燃料ガスと低温の燃料ガスが混合することで、温度が低下する。その後、全ての燃料ガスは、第２熱交換部４２で加熱されることで温度が上昇し、位置ｔ３にて、所定温度となる。本実施形態は、低温の燃料ガスを熱交換部４１，４２の接続部に戻すことから、第２熱交換器３３の出口で、上限温度ｔａを超えてしまうことが防止される。

このように第１実施形態の熱交換器にあっては、一次流体としての燃料ガスＬが流れる燃料ガス供給ライン２４と、二次流体としての加熱空気ＡＨが流れる冷却空気ライン２８と、燃料ガスＬと加熱空気ＡＨとで熱交換を行う第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２と、第１熱交換部４１をバイパスするバイパス流路４３と、バイパス流路４３を流れる燃料ガスＬの流量を調整する流量調整弁４４と、熱交換部４２の出口側における燃料ガスＬの温度を計測する温度センサ４５と、温度センサ４５が検出した燃料ガスＬの温度に応じて流量調整弁４４の開度を調整する制御部４６とを設けている。

従って、第２熱交換部４２の出口側における燃料ガスＬの温度に応じて流量調整弁４４の開度を調整するため、第１熱交換部４１をバイパスする燃料ガスＬの流量が調整される。このとき、燃料ガスＬは、一部が第１熱交換部４１だけをバイパスするため、第１熱交換部４１を通る燃料ガスＬは、その流量が一時的に減少しても、極度な高温化が抑制される。その結果、第１実施形態の熱交換器では、燃料ガスＬの温度を高精度に調整することができると共に、燃料ガスＬの過熱を抑制することができる。

そして、燃料ガスＬの過熱が抑制されることで、熱交換部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、燃料ガスＬの過熱が抑制されることから、副生物（例えば、硫化鉄：ＦｅＳ）が生成されることはなく、この副生物による熱交換器３３，３３Ａへの悪影響を防止することができる。

第１実施形態の熱交換器では、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２を直列に接続し、バイパス流路４３の一端部を第１熱交換部４１の入口側に接続し、他端部を第１熱交換部４１と第２熱交換部４２の接続ヘッダ５５に接続している。従って、バイパス流路４３を通る燃料ガスＬは、接続ヘッダ５５に供給されることで、第１熱交換部４１で加熱された燃料ガスＬとバイパス流路４３を通った低温の燃料ガスＬとを混合することとなり、第２熱交換部４２での燃料ガスＬの高温化が抑制され、燃料ガスＬの過熱を抑制することができる。

第１実施形態の熱交換器では、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２を平行に配置し、一端部に第１熱交換部４１の入口ヘッダ５１と第２熱交換部４２の出口ヘッダ５３を配置し、他端部に接続ヘッダ５５を配置している。従って、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２を平行に配置し、燃料ガスＬを効率良く循環させるように構成したことで、装置を小型化することができる。

第１実施形態の熱交換器では、第１熱交換部４１における下流側端部と第２熱交換部４２における上流側端部を接続ヘッダ５５により接続している。従って、接続部を接続ヘッダ５５とすることで、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２を容易に接続することができ、また、熱交換部４１を通った燃料ガスＬとバイパス流路４３を通った燃料ガスＬとを適正に混合させることができる。

第１実施形態の熱交換器では、流量調整弁４４をバイパス流路４３に設けている。従って、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。

第１実施形態の熱交換器では、流量調整弁４７を燃料ガス供給ライン２４とバイパス流路４３との分岐部に設けられる三方弁としている。従って、バイパス流路４３に流す燃料ガスＬの流量を高精度に調整することができる。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の熱交換器の概略構成図、図８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７に示すように、第２熱交換器３３Ｂは、燃料ガス供給ライン２４と、冷却空気ライン２８と、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２と、バイパス流路４３と、流量調整弁４４と、温度センサ４５と、制御部４６とを有している。

