KR20160099624A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
열교환기에 있어서, 냉각 공기(AC)가 흐르는 냉각 공기 라인(28)과, 압축 공기(A2)가 흐르는 압축 공기 분기 라인(27)과, 냉각 공기(AC)와 압축 공기(A2)에서 열교환을 행함과 함께 냉각 공기(AC)의 흐름 방향에 병설되는 복수의 열교환부(41, 42)와, 복수의 열교환부(41, 42)에 있어서의 냉각 공기(AC)의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 제2 열교환부(42)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(43)와, 압축 공기(A2)의 온도를 검출하는 온도 센서(71, 72)와, 온도 센서 (71, 72)가 검출한 압축 공기(A2)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정하는 제어부(73)를 마련한다.In the heat exchanger, a cooling air line 28 through which cooling air (AC) flows, a compressed air branch line 27 through which compressed air (A2) flows, and heat exchange between cooling air (AC) and compressed air A plurality of heat exchanging units 41 and 42 provided in parallel with the flow direction of the cooling air AC and a plurality of heat exchanging units 41 and 42 disposed on the downstream side in the flow direction of the cooling air A flow rate regulating valve 43 for regulating the flow rate of the compressed air A2 flowing through the second heat exchanging section 42, temperature sensors 71 and 72 for detecting the temperature of the compressed air A2, (72) for adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valve (43) in accordance with the temperature of the compressed air (A2)
Description
본 발명은, 1차 유체와 2차 유체의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger that performs heat exchange between a primary fluid and a secondary fluid.
1차 유체와 2차 유체의 사이에서 열교환을 행함으로써, 2차 유체를 냉각 또는 가열하는 경우, 입구 헤더와 출구 헤더를 다수의 전열관으로 연결하여 구성한 열교환기가 있다. 이와 같은 열교환기에서는, 입구 헤더에 공급된 2차 유체가 다수의 전열관을 통과하여 출구 헤더에 흐를 때에, 전열관에 접촉하는 1차 유체에 의하여 냉각 또는 가열된다.When the secondary fluid is cooled or heated by performing heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid, there is a heat exchanger in which the inlet header and the outlet header are connected by a plurality of heat transfer tubes. In such a heat exchanger, when the secondary fluid supplied to the inlet header flows through the plurality of heat transfer tubes and flows through the outlet header, the primary fluid is cooled or heated by the primary fluid contacting the heat transfer tube.
예를 들면, 하기 특허문헌 1에 기재된 구성의 열교환기가 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 열교환기는, 저온 유체를 가열 또는 기화시키는 가열·기화 장치이며, 열교환 패널의 양면을 따라 열매체를 유하(流下)시킴으로써, 이 패널을 구성하는 전열관 내를 흐르는 저온 유체를 가열 또는 기화시킨다. 그리고, 2개의 헤더 또는 매니폴드의 입구 바로 앞에 조절 밸브를 마련하고, 저온 유체의 공급량의 변동에 따라, 일부의 열교환기 패널에 대한 저온 유체의 공급을 정지함과 함께, 나머지 열교환기 패널에서는 정상 부하 시에 있어서의 유량이 유지되도록 조절 밸브를 조작하는 것이다.For example, there is a heat exchanger having the structure described in Patent Document 1 below. The heat exchanger disclosed in Patent Document 1 is a heating / vaporizing device for heating or vaporizing a low-temperature fluid. The heat exchanger is configured to heat or cool a low-temperature fluid flowing through a heat transfer tube constituting the panel, Vaporize. In addition, an adjustment valve is provided immediately before the inlet of the two headers or the manifold, and the supply of the low temperature fluid to the heat exchanger panel is stopped in accordance with the variation of the supply amount of the low temperature fluid, The control valve is operated so that the flow rate at the time of the load is maintained.
또, 1차 유체와 2차 유체의 사이에서 열교환을 행함으로써, 1차 유체의 온도를 조정하는 경우, 1차 유체의 일부를 열교환하지 않고 열교환 후의 1차 유체에 혼합시키는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면, 1차 유체 유로에 열교환기를 마련함과 함께, 1차 유체 유로에 열교환기를 우회하는 바이패스 유로를 마련한다. 그리고, 이 바이패스 유로를 흐르는 1차 유체의 유량을 증감시킴으로써, 1차 유체의 온도를 조정한다.In the case of adjusting the temperature of the primary fluid by performing heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid, it is conceivable that a part of the primary fluid is mixed with the primary fluid after heat exchange without heat exchange. For example, a heat exchanger is provided in the primary fluid channel, and a bypass channel is provided in the primary fluid channel to bypass the heat exchanger. The temperature of the primary fluid is adjusted by increasing or decreasing the flow rate of the primary fluid flowing through the bypass flow path.
이와 같은 열교환기로서는, 예를 들면, 하기 특허문헌 2, 3에 기재된 것이 있다.Such a heat exchanger is described in, for example, Patent Documents 2 and 3 below.
입구 헤더와 출구 헤더를 다수의 전열관으로 연결한 열교환기는, 각 전열관 내에 2차 유체를 유동시키는 한편, 각 전열관의 외부에서 전열관에 직교하도록 1차 유체를 유동시킴으로써, 1차 유체와 2차 유체의 사이에서 열교환이 행해진다. 이 때, 2차 유체의 유량이 저하되면, 각 전열관에 흐르는 2차 유체의 유량이 적어지기 때문에, 특히 1차 유체의 상류측에 배치되는 전열관에서는, 2차 유체가 과냉각 상태 또는 과열 상태가 되어 버린다. 이로 인하여, 입구 헤더와 출구 헤더를 다수의 전열관으로 연결한 열교환기에 있어서도, 특허문헌 1에 기재된 가열·기화 장치와 같이 저온 유체의 공급량의 변동에 따라서 열교환 패널에 대한 저온 유체의 공급을 정지할 수 있는 구성으로 하여, 2차 유체의 과냉각 또는 과열을 억제할 수 있는 것이 바람직하다.The heat exchanger in which the inlet header and the outlet header are connected to each other through a plurality of heat transfer tubes is a heat exchanger in which a secondary fluid flows in each heat transfer tube and a primary fluid flows outside the heat transfer tubes perpendicularly to the heat transfer tube, Heat exchange is carried out. At this time, when the flow rate of the secondary fluid is lowered, the flow rate of the secondary fluid flowing through each of the heat transfer tubes is decreased. Therefore, in the heat transfer pipe disposed on the upstream side of the primary fluid, the secondary fluid is in a supercooled state or an overheated state Throw away. Therefore, even in the heat exchanger in which the inlet header and the outlet header are connected by a plurality of heat transfer tubes, the supply of the low temperature fluid to the heat exchange panel can be stopped in accordance with the variation of the supply amount of the low temperature fluid, It is preferable that the supercooling degree or superheat of the secondary fluid can be suppressed.
또, 1차 유체 유로로부터 바이패스 유로에 흐르는 1차 유체의 유량을 증가시키면, 열교환기를 흐르는 1차 유체의 유량이 감소한다. 이로써, 열교환기는, 열교환량이 증가하여, 출구부에서 1차 유체의 과열 상태 또는 과냉각 상태가 된다. 열교환기에서, 2차 유체가 과열 상태 또는 과냉각 상태가 되면, 열교환기의 구성 부재(예를 들면, 전열관)에 큰 열부하가 작용하기 때문에, 미리 대책을 강구할 필요가 있고, 열교환기의 고비용화를 초래한다. 또, 1차 유체가 과열 상태 또는 과냉각 상태가 되면, 부생물이 생성되는 경우가 있고, 이 부생물이 열교환기에 악영향을 줄 우려가 있다.When the flow rate of the primary fluid flowing from the primary fluid channel to the bypass channel is increased, the flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchanger is decreased. As a result, the heat exchanger increases the amount of heat exchange and becomes a superheated state or supercooled state of the primary fluid at the outlet portion. In the heat exchanger, when the secondary fluid is in an overheated state or a supercooled state, a large heat load acts on a structural member (for example, a heat transfer tube) of the heat exchanger. Therefore, measures must be taken in advance, . When the primary fluid is in an overheated state or a supercooled state, by-products may be generated, and this by-product may adversely affect the heat exchanger.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하는 것이며, 1차 유체의 유량이 변동해도 적정하게 열교환을 행함으로써 2차 유체의 과냉각 또는 과열을 억제할 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of suppressing supercooling or overheating of a secondary fluid by appropriately performing heat exchange even if the flow rate of the primary fluid fluctuates.
또, 본 발명은, 1차 유체의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있음과 함께, 1차 유체의 과열 또는 과냉각을 억제할 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of adjusting the temperature of the primary fluid with high accuracy and suppressing the overheating or supercooling of the primary fluid.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 1차 유체가 흐르는 1차 유로와, 상기 1차 유로 내에서 2차 유체가 흐르는 2차 유로와, 1차 유체와 2차 유체에서 열교환을 행함과 함께 1차 유체의 흐름 방향에 병설된 복수의 열교환부와, 상기 복수의 열교환부에 흐르는 1차 유체의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.In order to achieve the above object, the heat exchanger of the present invention performs heat exchange in a primary flow passage through which a primary fluid flows, a secondary flow passage through which a secondary fluid flows in the primary flow passage, and a primary fluid and a secondary fluid And a flow regulating valve for regulating the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging units.
따라서, 복수의 열교환부를 흐르는 1차 유체는, 2차 유체와 열교환함으로써 냉각 또는 가열된다. 복수의 열교환부를 흐르는 1차 유체의 상태가 변동하면, 1차 유체의 상태에 따라 유량 조정 밸브의 개도(開度)를 조정하기 때문에, 복수의 열교환부에 있어서의 2차 유체의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 열교환부를 흐르는 1차 유체의 유량이 조정된다. 이로 인하여, 2차 유체가 각 열교환부에 주는 영향은 적어져, 고온화나 저온화가 억제된다. 그 결과, 1차 유체의 상태가 변동해도 적정하게 열교환을 행함으로써 1차 유체의 과냉각 또는 가열을 억제할 수 있다.Thus, the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging portions is cooled or heated by heat exchange with the secondary fluid. When the state of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging portions fluctuates, the opening degree of the flow regulating valve is adjusted in accordance with the state of the primary fluid. Therefore, in the plurality of heat exchanging portions, The flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchange unit located on the side of the heat exchanger is adjusted. As a result, the influence of the secondary fluid on each of the heat exchanging portions is reduced, and the high temperature and low temperature are suppressed. As a result, even if the state of the primary fluid fluctuates, the supercooling or heating of the primary fluid can be suppressed by appropriately performing heat exchange.
또, 본 발명의 열교환기는, 1차 유체가 흐르는 1차 유로와, 상기 1차 유로 내에서 2차 유체가 흐르는 2차 유로와, 1차 유체와 2차 유체에서 열교환을 행함과 함께 1차 유체의 흐름 방향에 병설된 복수의 열교환부와, 상기 복수의 열교환부에 흐르는 1차 유체의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와, 1차 유체의 상태를 검출하는 상태 검출 센서와, 상기 상태 검출 센서가 검출한 1차 유체의 상태에 따라 상기 유량 조정 밸브의 개도를 조정하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.The heat exchanger of the present invention is a heat exchanger for exchanging heat between a primary flow channel through which a primary fluid flows, a secondary flow channel through which a secondary fluid flows in the primary flow channel, a primary fluid and a secondary fluid, A flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging units, a state detecting sensor for detecting a state of the primary fluid, And a control section for adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valve in accordance with the detected state of the primary fluid.
따라서, 복수의 열교환부를 흐르는 1차 유체는, 2차 유체와 열교환함으로써 냉각 또는 가열된다. 복수의 열교환부를 흐르는 1차 유체의 상태가 변동하면, 1차 유체의 상태에 따라 유량 조정 밸브의 개도를 조정하기 때문에, 복수의 열교환부에 있어서의 2차 유체의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 열교환부를 흐르는 1차 유체의 유량이 조정된다. 이로 인하여, 2차 유체가 각 열교환부에 주는 영향은 적어져, 고온화나 저온화가 억제된다. 그 결과, 1차 유체의 상태가 변동해도 적정하게 열교환을 행함으로써 2차 유체의 과냉각 또는 과열을 억제할 수 있다.Thus, the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging portions is cooled or heated by heat exchange with the secondary fluid. When the state of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging portions fluctuates, the opening degree of the flow regulating valve is adjusted in accordance with the state of the primary fluid, so that the plurality of heat exchanging portions are located on the downstream side in the flow direction of the secondary fluid The flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchanging portion is adjusted. As a result, the influence of the secondary fluid on each of the heat exchanging portions is reduced, and the high temperature and low temperature are suppressed. As a result, even if the state of the primary fluid fluctuates, the supercooling of the secondary fluid or the overheating can be suppressed by appropriately performing the heat exchange.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 복수의 열교환부는, 일단부에 개별의 입구 헤더가 마련되고, 타단부에 공통의 출구 헤더가 마련되며, 상기 1차 유로는, 상기 입구 헤더 및 상기 출구 헤더에 접속되고, 상기 입구 헤더에 접속되는 상기 1차 유체 유로에 상기 유량 조정 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, it is preferable that the plurality of heat exchanging units are provided with a separate inlet header at one end and a common outlet header at the other end, and the primary flow path is connected to the inlet header and the outlet header And the flow rate regulating valve is provided in the primary fluid channel connected to the inlet header.
