KR100824945B1 - 증기 터빈 구동형 냉각 유니트를 위한 통합 적응성 용량제어 - Google Patents

증기 터빈 구동형 냉각 유니트를 위한 통합 적응성 용량제어 Download PDF

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러셀 마크 톰슨
스테판 마이클 카크마
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다니엘 제이. 페트로스키
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Abstract

증기 터빈 구동형 냉각 유니트(10)에 대한 제어장치가 제공된다. 최대의 작동효율을 유지하는 동안에 원하지 않는 작동 범위들을 배제하도록 냉각 장치(10)의 용량을 제어하고 안티-서지(anti-surge)와 오버라이드 제어 기능들(override control functions)을 제공하기 위하여, 제어장치는 완전한 범위의 조속기(governor)(48), 압축기 예비회전 날개들(80), 및 고온 가스 바이패스 밸브(84) 성능을 자동적으로 이용한다.
증기 터빈, 냉각 유니트, 냉동 장치, 제어장치, 압축기, 응축기, 예비회전 날개, 고온 가스 바이패스 밸브, 조속기

Description

증기 터빈 구동형 냉각 유니트를 위한 통합 적응성 용량 제어{Integrated adaptive capacity control for a steam turbine powered chiller unit}
본 출원은 2004년 1월 23일자로 출원된 미합중국 가출원 제 60/539,014 호의 혜택을 주장하는 출원이다.
본 발명은 냉각 유니트용 제어장치에 관한 것이며, 특히 증기 터빈장치와 냉각 유니트의 제어 작동을 통합한 증기 터빈 구동형 냉각 유니트용 제어장치에 관한 것이다.
대부분의 가열, 통기 및 공기 조화(HVAC), 냉동(refrigeration) 또는 냉각 장치(chiller system)들은, 냉각 장치에서 대응 압축기(들)에 동력을 제공하기 위해 전동기들을 이용하는 반면, 몇몇 냉각 장치들은 압축기에 동력을 제공하기 위해 증기 터빈을 이용할 수 있다. 통상적으로, 이러한 증기 터빈 구동형 냉각 장치들은, 냉각 장치를 증기 터빈 장치에 설치하고 연결하는데 있어서 있어서 과도한 현장조사를 필요로 한다. 몇몇의 이전의 증기 터빈 구동형 냉각 유니트 또는 장치들은, 냉각 유니트에서 증기 터빈의 포장을 필요로 하고, 이는 결국 설치를 완벽하게 하기 위하여 증기 터빈장치를 냉각 유니트에 연결시키도록 현장 배관 및 계장이 필요한 독특한 설치구조를 야기한다.
이러한 종래의 증기 터빈 구동형 냉각 장치에 있어서, 증기 터빈 및 냉각 유니트와 함께 사용되는 많은 제어들, 즉 증기 터빈 조속기(調速機) 제어, 예비회전 날개 제어, 고온 가스 제어, 터빈 토크 제한 제어 및 서지(surge) 방지 제어는, 다른 제어들과 소통하지 않으면서 독립적으로 작동되는 "독립(stand alone)" 제어이다. 예를 들면, 터빈 속도 제어는 예비회전 날개 제어와는 독립적으로 작용할 수 있고, 터빈 속도 제어와 예비회전 날개 제어는 고온 가스 바이패스 밸브 제어와는 독립적으로 작용할 수 있다. 장치의 일부에서 하나의 제어 작용은 장치의 다른 부분에서 다른 제어 작용으로부터 얻어진 효율을 제거하거나 한정하므로, 이러한 제어들의 독립적인 작용은 증기 터빈 구동형 냉각 장치의 작동에서 비효율을 야기한다. 비효율에 추가하여, 별도 장치들이 장치 압력차(=응축기 압력-증발기 압력)를 측정하거나 모니터할 수 없기 때문에, 독립적인 제어의 사용은 냉각 장치의 압축기에서 효과적인 서지 방지를 제한하게 된다.
그러므로, 증기 터빈과 냉각 유니트의 작용 효율이 최대가 되는 동시에 증기 터빈에 대한 제어 및 냉각 유니트에 대한 제어를 단일 제어 패널 내로 통합할 수 있는 증기 터빈 구동형 냉각 유니트용 제어장치가 필요하다.
본 발명의 일 실시 예는 증기 터빈에 의해서 구동되는 냉각 장치(chiller system)의 용량을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 증기 공급원, 증기 터빈 및 증기 루프에 연결된 증기 응축기를 구비한 증기장치를 제공하는 단계; 그리고 상기 증기 터빈에 의해서 구동되는 압축기, 냉각제 응축기 및 냉각제 루프에 연결된 증발기를 갖는 냉동 장치를 제공하는 단계;를 포함한다. 본 발명의 방법은, 상기 냉동 장치의 부하를 나타내는 값을 감지하는 단계; 상기 냉동장치의 장치압력차를 결정하는 단계; 그리고 상기 냉각 장치의 용량을 제어하기 위하여, 감지된 부하 값과 결정된 장치압력차에 반응하여 상기 증기 터빈의 속도를 제어하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예는, 증기 공급원, 증기 터빈 및 증기 루프에 연결된 증기 응축기를 구비한 증기장치; 그리고 상기 증기 터빈에 의해서 구동되는 압축기, 냉각제 응축기 및 냉각제 루프에 연결된 증발기를 갖는 냉동 장치;를 포함하는 냉각 장치에 관한 것이다. 상기 냉각 장치는, 상기 증기장치와 상기 냉동장치의 작동을 제어하기 위한 중앙 제어 패널을 더 포함한다. 상기 중앙 제어 패널은 용량 제어 장치를 구비한다. 용량 제어장치는 남은 냉각 액체 온도와 장치 압력차에 반응하여 상기 냉동장치의 용량을 제어하기 위해 상기 증기 터빈의 속도를 조정하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시 예는, 증기 공급원, 증기 터빈 및 증기 루프에 연결된 증기 응축기를 구비한 증기장치; 그리고 압축기, 냉각제 응축기 및 냉각제 루프에 연결된 증발기를 갖는 냉동 장치(refrigerant system);를 포함하는 냉각 장치에 관한 것이다. 압축기는 증기 터빈에 의해서 구동된다. 냉각 장치는, 증기 터빈을 냉각 장치에 장착하도록 구성되고 배치된 터빈 베이스플레이트(baseplate)를 또한 포함한다. 터빈 베이스플레이트는 터빈 베이스플레이트와 압축기를 단단히 연결하기 위한 커플링 장치를 포함한다. 냉각 장치는 증기장치와 냉동장치 모두의 작동을 제어하기 위한 중앙 제어 패널을 더 포함한다.
