KR100316229B1 - 가스터빈흡기냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스터빈 흡기냉각장치의 소형화 및 고효율화를 도모하는 것으로 가스터빈(1)과 이 가스터빈(1)이 흡기하는 외기를 냉각하기 위한 흡기냉각기(4)와 이 흡기냉각기(4)에 흡기되는 외기를 냉각하기 위하여 냉수를 보내는 공기냉각코일과, 이 공기냉각코일에 냉수를 보내는 흡수식 냉동기를 구비하는 가스터빈 흡기냉각장치에 있어서, 흡기냉각기(4)에 흡기되는 외기를 냉각하기 위하여 냉수를 보내는 공기냉각코일을 복수계통(7, 8)으로 분할하고, 가장 외기측에 위치하는 공기냉각코일(7)을 가장 온도가 높은 냉수를 보내는 흡수식 냉동기(11)에 접속하고, 가장 가스터빈(1)측에 위치하는 공기냉각코일(8)을 가장 온도가 낮은 냉수를 보내는 흡수식 냉동기(12)에 접속하는 것이다.

Description

가스터빈 흡기 냉각장치
본 발명은 가스터빈에 흡기되는 공기를 냉각하는 가스터빈 흡기냉각장치에 관한 것이다.
가스터빈의 흡기 냉각용 코일은 일반적으로 단일 계통으로 구성되고, 따라서 흡기 냉각용 코일에도 단일 온도의 냉수를 공급하여 흡기를 냉각하는 것이 이용되고 있다. 또한 이와 같은 것에 관련하는 것으로는 예를 들어 일본국 특개평 2-78736호 공보에 기재된 것을 들 수 있다.
한편, 흡기냉각용 코일을 복수계통으로 구성한 예가 미국특허공보 제 5,444,971호에 기재되어 있다. 그러나, 이것은 터빈이나 엔진의 효율을 최적화할 수 있도록 흡기냉각시스템을 구성한 것이며, 흡기냉각시스템 자체의 고효율화 및 소형화를 목적으로 하고 있지는 않다.
가스터빈의 효율을 향상시키기 위한 흡기 냉각용 냉수 공급원으로서 가스터빈의 배열을 구동원으로 할 수 있는 편리성, 여름철의 전력피크 대책 및 지구환경문제에 대한 배려에서 최근, 흡수식 냉동기를 사용하는 예가 증가하고 있다. 그러나 흡수식 냉동기는 내부에 열매체로서 물을 사용하고 있는 것과, 기내가 대기압이하에서 작동하고 있기 때문에 일반적으로 기계식 냉동기에 비하여 사이즈가 커지기 때문에 기기의 콤팩트화가 필요하며, 또한 시스템전체로서의 고효율화가 요구되고 있다. 또 흡기냉각기 자체의 소형화의 요구도 높다.
본 발명의 목적은 흡기냉각장치에 사용되는 흡수식 냉동기의 고효율화 및 소형화를 가스터빈 흡기냉각장치를 얻는 데 있다.
도 1은 본 발명의 가스터빈 흡기냉각장치의 제 1실시예의 계통도,
도 2는 도 1에 나타내는 실시예의 온도상태 설명도,
도 3은 본 발명의 가스터빈 흡기냉각장치의 제 2실시예의 계통도,
도 4는 도 3에 나타내는 실시예의 온도상태 설명도,
도 5는 본 발명의 가스터빈 흡기냉각장치의 제 3실시예의 계통도,
도 6은 도 5에 나타내는 실시예의 온도상태 설명도,
도 7은 본 발명의 가스터빈 흡기냉각장치에 흡수식 냉동기를 조립한 실시예의 계통도,
도 8은 종래의 단일 공기냉각코일에 의한 온도상태 설명도이다.
상기 목적은 가스터빈에 흡기되는 외기를 냉각하는 가스터빈의 흡기냉각장치에 있어서, 흡기의 흐름방향에 배치된 복수의 공기냉각코일을 가지는 흡기냉각기와; 이 복수의 공기냉각코일마다 설치되고, 이 공기냉각코일에 냉수를 공급하여 가스터빈에서 발생한 배열을 구동원으로 하는 흡수식 냉동기와; 각각의 흡수식 냉동기가 구비되는 흡수기 및 응축기에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단을 구비하고, 가장 외기측에 위치하는 공기냉각코일은 가장 온도가 높은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기에 접속되고, 가장 가스터빈측에 위치하는 공기냉각코일은 가장 온도가 낮은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기에 접속되어 있으며, 가장 온도가 낮은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기로부터 가장 온도가 높은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기에 냉각수를 직렬로 흘림으로써 달성된다.