따라서, 복수의 열교환부에 있어서의 상류측에 분기된 1차 유체 유로를 접속하고, 2차 유체의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 열교환부에 접속되는 1차 유체 유로에 유량 조정 밸브를 마련하므로, 복수의 열교환부에 흐르는 1차 유체의 유량을 고정밀도로 조정할 수 있다.Therefore, since the flow rate regulating valve is provided in the primary fluid flow passage branched to the upstream side in the plurality of heat exchanging portions and connected to the heat exchange portion 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 exchanging units can be adjusted with high accuracy.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 복수의 열교환부는, 일단부에 공통인 입구 헤더가 마련되고, 타단부에 개별의 출구 헤더가 마련되며, 상기 1차 유로는, 상기 입구 헤더 및 상기 출구 헤더에 접속되어, 상기 출구 헤더에 접속되는 상기 1차 유체 유로에 상기 유량 조정 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, it is preferable that the plurality of heat exchanging units are provided with an inlet header common to one end portion and a separate outlet header at the other end portion, and the primary flow path is connected to the inlet header and the outlet header And the flow rate regulating valve is provided in the primary fluid channel connected to the outlet header.
따라서, 복수의 열교환부에 있어서의 하류측에 분기된 1차 유체를 접속하고, 2차 유체의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 열교환부에 접속되는 1차 유체 유로에 유량 조정 밸브를 마련함으로써, 복수의 열교환부에 흐르는 1차 유체의 유량을 고정밀도로 조정할 수 있다.Therefore, by providing the flow rate regulating valve in the primary fluid channel connected to the heat exchanging unit located on the downstream side in the flow direction of the secondary fluid by connecting the primary fluid branched on the downstream side in the plurality of heat exchanging units, The flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging units can be adjusted with high accuracy.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 상태 검출 센서는, 상기 복수의 열교환부의 출구측에 있어서의 1차 유체의 온도를 검출하는 온도 센서이며, 상기 제어부는, 상기 복수의 열교환부의 출구측에 있어서의 1차 유체의 온도차가 미리 설정된 소정 온도차보다 커졌을 때에, 상기 유량 조정 밸브의 개도를 작게 하는 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, the state detecting sensor is a temperature sensor for detecting the temperature of the primary fluid at the outlet side of the plurality of heat exchanging units, And the opening degree of the flow rate adjusting valve is made smaller when the temperature difference of the differential fluid becomes larger than a preset predetermined temperature difference.
따라서, 복수의 열교환부를 흐르는 1차 유체의 온도차가 소정 온도차보다 커졌을 때에, 유량 조정 밸브의 개도를 작게 하기 때문에, 2차 유체의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 열교환부를 흐르는 1차 유체의 유량이 감소한다. 이로 인하여, 2차 유체가 그 흐름 방향의 상류측에 위치하는 열교환부에 주는 영향은 적어져, 1차 유체의 과냉각 또는 과열을 억제할 수 있다.Therefore, when the temperature difference of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging units becomes larger than the predetermined temperature difference, the opening degree of the flow regulating valve is made small, so that the flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchanging unit located on the downstream side in the flow direction of the secondary fluid . As a result, the influence of the secondary fluid on the heat exchange portion located on the upstream side in the flow direction is reduced, and the supercooling or overheating of the primary fluid can be suppressed.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 상태 검출 센서는, 상기 복수의 열교환부의 입구측에 있어서의 1차 유체의 유량을 검출하는 유량 센서이며, 상기 제어부는, 상기 복수의 열교환부의 입구측에 있어서의 1차 유체의 유량이 미리 설정된 소정 유량보다 적어졌을 때에, 상기 유량 조정 밸브의 개도를 작게 하는 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, the state detection sensor is a flow rate sensor for detecting the flow rate of the primary fluid at the inlet side of the plurality of heat exchange units, and the control unit controls the flow rate of the primary fluid at the inlet side of the plurality of heat exchange units And the opening degree of the flow rate adjusting valve is made smaller when the flow rate of the differential fluid is smaller than a predetermined flow rate set in advance.
따라서, 복수의 열교환부를 흐르는 1차 유체의 유량이 소정 유량보다 적어졌을 때에, 유량 조정 밸브의 개도를 작게 하기 때문에, 2차 유체의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 열교환부를 흐르는 1차 유체의 유량이 감소한다. 이로 인하여, 2차 유체가 그 흐름 방향의 상류측에 위치하는 열교환부에 주는 영향은 적어져, 1차 유체의 과냉각 또는 과열을 억제할 수 있다.Therefore, when the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging sections is smaller than the predetermined flow rate, the opening degree of the flow rate adjusting valve is made small. Therefore, the flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchange section located on the downstream side in the flow direction of the secondary fluid . As a result, the influence of the secondary fluid on the heat exchange portion located on the upstream side in the flow direction is reduced, and the supercooling or overheating of the primary fluid can be suppressed.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 상태 검출 센서는, 상기 복수의 열교환부의 입구측에 있어서의 1차 유체의 압력을 검출하는 압력 센서이며, 상기 제어부는, 상기 복수의 열교환부의 입구측에 있어서의 1차 유체의 압력이 미리 설정된 소정 압력보다 커졌을 때에, 상기 유량 조정 밸브의 개도를 작게 하는 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, the state detection sensor may be a pressure sensor for detecting the pressure of the primary fluid at the inlet side of the plurality of heat exchanging units, and the control unit may include: And the opening degree of the flow rate adjusting valve is made smaller when the pressure of the differential fluid is larger than a predetermined pressure.
따라서, 복수의 열교환부를 흐르는 1차 유체의 압력이 소정 압력보다 적어졌을 때에, 유량 조정 밸브의 개도를 작게 하기 때문에, 2차 유체의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 열교환부를 흐르는 1차 유체의 유량이 감소한다. 이로 인하여, 2차 유체가 그 흐름 방향의 상류측에 위치하는 열교환부에 주는 영향은 적어져, 1차 유체의 과냉각 또는 과열을 억제할 수 있다.Therefore, when the pressure of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging units is lower than the predetermined pressure, the opening degree of the flow regulating valve is made small. Therefore, the flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchanging unit located on the downstream side in the secondary fluid flowing direction . As a result, the influence of the secondary fluid on the heat exchange portion located on the upstream side in the flow direction is reduced, and the supercooling or overheating of the primary fluid can be suppressed.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 유량 조정 밸브는, 상기 복수의 열교환부에 대응하여 복수 마련되고, 상기 제어부는, 상기 상태 검출 센서가 검출한 1차 유체의 상태에 따라 상기 복수의 열교환부에 있어서의 2차 유체의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 상기 열교환부를 흐르는 1차 유체의 유량이 감소하도록 상기 복수의 유량 조정 밸브의 개도를 조정하는 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, a plurality of the flow rate adjusting valves are provided corresponding to the plurality of heat exchanging units, and the control unit controls the flow rate adjusting valves in the plurality of heat exchanging units in accordance with the state of the primary fluid detected by the state detecting sensor And the opening degree of the plurality of flow rate adjusting valves is adjusted so that the flow rate of the primary fluid flowing through the heat exchanging unit located on the downstream side in the flow direction of the secondary fluid of the plurality of flow regulating valves is reduced.
따라서, 복수의 열교환부를 흐르는 1차 유체의 유량을 조정함으로써, 2차 유체가 각 열교환부에 주는 영향을 적게 하여, 1차 유체의 과냉각 또는 과열을 고정밀도로 억제할 수 있다.Therefore, by adjusting the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging sections, the effect of the secondary fluid on each heat exchanging section is reduced, and the supercooling degree or overheating of the primary fluid can be suppressed with high accuracy.
또, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 1차 유체가 흐르는 1차 유로와, 상기 1차 유로 내에서 2차 유체가 흐르는 2차 유로와, 1차 유체와 2차 유체에서 열교환을 행하는 복수의 열교환부와, 상기 복수의 열교환부 중 적어도 하나의 열교환부를 바이패스하는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로를 흐르는 1차 유체의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와, 상기 복수의 열교환부의 출구측에 있어서의 1차 유체의 온도를 계측하는 온도 센서와, 상기 온도 센서가 검출한 1차 유체의 온도에 따라 상기 유량 조정 밸브의 개도를 조정하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.In order to achieve the above object, the heat exchanger of the present invention is a heat exchanger comprising: a primary flow passage through which a primary fluid flows; a secondary flow passage through which a secondary fluid flows in the primary flow passage; A bypass flow passage for bypassing at least one heat exchange section of the plurality of heat exchange sections, a flow rate adjustment valve for adjusting a flow rate of the primary fluid flowing through the bypass flow passage, and a plurality of heat exchange sections A temperature sensor for measuring the temperature of the primary fluid at the outlet side of the secondary fluid and a control section for adjusting the opening of the flow control valve in accordance with the temperature of the primary fluid detected by the temperature sensor.
따라서, 열교환부의 출구측에 있어서의 1차 유체의 온도에 따라 유량 조정 밸브의 개도를 조정하기 때문에, 복수의 열교환부 중 적어도 하나의 열교환부를 바이패스하는 1차 유체의 유량이 조정된다. 이 때, 1차 유체는, 적어도 하나의 열교환부를 바이패스하기 때문에, 열교환부를 통과한 1차 유체는, 그 유량이 일시적으로 감소해도, 고온화나 저온화가 억제된다. 그 결과, 1차 유체의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있음과 함께, 1차 유체의 과열 또는 과냉각을 억제할 수 있다.Therefore, the flow rate of the primary fluid for bypassing at least one of the plurality of heat exchangers is adjusted to adjust the opening degree of the flow rate adjusting valve in accordance with the temperature of the primary fluid at the outlet side of the heat exchanger. At this time, since the primary fluid bypasses at least one heat exchange section, the primary fluid that has passed through the heat exchange section is prevented from being heated to a higher temperature or lowered in temperature even if the flow rate temporarily decreases. As a result, the temperature of the primary fluid can be adjusted with high accuracy, and the overheating or supercooling of the primary fluid can be suppressed.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 복수의 열교환부는, 직렬로 접속된 제1 열교환부와 제2 열교환부를 갖고, 상기 바이패스 유로는, 일단부가 상기 제1 열교환부의 입구에 접속되며, 타단부가 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부의 접속부에 접속되는 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, it is preferable that the plurality of heat exchanging units have a first heat exchanging unit and a second heat exchanging unit connected in series, wherein one end of the bypass channel is connected to the inlet of the first heat exchanging unit, And is connected to the connection portion of the first heat exchanging portion and the second heat exchanging portion.
따라서, 바이패스 유로를 통과하는 1차 유체는, 제1 열교환부와 제2 열교환부의 접속부에 공급됨으로써, 제1 열교환부에서 열교환한 1차 유체가 바이패스 유로를 통과한 1차 유체와 혼합되게 되고, 제2 열교환부에서의 1차 유체의 고온화나 저온화가 억제되어, 1차 유체의 과열 또는 과냉각을 억제할 수 있다.Accordingly, the primary fluid passing through the bypass flow path is supplied to the connection portion between the first heat exchange portion and the second heat exchange portion, whereby the primary fluid heat-exchanged in the first heat exchange portion is mixed with the primary fluid passing through the bypass flow path And the high temperature or low temperature of the primary fluid in the second heat exchanging part is suppressed, whereby the overheating or the supercooling of the primary fluid can be suppressed.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부는, 평행을 이루며 배치되고, 일단부에 상기 제1 열교환부의 입구부와 상기 제2 열교환부의 출구부가 배치되며, 타단부에 상기 접속부가 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, the first heat exchanging portion and the second heat exchanging portion are arranged in parallel, and the inlet portion of the first heat exchanging portion and the outlet portion of the second heat exchanging portion are disposed at one end, And a connecting portion is disposed.
따라서, 제1 열교환부와 제2 열교환부를 평행하게 배치하여, 1차 유체를 효율적으로 순환시키도록 구성함으로써, 장치를 소형화할 수 있다.Therefore, by arranging the first heat exchanging portion and the second heat exchanging portion in parallel and efficiently circulating the primary fluid, the device can be downsized.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 접속부는, 상기 제1 열교환부에 있어서의 하류측 단부와 상기 제2 열교환부에 있어서의 상류측 단부가 접속되는 헤더인 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, the connecting portion is a header to which the downstream end of the first heat exchanging portion and the upstream end of the second heat exchanging portion are connected.
따라서, 접속부를 헤더로 함으로써, 제1 열교환부와 제2 열교환부를 용이하게 접속할 수 있고, 또, 열교환부를 통과한 1차 유체와 바이패스 유로를 통과한 1차 유체를 적정하게 혼합시킬 수 있다.Therefore, by making the connecting portion a header, the first heat exchanging portion and the second heat exchanging portion can be easily connected, and the primary fluid that has passed through the heat exchanging portion and the primary fluid that has passed through the bypass passage can be properly mixed.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 접속부는, 상기 제1 열교환부에 있어서의 하류측 단부와 상기 제2 열교환부에 있어서의 상류측 단부를 접속하는 접속 배관인 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, the connecting portion is a connecting pipe for connecting the downstream side end portion of the first heat exchanging portion and the upstream side end portion of the second heat exchanging portion.
따라서, 접속부를 접속 배관으로 함으로써, 제1 열교환부와 제2 열교환부를 콤팩트하게 접속할 수 있어, 구조를 간소화할 수 있다.Therefore, by making the connecting portion a connecting pipe, the first heat exchanging portion and the second heat exchanging portion can be compactly connected, and the structure can be simplified.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 유량 조정 밸브는, 상기 바이패스 유로에 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, the flow rate adjusting valve is provided in the bypass flow passage.
따라서, 구조를 간소화할 수 있음과 함께, 제조 코스트를 저감할 수 있다.Therefore, the structure can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
본 발명의 열교환기에서는, 상기 유량 조정 밸브는, 상기 1차 유로와 상기 바이패스 유로의 분기부에 마련되는 삼방 밸브인 것을 특징으로 하고 있다.In the heat exchanger of the present invention, the flow rate adjusting valve is a three-way valve provided at the branching portion of the primary flow path and the bypass flow path.