본 발명의 한가지 장점은 증기 터빈을 갖춘 냉각기를 예비포장된 유니트로 통합하는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 예비포장된 증기 터빈 구동형 냉각 장치 및 "as-built" 증기 터빈 구동형 냉각 장치 모두와 사용하기 위한 중앙 제어 장치이다.
본 발명의 또 다른 장점은, 냉각기의 용량을 제어하고 장치의 안전하지 않은 작동을 방지하도록 안티-서지(anti-surge)와 오버라이드(override) 제어 기능을 제공하기 위하여, 증기 터빈 구동형 냉각 장치에 대하여 완전한 범위의 제어를 이용하는 중앙 제어장치라는 것이다.
본 발명의 다른 특징과 장점들은 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 원리를 설명하는 하기의 바람직한 실시 예의 상세한 설명을 통해서 보다 명백하게 밝혀질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 증기터빈 구동형 냉각 유니트의 측면도;
도 2는 도 1에 도시된 증기터빈 구동형 냉각 유니트의 평면도;
도 3은 본 발명에 따른 증기터빈 구동형 냉각 유니트의 증기, 냉각제 및 냉 각수 흐름의 개략적인 다이어그램;
도 4는 본 발명에 따른 증기터빈 구동형 냉각 유니트의 제어장치를 개략적으로 나타낸 도면;
도 5 및 6은 본 발명에 따른 제어공정의 제 1 실시 예의 흐름도;
도 7은 도 5에 도시된 단계(502)의 일 실시 예를 나타낸 논리 다이어그램;
도 8은 본 발명의 증기터빈과 터빈 베이스플레이트의 확대 측면도;
도 9는 본 발명의 증기터빈 베이스플레이트의 평면도; 그리고
도 10은 본 발명의 증기터빈 베이스플레이트의 압축기 측면도.
도면을 통해서 동일한 참조부호들은 동일하거나 유사한 부품들을 나타내도록 사용된다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명이 적용된 일반적인 장치가 예로서 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, HVAC, 냉동 혹은 냉각장치(10)는, 압축기(12), 증기터빈(14), 냉각제 응축기(16), 물 냉각기 혹은 증발기(18), 증기 응축기(20), 팽창 장치(22) 및 제어 패널 혹은 컨트롤러(90)를 포함한다. 제어 패널(90)의 작동은 하기에서 보다 상세하게 설명될 것이다. 냉각장치(10)는 압축기 윤활장치(도시되지 않음)와 터빈 윤활장치(도시되지 않음)를 더 포함한다. 종래의 액체 냉각장치(10)는 도 1 내지 도 3에 도시되지 않은 많은 다른 특징들을 포함한다. 이러한 특징들은 설명을 용이하게 할 수 있도록 도면을 단순화하기 위하여 생략하였다.
바람직한 실시 예에 있어서, "구조적 프레임"은, 부품들이 수평으로 배열되는 필드 조립 유니트보다 작은 접지면(footprint)을 갖는 작은 플로어 공간을 점유하는 예비포장된 유니트를 제공하도록 냉각장치(10)의 주요 부품들의 적층 또는 수직 배열을 가능하게 한다. 구조적 프레임은 터빈 베이스플레이트(26), 증기 응축기 베이스플레이트(27), 다수의 프레임 부재들(28) 및 튜브 단부 시이트들(29)을 포함한다. 튜브 단부 시이트들(29)은 냉각제 응축기(19)와 증발기(18) 내에서 열 교환기 튜브(도시되지 않음)의 단부들에 대하여 내부 지지와 냉각제/물 분리를 제공할 수 있다. 프레임 부재들(28)은 냉각 장치(10)의 대응하는 부품들을 지지할 수 있는 판 강이나 관형 지지부와 같은 소정의 구조적 부품들 및 재료들이다.
터빈 베이스플레이트(26)가 도 8 내지 도 10에 보다 상세하게 도시되어 있다. 터빈 베이스플레이트(26)는 터빈 베이스플레이트(26)의 베이스부(102)에 대하여 실질적으로 수직한 단단한 보울트 조임면(100)을 구비한다. 보울트 조임면(100)은 압축기 하우징의 기계가공면에 대하여 직접 보울트 결합될 수 있다. 단단한 보울트 조임면(rigid bolting face) 혹은 디-플랜지(D-flange) 커플링장치(100)는 압축기 하우징과 터빈 베이스플레이트(26) 사이에 보다 강한 장착 혹은 상호연결을 제공할 수 있고, 그 결과 압축기(12)와 증기 터빈(14) 사이에 보다 강한 상호연결을 제공하게 된다. 또한, 디-플랜지(D-flange) 커플링장치(100)는 압축기(12)와 증기 터어빈(14)에 대한 예측가능한 정도의 축 정렬을 가능하게 한다. 터빈 베이스플레이트(26)는 압축기 장착 기구에 의해서 축 단부 상에서 지지될 수 있고, 증발기 튜브 시이트(29)에 의해서 증기 유입구 상에서 지지될 수 있다. 터빈 베이스플레이 트(26)를 상기한 바와 같이 장착함으로써, 터빈 베이스플레이트(26)는 증발기 셸로부터 격리되고, 증발기 셸의 열팽창과 수축에 의해서 야기되는 터빈 베이스플레이트(26)의 소정의 운동은 최소화된다. 바람직하게는, 증기 터빈(14)과 터빈 베이스플레이트(26)는 냉각 장치(10) 내로 통합하기 위한 모듈형 유니트로서 제조된다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 구조적인 프레임은 냉동 응축기(16), 증발기(18) 및 압축기(12)와 조합하여 증기 터빈(14) 및 증기 터빈 베이스 플레이트(26)를 설치를 위한 예비포장된 유니트로 통합한다. 