第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２は、燃料ガス供給ライン２４に設けられており、燃料ガスＬと加熱空気ＡＨとで熱交換を行うものであり、直列に接続されると共に、互いに平行をなして配置されている。第１熱交換部４１は、一端部に入口ヘッダ５１が設けられ、入口ヘッダ５１のノズル５２に燃料ガス供給ライン２４の上流側端部が接続されている。第２熱交換部４２は、一端部に出口ヘッダ５３が設けられ、出口ヘッダ５３のノズル５４に燃料ガス供給ライン２４の下流側端部が接続されている。また、第１熱交換部４１は、他端部に出口ヘッダ５７が設けられ、第２熱交換部４２は、他端部に入口ヘッダ５８が接続されている。そして、第１熱交換部４１の出口ヘッダ５７と第２熱交換部４２の入口ヘッダ５８は、接続部としての接続配管５９により接続されている。

バイパス流路４３は、複数の熱交換部４１，４２のうち１つの熱交換部４１をバイパスするものである。このバイパス流路４３は、基端部が第１熱交換部４１より上流側の燃料ガス供給ライン２４に接続され、先端部が接続配管５９に接続されている。流量調整弁４４は、バイパス流路４３に設けられており、このバイパス流路４３を流れる燃料ガスＬの流量を調整するものである。

温度センサ４５は、第２熱交換部４２の出口側における燃料ガス供給ライン２４に設けられており、燃料ガスＬの温度を計測し、制御部４６に出力する。制御部４６は、温度センサ４５が計測した燃料ガスＬの温度に応じて流量調整弁４４の開度を調整するものである。制御部４６は、燃料ガスＬの温度が予め設定された所定温度領域に入るように流量調整弁４４の開度を調整する。

第２熱交換器３３Ｂの構成は、上述したものに限定されるものではない。図８に示すように、第２熱交換器３３Ｃは、燃料ガス供給ライン２４と、冷却空気ライン２８と、第１熱交換部４１及び第２熱交換部４２と、バイパス流路４３と、流量調整弁４７と、温度センサ４５と、制御部４６とを有している。

バイパス流路４３は、第１熱交換部４１をバイパスするものであり、基端部が第１熱交換部４１より上流側の燃料ガス供給ライン２４に接続され、先端部が接続配管５９に接続されている。流量調整弁４７は、燃料ガス供給ライン２４とバイパス流路４３との分岐部に設けられる三方弁である。流量調整弁（三方弁）４７は、燃料ガス供給ライン２４に対して、第１熱交換部４１側の開度とバイパス流路４３側の開度を調整するものであり、バイパス流路４３側に流れる燃料ガスＬの流量を調整する。

なお、第２熱交換器３３Ｂ，３３Ｃの作用は、前述した第１実施形態とほぼ同様であることから、ここでの説明は省略する。

このように第２実施形態の熱交換器にあっては、第１熱交換部４１の出口ヘッダ５７と第２熱交換部４２の入口ヘッダ５８とを接続部としての接続配管５９により接続している。従って、接続部を接続配管５９とすることで、第１熱交換部４１と第２熱交換部４２をコンパクトに接続することができ、構造を簡素化することができる。

［第３実施形態］
図９は、第３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３実施形態において、図９に示すように、第２熱交換器６０は、燃料ガス供給ライン２４と、冷却空気ライン２８と、第１熱交換部６１と、第２熱交換部６２と、第３熱交換部６３と、バイパス流路６４，６５と、流量調整弁６６，６７と、温度センサ６８と、制御部６９とを有している。

熱交換部６１，６２，６３は、燃料ガス供給ライン２４に設けられており、燃料ガスＬと加熱空気ＡＨとで熱交換を行うものであり、直列に接続されると共に、互いに平行をなして配置されている。第１熱交換部６１は、一端部に入口ヘッダ７１が設けられ、入口ヘッダ７１のノズル７２に燃料ガス供給ライン２４の上流側端部が接続されている。また、第１熱交換部６１は、他端部に出口ヘッダ７３が設けられている。第２熱交換部６２は、他端部に入口ヘッダ７４が設けられ、一端部に出口ヘッダ７５が設けられている。第３熱交換部６３は、一端部に入口ヘッダ７６が設けられ、他端部に出口ヘッダ７７が設けられ、出口ヘッダ７７のノズル７８に燃料ガス供給ライン２４の下流側端部が接続されている。

そして、第１熱交換部６１の出口ヘッダ７３と第２熱交換部６２の入口ヘッダ７４が接続配管７９により接続されている。また、第２熱交換部６２の出口ヘッダ７５と第３熱交換部６３の入口ヘッダ７６が接続配管８０により接続されている。