따라서, 바이패스 유로에 흘려 보내는 1차 유체의 유량을 고정밀도로 조정할 수 있다.Therefore, the flow rate of the primary fluid flowing through the bypass flow path can be adjusted with high accuracy.
본 발명의 열교환기에 의하면, 1차 유체의 상태에 따라 2차 유체의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 열교환부를 흐르는 1차 유체의 유량을 조정하므로, 1차 유체의 상태가 변동해도 적정하게 열교환을 행함으로써 1차 유체의 과냉각 또는 과열을 억제할 수 있다.According to the heat exchanger of the present invention, since 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 is adjusted according to the state of the primary fluid, heat exchange is properly performed The supercooling degree or the overheating of the primary fluid can be suppressed.
또, 본 발명의 열교환기에 의하면, 1차 유체와 2차 유체에서 열교환을 행하는 복수의 열교환부를 마련함과 함께, 복수의 열교환부 중 적어도 하나의 열교환부를 바이패스하는 바이패스 유로를 마련하고, 복수의 열교환부의 출구측에 있어서의 1차 유체의 온도에 따라 바이패스 유로를 흐르는 1차 유체의 유량을 조정하므로, 1차 유체의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있음과 함께, 1차 유체의 과열 또는 과냉각을 억제할 수 있다.According to the heat exchanger of the present invention, it is possible to provide a plurality of heat exchanging units for performing heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid, and a bypass flow path for bypassing at least one of the plurality of heat exchanging units, Since the flow rate of the primary fluid flowing through the bypass flow path is adjusted in accordance with the temperature of the primary fluid at the outlet side of the heat exchanging section, the temperature of the primary fluid can be adjusted with high accuracy and the overheat or supercooling .
도 1은, 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는, 열교환 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은, 제1 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다.
도 4는, 제1 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다.
도 5는, 제1 실시형태의 열교환기 작용을 나타내는 개략도이다.
도 6은, 제2 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다.
도 7은, 제2 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다.
도 8은, 제3 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다.
도 9는, 제3 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다.
도 10은, 제4 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다.
도 11은, 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 12는, 열교환 장치를 나타내는 개략도이다.
도 13은, 제5 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다.
도 14는, 제5 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다.
도 15는, 종래의 열교환기 작용을 나타내는 개략도이다.
도 16은, 제5 실시형태의 열교환기 작용을 나타내는 개략도이다.
도 17은, 제6 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다.
도 18은, 제6 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다.
도 19는, 제7 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다.1 is a schematic structural view showing a gas turbine.
2 is a schematic view showing a heat exchanger.
3 is a schematic configuration diagram of the heat exchanger of the first embodiment.
4 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger showing a modification of the first embodiment.
5 is a schematic view showing the heat exchanger operation of the first embodiment.
Fig. 6 is a schematic configuration diagram of the heat exchanger of the second embodiment. Fig.
7 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger showing a modification of the second embodiment.
8 is a schematic configuration diagram of the heat exchanger of the third embodiment.
9 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger showing a modification of the third embodiment.
10 is a schematic configuration diagram of the heat exchanger of the fourth embodiment.
11 is a schematic configuration diagram showing a gas turbine.
12 is a schematic view showing a heat exchanger.
13 is a schematic configuration diagram of the heat exchanger of the fifth embodiment.
14 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger showing a modification of the fifth embodiment.
15 is a schematic diagram showing a conventional heat exchanger operation.
16 is a schematic view showing the heat exchanger operation of the fifth embodiment.
17 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger according to the sixth embodiment.
18 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger showing a modification of the sixth embodiment.
19 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger of a seventh embodiment.
이하에 첨부 도면을 참고하여, 본 발명에 관한 열교환기의 적합한 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 또, 실시형태가 복수 있는 경우에는, 각 실시형태를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a preferred embodiment of a heat exchanger according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited by these embodiments, and when there are a plurality of embodiments, the embodiments may be combined.
[제1 실시형태][First Embodiment]
도 1은, 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.1 is a schematic structural view showing a gas turbine.
실시형태 1에 있어서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)은, 압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)에 의하여 구성되어 있다. 이 가스 터빈(10)은, 발전기(14)가 연결되어 있어, 발전 가능하게 되어 있다.1, the
압축기(11)와 터빈(13)은, 회전축(21)에 의하여 일체 회전 가능하게 연결되어 있다. 압축기(11)는, 공기 도입 라인(22)으로부터 도입한 공기(A)를 압축한다. 연소기(12)는, 압축기(11)로부터 압축 공기 공급 라인(23)을 통하여 공급된 압축 공기(A1)와, 연료 가스 공급 라인(24)으로부터 공급된 연료 가스(L)를 혼합하여 연소한다. 터빈(13)은, 연소기(12)로부터 연소 가스 공급 라인(25)을 통하여 공급된 연소 가스(G)에 의하여 회전한다.The compressor (11) and the turbine (13) are integrally rotatably connected by a rotary shaft (21). The compressor (11) compresses the air (A) introduced from the air introduction line (22). The
또, 가스 터빈(10)은, 압축기(11)에서 압축된 압축 공기(A1)의 일부인 압축 공기(A2)와, 외부로부터 도입한 냉각 공기(AC)와, 연료 가스(L)의 사이에서 열교환을 행하는 열교환 장치(26)가 마련되어 있다. 이 열교환 장치(26)는, 연료 가스 공급 라인(24)과, 압축 공기(A2)를 공급하는 압축 공기 분기 라인(27)과, 냉각 공기 라인(28)이 집합한 위치에 마련되어 있다. 열교환 장치(26)는, 압축 공기(A2)를 냉각 공기(AC)에 의하여 냉각함과 함께, 연료 가스(L)를 온도 상승한 가열 공기(AH)에 의하여 가열한다. 냉각된 압축 공기(A2)는, 터빈(13)의 차실(車室)을 통하여 공급되며, 냉각 공기로서 날개 등을 냉각한다.The
발전기(14)는, 압축기(11)와 동축 상의 회전축(29)에 의하여 일체 회전 가능하게 연결되어 있으며, 터빈(13)이 회전함으로써 발전할 수 있다.The
도 2는, 열교환 장치를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic view showing a heat exchanger.
열교환 장치(26)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 하우징(31) 내에 2개의 열교환기(32, 33)가 배치되어 있다. 하우징(31)은, 하부에 공기 도입구(34)가 마련되며, 공기 도입구(34)에 도입 팬(35)이 마련되는 한편, 상부에 공기 배출구(36)가 마련되어 있다.As shown in Fig. 2, the
제1 열교환기(32)는, 압축기(11)에서 압축된 압축 공기(A2)와, 외부로부터 도입한 냉각 공기(AC)의 사이에서 열교환을 행한다. 즉, 제1 열교환기(32)는, 상온의 냉각 공기(AC)에 의하여 압축 공기(A2)를 냉각한다. 또, 제2 열교환기(33)는, 압축 공기(A2)를 냉각하여 고온이 된 가열 공기(AH)와 연료 가스(L)의 사이에서 열교환을 행한다. 즉, 냉각 공기(AC)는, 압축 공기(A2)를 냉각함으로써 고온의 가열 공기(AH)가 되고, 제2 열교환기(33)는, 이 가열 공기(AH)에 의하여 연료 가스(L)를 가열한다.The
이하, 제1 실시형태의 열교환기로서의 제1 열교환기에 대하여 설명한다. 도 3은, 제1 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다.Hereinafter, the first heat exchanger as the heat exchanger of the first embodiment will be described. 3 is a schematic configuration diagram of the heat exchanger of the first embodiment.
제1 실시형태의 제1 열교환기(32)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 1차 유로로서의 압축 공기 분기 라인(27)과, 2차 유로로서의 냉각 공기 라인(28)과, 복수(본 실시형태에서는, 2개)의 제1 열교환부(41) 및 제2 열교환부(42)와, 유량 조정 밸브(43)를 갖고 있다. 여기에서, 1차 유체는, 압축 공기(A2)이며, 2차 유체는, 냉각 공기(AC)이다.As shown in Fig. 3, the
압축 공기 분기 라인(27)과 냉각 공기 라인(28)은, 대략 직교하도록 배치되어 있다. 그리고, 제1 열교환부(41) 및 제2 열교환부(42)는, 압축 공기(A2)의 흐름 방향에 병설되어 있으며, 제1 열교환부(41)에 대하여, 제2 열교환부(42)가 압축 공기(A2)의 흐름 방향 하류측에 배치되어 있다.The compressed
제1 열교환부(41) 및 제2 열교환부(42)는, 압축 공기 분기 라인(27)에 마련되어 있고, 압축 공기(A2)와 냉각 공기(AC)에서 열교환을 행하는 것이며, 병렬로 인접하여 마련됨과 함께, 서로 평행을 이루며 배치되어 있다. 제1 열교환부(41)는, 일단부에 개별의 입구 헤더(51)가 마련되고, 제2 열교환부(42)는, 일단부에 개별의 입구 헤더(52)가 마련되어 있다. 또, 제1 열교환부(41) 및 제2 열교환부(42)는, 타단부에 공통의 출구 헤더(53)가 마련되어 있다. 압축 공기 분기 라인(27)은, 1차 유체 공급로로서 제1 분기 유로(54a)와 제2 분기 유로(54b)가 분기되고, 제1 분기 유로(54a)가 제1 열교환부(41)에 있어서의 입구 헤더(51)의 노즐(55)에 접속되며, 제2 분기 유로(54b)가 제2 열교환부(42)에 있어서의 입구 헤더(52)의 노즐(56)에 접속되어 있다. 또, 압축 공기 분기 라인(27)에 1차 유체 배출로로서의 집합 유로(54c)가 마련되어, 출구 헤더(53)의 노즐(57)에 접속되어 있다.The first
유량 조정 밸브(43)는, 제2 분기 유로(54b)에 마련되어 있고, 이 제2 분기 유로(54b)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량을 조정하는 것이다.The flow
제1 열교환기(32)는, 통상, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 100%(완전 개방)로 하여 운전한다. 즉, 압축 공기 분기 라인(27)으로부터 제1 분기 유로(54a) 및 제2 분기 유로(54b)를 통하여 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량은, 동등하게 되어 있다. 압축 공기(A2)는, 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)를 흐를 때, 냉각 공기(AC)와 열교환함으로써 냉각되어, 배출된다.The
압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 감소하면, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 한다. 이로써, 제2 분기 유로(54b)를 통하여 제2 열교환부(42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 감소하는 한편, 제1 분기 유로(54a)를 통하여 제1 열교환부(41)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 상대적으로 증가한다. 제1 열교환부(41)에 있어서의 압축 공기(A2)의 유량이 증가하면, 냉각 공기(AC)와 압축 공기(A2)가 열교환할 때, 제2 열교환부(42)의 열부하에 비하여 제1 열교환부(41)의 열부하가 높아져, 과냉각이 억제된다.When the flow rate of the compressed air (A2) flowing through the compressed air branch line (27) decreases, the opening degree of the flow regulating valve (43) is reduced. As a result, the flow rate of the compressed air (A2) supplied to the second heat exchanger (42) through the second branch passage (54b) is reduced while the flow rate of the compressed air (A2) supplied to the first heat exchanger The flow rate of the compressed air A2 to be supplied is relatively increased. When the flow rate of the compressed air (A2) in the first heat exchanging part (41) increases, when the cooling air (AC) and the compressed air (A2) exchange heat, the first heat exchanger The heat load of the
또한, 제1 열교환기(32)의 구성은, 상술한 것에 한정되는 것은 아니다. 도 4는, 제1 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다.Further, the configuration of the
도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태의 변형예를 나타내는 제1 열교환기(32A)는, 압축 공기 분기 라인(27)과, 냉각 공기 라인(28)과, 제1 열교환부(41)와, 제2 열교환부(42)와, 유량 조정 밸브(43)를 갖고 있다.4, the