증기 응축기(20)는 모든 연관된 응축장치, 진공장치와 레벨 장치 부품들(및 배관) 및 증기 응축기 베이스플레이트(27)와 함께 예비포장 유니트와는 별도의 모듈형 유니트로서 바람직하게 제조되고, 예비포장된 유니트에 대한 연결을 위해 필요한 모든 상호연결부들을 포함한다. 증기 응축기(20)와 증기 응축기 베이스플레이트(27)는 냉각장치(10)의 설치도중에 냉각제 응축기(16) 위로 설치될 수 있다. 증기 응축기 모듈형 유니트는 냉각제 응축기 튜브 시이트들(29) 상에 바람직하게 장착되고, 냉각제 응축기 튜브 시이트들(29) 사이에서 이격되거나 연장된다. 상기한 바와 같이 증기 응축기 모듈형 유니트를 장착함으로써, 증기 응축기 모듈형 유니트는 냉각제 응축기 셸과 격리되고, 냉각제 응축기 셸의 열팽창과 수축에 의한 증기 응축기 모듈형 유니트의 모든 운동은 최소화된다. 다른 실시 예에 있어서, 증기 응축기 모듈형 유니트는 특정의 플랜트 레이아웃 요구조건을 만족시키도록 플랜트 플로어 상에 장착될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 증기 응축기 모듈형 유니트와 함께 증기 터빈(14), 냉각제 응축기(16), 증발기(18) 및 압축기(12)의 예비조립된 유니트의 사용은, 고정된 증기 배출 배관 배열을 가능하게 한다. 냉각 장치(10)에 대한 증기 배기 배관 배열을 제공함으로써, 증기 배출 배관 배열은 증기 터빈(14)과 증기 응축기(20) 연결부들에 작용하는 모든 부하를 수용가능한 수준으로 유지하도록 설계될 수 있고, 그리하여 증기 터빈(14)과 압축기(12) 사이의 연결부 상에 작용하는 모든 충격을 최소화할 수 있다.
냉동장치(10)에 있어서, 압축기(12)는 냉각제 증기를 함유하며, 이것을 냉각제 응축기(16)로 보낸다. 압축기(12)는 바람직하게는 원심형 압축기로 이루어진다. 그러나, 다른 적당한 형식의 압축기도 사용이 가능하다. 압축기(12)는 증기 터빈(14)에 의해서 구동하며, 증기 터빈(14)은 단일 속도나 가변 속도로 압축기(12)를 구동할 수 있다. 바람직하게는, 증기 터빈(14)은 다단의 가변 속도 터빈이며, 이는 냉각 장치(10)의 효율을 최적화하는 속도로 압축기(12)를 작동시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 증기 터빈(14)은 약 3200rpm 내지 약 4500rpm 범위의 속도로 압축기(12)를 구동시킬 수 있다. 증기 터빈(14)에 대한 증기의 공급은 약 90 내지 약 200psi 범위 내로 건조 포화된 증기이다. 증기 터빈(14)에 대한 증기의 유동은 증기 터빈(14)의 속도를 변화시키도록 조속기(governor)(48)에 의해서 조절되고, 그리하여 압축기(12)를 통한 크거나 작은 양의 냉각제 부피형 유동을 제공함으로써, 압축기의 용량을 조정하도록 압축기(12)의 속도가 변한다. 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 증기 터빈(14)은 단지 단일 속도로 압축기를 구동시킬 수 있고, 압축기(12)의 용량을 조정하기 위해서는 다른 기술들. 즉, 날개(80)의 예비회전 및/또는 고온 가스 바이패스 밸브(48)의 사용이 필요하다.
압축기(12)에 의해서 냉각제 응축기(16)로 운반된 냉각제 증기는 유체, 즉 공기나 물과 열 교환하고, 유체와의 열교환의 결과로서 냉각제 액체로 변하는 상 변화를 겪게 된다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 냉각제 응축기(16)로 운반된 냉각제 증기는 유체, 바람직하게는 냉각 타워에 연결된 열교환기 코일을 통해서 유동하는 물과 열 교환하게 된다. 냉각제 응축기(16)의 냉각제 증기는 열교환기 코일에서 유체와의 열교환의 결과로서 냉각 액체로 변하는 상 변화를 겪게 된다. 냉각제 응축기(16)로부터 나오는 응축된 액체 냉각제는 팽창장치(22)를 통해서 증발기(18)로 유동한다.
증발기(18)는 공급 라인(38) 및 냉각 부하에 연결된 복귀 라인(40)을 갖는 열교환기 코일을 포함할 수 있다. 2차 액체, 즉 물, 에틸렌 혹은 프로필렌 글리콜 혼합물, 염화칼슘 식염수 또는 염화나트륨 식염수가 복귀 라인(40)을 거쳐서 증발기(18)내로 이동하고, 공급 라인(38)을 거쳐서 증발기(18)를 빠져나간다. 증발기(18) 내의 액체 냉각제는 2차 액체의 온도를 낮추도록 2차 액체와 열교환을 한다. 증발기(18) 내의 냉각제 액체는 2차 액체와의 열교환의 결과로서 냉각제 증기로의 상 변화를 겪게 된다. 증발기(18) 내의 증기 냉각제는 증발기(18)를 빠져나가서 사이클을 완결하도록 흡입 라인을 통해 압축기(12)로 복귀한다. 냉각제 응축기(16)와 증발기(18)의 적당한 구성이 냉각 장치(10)에서 사용될 수 있고, 냉각제 응축기(16)와 증발기(18)에서 냉각제의 적당한 상 변화가 얻어진다.