第１バイパス流路６４は、第１熱交換部６１をバイパスするものであり、第２バイパス流路６５は、第１熱交換部６１及び第２熱交換部６２をバイパスするものである。第１バイパス流路６４は、基端部が第１熱交換部６１より上流側の燃料ガス供給ライン２４に接続され、先端部が接続配管７９に接続されている。第２バイパス流路６５は、基端部が第１熱交換部６１より上流側の燃料ガス供給ライン２４に接続され、先端部が接続配管８０に接続されている。第１流量調整弁６６は、第１バイパス流路６４に設けられており、この第１バイパス流路６４を流れる燃料ガスＬの流量を調整するものである。第２流量調整弁６７は、第２バイパス流路６５に設けられており、この第２バイパス流路６５を流れる燃料ガスＬの流量を調整するものである。

温度センサ６８は、第３熱交換部６３の出口側における燃料ガス供給ライン２４に設けられており、燃料ガスＬの温度を計測し、制御部６９に出力する。制御部６９は、温度センサ６８が計測した燃料ガスＬの温度に応じて流量調整弁６６，６７の開度を調整するものである。制御部６９は、燃料ガスＬの温度が予め設定された所定温度領域に入るように流量調整弁６６，６７の開度を調整する。即ち、制御部６９は、燃料ガスＬの温度が所定温度領域より高くなったら、流量調整弁６６，６７の開度を大きくし、燃料ガスＬの温度が所定温度領域より低くなったら、流量調整弁６６，６７の開度を小さくする。

第２熱交換器６０は、通常、流量調整弁６６，６７の開度を０（全閉）として運転する。燃料ガスＬは、燃料ガス供給ライン２４を流れ、各熱交換部６１，６２，６３を流れるとき、燃料ガスＬは、加熱空気ＡＨと熱交換することで加熱される。

制御部６９は、燃料ガスＬの温度が所定温度領域に入るように流量調整弁６６，６７の開度を調整する。例えば、気温の上昇により冷却空気ＡＣの温度が高くなると、加熱空気ＡＨの温度も高くなり、各熱交換部６１，６２，６３での熱交換量（燃料ガスＬの熱吸収量）が増加し、燃料ガスＬの温度が所定温度領域を超えてしまう。このとき、制御部６９は、燃料ガスＬの温度が所定温度領域より高くなると、まず、第２流量調整弁６７の開度を大きくする。すると、燃料ガスＬは、第２流量調整弁６７の開度に応じて一部が燃料ガス供給ライン２４からバイパス流路６５を通って第３熱交換部６３に供給される。即ち、一部の燃料ガスＬが第１熱交換部６１及び第２熱交換部６２を迂回して直接第３熱交換部６３に供給されることとなる。そのため、第１熱交換部６１及び第２熱交換部６２で加熱された高温の燃料ガスＬに対して、第１熱交換部６１及び第２熱交換部６２を迂回した低温の燃料ガスＬが接続配管８０で混合するため、第３熱交換部６３を流れる燃料ガスＬの温度が低下する。その結果、第３熱交換部６３から排出された燃料ガスＬの温度が低下し、所定温度領域より低くなる。

また、制御部６９は、第２流量調整弁６７の開度を大きくしても、燃料ガスＬの温度が十分に低下しないと、次に、第１流量調整弁６６の開度を大きくする。このとき、第２流量調整弁６７を閉じてもよい。すると、燃料ガスＬは、第１流量調整弁６６の開度に応じて一部が燃料ガス供給ライン２４からバイパス流路６４を通って第２熱交換部６２に供給される。即ち、一部の燃料ガスＬが第１熱交換部６１を迂回して直接第２熱交換部６２に供給されることとなる。そのため、第１熱交換部６１で加熱された高温の燃料ガスＬに対して、第１熱交換部６１を迂回した低温の燃料ガスＬが接続配管７９で混合するため、第２熱交換部６２を流れる燃料ガスＬの温度が低下する。その結果、第２熱交換部６２から排出された燃料ガスＬの温度が低下し、所定温度領域内に入る。