제1 열교환부(41) 및 제2 열교환부(42)는, 일단부에 공통의 입구 헤더(61)가 마련되어 있다. 또, 제1 열교환부(41)는, 타단부에 개별의 출구 헤더(62)가 마련되고, 제2 열교환부(42)는, 타단부에 개별의 출구 헤더(63)가 마련되어 있다. 압축 공기 분기 라인(27)은, 1차 유체 공급로로서의 공급 유로(64a)가 마련되고, 입구 헤더(61)의 노즐(65)에 접속되어 있다. 또, 압축 공기 분기 라인(27)은, 1차 유체 배출로로서 제1 분기 유로(64b)와 제2 분기 유로(64c)가 분기되고, 제1 분기 유로(64a)가 제1 열교환부(41)의 출구 헤더(62)의 노즐(66)에 접속되며, 제2 분기 유로(64c)가 제2 열교환부(42)의 출구 헤더(63)의 노즐(67)에 접속되어 있다.The first heat exchanging part (41) and the second heat exchanging part (42) are provided with a common inlet header (61) at one end. The first
유량 조정 밸브(43)는, 제2 분기 유로(64c)에 마련되어 있고, 이 제2 분기 유로(64c)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량을 조정하는 것이다.The flow
제1 열교환기(32A)는, 통상, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 100%(완전 개방)로 하여 운전한다. 즉, 압축 공기 분기 라인(27)으로부터 공급 유로(64a)를 통하여 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량은, 동등하게 되어 있다. 압축 공기(A2)는, 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)를 흐를 때, 냉각 공기(AC)와 열교환함으로써 냉각되어, 배출된다.The
압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 감소하면, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 한다. 이로써, 제2 분기 유로(64c)를 통하여 제2 열교환부(42)로부터 배출되는 압축 공기(A2)의 유량이 감소하는 한편, 제1 분기 유로(64b)를 통하여 제1 열교환부(41)로부터 배출되는 압축 공기(A2)의 유량이 상대적으로 증가한다. 제1 열교환부(41)에 있어서의 압축 공기(A2)의 유량이 증가하면, 냉각 공기(AC)와 압축 공기(A2)가 열교환할 때, 제2 열교환부(42)의 열부하에 비하여 제1 열교환부(41)의 열부하가 높아져, 과냉각이 억제된다.When the flow rate of the compressed air (A2) flowing through the compressed air branch line (27) decreases, the opening degree of the flow regulating valve (43) is reduced. Thereby, the flow rate of the compressed air A2 discharged from the
여기에서, 제1 열교환기(32, 32A)의 작용을 설명한다. 도 5는 제1 실시형태의 열교환기 작용을 나타내는 개략도이다.Here, the operation of the
도 5에 나타내는 바와 같이, 유량 조정 밸브(43)의 개도가 완전 개방일 때, 각 입구 헤더(51, 52)로부터 각 열교환부(41, 42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 동등하게 된다. 이로 인하여, 이 때, 각 열교환부(41, 42)에 대하여 냉각 공기(AC)가 작용하면, 일점 쇄선으로 나타나는 바와 같이, 입구부(C1)에서 대기 온도(Ta)인 냉각 공기(AC)는, 압축 공기(A2)를 냉각함으로써 온도가 상승하여, 출구부(C3)에서 온도 Tb가 되어 배출된다. 이로 인하여, 압축 공기(A2)가 소정 온도까지 냉각된다.The flow rates of the compressed air A2 supplied to the respective
한편, 압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 감소하면, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게(예를 들면, 완전 폐쇄) 함으로써, 입구 헤더(51)로부터 제1 열교환부(41)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량에 대하여, 입구 헤더(52)로부터 제2 열교환부(42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 증가한다. 이로 인하여, 이 때, 각 열교환부(41, 42)에 대하여 냉각 공기(AC)가 작용하면, 실선으로 나타나는 바와 같이, 입구부(C1)에서 대기 온도(Ta)인 냉각 공기(AC)는, 압축 공기(A2)를 냉각함으로써 온도가 상승하여, 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)의 사이(C2)에서 온도 Tb가 되어 배출된다. 이로 인하여, 압축 공기(A2)가 소정 온도까지 냉각된다.On the other hand, when the flow rate of the compressed air A2 flowing through the compressed
즉, 유량 조정 밸브(43)를 완전 폐쇄로 함으로써, 압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 전체량이 제1 열교환부(41)에 공급되기 때문에, 제1 열교환부(41)를 단위 시간당 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 증가하고, 압축 공기(A2)의 유속이 높아진다. 이로 인하여, 압축 공기(A2)는, 제1 열교환부(41)를 통과하는 사이에 냉각 공기(AC)에 보다 많은 열을 흡수하게 되어, 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)의 사이(C2)에서 온도 Tb가 된다. 이로 인하여, 제1 열교환부(41)에서의 과냉각이 억제된다. 한편, 제2 열교환부(42)는, 압축 공기(A2)가 흐르지 않지만, 온도 상승한 압축 공기(A2)가 작용하기 때문에, 여기에서의 과냉각도 억제된다.The total amount of the compressed air A2 flowing through the compressed
이와 같이 제1 실시형태의 열교환기에 있어서는, 1차 유체로서의 냉각 공기(AC)가 흐르는 1차 유로로서의 냉각 공기 라인(28)과, 2차 유체로서의 압축 공기(A2)가 흐르는 2차 유로로서의 압축 공기 분기 라인(27)과, 냉각 공기(AC)와 압축 공기(A2)에서 열교환을 행함과 함께 냉각 공기(AC)의 흐름 방향에 병설되는 복수의 열교환부로서의 제1 열교환부(41) 및 제2 열교환부(42)와, 복수의 열교환부(41, 42)에 있어서의 냉각 공기(AC)의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 제2 열교환부(42)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(43)를 마련하고 있다.As described above, in the heat exchanger of the first embodiment, the cooling
따라서, 복수의 열교환부(41, 42)를 흐르는 압축 공기(A2)는, 냉각 공기(AC)와 열교환함으로써 냉각된다. 복수의 열교환부(41, 42)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 변동하면, 압축 공기(A2)의 유량에 따라 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정하기 때문에, 복수의 열교환부(41, 42)에 있어서의 냉각 공기(AC)의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 제2 열교환부(42)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 조정된다. 이로 인하여, 냉각 공기(AC)가 각 열교환부(41, 42)에 주는 영향은 적어, 고온화나 저온화가 억제된다. 그 결과, 압축 공기(A2)의 유량이 변동해도 적정하게 열교환을 행함으로써 압축 공기(A2)의 과냉각을 억제할 수 있다.Therefore, the compressed air (A2) flowing through the plurality of heat exchanging units (41, 42) is cooled by heat exchange with the cooling air (AC). When the flow rate of the compressed air A2 flowing through the plurality of
[제2 실시형태][Second Embodiment]
도 6은, 제2 실시형태의 열교환기의 개략 구성도, 도 7은, 제2 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.Fig. 6 is a schematic structural view of the heat exchanger of the second embodiment, and Fig. 7 is a schematic structural view of a heat exchanger showing a modification of the second embodiment. Members having the same functions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
제2 실시형태에 있어서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 열교환기(32B)는, 압축 공기 분기 라인(27)과, 냉각 공기 라인(28)과, 제1 열교환부(41)와, 제2 열교환부(42)와, 유량 조정 밸브(43)와, 상태 검출 센서로서의 제1 온도 센서(71) 및 제2 온도 센서(72)와, 제어부(73)를 갖고 있다.6, the
제1 온도 센서(71) 및 제2 온도 센서(72)는, 출구 헤더(53)에 마련되어 있다. 제1 온도 센서(71)는, 제1 열교환부(41)로부터 출구 헤더(53)에 배출된 압축 공기(A2)의 온도(상태)를 검출하여, 제어부(73)에 출력한다. 제2 온도 센서(72)는, 제2 열교환부(42)로부터 출구 헤더(53)에 배출된 압축 공기(A2)의 온도(상태)를 검출하여, 제어부(73)에 출력한다. 제어부(73)는, 제1 온도 센서(71)와 제2 온도 센서(72)가 검출한 압축 공기(A2)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정한다. 즉, 제어부(73)는, 각 온도 센서(71, 72)가 검출한 압축 공기(A2)의 온도차가 미리 설정된 소정 온도차보다 커졌을 때에, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 한다. 그리고, 제1 온도 센서(71)와 제2 온도 센서가 검출한 압축 공기(A2)의 온도가 소정 온도차 내가 되도록 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정한다.The
제1 열교환기(32B)는, 통상, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 100%(완전 개방)로 하여 운전한다. 즉, 압축 공기 분기 라인(27)으로부터 제1 분기 유로(54a) 및 제2 분기 유로(54b)를 통하여 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량은, 동등하게 되어 있다. 압축 공기(A2)는, 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)를 흐를 때, 냉각 공기(AC)와 열교환함으로써 냉각되어, 배출된다.The
제어부(73)는, 제1 열교환부(41)로부터 배출되는 압축 공기(A2)의 온도와, 제2 열교환부(42)로부터 배출되는 압축 공기(A2)의 온도의 편차가 소정 온도차보다 커지면, 압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 감소한 것이라고 판단한다. 이 때, 제어부(73)는, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 하여, 제1 온도 센서(71)와 제2 온도 센서가 검출한 압축 공기(A2)의 온도가 소정 온도차 내가 되도록 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정한다. 이로써, 제2 분기 유로(54b)를 통하여 제2 열교환부(42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 감소하는 한편, 제1 분기 유로(54a)를 통하여 제1 열교환부(41)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 상대적으로 증가한다. 제1 열교환부(41)에 있어서의 압축 공기(A2)의 유량이 증가하면, 냉각 공기(AC)와 압축 공기(A2)가 열교환할 때, 제2 열교환부(42)의 열부하에 비하여 제1 열교환부(41)의 열부하가 높아져, 과냉각이 억제된다.When the deviation between the temperature of the compressed air A2 discharged from the first
또한, 제1 열교환기(32)의 구성은, 상술한 것에 한정되는 것은 아니다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 열교환기(32C)에 있어서, 제1 온도 센서(71)는, 제1 열교환부(41)에 있어서의 출구 헤더(62)에 접속된 제1 분기 유로(64b)에 마련되어, 제1 열교환부(41)로부터 배출된 압축 공기(A2)의 온도를 검출하고, 제어부(73)에 출력한다. 제2 온도 센서(72)는, 제2 열교환부(42)에 있어서의 출구 헤더(63)에 접속된 제2 분기 유로(64c)에 마련되어, 제2 열교환부(42)로부터 배출된 압축 공기(A2)의 온도를 검출하고, 제어부(73)에 출력한다. 제어부(73)는, 제1 온도 센서(71) 및 제2 온도 센서(72)가 검출한 압축 공기(A2)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정한다. 즉, 제어부(73)는, 각 온도 센서(71, 72)가 검출한 압축 공기(A2)의 온도차가 미리 설정된 소정 온도차보다 커졌을 때에, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 한다. 그리고, 제1 온도 센서(71)와 제2 온도 센서가 검출한 압축 공기(A2)의 온도가 소정 온도차 내가 되도록 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정한다.Further, the configuration of the
이와 같이 제2 실시형태의 열교환기에 있어서는, 냉각 공기(AC)가 흐르는 냉각 공기 라인(28)과, 압축 공기(A2)가 흐르는 압축 공기 분기 라인(27)과, 냉각 공기(AC)와 압축 공기(A2)에서 열교환을 행함과 함께 냉각 공기(AC)의 흐름 방향에 병설되는 복수의 열교환부(41, 42)와, 복수의 열교환부(41, 42)에 있어서의 냉각 공기(AC)의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 제2 열교환부(42)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(43)와, 압축 공기(A2)의 온도를 검출하는 온도 센서(71, 72)와, 온도 센서(71, 72)가 검출한 압축 공기(A2)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정하는 제어부(73)를 마련하고 있다.Thus, in the heat exchanger of the second embodiment, the cooling
따라서, 복수의 열교환부(41, 42)를 흐르는 압축 공기(A2)는, 냉각 공기(AC)와 열교환함으로써 냉각된다. 복수의 열교환부(41, 42)를 흐르는 압축 공기(A2)의 온도가 변동하면, 압축 공기(A2)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정하기 때문에, 복수의 열교환부(41, 42)에 있어서의 냉각 공기(AC)의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 제2 열교환부(42)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 조정된다. 이로 인하여, 냉각 공기(AC)가 각 열교환부(41, 42)에 주는 영향은 적어, 고온화나 저온화가 억제된다. 그 결과, 압축 공기(A2)의 유량이 변동해도 적정하게 열교환을 행함으로써 압축 공기(A2)의 과냉각을 억제할 수 있다.Therefore, the compressed air (A2) flowing through the plurality of heat exchanging units (41, 42) is cooled by heat exchange with the cooling air (AC). When the temperature of the compressed air A2 flowing through the plurality of
제2 실시형태의 열교환기에서는, 제어부(73)는, 복수의 열교환부(41, 42)의 출구측에 있어서의 압축 공기(A2)의 온도차가 미리 설정된 소정 온도차보다 커졌을 때에, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 하여, 압축 공기(A2)의 온도차가 소정 온도차 내가 되도록 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정한다. 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 하면, 냉각 공기(AC)의 흐름 방향의 하류측에 위치하는 제2 열교환부(42)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 감소한다. 이로 인하여, 압축 공기(A2)가 냉각 공기(AC)의 흐름 방향의 상류측에 위치하는 제1 열교환부(41)에 주는 영향은 적어져, 압축 공기(A2)의 과냉각을 억제할 수 있다.In the heat exchanger of the second embodiment, when the temperature difference of the compressed air (A2) on the outlet side of the plurality of heat exchanging sections (41, 42) becomes larger than a preset predetermined temperature difference, the control section (73) The opening degree of the flow
그리고, 압축 공기(A2)의 과냉각이 억제됨으로써, 열교환기(41, 42)의 구성 부재(예를 들면, 전열관 등)에 큰 열부하가 작용하는 일은 없고, 판두께의 증가 등을 필요로 하지 않아 제조 코스트의 증가를 억제할 수 있다. 또, 압축 공기(A2)의 과냉각이 억제되는 점에서, 제2 열교환기(42)에서의 드레인의 발생이 억제되어, 이 드레인에 의한 녹의 발생을 방지할 수 있다.By suppressing the supercooling degree of the compressed air A2, a large heat load does not act on the constituent members of the