증발기(18)로부터 압축기(12)로의 입력 또는 유입구에서, 압축기(12)로의 냉각제의 유동을 제어하는 하나 또는 그 이상의 예비회전 날개들(PRV) 또는 유입구 안내 날개들(80)이 제공되고, 이에 의해 압축기(12)의 용량이 제어된다. 예비회전 날개들(80)은 실질적으로 열린 위치 사이에서 소정 위치로 위치선정이 가능하고, 이때 냉각제 유동은 실질적으로 닫힌 위치인 응축기(12) 내로 방해받지 않고 이동하고, 이때 압축기(12) 내로 냉각제의 유동이 제한된다. 닫힌 위치에서, 예비회전 날개들(80)은 압축기(12) 내로 냉각제의 유동을 완전하게 중단시키지는 못한다. 액튜에이터는 압축기(12)로 이동하는 냉각제의 양을 증가시키도록 예비회전 날개들(80)을 개방시키고 이에 의해 장치(10)의 냉각 용량을 증가시키도록 사용된다. 유사하게도, 액튜에이터는 압축기(12)로 이동하는 냉각제의 양을 감소시키도록 예비회전 날개들(80)을 페쇄시키도록 사용되고, 이에 의해 장치(10)의 냉각 용량이 감소한다. 예비회전 날개들(80)에 대한 액튜에이터는 연속적인 방식이나 단계적 혹은 간헐적인 방식으로 예비회전 날개들(80)을 개방 및 폐쇄시킬 수 있다.
냉각 장치(10)는 고온 가스 바이패스 연결부와 그에 대응하는 밸브(84)를 포함할 수 있다. 이때, 밸브는 냉각 장치(10)의 고압측과 저압측을 연결한다. 도 3에 도시된 실시 예에 있어서, 고온 가스 바이패스 연결부와 고온 가스 바이패스 밸브(HGV)(84)는 냉각제 응축기(16)와 증발기(18)를 연결하고, 팽창밸브(22)를 바이패스 한다. 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 고온 가스 바이패스 연결부와 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 압축기 흡입 라인과 압축기 배출 라인을 연결시킬 수 있다. 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 바람직하게는 압축기(12)의 배출구로부터 나오는 냉각제 가스를 순환시키기 위한 냉각제 응축기(16)를 거쳐서 증발기(18)를 경유하여 압축기(12)의 흡입구로 이어지는 압축기(12)에 대한 재순환 라인으로서 사용 될 수 있다. 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 실질적으로 열린 위치, 즉 냉각제 유동이 실질적으로 중단되지 않는 위치와 실질적으로 닫힌 위치, 즉 냉각제 유동이 실질적으로 중단되는 위치 사이에서 소정의 위치로 조정될 수 있다. 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 연속적인 방식이나 단계적으로 혹은 간헐적인 방식으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 고온 가스 바이패스 밸브(84)의 개방은 압축기(12)에서 서지 조건들이 발생하는 것을 방지하도록 압축기 흡입구로 공급되는 냉각제 가스의 양을 증가시킬 수 있다.
증기 터빈 장치에 관련하여, 증기 공급원은 증기 터빈(14)에 증기를 제공한다. 증기 공급원으로부터 나오는 증기는 습기 분리기(64) 내로 들어간다. 습기 분리기(64)에 있어서, 증기 공급원으로부터 나오는 습기함유 증기가 들어가서 원심 하방향 운동으로 편향된다. 증기 내에 포획된 습기는 증기 흐름에서의 속도 감소에 의해서 분리된다. 분리된 습기는 습기 배출구(도시되지 않음)를 통해서 떨어지고, 건조 포화된 증기는 상방향으로 유동하여 증기 배출구(도시되지 않음)를 통해서 배출되는데, 이때 주 증기 유입구 차단 밸브(69)와 증기 유입구 슬로우 롤 바이패스 밸브(68)를 향해서 유동한다. 주 증기 유입구 차단 밸브(69)와 증기 유입구 슬로우 롤 바이패스 밸브(68)는 시동시에 슬로우 롤을 최소 속도로 작동하도록 하는 동안에 조속기(48)를 향하여 유동하는 일정 양의 증기를 제어하도록 위치될 수 있다. 조속기(48)는 증기 유동을 조절하도록 증기 공급 라인에 위치하고, 증기 터빈(14)의 증기 유입구에 인접하여 위치한다. 조속기 혹은 조속기 밸브(48)는 연속적인 방식이나 단계적으로 혹은 간헐적인 방식으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 증기 터 빈(14)은 증기 공급원으로부터 나오는 증기를 수용하도록 증기 유입구를 포함한다. 증기 공급원으로부터 나오는 증기는 증기 유입구를 통해서 유동하고, 증기 터빈(14)의 축(도시되지 않음)과 압축기(12)를 상호연결시키는 커플러(66)를 회전시키도록 에너지를 추출하기 위해 증기 터빈(14)의 회전가능한 터빈 부분을 회전시킨다. 증기 터빈(14)의 회전가능한 터빈 부분이 회전한 후, 증기 배출구를 통해서 증기가 증기 터빈(14)을 빠져나간다.
바람직한 실시 예에 있어서, 커플러(66)는 증기 터빈(14)과 압축기(12) 사이에 직접적인 회전 연결을 제공한다. 다른 실시 예들에 있어서, 커플러(66)는 증기 터빈(14)과 압축기(12) 사이에 상대적인 회전 속도를 증가시키거나 감소시키도록 하나 또는 그 이상의 기어 배열(혹은 다른 유사한 배열)을 포함할 수 있다. 또한, 증기 터빈(14)과 압축기(12)중 하나 혹은 이들 모두는 증기 터빈(14) 혹은 압축기(12)의 상대적인 회전 속도를 조정하도록 커플러(66)에 연결된 내부 기어 배열을 포함할 수 있다.
또한, 터빈 증기 링 드레인 밸브(63)는 증기 터빈(14)의 슬로우 롤을 워밍업하는 동안에 증기 터빈(14)으로부터 모든 응축액을 제거하도록 작동할 수 있다. 그랜드 실(gland seal) 증기 공급 밸브(67)는 슬로우 롤이 작동하는 동안에 그랜드 실 공급 압력 조절 밸브로 증기를 제공하도록 사용될 수 있다. 증기 응축기 증기 펌프(65)는 증기 응축기를 배기시키며, 터빈은 압축기(12)에 의해서 요구되는 전력을 생성하도록 원하는 진공을 배출시킨다.