このように第３実施形態の熱交換器にあっては、燃料ガス供給ライン２４と、冷却空気ライン２８と、燃料ガスＬと加熱空気ＡＨとで熱交換を行う各熱交換部６１，６２，６３と、第１熱交換部６１をバイパスする第１バイパス流路６４と、第１熱交換部６１及び第２熱交換部６２をバイパスする第２バイパス流路６５と、バイパス流路６４，６５を流れる燃料ガスＬの流量を調整する流量調整弁６６，６７と、第３熱交換部６３の出口側における燃料ガスＬの温度を計測する温度センサ６８と、温度センサ６８が検出した燃料ガスＬの温度に応じて流量調整弁６６，６７の開度を調整する制御部６９とを設けている。

従って、最も下流側に配置された第３熱交換部６３の出口側における燃料ガスＬの温度に応じて流量調整弁６６，６７の開度を調整するため、各熱交換部６１，６２をバイパスする燃料ガスＬの流量が調整される。このとき、燃料ガスＬは、一部が第１熱交換部６１だけ、または、各熱交換部６１，６２をバイパスするため、各熱交換部６２，６３、または、第３熱交換部６３を通る燃料ガスＬは、その流量が一時的に減少しても、極度な高温化が抑制される。その結果、第３実施形態の熱交換器では、燃料ガスＬの温度を高精度に調整することができると共に、燃料ガスＬの過熱を抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、２個の熱交換部４１，４２または３個の熱交換部６１，６２，６３を設けたが、熱交換部の個数は、複数あればよく、３個以上の熱交換部を設けてもよい。また、このとき、バイパス流路４３，６４が第１熱交換部４１，６１をバイパスし、バイパス流路６５が第１、第２熱交換部６１，６２をバイパスするように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、バイパス流路が第２熱交換部６２だけをバイパスしたり、バイパス流路が第３熱交換部６３だけをバイパスしたりしてもよい。

また、上述した実施形態では、各熱交換部４１，４２，６１，６２，６３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、加熱空気（二次流体）ＡＨにより燃料ガス（一次流体）Ｌ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。

また、上述した実施形態では、二次流体により一次流体を加熱する熱交換器としたが、二次流体により一次流体を冷却する熱交換器としてもよく、この場合、熱交換器による過冷却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（一次流路）
２６ 熱交換装置
２７ 圧縮空気分岐ライン
２８ 冷却空気ライン（二次流路）
３２ 第１熱交換器
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，６０ 第２熱交換器（熱交換器）
４１，６１ 第１熱交換部
４２，６２ 第２熱交換部
４３，６４，６５ バイパス流路
４４，６６，６７ 流量調整弁
４５，６８ 温度センサ
４６，６９ 制御部
５１，５８，７１，７４，７６ 入口ヘッダ
５３，５７，７３，７５，７７ 出口ヘッダ
５５ 接続ヘッダ（接続部）
５９ 接続配管（接続部）
６３ 第３熱交換部
ＡＣ 冷却空気
ＡＨ 加熱空気（二次流体）
Ｌ 燃料ガス（一次流体）

Claims (5)

1. 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複数の熱交換部と、
   前記複数の熱交換部のうち少なくとも１つの熱交換部をバイパスするバイパス流路と、
   前記バイパス流路を流れる一次流体の流量を調整する流量調整弁と、
   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計測する温度センサと、
   前記温度センサが検出した一次流体の温度に応じて前記流量調整弁の開度を調整する制御部と、
   を有し、
   前記複数の熱交換部は、直列に接続された第１熱交換部と第２熱交換部を有し、前記バイパス流路は、一端部が前記第１熱交換部の入口に接続され、他端部が前記第１熱交換部と前記第２熱交換部の接続部に接続され、
   前記第１熱交換部と前記第２熱交換部は、平行をなして配置され、一端部に前記第１熱交換部の入口部と前記第２熱交換部の出口部が配置され、他端部に前記接続部が配置される、
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記接続部は、前記第１熱交換部における下流側端部と前記第２熱交換部における上流側端部が接続されるヘッダであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記接続部は、前記第１熱交換部における下流側端部と前記第２熱交換部における上流側端部とを接続する接続配管であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記流量調整弁は、前記バイパス流路に設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記流量調整弁は、前記一次流路と前記バイパス流路との分岐部に設けられる三方弁であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。

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