제1 열교환기(32B)에서는, 제2 열교환부(42)의 입구 헤더(52)에 접속되는 제2 분기 유로(54b)에 유량 조정 밸브(43)를 마련하고 있다. 또, 제1 열교환기(32C)에서는, 제2 열교환부(42)의 출구 헤더(63)에 접속되는 제2 분기 유로(64c)에 유량 조정 밸브(43)를 마련하고 있다. 따라서, 복수의 열교환부(41, 42)에 흐르는 압축 공기(A2)의 유량을 고정밀도로 조정할 수 있다.In the
[제3 실시형태][Third embodiment]
도 8은, 제3 실시형태의 열교환기의 개략 구성도, 도 9는, 제3 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.FIG. 8 is a schematic structural view of a heat exchanger of a third embodiment, and FIG. 9 is a schematic structural view of a heat exchanger showing a modification of the third embodiment. Members having the same functions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
제3 실시형태에 있어서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제1 열교환기(32D)는, 압축 공기 분기 라인(27)과, 냉각 공기 라인(28)과, 제1 열교환부(41)와, 제2 열교환부(42)와, 유량 조정 밸브(43)와, 상태 검출 센서로서의 유량 센서(81)와, 제어부(73)를 갖고 있다.8, the
유량 센서(81)는, 압축 공기 분기 라인(27)에 마련되어 있다. 유량 센서(81)는, 압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 유량(상태)을 검출하고, 제어부(73)에 출력한다. 제어부(73)는, 유량 센서(81)가 검출한 압축 공기(A2)의 유량에 따라 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정한다. 즉, 제어부(73)는, 유량 센서(81)가 검출한 압축 공기(A2)의 유량이 미리 설정된 소정 유량보다 적어졌을 때에, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 한다.The
제1 열교환기(32)는, 통상, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 100%(완전 개방)로 하여 운전한다. 즉, 압축 공기 분기 라인(27)으로부터 제1 분기 유로(54a) 및 제2 분기 유로(54b)를 통하여 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량은, 동등하게 되어 있다. 압축 공기(A2)는, 제1 열교환부(41)와 제2 열교환부(42)를 흐를 때, 냉각 공기(AC)와 열교환함으로써 냉각되어, 배출된다.The
제1 열교환부(41)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 소정 유량보다 적어지면, 제어부(73)는, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 한다. 이로써, 제2 분기 유로(54b)를 통하여 제2 열교환부(42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 감소하는 한편, 제1 분기 유로(54a)를 통하여 제1 열교환부(41)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 상대적으로 증가한다. 제1 열교환부(41)에 있어서의 압축 공기(A2)의 유량이 증가하면, 냉각 공기(AC)와 압축 공기(A2)가 열교환할 때, 제2 열교환부(42)의 열부하에 비하여 제1 열교환부(41)의 열부하가 높아져, 과냉각이 억제된다.When the flow rate of the compressed air (A2) supplied to the first heat exchanging section (41) becomes smaller than the predetermined flow rate, the control section (73) reduces the opening degree of the flow rate adjusting valve (43). As a result, the flow rate of the compressed air (A2) supplied to the second heat exchanger (42) through the second branch passage (54b) is reduced while the flow rate of the compressed air (A2) supplied to the first heat exchanger The flow rate of the compressed air A2 to be supplied is relatively increased. When the flow rate of the compressed air (A2) in the first heat exchanging part (41) increases, when the cooling air (AC) and the compressed air (A2) exchange heat, the first heat exchanger The heat load of the
또한, 제1 열교환기(32D)의 구성은, 상술한 것에 한정되는 것은 아니다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 열교환기(32E)에 있어서, 유량 센서(81)는, 압축 공기 분기 라인(27)에 마련되어, 각 열교환부(41, 42)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량을 검출하고, 제어부(73)에 출력한다. 제어부(73)는, 유량 센서(81)가 검출한 압축 공기(A2)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(43)의 개도를 조정한다. 즉, 제어부(73)는, 유량 센서(81)가 검출한 압축 공기(A2)의 유량이 미리 설정된 소정 유량보다 적어졌을 때에, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 한다.The configuration of the
이와 같이 제3 실시형태의 열교환기에 있어서는, 압축 공기(A2)의 유량을 검출하는 유량 센서(81)와, 유량 센서(81)가 검출한 압축 공기(A2)의 유량이 미리 설정된 소정 유량보다 적어졌을 때에, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 하는 제어부(73)를 마련하고 있다.As described above, in the heat exchanger according to the third embodiment, the
따라서, 복수의 열교환부(41, 42)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량이 소정 유량보다 적어졌을 때에, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 하기 때문에, 제2 열교환부(42)를 흐르는 2차 유체의 유량이 감소한다. 이로 인하여, 냉각 공기(AC)가 제1 열교환부(41)에 주는 영향은 적어져, 압축 공기(A2)의 과냉각을 억제할 수 있다.Therefore, when the flow rate of the compressed air A2 flowing through the plurality of
또한, 이 제3 실시형태에서는, 압축 공기 분기 라인(27)에 유량 센서(81)를 마련하고, 압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 유량(상태)을 검출하도록 했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 압축 공기 분기 라인(27)에 압력 센서를 마련하고, 압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 압력(상태)을 검출하도록 해도 된다. 그리고, 제어부(73)는, 압력 센서가 검출한 압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 압력이 미리 설정된 소정 압력보다 커졌을 때에, 유량 조정 밸브(43)의 개도를 작게 한다. 이 경우에 있어서도, 압축 공기(A2)의 과냉각을 억제할 수 있다.In the third embodiment, the
[제4 실시형태][Fourth Embodiment]
도 10은, 제4 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.10 is a schematic configuration diagram of the heat exchanger of the fourth embodiment. Members having the same functions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
제4 실시형태에 있어서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제1 열교환기(90)는, 압축 공기 분기 라인(27)과, 냉각 공기 라인(28)과, 4개의 열교환부(91, 92, 93, 94)와, 유량 조정 밸브(95, 96, 97, 98)와, 유량 센서(상태 검출 센서)(99)와, 제어부(100)를 갖고 있다.10, the
제1 열교환부(91)는, 일단부에 입구 헤더(101)가 마련되고, 제2 열교환부(92)는, 일단부에 입구 헤더(102)가 마련되며, 제3 열교환부(93)는, 일단부에 입구 헤더(103)가 마련되고, 제4 열교환부(94)는, 일단부에 입구 헤더(104)가 마련되며, 각 열교환기(91, 92, 93, 94)는, 타단부에 출구 헤더(105)가 마련되어 있다. 압축 공기 분기 라인(27)은, 1차 유체 공급로로서 제1 분기 유로(105a)와 제2 분기 유로(105b)와 제3 분기 유로(105c)와 제4분기 유로(105d)가 분기되어, 각각 입구 헤더(101, 102, 103, 104)에 접속되어 있다. 또, 압축 공기 분기 라인(27)에 1차 유체 배출로로서의 집합 유로(105e)가 마련되어, 출구 헤더(105)에 접속되어 있다.The first
유량 조정 밸브(95, 96, 97, 98)는, 각 분기 유로(105a, 105b, 105c, 105d)에 마련되어 있고, 이 제2 분기 유로(105a, 105b, 105c, 105d)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량을 조정하는 것이다. 유량 센서(99)는, 압축 공기 분기 라인(27)에 마련되어 있고, 압축 공기 분기 라인(27)을 흐르는 압축 공기(A2)의 유량(상태)을 검출하여, 제어부(100)에 출력한다. 제어부(100)는, 유량 센서(99)가 검출한 압축 공기(A2)의 유량에 따라 유량 조정 밸브(95, 96, 97, 98)의 개도를 조정한다. 즉, 제어부(100)는, 유량 센서(99)가 검출한 압축 공기(A2)의 유량이 미리 설정된 소정 유량보다 적어졌을 때에, 유량 조정 밸브(95, 96, 97, 98)의 개도를 작게 한다.The flow
제1 열교환부(91)에 공급되는 압축 공기(A2)의 유량이 소정 유량보다 적어지면, 제어부(100)는, 유량 조정 밸브(95, 96, 97, 98)의 개도를 조정하고, 냉각 공기(AC)의 흐름 방향의 하류측의 열교환부(91, 92, 93, 94)일수록 유량이 적어지도록 조정한다. 이로 인하여, 냉각 공기(AC)와 압축 공기(A2)가 열교환할 때, 제1 열교환부(91)측일수록 열부하가 높아져, 과냉각이 억제된다.When the flow rate of the compressed air A2 supplied to the
또한, 이 제4 실시형태에서는, 상태 검출기로서 유량 센서(99)를 적용했지만, 온도 센서나 압력 센서여도 된다.Although the
이와 같이 제4 실시형태의 열교환기에 있어서는, 유량 조정 밸브(95, 96, 97, 98)를 복수의 열교환부(91, 92, 93, 94)에 대응하여 복수 마련하고, 제어부(100)는, 유량 센서(99)가 검출한 압축 공기(A2)의 유량에 따라 각 열교환부(91, 92, 93, 94)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량을 조정하고 있다.As described above, in the heat exchanger of the fourth embodiment, a plurality of
따라서, 복수의 열교환부(91, 92, 93, 94)를 흐르는 압축 공기(A2)의 유량을 조정함으로써, 냉각 공기(AC)가 각 열교환부(91, 92, 93, 94)에 주는 영향을 적게 하여, 압축 공기(A2)의 과냉각을 고정밀도로 억제할 수 있다.Therefore, by adjusting the flow rate of the compressed air A2 flowing through the plurality of
또한, 상술한 실시형태에서는, 각 열교환부(41, 42, 91, 92, 93, 94)를 직관인 전열관에 의하여 구성했지만, U자 형상을 이루는 전열관에 의하여 구성해도 된다.In the above-described embodiment, the
또, 상술한 실시형태에서는, 본 발명의 열교환기를 가스 터빈(10)에 적용하여, 냉각 공기(1차 유체)(AC)에 의하여 압축 공기(2차 유체)(A2)를 가열하는 것으로 했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 열교환기는, 가스 터빈(10)에 있어서의 별도의 부분이나 가스 터빈(10) 이외의 분야(예를 들면, 보일러 등)에도 적용할 수 있다.In the above-described embodiment, the heat exchanger of the present invention is applied to the
또, 상술한 실시형태에서는, 1차 유체에 의하여 2차 유체를 냉각하는 열교환기로 했지만, 1차 유체에 의하여 2차 유체를 가열하는 열교환기로 해도 되고, 이 경우, 열교환기에 의한 과열을 억제할 수 있다.In the above-described embodiment, the heat exchanger is used to cool the secondary fluid by the primary fluid. Alternatively, the heat exchanger may be a heat exchanger that heats the secondary fluid by the primary fluid. In this case, have.
[제5 실시형태][Fifth Embodiment]
도 11은, 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.11 is a schematic configuration diagram showing a gas turbine.
제5 실시형태에 있어서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)은, 압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)에 의하여 구성되어 있다. 이 가스 터빈(10)은, 발전기(14)가 연결되어 있어, 발전 가능하게 되어 있다.In the fifth embodiment, as shown in Fig. 11, the
압축기(11)와 터빈(13)은, 회전축(121)에 의하여 일체 회전 가능하게 연결되어 있다. 압축기(11)는, 공기 도입 라인(122)으로부터 도입한 공기(A)를 압축한다. 연소기(12)는, 압축기(11)로부터 압축 공기 공급 라인(123)을 통하여 공급된 압축 공기(A1)와, 연료 가스 공급 라인(124)으로부터 공급된 연료 가스(L)를 혼합하여 연소한다. 터빈(13)은, 연소기(12)로부터 연소 가스 공급 라인(125)을 통하여 공급된 연소 가스(G)에 의하여 회전한다.The compressor (11) and the turbine (13) are integrally rotatably connected by a rotating shaft (121). The compressor (11) compresses the air (A) introduced from the air introduction line (122). The
또, 가스 터빈(10)은, 압축기(11)에서 압축된 압축 공기(A1)의 일부인 압축 공기(A2)와, 외부로부터 도입한 냉각 공기(AC)와, 연료 가스(L)의 사이에서 열교환을 행하는 열교환 장치(126)가 마련되어 있다. 이 열교환 장치(126)는, 연료 가스 공급 라인(124)과, 압축 공기(A2)를 공급하는 압축 공기 분기 라인(127)과, 냉각 공기 라인(128)이 집합한 위치에 마련되어 있다. 열교환 장치(126)는, 압축 공기(A2)를 냉각 공기(AC)에 의하여 냉각함과 함께, 연료 가스(L)를 온도 상승한 가열 공기(AH)에 의하여 가열한다. 냉각된 압축 공기(A2)는, 터빈(13)의 차실을 통하여 공급되며, 냉각 공기로서 날개 등을 냉각한다.The
발전기(14)는, 압축기(11)와 동축 상의 회전축(129)에 의하여 일체 회전 가능하게 연결되어 있으며, 터빈(13)이 회전함으로써 발전할 수 있다.The
도 12는, 열교환 장치를 나타내는 개략도이다.12 is a schematic view showing a heat exchanger.
열교환 장치(126)는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 하우징(131) 내에 2개의 열교환기(1312, 133)가 배치되어 있다. 하우징(131)은, 하부에 공기 도입구(134)가 마련되고, 공기 도입구(134)에 도입 팬(135)이 마련되는 한편, 상부에 공기 배출구(136)가 마련되어 있다.As shown in FIG. 12, in the heat exchanger 126, two
제1 열교환기(132)는, 압축기(11)에서 압축된 압축 공기(A2)와, 외부로부터 도입한 냉각 공기(AC)의 사이에서 열교환을 행한다. 즉, 제1 열교환기(132)는, 상온의 냉각 공기(AC)에 의하여 압축 공기(A2)를 냉각한다. 또, 제2 열교환기(133)는, 압축 공기(A2)를 냉각하여 고온이 된 가열 공기(AH)와 연료 가스(L)의 사이에서 열교환을 행한다. 즉, 냉각 공기(AC)는, 압축 공기(A2)를 냉각함으로써 고온의 가열 공기(AH)가 되고, 제2 열교환기(133)는, 이 가열 공기(AH)에 의하여 연료 가스(L)를 가열한다.The
이하, 제5 실시형태의 열교환기로서의 제2 열교환기에 대하여 설명한다. 도 13은, 제5 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다.Hereinafter, the second heat exchanger as the heat exchanger of the fifth embodiment will be described. 13 is a schematic configuration diagram of the heat exchanger of the fifth embodiment.