증기 터빈(14)으로부터 배출된 증기는 증기 응축기(20)로 유동한다. 증기 응 축기(20) 내에서, 증기 터빈(14)으로부터 나오는 증기/응축 유동은 증기를 냉각시키도록 증기 응축기(20)를 통해서 유동하는 냉각수와 열교환 한다. 증기 응축기(20)는 응축액 재순환장치(46)와 연결된 온수 저장통(hotwell)(44)을 포함한다. 응축물 재순환장치(46)는 온수 저장통(44)으로부터 응축 펌프(62)로 응축액을 제공하거나 운반할 수 있는 온수 저장통(44)에 있는 응축액 배출구를 포함한다. 응축액 펌프(62)로부터 배출된 응축액은, 증기 응축기(20)의 응축액 재순환 유입구 및/또는 증기 공급원의 응축액 복귀 유입구로 선택적으로 제공된다. 이러한 방식에 있어서, 응축액 재순환 장치(46)는 증기 응축기(20)를 통해서 응축액의 소정의 유동을 유지할 수 있고, 증기의 추가적인 발생을 위해서 증기 공급원으로 응축액을 복귀시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 냉각 타워나 다른 공급원으로부터 나오는 냉각수는 냉각수 공급 라인(70)에 의해서 냉각제 응축기(16)로 공급된다. 냉각수는 냉각제 가스로부터 나오는 열을 흡수하도록 냉각제 응축기(16) 내에서 순환된다. 냉각수는 냉각제 응축기(16)를 빠져나간 후 증기 응축기(20)로 제공된다. 냉각수는 증기 터빈(14)으로부터 배출된 증기로부터 열을 추가적으로 흡수하기 위해서 증기 응축기(20) 내에서 순환된다. 증기 응축기(20)로부터 나오는 냉각수는 냉각수의 온도를 낮추기 위해서 냉각수 복귀 라인(76)에 의해서 냉각 타워를 향하고, 다음에는 사이클을 반복하도록 냉각제 응축기(16)로 복귀한다.
통상적으로, 증기 응축기(20)는 냉각제 응축기(16)보다 증가된 온도에서 작동한다. 냉각제 응축기(16)와 증기 응축기(20)를 통해서 냉각수를 순환시킴에 의해 서, 저온의 냉각수는 냉각제 응축기(16) 내에서 열을 흡수할 수 있고, 추가적인 열을 흡수하도록 증기 응축기(20)로 전달된다. 바람직한 실시 예에 있어서, 냉각제 응축기(16)와 증기 응축기(20)를 냉각시키도록 냉각수를 사용하는 것은 적당한 냉각제 응축기(16)와 증기 응축기(20)를 선정함으로써 달성될 수 있다. 냉각제 응축기(16)는 냉각제 응축기(16)로부터 배출되는 배출구 냉각수의 온도가 증기 응축기(20)에 대한 최대의 수용가능한 유입구 냉각수 온도보다 낮은 정도로 선택된다. 냉각 장치(10) 내에서 응축기(냉동 및 증기) 냉각수에 대한 일련의 유동경로는 냉각수의 다중 공급 필요성을 줄일 수 있고, 냉각 장치(10)에 요구되는 냉각수의 전체 양을 줄일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어 패널(90)은 아날로그 디지털(A/D) 및 디지털 아날로그(D/A) 변환기들, 마이크로프로세서(96), 비휘발성 메모리 혹은 다른 메모리 장치(92), 및 냉각 장치(10)의 여러 센서들 및 제어장치들과 통신하기 위한 인터페이스 보드(98)를 포함한다. 또한, 제어 패널(90)은 사용자로 하여금 제어 패널(90)과 상호작용할 수 있게 하는 사용자 인터페이스(94)에 연결되거나 또는 이와 통합될 수 있다. 작동자는 명령어들을 선택하고 사용자 인터페이스(94)를 통해서 제어 패널(90)로 명령어들을 입력할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스(94)는 작동자에게 냉각 장치(10)의 작동 상태와 관련하여 제어 패널(90)로부터 얻은 메시지와 정보를 디스플레이할 수 있다. 사용자 인터페이스(94)는 냉각 장치(10)나 제어 패널(90) 상에 장착되는 것과 같이 제어 패널(90)에 의해서 국부적으로 위치할 수 있으며, 이와는 달리 사용자 인터페이스(94)는 냉각 장치(10)로부터 떨어진 별도의 제어실에 위치하는 것과 같이 제어 패널(90)로부터 떨어져서 위치할 수 있다.
마이크로프로세서(96)는 압축기(12), 증기 터빈(14), 증기 응축기(20) 및 냉각(10)의 다른 부품들을 포함하는 냉각 장치(10)를 제어하기 위해서 단일 혹은 중앙 제어 알고리즘이나 제어 장치를 실행시키거나 이용한다. 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제어 장치는 마이크로프로세서(96)에 의해서 실행가능한 일련의 명령어들을 갖는 컴퓨터 프로그램이나 소프트웨어가 될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 제어 장치는 해당 기술분야의 숙련된 당업자에 의해서 디지털 및/또는 아날로그 하드웨어를 사용하여 실행되거나 수행될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 있어서, 제어 패널(90)은 제어 패널(90)의 출력을 결정하는 중앙 컨트롤러를 구비하고, 불균일한 기능을 각각 수행하는 다중의 콘트롤러를 통합할 수 있다. 만일 하드웨어가 제어 알고리즘을 실행하도록 사용되면, 제어 패널(90)의 대응하는 구성은 필수 부품들을 통합시키고 더 이상 필요하지 않은 소정 부품들을 제거하도록 변경될 수 있다.
냉각 장치(10)의 제어 패널(90)은 냉각 장치(10)의 부품들로부터 많은 다른 센서 입력들을 수신할 수 있다. 제어 패널들(90)에 대한 센서 입력들의 몇몇 예들이 다음에 설명되지만, 제어 패널(90)은 냉각 장치(10)의 부품으로부터 소정의 원하는 혹은 적당한 센서 입력을 수신할 수 있다. 압축기(12)와 관련된 제어 패널(90)의 몇몇 입력들은 압축기 배출 온도 센서, 압축기 오일 온도 센서, 압축기 오일 공급 압력 센서 및 예비회전 날개 위치 센서로부터 얻어질 수 있다. 증기 터빈(14)과 관련한 제어 패널(90)에 대한 몇몇 입력은 터빈 축 단부 베어링 온도 센 서, 터빈 조속기 단부 베어링 온도 센서, 터빈 유입구 증기 온도 센서, 터빈 유입구 증기 압력 센서, 터빈 제 1 단 증기 압력 센서, 터빈 배출 압력 센서, 터빈 속도 센서 및 터빈 트립 밸브 상태 센서로부터 얻을 수 있다.