또한, 상기 목적은 가스터빈에 흡기되는 외기를 냉각하는 가스터빈의 흡기냉각장치에 있어서, 흡기의 흐름방향에 배치된 복수의 공기냉각코일을 가지는 흡기냉각기와; 이 복수의 공기냉각코일마다 설치되고, 이 공기냉각코일에 냉수를 공급하여 가스터빈에서 발생한 배열을 구동원으로 하는 흡수식 냉동기와; 각각의 흡수식냉동기가 구비하는 흡수기 및 응축기에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단을 구비하고, 가장 외기측에 위치하는 공기냉각코일은 가장 온도가 높은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기에 접속되고, 가장 가스터빈측에 위치하는 공기냉각코일은 가장 온도가 낮은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기에 접속되어 있으며, 가장 온도가 낮은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기와 가장 온도가 높은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기에 냉각수를 병렬로 흘림으로써 달성된다.
상기 구성에 의하여 다음과 같이 작용한다.
가스터빈의 흡기 냉각용 코일을 복수개(예를 들어 두개)로 분할설치하고, 공기 흡입측 코일에 고온(예를 들어 9℃)의 냉각용 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기를접속하고, 가스터빈 흡기측 코일에 저온(예를 들어 6℃)의 냉각용 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기를 접속함으로써 공기 흡입측 고온의 냉각용 냉수를 공급하는 냉동기는 터빈 흡기측의 저온의 냉각용 냉수를 공급하는 냉동기에 비하여 증발기내부의 증발온도가 높아진다. 따라서 냉동기로서 열을 퍼 올리는 온도낙차가 작아지는 만큼 터빈 흡기측의 냉동기에 비하여 고효율화가 가능해지고 그에따라 흡수식 냉동기의 소형화가 가능하게 된다.
또 흡기 냉각용 코일을 복수재료 분할설치하여 온도가 높은 냉각용 냉수를 공기 입구측(온도가 높은 공기측)에 접속하고, 온도가 낮은 냉각용 냉수를 공기출구측(온도가 낮은 공기측)에 접속함으로써 공기와 냉각용 냉수의 열교환을 대향류화할 수 있고, 각각의 냉각코일의 소형화가 가능하게 된다.
즉 소정량의 공기를 소정온도까지 냉각하기 위하여 한 개의 코일과 한 대의 냉동기를 이용하여 냉각하는 데 대하여, 본 발명과 같이 흡기 냉각용 코일 및 냉동기를 각각 두개 이상으로 분할설치함으로써 흡기냉각장치 전체로서 보다 소형, 고효율화가 가능하게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 제 l실시예를 도 1, 도 2에 의하여 설명한다.
도 1은 가스터빈 흡기냉각장치의 전체 계통도이다. 가스터빈(1)에는 연료(2)가 공급되고, 흡기냉각기(4)로부터 외기(3)가 흡기된다. 흡기냉각기(4)를 지나 온도가 내린 냉각 공기(5)는 연료(2)의 연소를 도와, 연소 배기 가스(6)가 된다. 흡기냉각기(4)는 내부 코일이 두개로 분할설치되어 2계통으로 되어 있고, 외기(3)측의 코일(7)에는 고온의 냉각수, 예를 들어 9℃의 냉각용 냉수(9)를 공급하는 흡수식 냉동기(11)가 접속되고, 가스터빈 흡기(5)측의 코일(8)에는 저온의 냉각수, 예를 들어 6℃의 냉각용 냉수(10)를 공급하는 흡수식 냉동기(12)가 접속되어 있다.
한편, 가스터빈(1)으로부터의 배기가스(6)는 배열 보일러(13)에 접속되고, 보일러(13)에서 발생한 증기(14)는 상기 흡수식 냉동기(11, 12)의 구동원으로서 이용된다.
다음에 도 2는 흡기냉각기(4) 및 흡수식 냉동기(11, 12)의 내부 온도의 상태를 나타낸 것이다.