제5 실시형태의 제2 열교환기(133)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 1차 유로로서의 연료 가스 공급 라인(124)과, 2차 유로로서의 냉각 공기 라인(128)과, 복수(본 실시형태에서는, 2개)의 열교환부로서의 제1 열교환부(141) 및 열교환부로서의 제2 열교환부(142)와, 바이패스 유로(143)와, 유량 조정 밸브(144)와, 온도 센서(145)와, 제어부(146)를 갖고 있다. 여기에서, 1차 유체는, 연료 가스(L)이며, 2차 유체는, 가열 공기(AH)이다.13, the
제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142)는, 연료 가스 공급 라인(124)에 마련되어 있고, 연료 가스(L)와 가열 공기(AH)에서 열교환을 행하는 것이며, 직렬로 접속됨과 함께, 서로 평행을 이루며 배치되어 있다. 제1 열교환부(141)는, 일단부에 입구 헤더(151)가 마련되고, 입구 헤더(151)의 노즐(152)에 연료 가스 공급 라인(124)의 상류측 단부가 접속되어 있다. 제2 열교환부(142)는, 일단부에 출구 헤더(153)가 마련되고, 출구 헤더(153)의 노즐(154)에 연료 가스 공급 라인(124)의 하류측 단부가 접속되어 있다. 또, 제1 열교환부(141)의 타단부와 제2 열교환부(142)의 타단부가 접속 헤더(155)에 의하여 접속되어 있다. 또한, 제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142)는, 다수의 전열관으로 이루어지는 전열관군에 의하여 구성되어 있으며, 각 전열관의 단부는, 헤더(151, 1513155)의 관판(管板)으로 지지되어 있다.The first
바이패스 유로(143)는, 제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142) 중 제1 열교환부(141)를 바이패스하는 것이다. 이 바이패스 유로(143)는, 기단부가 제1 열교환부(141)보다 상류측의 연료 가스 공급 라인(124)에 접속되며, 선단부가 접속 헤더(155)의 노즐(156)에 접속되어 있다. 유량 조정 밸브(144)는, 바이패스 유로(143)에 마련되어 있으며, 이 바이패스 유로(143)를 흐르는 연료 가스(L)의 유량을 조정하는 것이다.The
온도 센서(145)는, 제2 열교환부(142)의 출구측에 있어서의 연료 가스 공급 라인(124)에 마련되어 있으며, 연료 가스(L)의 온도를 계측하여, 제어부(146)에 출력한다. 제어부(146)는, 온도 센서(145)가 계측한 연료 가스(L)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(144)의 개도를 조정하는 것이다. 제어부(146)는, 연료 가스(L)의 온도가 미리 설정된 소정 온도 영역에 들어가도록 유량 조정 밸브(144)의 개도를 조정한다. 즉, 제어부(146)는, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역보다 높아지면, 유량 조정 밸브(144)의 개도를 크게 하고, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역보다 낮아지면, 유량 조정 밸브(144)의 개도를 작게 한다.The
제2 열교환기(133)는, 통상, 유량 조정 밸브(144)의 개도를 0(완전 폐쇄)으로 하여 운전한다. 연료 가스(L)는, 연료 가스 공급 라인(124)을 흘러, 제1 열교환부(141)에 공급되어 흐르며, 접속 헤더(155)를 통하여 제2 열교환부(142)에 공급되어 흐른다. 그리고, 연료 가스(L)는, 가열 공기(AH)와 열교환함으로써 가열되어, 배출된다.The
제어부(146)는, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역에 들어가도록 유량 조정 밸브(144)의 개도를 조정한다. 예를 들면, 기온의 상승에 의하여 냉각 공기(AC)의 온도가 높아지면, 가열 공기(AH)의 온도도 높아져, 제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142)에서의 열교환량(연료 가스(L)의 열흡수량)이 증가하고, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역을 초과한다. 이 때, 제어부(146)는, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역보다 높아지면, 유량 조정 밸브(144)의 개도를 크게 한다. 이로써, 연료 가스(L)는, 유량 조정 밸브(144)의 개도에 따라 일부가 연료 가스 공급 라인(124)으로부터 바이패스 유로(143)에 흘러, 접속 헤더(155)로부터 제2 열교환부(142)에 공급된다. 즉, 일부의 연료 가스(L)가 제1 열교환부(141)를 우회하여 직접 제2 열교환부(142)에 공급되게 된다. 이로 인하여, 제1 열교환부(141)에서 가열된 고온의 연료 가스(L)에 대하여, 제1 열교환부(141)를 우회한 저온의 연료 가스(L)가 접속 헤더(155)에서 혼합되기 때문에, 제2 열교환부(142)를 흐르는 연료 가스(L)의 온도가 저하된다. 그 결과, 제2 열교환부(142)로부터 배출된 연료 가스(L)의 온도가 저하되어, 소정 온도 영역 내에 들어간다.The
또한, 제2 열교환기(133)의 구성은, 상술한 것에 한정되는 것은 아니다. 도 14는, 제5 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다. The configuration of the
도 14에 나타내는 바와 같이, 제2 열교환기(133A)는, 연료 가스 공급 라인(124)과, 냉각 공기 라인(128)과, 제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142)와, 바이패스 유로(143)와, 유량 조정 밸브(147)와, 온도 센서(145)와, 제어부(146)를 갖고 있다.14, the second heat exchanger 133A includes a fuel gas supply line 124, a cooling air line 128, a
바이패스 유로(143)는, 제1 열교환부(141)를 바이패스하는 것이며, 기단부가 제1 열교환부(141)보다 상류측의 연료 가스 공급 라인(124)에 접속되고, 선단부가 접속 헤더(155)의 노즐(156)에 접속되어 있다. 유량 조정 밸브(147)는, 연료 가스 공급 라인(124)과 바이패스 유로(143)의 분기부에 마련되는 삼방 밸브이다. 유량 조정 밸브(삼방 밸브)(147)는, 연료 가스 공급 라인(124)에 대하여, 제1 열교환부(141)측의 개도와 바이패스 유로측의 개도를 조정하는 것이며, 바이패스 유로(143)측에 흐르는 연료 가스(L)의 유량을 조정한다.The
여기에서, 제2 열교환 장치(133, 133A)의 작용을 종래의 열교환 장치와 비교하여 설명한다. 도 15는, 종래의 열교환기 작용을 나타내는 개략도, 도 16은, 제5 실시형태의 열교환기 작용을 나타내는 개략도이다.Here, the operation of the
도 15에 나타내는 바와 같이, 종래의 열교환기(001)는, 연료 가스 공급 유로(002)에 마련되고, 연료 가스 공급 유로(002)에 대하여 열교환기(001)를 우회하는 바이패스 유로(003)가 마련되며, 이 바이패스 유로(003)에 유량 조정 밸브(004)가 마련되어 있다. 유량 조정 밸브(004)를 소정 개도만큼 개방하면, 연료 가스는, 위치 t1에서, 연료 가스 공급 유로(002)로부터 열교환기(001)로 흘러 들어 가열됨으로써 온도가 상승한다. 한편, 바이패스 유로(003)에 흐른 일부의 연료 가스는 가열되지 않아 온도가 상승하지 않는다. 그리고, 위치 t2에서, 연료 가스는, 열교환기(001)로부터 배출되어, 위치 t3에서, 고온의 연료 가스와 바이패스 유로(003)를 통한 저온의 연료 가스가 혼합됨으로써, 온도가 저하되어 소정 온도가 된다. 종래는, 열교환기(001)에 흐르는 연료 가스의 유량이 감소하는 점에서, 이 연료 가스의 열부하가 증가하여, 열교환기(001)의 출구에서, 상한 온도(ta)를 초과하게 된다.As shown in Fig. 15, the
한편, 도 16에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 제2 열교환기(133)는, 제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142)를 가지며, 바이패스 유로(143)가 제1 열교환부(141)와 제2 열교환부(142)의 접속부에 접속되어 있다. 이로 인하여, 유량 조정 밸브(144)를 소정 개도만큼 개방하면, 연료 가스는, 위치 t1에서, 연료 가스 공급 유로(143)로부터 제1 열교환부(141)에 흘러 들어 가열됨으로써 온도가 상승한다. 한편, 바이패스 유로(143)에 흐른 일부의 연료 가스는 가열되지 않아 온도가 상승하지 않는다. 그리고, 위치 t2에서, 가열된 연료 가스는, 제1 열교환부(141)로부터 제2 열교환부(142)에 흐름과 함께, 바이패스 유로(143)를 통과한 저온의 연료 가스가 제2 열교환부(142)에 흐른다. 여기에서, 고온의 연료 가스와 저온의 연료 가스가 혼합됨으로써, 온도가 저하된다. 그 후, 모든 연료 가스는, 제2 열교환부(142)에서 가열됨으로써 온도가 상승하고, 위치 t3에서, 소정 온도가 된다. 본 실시형태는, 저온의 연료 가스를 열교환부(141, 142)의 접속부로 되돌림으로써, 제2 열교환기(133)의 출구에서, 상한 온도(ta)를 초과하게 되는 것이 방지된다.16, the
이와 같이 제5 실시형태의 열교환기에 있어서는, 1차 유체로서의 연료 가스(L)가 흐르는 연료 가스 공급 라인(124)과, 2차 유체로서의 가열 공기(AH)가 흐르는 냉각 공기 라인(128)과, 연료 가스(L)와 가열 공기(AH)에서 열교환을 행하는 제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142)와, 제1 열교환부(141)를 바이패스하는 바이패스 유로(143)와, 바이패스 유로(143)를 흐르는 연료 가스(L)의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(144)와, 열교환부(142)의 출구측에 있어서의 연료 가스(L)의 온도를 계측하는 온도 센서(145)와, 온도 센서(145)가 검출한 연료 가스(L)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(144)의 개도를 조정하는 제어부(146)를 마련하고 있다.As described above, in the heat exchanger of the fifth embodiment, the fuel gas supply line 124 through which the fuel gas L as the primary fluid flows, the cooling air line 128 through which the heated air AH as the secondary fluid flows, A first
따라서, 제2 열교환부(142)의 출구측에 있어서의 연료 가스(L)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(144)의 개도를 조정하기 때문에, 제1 열교환부(141)를 바이패스하는 연료 가스(L)의 유량이 조정된다. 이 때, 연료 가스(L)는, 일부가 제1 열교환부(141)만을 바이패스하기 때문에, 제1 열교환부(141)를 통하는 연료 가스(L)는, 그 유량이 일시적으로 감소해도, 극도의 고온화가 억제된다. 그 결과, 제1 실시형태의 열교환기에서는, 연료 가스(L)의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있음과 함께, 연료 가스(L)의 과열을 억제할 수 있다.Therefore, the opening degree of the flow
그리고, 연료 가스(L)의 과열을 억제함으로써, 열교환기(142)의 구성 부재(예를 들면, 전열관 등)에 큰 열부하가 작용하는 일은 없고, 판두께의 증가 등을 필요로 하지 않아 제조 코스트의 증가를 억제할 수 있다. 또, 연료 가스(L)의 과열이 억제되는 점에서, 부생물(예를 들면, 황화 철: FeS)이 생성되는 일은 없어, 이 부생물에 의한 열교환기(133, 133A)에 대한 악영향을 방지할 수 있다.By suppressing the overheating of the fuel gas L, a large heat load does not act on the structural members of the heat exchanger 142 (for example, a heat transfer tube or the like), and the increase of the plate thickness is not required, Can be suppressed. Further, since the overheat of the fuel gas L is suppressed, no by-product (for example, iron sulfide: FeS) is generated and the adverse effect of the by-product on the
제5 실시형태의 열교환기에서는, 제1 열교환부(141)와 제2 열교환부(142)를 직렬로 접속하고, 바이패스 유로(143)의 일단부를 제1 열교환부(141)의 입구측에 접속하며, 타단부를 제1 열교환부(141)와 제2 열교환부(142)의 접속 헤더(155)에 접속하고 있다. 따라서, 바이패스 유로(143)를 통하는 연료 가스(L)는, 접속 헤더(155)에 공급됨으로써, 제1 열교환부(141)에서 가열된 연료 가스(L)와 바이패스 유로(143)를 통한 저온의 연료 가스(L)를 혼합하게 되어, 제2 열교환부(142)에서의 연료 가스(L)의 고온화가 억제되어, 연료 가스(L)의 과열을 억제할 수 있다.The
제5 실시형태의 열교환기에서는, 제1 열교환부(141)와 제2 열교환부(142)를 평행하게 배치하고, 일단부에 제1 열교환부(141)의 입구 헤더(151)와 제2 열교환부(142)의 출구 헤더(153)을 배치하며, 타단부에 접속 헤더(155)를 배치하고 있다. 따라서, 제1 열교환부(141)와 제2 열교환부(142)를 평행하게 배치하여, 연료 가스(L)를 효율적으로 순환시키도록 구성함으로써, 장치를 소형화할 수 있다.In the heat exchanger of the fifth embodiment, the first
제5 실시형태의 열교환기에서는, 제1 열교환부(141)에 있어서의 하류측 단부와 제2 열교환부(142)에 있어서의 상류측 단부를 접속 헤더(155)에 의하여 접속하고 있다. 따라서, 접속부를 접속 헤더(155)로 함으로써, 제1 열교환부(141)와 제2 열교환부(142)를 용이하게 접속할 수 있고, 또, 열교환부(141)를 통과한 연료 가스(L)와 바이패스 유로(143)를 통과한 연료 가스(L)를 적정하게 혼합시킬 수 있다.In the heat exchanger of the fifth embodiment, the downstream end of the first
제5 실시형태의 열교환기에서는, 유량 조정 밸브(144)를 바이패스 유로(143)에 마련하고 있다. 따라서, 구조를 간소화할 수 있음과 함께, 제조 코스트를 저감할 수 있다.In the heat exchanger of the fifth embodiment, the flow
제5 실시형태의 열교환기에서는, 유량 조정 밸브(147)를 연료 가스 공급 라인(124)과 바이패스 유로(143)의 분기부에 마련되는 삼방 밸브로 하고 있다. 따라서, 바이패스 유로(143)에 흘려 보내는 연료 가스(L)의 유량을 고정밀도로 조정할 수 있다.In the heat exchanger of the fifth embodiment, the flow
[제6 실시형태][Sixth Embodiment]
도 17은, 제6 실시형태의 열교환기의 개략 구성도, 도 18은, 제6 실시형태의 변형예를 나타내는 열교환기의 개략 구성도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.FIG. 17 is a schematic structural view of a heat exchanger of a sixth embodiment, and FIG. 18 is a schematic structural view of a heat exchanger showing a modification of the sixth embodiment. Members having the same functions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