증기 응축기(20)와 관련된 제어 패널(90)에 대한 몇몇 입력은 온수 저장통의 응축액 수위센서, 온수 저장통 고 수위 상태 센서, 및 온수 저장통 저 수위 상태 센서로부터 얻을 수 있다. 냉각제 응축기(16)와 관련된 제어 패널(90)에 대한 몇몇 입력은 입력 냉각제 응축기 수온 센서, 출력 응축기 수온 센서, 냉각제 온도 센서, 냉각제 응축기 압력 센서, 서브쿨러 냉각제 수위 센서, 및 냉각제 응축기 물 유동 센서로부터 얻을 수 있다. 증발기(18)와 관련된 제어 패널(90)에 대한 몇몇 입력은 남은 냉각 액체 온도센서, 복귀 냉각 액체 온도센서, 증발기 냉각제 증기 압력센서, 냉각제 액체 온도센서, 및 냉각 물 유동 센서로부터 얻을 수 있다. 추가적으로, 컨트롤러(90)에 대한 다른 입력들은 서모스탯(thermostat)이나 다른 유사한 온도 조절장치로부터 얻은 HVAC&R 수요 입력을 포함한다.
또한, 냉각 장치(10)의 제어 패널(90)은 냉각 장치(10)의 부품들에 대한 많은 다른 제어 신호들을 제공하거나 발생시킬 수 있다. 제어 패널(90)로부터 나온 제어 신호들의 몇몇 예들은 다음에 설명되지만, 제어 패널(90)은 냉각 장치(10)의 부품들에 대한 소정의 원하는 혹은 적당한 제어 신호가 될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 제어 패널(90)로부터 나오는 몇몇 제어 신호들은 터빈 정지 제어신호, 압축기 오일 히터 제어신호, 가변속도 오일펌프 제어신호, 터빈 조속기 밸브 제어신호, 온수 저장통 수위 제어신호, 고온가스 바이패스 밸브 제어신호, 서브쿨러 냉 각제 액체수위 제어신호, 예비회전 날개 위치 제어신호, 및 증기 유입구 밸브 제어신호를 포함할 수 있다. 또한, 기술자가 사용자 인터페이스(94) 내로 정지 명령어를 입력하거나 혹은 메모리 장치(92)에 기록된 소정의 매개변수로부터 편차가 얻어지는 경우에, 제어 패널(90)은 터빈 중지 신호를 보낼 수 있다.
제어 패널(90) 상의 마이크로프로세서(96)에 의해서 실행된 중앙 제어 알고리즘은 증기 터빈(14)의 속도를 제어하여 냉각 부하를 만족시키도록 압축기(12)로부터 원하는 용량을 발생시키기 위해 압축기(12)의 속도를 제어하기 위한 용량 제어 프로그램이나 알고리즘을 바람직하게 포함한다. 냉각 장치(10) 상에서 냉각 부하 요구의 인디케이터인 온도로서 증발기(18)에서 남은 냉각 액체 온도에 직접 반응하여, 용량 제어 프로그램은 증기 터빈(14)과 압축기(12)에 대한 원하는 속도를 자동적으로 결정할 수 있다. 원하는 속도를 결정한 후에, 제어 패널(90)은 증기 터빈(14)에 공급되는 증기 유동을 변화시켜서 증기 터빈(14)의 속도를 조절하도록 적당한 증기 터빈 장치 부품들에 제어 신호들을 전달한다.
용량 제어 프로그램은 소정의 범위 내에서 냉각 장치(10)의 소정의 매개변수들을 유지할 수 있다. 이러한 매개변수들은 터빈속도, 냉각된 액체 배출구 온도, 터빈 전력 출력, 최소 압축기 속도와 압축기 예비회전 날개 위치에 대한 안티-서지 한계들을 포함한다. 용량 제어 프로그램은 장치 냉각 부하에서의 변화에 반응하여 터빈(14)과 압축기(12)의 속도를 연속적으로 모니터하고 변화시키도록 여기에 설명한 여러 가지 작동 매개변수들을 모니터하는 센서들로부터 연속적인 피드백을 채용한다. 즉, 급냉 장치(10)가 추가적인 혹은 감소된 냉각 용량을 필요로 함에 따라 서, 급냉 장치(10)에서 압축기(12)의 작동 매개변수들은 새로운 냉각 용량 요구조건들에 반응하여 업데이트되거나 개정된다. 최대 작동 효율을 유지하기 위해서, 압축기(12)의 작동 속도는 용량 제어 알고리즘에 의해서 자주 변하거나 조정될 수 있다. 또한, 장치 부하 요구조건들과 별도로, 용량 제어 프로그램은 냉각 장치(10)에서 냉각제의 부피 유량을 최적화하고 증기 터빈(14)의 합성 증기 효율을 최대화하도록 냉각 장치 압력차를 연속적으로 모니터한다.
중앙 제어 알고리즘은 냉각 장치(10)의 기동 및 작동중에 냉각 장치(10)의 여러 가지 작동 매개변수들의 모니터링 함수를 제어 패널(90)에 제공하는 다른 알고리즘 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 원하지 않거나 혹은 장치의 설계수준을 넘어서는 매개변수들이 탐지되는 경우에 냉각장치(10)를 작동중단시키기 위한 논리 함수로서, 낮은 터빈 속도, 낮은 터빈 오일압력 혹은 낮은 압축기 오일압력과 같은 원하지 않는 작동 매개변수들이 제어 패널(90) 내로 프로그래밍될 수 있다. 추가적으로, 중앙 제어 알고리즘은 냉각 장치(10)의 많은 작동 매개변수들에 대한 소정의 한계들을 가지며, 이러한 한계들 밖에서 기술자가 냉각 장치(10)를 수동으로 작동시키는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 용량 제어 프로그램은, 증발기(18)로부터 남은 냉각 액체 온도(LCLT)의 변화에 반응하여, 터빈(14)(및 압축기(12))의 속도, 예비회전 날개(80)의 위치 및 고온 가스 바이패스 밸브(84)의 위치를 조절할 수 있다. 도 5 내지 도 7은 본 발명의 용량 제어 프로그램에 대한 용량 제어공정의 실시 예를 나타낸 것이다. 도 5는 장치(10)에 대한 로딩 공정을 나타내며, 도 6은 장치(10)에 대한 언로딩 공정을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 공정이 시작되면, 먼저 단계(502)에서, 응축기 압력에서 증발기 압력을 차감하여 계산된 장치 압력차(PD)에 반응하여 최소 터빈 속도(MS)와 최소 예비회전 날개 위치(MV)를 계산한다.