도면의 흡기냉각기(4)의 가로축 방향은 흡기의 흐름방향이며, 흡기냉각기(4), 흡수식 냉동기(11, 12)를 나타내는 블록내에 있어서의 세로축은 흡기 및 냉수의 온도이다. 흡수식 냉동기(11, 12)를 나타내는 블록의 가로축은, 특별히 의미있는 것은 아니다. 외기(3)는 흡기냉각기(4)에 고온(외기온 TAin)으로 흘러 들고, 흡기냉각기(4)내에서 냉수(9, 10)에 의하여 냉각되어 온도저하(TAout)하고, 저온의 가스터빈흡기(5)가 되어 가스터빈(1)에 공급된다. 가스터빈(1)측의 공기냉각코일(8)내를 흐르는 공기냉각용 냉수(10)의 입구온도(가장 가스터빈에 가까운 쪽의 온도 : t1)는 흡기와 열교환함으로써 온도상승(t2)하여 흡수식 냉동기(12)로 되돌아간다. 흡수식 냉동기(12)에서는 온도(t1)의 냉수를 발생하기 위하여 이 온도(t1)보다 낮은 냉매증발온도(tv1)로 되어 있다.
외기측의 공기냉각코일(7)에는 가스터빈측의 공기냉각코일(8)의 냉수온도(t1)보다도 높은 온도(t3)의 냉수(9)가 공급되고, 외부로부터 흡입된 흡기(3)와 열 교환하여 온도상승(t4)한다. 이 온도상승한 냉수(9)는 흡수식 냉동기(11)로 되돌아가 온도(t3)의 냉수를 발생한다. 흡수식 냉동기(11)의 증발기내의 냉매 증발온도(tv2)는 이 냉수온도(t3)보다 낮게 설정되어 있다.
흡기냉각기(4)내의 코일을 흡기의 흐름방향으로 복수개 설치하고, 공기냉각코일에 흘리는 냉수의 온도를 각각 다른 온도로 하고 있다. 이에 의하여 흡기냉각기 전체에 있어서, 외기측의 냉수온도는 높고, 가스터빈측의 냉수온도는 낮아진다.한편, 가스터빈측의 흡기는 외기측에서 높고, 가스터빈측에서는 낮아진다. 따라서, 흡기냉각기 전체로서 보면, 흡기와 냉각수의 열교환이 대향류적이 된다. 이에반하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 종래의 단일 냉각코일에 의한 경우 반드시 열교환이 대향류적으로 형성되지는 않는다. 따라서, 본 발명에 의한 흡기냉동기에서의 열교환이 단일 냉각코일에서의 열교환보다 보다 효율적으로 행해진다. 따라서, 동일한 성능을 기준으로 할 때 종래의 냉각코일에 비해 냉각코일 전체의 소형화가 가능하게 된다.
한편, 흡수식 냉동기(11)의 부하측의 온도(공기냉각코일의 출구온도)는 t4이고, 발생하는 냉수온도(공기냉각코일의 입구온도)는 t3이며, 흡수식 냉동기(12)의 부하측의 온도는 t2이고, 발생하는 냉수온도는 t1이다. 이와 같이, 각 흡수식 냉동기의 부하측의 온도와 발생냉수의 온도와의 온도차는 종래의 온도차(△ t0=t4-t1)와 비교하여 작으며, 흡수식 냉동기의 부하측 온도와 발생냉수의 온도와의 온도차가 작아지므로 효율이 향상된다. 또한, 흡수식 냉동기(11)의 증발온도(tv2)는 흡수식 냉동기(12)의 증발온도(tv1)보다 높게 설정되므로, 흡수식 냉동기가 퍼올리는 온도낙차가 상대적으로 작아지게 된다. 이와 같이, 외기(3)측의 코일(7)에 접속된 흡수식 냉동기(11)의 증발기내 증발온도(15)의 쪽이 가스터빈(1)의 흡기(5)측의 코일(8)에 접속된 흡수식 냉동기(12)의 증발기내 증발온도(16)보다도 높아지는 만큼 냉동기로서 열을 퍼 올리는 온도 낙차가 작아진다. 온도 낙차가 작아지면 온도낙차가 큰 경우보다 효율이 상승되므로, 흡수식 냉동기의 고효율화가 가능해지며, 동일한 성능을 기준으로 할 때, 온도낙차가 큰 흡수식 냉동기에 비해 흡수식 냉동기 전체의 크기를 소형으로 할 수 있게 된다.
다음에 본 발명의 제 2실시예를 도 3, 도 4에 의하여 설명한다.
도 3은 가스터빈 흡기냉각장치의 전체 계통도이다. 가스터빈(1)에는 연료(2)가 공급되고, 흡기냉각기(4)로부터 외기(3)가 흡기된다. 흡기냉각기(4)를 지나 온도가 내린 냉각공기(5)는 연료(2)의 연소를 도와 연소 배기가스(6)가 된다. 흡기냉각기(4)는 내부 코일이 두개로 분할되어 2계통으로 되어 있고, 외기(3)측의 코일(7)에는 고온의 냉각수, 예를 들어 9℃의 냉각용 냉수(9)를 공급하는 흡수식 냉동기(11)가 접속되고, 가스터빈 흡기(5)측의 코일(8)에는 저온의 냉각수, 예를 들어 6℃의 냉각용 냉수(10)를 공급하는 흡수식 냉동기(12)가 접속되어 있다.