제6 실시형태에 있어서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 제2 열교환기(133B)는, 연료 가스 공급 라인(124)과, 냉각 공기 라인(128)과, 제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142)와, 바이패스 유로(143)와, 유량 조정 밸브(144)와, 온도 센서(145)와, 제어부(146)를 갖고 있다.17, the
제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142)는, 연료 가스 공급 라인(124)에 마련되어 있고, 연료 가스(L)와 가열 공기(AH)에서 열교환을 행하는 것이며, 직렬로 접속됨과 함께, 서로 평행을 이루며 배치되어 있다. 제1 열교환부(141)는, 일단부에 입구 헤더(151)가 마련되고, 입구 헤더(151)의 노즐(152)에 연료 가스 공급 라인(124)의 상류측 단부가 접속되어 있다. 제2 열교환부(142)는, 일단부에 출구 헤더(153)가 마련되고, 출구 헤더(153)의 노즐(154)에 연료 가스 공급 라인(124)의 하류측 단부가 접속되어 있다. 또, 제1 열교환부(141)는, 타단부에 출구 헤더(157)가 마련되며, 제2 열교환부(142)는, 타단부에 입구 헤더(158)가 접속되어 있다. 그리고, 제1 열교환부(141)의 출구 헤더(157)와 제2 열교환부(142)의 입구 헤더(158)는, 접속부로서의 접속 배관(159)에 의하여 접속되어 있다.The first
바이패스 유로(143)는, 복수의 열교환부(141, 142) 중 1개의 열교환부(141)를 바이패스하는 것이다. 이 바이패스 유로(143)는, 기단부가 제1 열교환부(141)보다 상류측의 연료 가스 공급 라인(124)에 접속되며, 선단부가 접속 배관(159)에 접속되어 있다. 유량 조정 밸브(144)는, 바이패스 유로(143)에 마련되어 있고, 이 바이패스 유로(143)를 흐르는 연료 가스(L)의 유량을 조정하는 것이다.The
온도 센서(145)는, 제2 열교환부(142)의 출구측에 있어서의 연료 가스 공급 라인(124)에 마련되어 있고, 연료 가스(L)의 온도를 계측하며, 제어부(146)에 출력한다. 제어부(146)는, 온도 센서(145)가 계측한 연료 가스(L)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(144)의 개도를 조정하는 것이다. 제어부(146)는, 연료 가스(L)의 온도가 미리 설정된 소정 온도 영역에 들어가도록 유량 조정 밸브(144)의 개도를 조정한다.The
제2 열교환 장치(133B)의 구성은, 상술한 것에 한정되는 것은 아니다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 제2 열교환기(133C)는, 연료 가스 공급 라인(124)과, 냉각 공기 라인(128)과, 제1 열교환부(141) 및 제2 열교환부(142)와, 바이패스 유로(143)와, 유량 조정 밸브(147)와, 온도 센서(145)와, 제어부(146)를 갖고 있다.The configuration of the
바이패스 유로(143)는, 제1 열교환부(141)를 바이패스하는 것이며, 기단부가 제1 열교환부(141)보다 상류측의 연료 가스 공급 라인(124)에 접속되고, 선단부가 접속 배관(159)에 접속되어 있다. 유량 조정 밸브(147)는, 연료 가스 공급 라인(124)과 바이패스 유로(143)의 분기부에 마련되는 삼방 밸브이다. 유량 조정 밸브(삼방 밸브)(147)는, 연료 가스 공급 라인(124)에 대하여, 제1 열교환부(141)측의 개도와 바이패스 유로(143)측의 개도를 조정하는 것이며, 바이패스 유로(143)측에 흐르는 연료 가스(L)의 유량을 조정한다.The
또한, 제2 열교환기(133B, 133C)의 작용은, 상술한 제5 실시형태와 대략 동일한 점에서, 여기에서의 설명은 생략한다.The functions of the
이와 같이 제6 실시형태의 열교환기에 있어서는, 제1 열교환부(141)의 출구 헤더(157)와 제2 열교환부(142)의 입구 헤더(158)를 접속부로서의 접속 배관(159)에 의하여 접속하고 있다. 따라서, 접속부를 접속 배관(159)으로 함으로써, 제1 열교환부(141)와 제2 열교환부(142)를 콤팩트하게 접속할 수 있어, 구조를 간소화할 수 있다.As described above, in the heat exchanger of the sixth embodiment, the
[제7 실시형태][Seventh Embodiment]
도 19는, 제7 실시형태의 열교환기의 개략 구성도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.19 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger of a seventh embodiment. Members having the same functions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
제7 실시형태에 있어서, 도 19에 나타내는 바와 같이, 제2 열교환기(160)는, 연료 가스 공급 라인(124)과, 냉각 공기 라인(128)과, 제1 열교환부(161)와, 제2 열교환부(162)와, 제3 열교환부(163)와, 바이패스 유로(1614165)와, 유량 조정 밸브(166, 167)와, 온도 센서(168)와, 제어부(169)를 갖고 있다.19, the
열교환부(161, 1612163)는, 연료 가스 공급 라인(124)에 마련되어 있고, 연료 가스(L)와 가열 공기(AH)에서 열교환을 행하는 것이며, 직렬로 접속됨과 함께, 서로 평행을 이루며 배치되어 있다. 제1 열교환부(161)는, 일단부에 입구 헤더(171)가 마련되고, 입구 헤더(171)의 노즐(172)에 연료 가스 공급 라인(124)의 상류측 단부가 접속되어 있다. 또, 제1 열교환부(161)는, 타단부에 출구 헤더(173)가 마련되어 있다. 제2 열교환부(162)는, 타단부에 입구 헤더(174)가 마련되고, 일단부에 출구 헤더(175)가 마련되어 있다. 제3 열교환부(163)는, 일단부에 입구 헤더(176)가 마련되며, 타단부에 출구 헤더(177)가 마련되고, 출구 헤더(177)의 노즐(178)에 연료 가스 공급 라인(124)의 하류측 단부가 접속되어 있다.
그리고, 제1 열교환부(161)의 출구 헤더(173)와 제2 열교환부(162)의 입구 헤더(174)가 접속 배관(179)에 의하여 접속되어 있다. 또, 제2 열교환부(162)의 출구 헤더(175)와 제3 열교환부(163)의 입구 헤더(176)가 접속 배관(180)에 의하여 접속되어 있다.The
제1 바이패스 유로(164)는, 제1 열교환부(161)를 바이패스하는 것이며, 제2 바이패스 유로(165)는, 제1 열교환부(161) 및 제2 열교환부(162)를 바이패스하는 것이다. 제1 바이패스 유로(164)는, 기단부가 제1 열교환부(161)보다 상류측의 연료 가스 공급 라인(124)에 접속되고, 선단부가 접속 배관(179)에 접속되어 있다. 제2 바이패스 유로(165)는, 기단부가 제1 열교환부(161)보다 상류측의 연료 가스 공급 라인(124)에 접속되고, 선단부가 접속 배관(180)에 접속되어 있다. 제1 유량 조정 밸브(166)는, 제1 바이패스 유로(164)에 마련되어 있으며, 이 제1 바이패스 유로(164)를 흐르는 연료 가스(L)의 유량을 조정하는 것이다. 제2 유량 조정 밸브(167)는, 제2 바이패스 유로(165)에 마련되어 있고, 이 제2 바이패스 유로(165)를 흐르는 연료 가스(L)의 유량을 조정하는 것이다.The
온도 센서(168)는, 제3 열교환부(163)의 출구측에 있어서의 연료 가스 공급 라인(124)에 마련되어 있고, 연료 가스(L)의 온도를 계측하여, 제어부(169)에 출력한다. 제어부(169)는, 온도 센서(168)가 계측한 연료 가스(L)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(166, 167)의 개도를 조정하는 것이다. 제어부(169)는, 연료 가스(L)의 온도가 미리 설정된 소정 온도 영역에 들어가도록 유량 조정 밸브(166, 167)의 개도를 조정한다. 즉, 제어부(169)는, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역보다 높아지면, 유량 조정 밸브(166, 167)의 개도를 크게 하고, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역보다 낮아지면, 유량 조정 밸브(166, 167)의 개도를 작게 한다.The
제2 열교환기(160)는, 통상, 유량 조정 밸브(166, 167)의 개도를 0(완전 폐쇄)으로 하여 운전한다. 연료 가스(L)는, 연료 가스 공급 라인(124)을 흘러, 각 열교환부(161, 1612163)를 흐를 때, 연료 가스(L)는, 가열 공기(AH)와 열교환함으로써 가열된다.The
제어부(169)는, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역에 들어가도록 유량 조정 밸브(166, 167)의 개도를 조정한다. 예를 들면, 기온의 상승에 의하여 냉각 공기(AC)의 온도가 높아지면, 가열 공기(AH)의 온도도 높아져, 각 열교환부(161, 1612163)에서의 열교환량(연료 가스(L)의 열흡수량)이 증가하고, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역을 초과하게 된다. 이 때, 제어부(169)는, 연료 가스(L)의 온도가 소정 온도 영역보다 높아지면, 먼저, 제2 유량 조정 밸브(167)의 개도를 크게 한다. 이로써, 연료 가스(L)는, 제2 유량 조정 밸브(167)의 개도에 따라 일부가 연료 가스 공급 라인(124)으로부터 바이패스 유로(165)를 통하여 제3 열교환부(163)에 공급된다. 즉, 일부의 연료 가스(L)가 제1 열교환부(161) 및 제2 열교환부(162)를 우회하여 직접 제3 열교환부(163)에 공급되게 된다. 이로 인하여, 제1 열교환부(161) 및 제2 열교환부(162)에서 가열된 고온의 연료 가스(L)에 대하여, 제1 열교환부(161) 및 제2 열교환부(162)를 우회한 저온의 연료 가스(L)가 접속 배관(180)에서 혼합되기 때문에, 제3 열교환부(163)를 흐르는 연료 가스(L)의 온도가 저하된다. 그 결과, 제3 열교환부(163)로부터 배출된 연료 가스(L)의 온도가 저하되어, 소정 온도 영역보다 낮아진다.The
또, 제어부(169)는, 제2 유량 조정 밸브(167)의 개도를 크게 해도, 연료 가스(L)의 온도가 충분히 저하되지 않으면, 다음으로, 제1 유량 조정 밸브(166)의 개도를 크게 한다. 이 때, 제2 유량 조정 밸브(167)를 폐쇄해도 된다. 이로써, 연료 가스(L)는, 제1 유량 조정 밸브(166)의 개도에 따라 일부가 연료 가스 공급 라인(124)으로부터 바이패스 유로(164)를 통하여 제2 열교환부(162)에 공급된다. 즉, 일부의 연료 가스(L)가 제1 열교환부(161)를 우회하여 직접 제2 열교환부(162)에 공급되게 된다. 이로 인하여, 제1 열교환부(161)에서 가열된 고온의 연료 가스(L)에 대하여, 제1 열교환부(161)를 우회한 저온의 연료 가스(L)가 접속 배관(179)에서 혼합되기 때문에, 제2 열교환부(162)를 흐르는 연료 가스(L)의 온도가 저하된다. 그 결과, 제2 열교환부(162)로부터 배출된 연료 가스(L)의 온도가 저하되어, 소정 온도 영역 내에 들어간다.If the temperature of the fuel gas L is not sufficiently lowered even if the opening degree of the second flow
이와 같이 제7 실시형태의 열교환기에 있어서는, 연료 가스 공급 라인(124)과, 냉각 공기 라인(128)과, 연료 가스(L)와 가열 공기(AH)에서 열교환을 행하는 각 열교환부(161, 1612163)와, 제1 열교환부(161)를 바이패스하는 제1 바이패스 유로(164)와, 제1 열교환부(161) 및 제2 열교환부(162)를 바이패스하는 제2 바이패스 유로(165)와, 바이패스 유로(1614165)를 흐르는 연료 가스(L)의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(166, 167)와, 제3 열교환부(163)의 출구측에 있어서의 연료 가스(L)의 온도를 계측하는 온도 센서(168)와, 온도 센서(168)가 검출한 연료 가스(L)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(166, 167)의 개도를 조정하는 제어부(169)를 마련하고 있다.As described above, in the heat exchanger of the seventh embodiment, the fuel gas supply line 124, the cooling air line 128, the
따라서, 가장 하류측에 배치된 제3 열교환부(163)의 출구측에 있어서의 연료 가스(L)의 온도에 따라 유량 조정 밸브(166, 167)의 개도를 조정하기 때문에, 각 열교환부(161, 162)를 바이패스하는 연료 가스(L)의 유량이 조정된다. 이 때, 연료 가스(L)는, 일부가 제1 열교환부(161)만, 또는, 각 열교환부(161, 162)를 바이패스하기 때문에, 각 열교환부(162, 163), 또는, 제3 열교환부(163)를 통과하는 연료 가스(L)는, 그 유량이 일시적으로 감소해도, 극도의 고온화가 억제된다. 그 결과, 제7 실시형태의 열교환기에서는, 연료 가스(L)의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있음과 함께, 연료 가스(L)의 과열을 억제할 수 있다.The opening degree of the flow
또한, 상술한 실시형태에서는, 2개의 열교환부(141, 142) 또는 3개의 열교환부(161, 1612163)를 마련했지만, 열교환부의 개수는, 복수 있어도 되고, 3개 이상의 열교환부를 마련해도 된다. 또, 이 때, 바이패스 유로(1413164)가 제1 열교환부(141, 161)를 바이패스하고, 바이패스 유로(165)가 제1, 제2 열교환부(161, 162)를 바이패스하도록 구성했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 바이패스 유로가 제2 열교환부(162)만을 바이패스하거나, 바이패스 유로가 제3 열교환부(163)만을 바이패스해도 된다.Although the two
또, 상술한 실시형태에서는, 각 열교환부(141, 142, 161, 162, 163)를 직관인 전열관에 의하여 구성했지만, U자 형상을 이루는 전열관에 의하여 구성해도 된다.In the above-described embodiment, the
또, 상술한 실시형태에서는, 본 발명의 열교환기를 가스 터빈(10)에 적용하고, 가열 공기(2차 유체)(AH)에 의하여 연료 가스(1차 유체)(L)를 가열하는 것으로 했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 열교환기는, 가스 터빈(10)에 있어서의 별도의 부분이나 가스 터빈(10) 이외의 분야(예를 들면, 보일러 등)에도 적용할 수 있다.Although the heat exchanger of the present invention is applied to the
또, 상술한 실시형태에서는, 1차 유체에 의하여 2차 유체를 가열하는 열교환기로 했지만, 2차 유체에 의하여 1차 유체를 냉각하는 열교환기로 해도 되고, 이 경우, 열교환기에 의한 과냉각을 억제할 수 있다.In the above-described embodiment, the heat exchanger is used to heat the secondary fluid by the primary fluid. However, the heat exchanger may be a heat exchanger that cools the primary fluid by the secondary fluid. In this case, have.