도 7은 도 5의 단계(502)에서 최소 터빈 속도(MS)와 최소 예비회전 날개 위치(MV)를 계산하기 위한 논리 다이어그램을 나타낸 것이다. 논리는 블록(310)에서 시작하는데, 여기에서 증발기 압력은 증발기 냉각제 증기 압력 센서에 의해서 측정되고, 대표 신호는 제어 패널(90)로 보내진다. 블록(320)에서, 냉각제 응축기 압력은 냉각제 응축기 압력 센서에 의해서 측정되고, 대표 신호는 제어 패널(90)로 보내진다. 블록(330)에서, 냉각제 응축기 압력과 증발기 압력 사이의 차이인 장치 압력 차 혹은 헤드(PD)의 대표값은, 블록(320)에서 취한 응축기 압력에서 블록(310)에서 취한 증발기 압력을 차감하여 결정된다. 장치 압력차는 최소 터빈 속도(MS)와 최소 예비회전 날개 위치(MV)의 계산에 사용된다.
최소 예비회전 날개 위치(MV)를 결정하기 위해서, 공정이 블록(340)에서 시작하는데, 여기에서 예비회전 날개(80)에 대한 최고 헤드(MVP1)에서 최소 원하는 날개 위치는 예비회전 날개(80)에 대한 완전 개방 위치의 백분율로서 설정된다. 블록(350)에서, 낮은 헤드(MVP2)에서 최소 희망 날개 위치는 예비회전 날개(80)에 대한 완전 개방 위치의 백분율로서 설정된다. 블록(360)에서, 압축기(12)에 대한 고 헤드(PD1)에서 최대 희망 압력차 혹은 압력 델타가 설정된다. 블록(370)에서, 압축기(12)에 대한 저 헤드(PD2)에서 최소 희망 압력차 혹은 압력 델타가 설정된다. 블 록들(340,350,360,370)에 조성된 값들은 사용자 인터페이스(94)로 들어갈 수 있고 메모리(92)에 저장될 수 있다. 바람직하게는, 블록들(340,350,360,370)은 장치(10)의 작동중에 일정하게 유지되나, 값들은 사용자 인터페이스(94)에서 정보입력(entry) 혹은 중앙 제어 알고리즘을 통해서 기록되거나 조정된다. 다음으로, 블록(380)에서, 블록들(340,350,360,360,370)로부터 나온 값들과 블록(330)으로부터 얻어진 압력차(PD)는 최소 예비회전 날개 위치(MV)를 결정하도록 최소 날개 위치 계산에 사용된다. 최소 예비회전 날개 위치(MV)는 다음의 방정식 1에 나타낸 바와 같이 계산된다.
MV = [((PD-PD2)(MVP1-MVP2))/(PD1-PD2)]+MVP2 [1]
완전하게 개방된 위치에 대한 백분율로서 이렇게 계산된 최소 예비회전 날개 위치(MV)는 도 5의 단계(502)로 복귀한다.
최소 터빈 속도(MS)를 결정하기 위해, 공정이 블록(440)에서 시작하는데, 여기에서 터빈(14)과 압축기(12)에 대하여 고온 헤드(MSP1)에서 원하는 속도가 설정된다. 블록(450)에서, 터빈(14)과 압축기(12)에 대하여 저 헤드(MSP2)에서 원하는 속도가 설정된다. 상기한 내용에 추가하여, 블록(360)에서, 압축기(12)에 대한 고 헤드(PD1)에서 최대 희망 압력차 혹은 압력 델타가 설정된다. 블록(370)에서, 압축기(12)에 대한 저 헤드(PD2)에서 최소 희망 압력차 혹은 압력 델타가 설정된다. 일 실시 예에 있어서, 비록 유사한 설계의 다른 냉각들로부터 얻은 값들이 블록들(440,450)에서 사용될지라도 ,블록들(440,450)에 대한 값은 선정된 PD들 혹은 부하들을 이용하여 장치(10)의 테스트 시작시에 설정될 수 있다.
블록들(440,450,360,370)에 조성된 값들은 사용자 인터페이스(94)로 들어갈 수 있고 메모리(92)에 저장될 수 있다. 바람직하게는, 블록들(440,450,360,370)은 장치(10)의 작동중에 일정하게 유지되나, 값들은 사용자 인터페이스(94)에 정보 입력 혹은 중앙 제어 알고리즘을 통해서 기록되거나 조정된다. 다음으로, 블록(480)에서, 블록들(440,450,360,360,370)로부터 나온 값들과 블록(330)으로부터 얻어진 압력차(PD)는 다음의 방정식 2에 나타낸 바와 같이 계산된 최소 터빈 속도(CMS)를 결정하도록 최소 속도 계산에 사용된다.
CMS = [((PD-PD2)(MSP1-MSP2))/(PD1-PD2)]+MVP2 [2]
블록(490)에서, 터빈(14)과 압축기(12)에 대한 최소 속도(SSP2)가 설정되거나 조성된다. 바람직하게는, SSP2는 장치(10) 내로 통합된 특정 터빈(14)과 압축기(12)에 의해서 결정되어 제어 패널(90) 내로 프로그래밍된다. 블록(500)에서, 최소 터빈 속도(MS)는 SSP2와 CMS중 큰 것으로 결정된다. 이렇게 결정된 최소 터빈 속도(MS)는 도 5에서 단계(502)로 복귀한다.