한편, 가스터빈(1)으로부터의 배기 가스(6)는 배열 보일러(13)에 접속되고, 보일러에서 발생한 증기(14)는 상기 흡수식 냉동기(11, 12)의 구동원으로서 이용된다. 또한 냉각탑(20)을 지나 온도가 내린 냉동기용 냉각수(21)를 먼저 6℃의 냉각용 냉수(10)를 공급하는 흡수식 냉동기(12)에 접속하고, 다음에 9℃의 냉각용 냉수(9)를 공급하는 흡수식 냉동기(11)에 접속한다.
도 4는 흡기냉각기(4) 및 흡수식 냉동기(11, 12)의 내부 온도의 상태를 나타낸 것이다.
흡기냉각기(4)내의 코일을 두개로 분할하여 2계통으로 함으로써 공기와 냉각용 냉수의 열교환이 대향류적이 되고, 코일 전체의 소형화가 가능하게 된다. 또한 외기(3)측의 코일(7)에 접속된 흡수식 냉동기(11) 및 가스터빈 흡기(5)측의 코일(8)에 접속된 흡수식 냉동기(12)의 공기 냉각용 냉수(9, 10)와 냉동기용 냉각수(21)가 대향류적이 되도록 조합시킴으로써 각 흡수식 냉동기 내부의 증발온도(15, 16)와 응축온도(22, 23)의 온도 낙차가 각 흡수식 냉동기(11, 12)에서 균일하게 되어 낭비 없는 열교환이 가능하게 된다. 이 때문에 냉동기 전체의 크기를 소형으로 할 수 있고, 또한 고효율화가 가능하게 된다.
다음에 본 발명의 제 3실시예를 도 5, 도 6에 의하여 설명한다.
도 5는 가스터빈 흡기냉각장치의 전체 계통도이다. 가스터빈(1)에는 연료(2)가 공급되고, 흡기냉각기(4)로부터 외기(3)가 흡기된다. 흡기냉각기(4)를 지나 온도가 내린 냉각 공기(5)는 연료(2)의 연소를 도와, 연소 배기 가스(6)가 된다. 흡기냉각기(4)는 내부 코일이 두 개로 분할되어 2계통으로 되어 있고, 외기(3)측의코일(7)에는 고온의 냉각수, 예를 들어 9℃의 냉각용 냉수(9)를 공급하는 흡수식 냉동기(11)가 접속되고, 가스터빈 흡기(5)측의 코일(8)에는 저온의 냉각수, 예를 들어 6℃의 냉각용 냉수(10)를 공급하는 흡수식 냉동기(12)가 접속되어 있다.
한편, 가스터빈(1)으로부터의 배기 가스(6)는 배열 보일러(13)에 접속되고, 보일러(1)에서 발생한 증기(14)는 상기 흡수식 냉동기(11, 12)의 구동원으로서 이용된다. 또한 냉각탑(20)을 지나 온도가 내린 냉동기용 냉각수(21)를 흡수식 냉동기(11, 12)의 각각에 병렬로 접속한다.
도 6은 흡기냉각기(4) 및 흡수식 냉동기(11, 12)의 내부 온도의 상태를 나타낸 것이다.
흡기냉각기내의 코일을 두 개로 분할하여 2계통으로 함으로써 공기와 냉각용 냉수의 열교환이 대향류적이 되고, 코일 전체의 소형화가 가능하게 된다. 또한 외기(3)측의 코일(7)에 접속된 흡수식 냉동기(11)와 가스터빈(1)의 흡기(5)측 코일(8)에 접속된 흡수식 냉동기(12)의 각 내부의 증발온도(15, 16)와 응축온도(22, 23)의 온도낙차가 외기(3)측의 코일(7)에 접속된 흡수식 냉동기(11)의 쪽이 가스터빈 흡기(5)측의 코일(8)에 접속된 흡수식 냉동기(12)에 비하여 작아짐으로써 그만큼 고효율화가 가능하게 된다.
도 7은 가스터빈 흡기냉각장치에 이중효용의 흡수식 냉동기를 조립한 경우의 전체 계통도를 나타낸 것이다. 가스터빈(50)에는 연료(51), 외기(52)로부터 흡기냉각기(53)를 지나 온도가 내린 냉각공기(54) 및 연료 배기가스(55)의 계통이 접속되어 있다.