10 가스 터빈
11 압축기
12 연소기
13 터빈
14 발전기
24 연료 가스 공급 라인
26 열교환 장치
27 압축 공기 분기 라인(1차 유로)
28 냉각 공기 라인(2차 유로)
32, 32A, 32B, 32C, 32D, 32E, 90 제1 열교환기
33 제2 열교환기(열교환기)
41, 91 제1 열교환부
42, 92 제2 열교환부
43, 95, 96, 97, 98 유량 조정 밸브
71, 72 온도 센서(상태량 검출 센서)
73, 100 제어부
81, 99 유량 센서(상태량 검출 센서)
AC 냉각 공기(2차 유체)
A2 압축 공기(1차 유체)
124 연료 가스 공급 라인(1차 유로)
126 열교환 장치
127 압축 공기 분기 라인
128 냉각 공기 라인(2차 유로)
132 제1 열교환기
133, 133A, 133B, 133C, 160 제2 열교환기(열교환기)
141, 161 제1 열교환부
142, 162 제2 열교환부
143, 164, 165 바이패스 유로
144, 166, 167 유량 조정 밸브
145, 168 온도 센서
146, 169 제어부
151, 158, 171, 174, 176 입구 헤더
153, 157, 173, 175, 177 출구 헤더
155 접속 헤더(접속부)
159 접속 배관(접속부)
163 제3 열교환부
AC 냉각 공기
AH 가열 공기(2차 유체)
L 연료 가스(1차 유체)10 Gas Turbine
11 compressor
12 combustor
13 Turbines
14 generator
24 fuel gas supply line
26 Heat exchanger
27 Compressed air branch line (primary flow path)
28 Cooling air line (2nd flow path)
32, 32A, 32B, 32C, 32D, 32E, 90 The first heat exchanger
33 Second Heat Exchanger (Heat Exchanger)
41, 91 First heat exchanger
42, 92,
43, 95, 96, 97, 98 Flow regulating valve
71, 72 Temperature sensor (status detection sensor)
73,
81, 99 Flow sensor (status sensor)
AC cooling air (secondary fluid)
A2 Compressed air (primary fluid)
124 Fuel gas supply line (primary flow path)
126 Heat exchanger
127 compressed air branch line
128 Cooling air line (2nd flow path)
132 first heat exchanger
133, 133A, 133B, 133C, 160 A second heat exchanger (heat exchanger)
141, 161 The first heat exchanger
142 and 162,
143, 164, 165 Bypass channel
144, 166, 167 Flow regulating valve
145, 168 Temperature sensor
146,
151, 158, 171, 174, 176 Inlet header
153, 157, 173, 175, 177 exit header
155 Connection header (connection part)
159 Connection piping (connection part)
163 Third heat exchanger
AC cooling air
AH Heating air (secondary fluid)
L fuel gas (primary fluid)
Claims (15)
상기 1차 유로 내에서 2차 유체가 흐르는 2차 유로와,
1차 유체와 2차 유체에서 열교환을 행함과 함께 1차 유체의 흐름 방향에 병설된 복수의 열교환부와,
상기 복수의 열교환부에 흐르는 1차 유체의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브
를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.A primary flow path through which the primary fluid flows,
A second flow path through which the secondary fluid flows in the primary flow path,
A plurality of heat exchanging units that perform heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid and are juxtaposed in the flow direction of the primary fluid,
A flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging units;
And a heat exchanger.
상기 1차 유로 내에서 2차 유체가 흐르는 2차 유로와,
1차 유체와 2차 유체에서 열교환을 행함과 함께 1차 유체의 흐름 방향에 병설된 복수의 열교환부와,
상기 복수의 열교환부에 흐르는 1차 유체의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와,
1차 유체의 상태를 검출하는 상태 검출 센서와,
상기 상태 검출 센서가 검출한 1차 유체의 상태에 따라 상기 유량 조정 밸브의 개도를 조정하는 제어부
를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.A primary flow path through which the primary fluid flows,
A second flow path through which the secondary fluid flows in the primary flow path,
A plurality of heat exchanging units that perform heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid and are juxtaposed in the flow direction of the primary fluid,
A flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging units,
A state detection sensor for detecting a state of the primary fluid,
And a controller for adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valve in accordance with the state of the primary fluid detected by the state detecting sensor
And a heat exchanger.
상기 복수의 열교환부는, 일단부에 개별의 입구 헤더가 마련되고, 타단부에 공통의 출구 헤더가 마련되며, 상기 1차 유로는, 상기 입구 헤더 및 상기 출구 헤더에 접속되고, 상기 입구 헤더에 접속되는 상기 1차 유체 유로에 상기 유량 조정 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method of claim 2,
Wherein the plurality of heat exchanging units are provided with a separate inlet header at one end and a common outlet header at the other end and the primary flow path is connected to the inlet header and the outlet header, Wherein the flow control valve is provided in the primary fluid passage.
상기 복수의 열교환부는, 일단부에 공통의 입구 헤더가 마련되고, 타단부에 개별의 출구 헤더가 마련되며, 상기 1차 유로는, 상기 입구 헤더 및 상기 출구 헤더에 접속되고, 상기 출구 헤더에 접속되는 상기 1차 유체 유로에 상기 유량 조정 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method of claim 2,
Wherein the plurality of heat exchanging units are provided with an inlet header common to one end and a separate outlet header at the other end and the primary flow path is connected to the inlet header and the outlet header, Wherein the flow control valve is provided in the primary fluid passage.
상기 상태 검출 센서는, 상기 복수의 열교환부의 출구측에 있어서의 1차 유체의 온도를 검출하는 온도 센서이며, 상기 제어부는, 상기 복수의 열교환부의 출구측에 있어서의 1차 유체의 온도차가 미리 설정된 소정 온도차보다 커졌을 때에, 상기 유량 조정 밸브의 개도를 작게 하는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method according to any one of claims 2 to 4,
Wherein the state detection sensor is a temperature sensor for detecting a temperature of a primary fluid at an outlet side of the plurality of heat exchanging units and wherein the control unit is configured to set the temperature difference of the primary fluid at the outlet side of the plurality of heat exchanging units And the opening degree of the flow rate adjusting valve is made smaller when the temperature difference is larger than a predetermined temperature difference.
상기 상태 검출 센서는, 상기 복수의 열교환부의 입구측에 있어서의 1차 유체의 유량을 검출하는 유량 센서이며, 상기 제어부는, 상기 복수의 열교환부의 입구측에 있어서의 1차 유체의 유량이 미리 설정된 소정 유량보다 적어졌을 때에, 상기 유량 조정 밸브의 개도를 작게 하는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method according to any one of claims 2 to 4,
Wherein the state detection sensor is a flow rate sensor for detecting a flow rate of the primary fluid at the inlet side of the plurality of heat exchanging units and the control unit controls the flow rate of the primary fluid at the inlet side of the plurality of heat exchanging units And the opening degree of the flow rate regulating valve is made smaller when the flow rate regulating valve is smaller than the predetermined flow rate.
상기 상태 검출 센서는, 상기 복수의 열교환부의 입구측에 있어서의 1차 유체의 압력을 검출하는 압력 센서이며, 상기 제어부는, 상기 복수의 열교환부의 입구측에 있어서의 1차 유체의 압력이 미리 설정된 소정 압력보다 커졌을 때에, 상기 유량 조정 밸브의 개도를 작게 하는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method according to any one of claims 2 to 4,
Wherein the state detecting sensor is a pressure sensor for detecting a pressure of a primary fluid at an inlet side of the plurality of heat exchanging units and the control unit is configured to control the pressure of the primary fluid at the inlet side of the plurality of heat exchanging units And the opening degree of the flow rate adjusting valve is made smaller when the pressure is larger than a predetermined pressure.
상기 유량 조정 밸브는, 상기 복수의 열교환부에 대응하여 복수 마련되고, 상기 제어부는, 상기 상태 검출 센서가 검출한 1차 유체의 상태에 따라 상기 복수의 열교환부에 흐르는 1차 유체의 유량이 감소하도록 상기 복수의 유량 조정 밸브의 개도를 조정하는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method according to any one of claims 2 to 7,
Wherein a plurality of the flow rate adjusting valves are provided corresponding to the plurality of heat exchanging units and the control unit is configured to decrease the flow rate of the primary fluid flowing through the plurality of heat exchanging units according to the state of the primary fluid detected by the state detecting sensor And the opening degree of the plurality of flow rate adjusting valves is adjusted so that the flow rate adjusting valve is opened.
상기 1차 유로 내에서 2차 유체가 흐르는 2차 유로와,
1차 유체와 2차 유체에서 열교환을 행하는 복수의 열교환부와,
상기 복수의 열교환부 중 적어도 하나의 열교환부를 바이패스하는 바이패스 유로와,
상기 바이패스 유로를 흐르는 1차 유체의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와,
상기 복수의 열교환부의 출구측에 있어서의 1차 유체의 온도를 계측하는 온도 센서와,
상기 온도 센서가 검출한 1차 유체의 온도에 따라 상기 유량 조정 밸브의 개도를 조정하는 제어부
를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.A primary flow path through which the primary fluid flows,
A second flow path through which the secondary fluid flows in the primary flow path,
A plurality of heat exchanging units for performing heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid,
A bypass flow path for bypassing at least one of the plurality of heat exchange sections,
A flow rate regulating valve for regulating the flow rate of the primary fluid flowing through the bypass flow path,
A temperature sensor for measuring the temperature of the primary fluid at the outlet side of the plurality of heat exchanging units,
And a controller for adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valve in accordance with the temperature of the primary fluid detected by the temperature sensor
And a heat exchanger.
상기 복수의 열교환부는, 직렬로 접속된 제1 열교환부와 제2 열교환부를 갖고, 상기 바이패스 유로는, 일단부가 상기 제1 열교환부의 입구에 접속되며, 타단부가 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부의 접속부에 접속되는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method of claim 9,
Wherein the plurality of heat exchanging portions includes a first heat exchanging portion and a second heat exchanging portion connected in series, wherein the bypass flow path has one end connected to the inlet of the first heat exchanging portion, and the other end connected to the first heat exchanging portion, 2 heat exchanging unit.
상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부는, 평행을 이루며 배치되고, 일단부에 상기 제1 열교환부의 입구부와 상기 제2 열교환부의 출구부가 배치되며, 타단부에 상기 접속부가 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method of claim 10,
Wherein the first heat exchanging part and the second heat exchanging part are arranged in parallel and the inlet part of the first heat exchanging part and the outlet part of the second heat exchanging part are disposed at one end and the connecting part is disposed at the other end Heat exchanger.
상기 접속부는, 상기 제1 열교환부에 있어서의 하류측 단부와 상기 제2 열교환부에 있어서의 상류측 단부가 접속되는 헤더인 것을 특징으로 하는 열교환기.The method according to claim 10 or 11,
Wherein the connecting portion is a header to which a downstream end portion of the first heat exchanging portion and an upstream end portion of the second heat exchanging portion are connected.
상기 접속부는, 상기 제1 열교환부에 있어서의 하류측 단부와 상기 제2 열교환부에 있어서의 상류측 단부를 접속하는 접속 배관인 것을 특징으로 하는 열교환기.The method according to claim 10 or 11,
Wherein the connecting portion is a connecting pipe connecting the downstream end of the first heat exchanging portion and the upstream end of the second heat exchanging portion.
상기 유량 조정 밸브는, 상기 바이패스 유로에 마련되는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method according to any one of claims 9 to 13,
Wherein the flow control valve is provided in the bypass flow passage.
상기 유량 조정 밸브는, 상기 1차 유로와 상기 바이패스 유로의 분기부에 마련되는 삼방 밸브인 것을 특징으로 하는 열교환기.The method according to any one of claims 9 to 13,
Wherein the flow rate adjusting valve is a three-way valve provided at a branching portion of the primary flow path and the bypass flow path.
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