다음에 흡기냉각기(53)는 내부 코일이 두 개로 분할되어 있고, 외기(52)측의 코일(56)에는 흡수식 냉동기(57)의 증발기(57a)에서 예를 들어 9℃로 냉각된 냉각용 냉수(58)가 펌프(59)에 의하여 공급되고, 코일(56)을 지나 외기로부터 열을 빼앗아 온도가 상승한 후에는 다시 흡수식 냉동기(57)로 되돌아간다.
한편, 가스터빈 흡기(54)측의 코일(60)에는 흡수식 냉동기(61)의 증발기(61a)에서 예를 들어 6℃로 냉각된 냉각용 냉수(62)가 펌프(63)에 의하여 공급되고, 코일(60)을 지나 외기로부터 열을 빼앗아 온도가 상승한 후에는 다시 흡수 식 냉동기(61)로 되돌아간다.
다음에 가스터빈(50)으로부터의 배기 가스(55)는 배열 보일러(64)에 공급되고, 보일러에서 발생한 증기(65)는 흡수식 냉동기(57)의 고온 재생기(57b)와 흡수 식 냉동기(61)의 고온 재생기(61b)에 공급되고, 각 고온 재생기(57b, 61b)에서 응축하여 드레인수(66)로 되어 펌프(67)에 의하여 다시 보일러(64)로 되돌아간다.
다음에 냉각탑(68)에서 냉각된 냉동기용 냉각수(69)는 펌프(70)에 의하여 흡수식 냉동기(57)의 흡수기(57c), 응축기(57d)와 흡수식 냉동기(61)의 흡수기(61c), 응축기(61d)에 공급되고, 냉동기로부터 열을 빼앗은 후 온도가 상승하여, 다시 냉 각탑(68)으로 되돌아간다.
본 실시예에 의하면, 흡기냉각기의 소형화가 가능하게 됨에 따라 흡기냉각기에 냉각용 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기의 소형화가 가능하게 되었다. 또한, 흡수식 냉동기의 고효율화가 가능하게 되었다.
또한 흡기냉각기에 냉각용 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기를 복수개의 계통으로 분할함으로써 냉동기가 고장난 경우에도 공기 냉각능력이 아주 없어지는 일이 없어진다.
또한 외기 온도의 상태에 의하여 냉동기의 한쪽만을 운전함으로써 냉동기의 보조 기동력을 절반으로 하여 운전하는 것이 가능하게 된다.

Claims (4)

  1. 가스터빈에 흡기되는 외기를 냉각하는 가스터빈의 흡기냉각장치에 있어서,
    흡기의 흐름방향에 배치된 복수의 공기냉각코일을 가지는 흡기냉각기와; 이 복수의 공기냉각코일마다 설치되고, 이 공기냉각코일에 냉수를 공급하여 가스터빈에서 발생한 배열을 구동원으로 하는 흡수식 냉동기와; 각각의 흡수식 냉동기가 구비되는 흡수기 및 응축기에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단을 구비하고,
    가장 외기측에 위치하는 공기냉각코일은 가장 온도가 높은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기에 접속되고, 가장 가스터빈측에 위치하는 공기냉각코일은 가장 온도가 낮은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기에 접속되어 있으며, 가장 온도가 낮은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기로부터 가장 온도가 높은 냉수를 공급하는 흡수식 냉동기에 냉각수를 직렬로 흘리는 것을 특징으로 하는 가스터빈 흡기냉각장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 공기냉각코일의 각각에 접속되는 흡수식 냉동기는 가장 외기측에 위치하는 공기냉각코일로부터 가장 가스터빈측에 위치하는 공기냉각코일에 순서대로 온도가 저하한 냉수를 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 흡기냉각장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    냉각수를 냉각하기 위한 냉각탑을 구비하고, 냉각수를 가장 온도가 낮은 냉수를 보내는 흡수식 냉동기와 가장 온도가 높은 냉수를 보내는 흡수식 냉동기에 상기 냉각탑으로부터 직렬로 흘리고, 각 흡수식 냉동기에 보내진 냉각수는 상기 흡수식 냉동기의 흡수기로부터 응축기에 흐르는 것을 특징으로 하는 가스터빈 흡기냉각장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 각 흡수식 냉동기는 이중효용의 흡수식 냉동기인 것을 특징으로 하는 가스터빈 흡기 냉각장치.
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