다시 도 5를 참조하면, 단계(504)에서, 남은 냉각 액체 온도(LCLT)는 LCLT(SPT)에 대한 원하는 설정 온도와 비교된다. 만일, LCLT가 SPT 보다 크면, 공정은 단계(506)로 진행한다. 한편, 도 6에 도시된 바와 같이 공정은 단계(602)로 진행한다. 단계(506)에서, 고온 가스 바이패스 밸브(HGV)(84)는 개방 혹은 폐쇄를 결정하도록 점검된다. 만일 HGV 84가 단계(506)에서 개방되면, 하기에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 HGV 제어 모드에 따라서 장치 부품들을 제어하도록 공정은 단계(508)로 진행하고, 공정은 단계(502)로 복귀한다. 만일 HGV 84가 단계(506) 에서 폐쇄되면, 예비회전 날개들(PRV)(80)이 완전하게 개방된 위치에 놓이는지 여부를 결정하도록 공정은 단계(510)로 진행한다.
단계(508)로부터 진행하는 HGV 제어 모드 작동은 고온 바이패스 밸브(84)의 작동을 제어하도록 독특한 동조 매개변수들을 로딩할 수 있고, 그러므로 고온 가스 바이패스 밸브 위치에서의 변화에 반응하여 제어 알고리즘 반응이 장치와 부합하게 한다. 작동의 HGV 제어 모드에 있어서, 압축기(12)의 로딩과정 동안에, 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 경사져서 폐쇄되고, 예비회전 날개들(80)은 최소 예비회전 날개 위치(MV)에서 유지되고, 터빈(14)의 속도는 최소 터빈 속도(MS)로 유지된다. 장치 압력차(=응축기 압력-증발기 압력)가 증가함에 따라서, 단계(502)로부터 나오는 최소 터빈 속도(MS)와 최소 예비회전 날개 위치(MV)의 출력들이 또한 증가할 수 있다. 최소 터빈 속도(MS)와 최소 예비회전 날개 위치(MV)에서의 변화의 결과로서, 조속기 밸브(48)를 제어하도록 속도 설정 지점에 대한 대응 제어 명령어들이나 신호들이 설정되고, 이에 의해 터빈(14)과 압축기(12)의 속도와 예비회전 날개(84)의 위치를 제어하기 위한 날개 제어가, 서징(surging)을 방지하도록 적당히 높은 값들로 즉시 설정된다. 압축기(12) 상에 작용하는 부하가 작고 LCLT가 SPT의 2℉ 내로 감소하면, HGV 제어 모드는 냉각된 물 루프가 SPT로 내려감에 따라서 SPT의 과도함을 방지하도록 HGV 84를 조절할 수 있다.
단계(510)를 참조하면, 만일 PRV(80)가 완전히 열리지 않으면, 하기에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 PRV 제어 모드에 따라서 장치 부품들을 제어하도록 공정이 단계(512)로 진행하고, 단계(502)로 복귀한다. 만일 PRV(80)가 단 계(510)에서 완전히 열리면, 하기에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 속도 제어 모드에 따라서 장치 부품들을 제어하도록 공정은 단계(514)로 진행하고, 단계(502)로 복귀한다.
단계(512)로부터 진행하는 PRV 제어 모드 작동은 예비회전 날개(80)의 작동을 제어하도록 독특한 동조 매개변수들을 로딩할 수 있고, 그러므로 PRV 위치에서의 변화에 반응하여 제어 알고리즘 반응이 장치와 부합하게 한다. 작동의 PRV 제어 모드에 있어서, 압축기(12)의 로딩과정 동안에, 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 폐쇄된 위치에서 유지되고, 예비회전 날개들(80)은 최소 기동 값 위치(PRVM)나 최소 예비회전 날개 위치(MV)중 큰 것으로부터 완전히 열린 위치로 이동하고, 터빈(14)의 속도는 최소 터빈 속도(MS)로 유지된다. 장치 압력차(=응축기 압력-증발기 압력)가 증가함에 따라서, 단계(502)로부터 나오는 최소 터빈 속도(MS)가 또한 증가할 수 있다. 최소 터빈 속도(MS)에서의 변화의 결과로서, 조속기 밸브(48)를 제어하도록 속도 설정 지점에 대한 대응 제어 명령어들이나 신호들이 설정되고, 이에 의해 터빈(14)과 압축기(12)의 속도와 예비회전 날개(84)의 위치를 제어하기 위해 날개 제어가 서징(surging)을 방지하도록 적당한 높은 값들로 즉시 설정된다. 압축기(12) 상에 작용하는 부하가 작고 LCLT가 SPT의 2℉ 내로 감소하면, PRV 제어 모드는 냉각된 물 루프가 SPT로 내려감에 따라서 SPT의 과도함을 방지하도록 HGV 80를 조절할 수 있다.
단계(514)로부터 진행하는 속도 제어 모드 작동은 속도 설정포인트를 제어하도록 독특한 동조 매개변수들을 로딩할 수 있고, 그러므로 터빈(14)과 압축기(12) 의 속도에서의 변화에 반응하여 제어 알고리즘 반응이 장치와 부합하게 한다. 작동의 속도 제어 모드에 있어서, 압축기(12)의 로딩과정 동안에, 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 폐쇄된 위치에서 유지되고, 예비회전 날개들(80)은 개방 위치에서 유지되고(완전하게 개방된 위치의 적어도 90%), 터빈(14)의 속도는 최소 설정포인트(SPT)에서 남은 냉각 액체 온도(LCLT)를 유지하도록 터빈 속도(MS)로부터 원하는 속도로 증가된다. 도 6을 참조하면, 단계(602)에서, 용량 제어 프로그램은 속도 제어 모드로 작동하는지 여부를 결정하도록 점검된다. 만일 용량 제어 프로그램이 속도 제어 모드로 작동하지 않는 경우, 공정은 단계(604)로 진행한다. 그러나, 만일 용량 제어 프로그램이 단계(602)에서 속도 제어 모드로 작동하면, 공정은 단계(608)로 진행한다. 단계(608)에서, 터빈(TS)의 속도가 최소 터빈 속도(MS)와 동등한지를 결정하도록 터빈(TS)의 속도가 점검된다. 만일 단계(608)에서 TS가 MS와 동등하면, PRV 제어 모드에 따라서 장치 부품들을 제어하도록 공정은 단계(512)로 진행하고, 다음에는 단계(502)로 진행한다. 그러나, 만일 TS가 MS와 동등하지 않으면, 속도 제어 모드에 따라서 장치 부품들이 제어되고, 다음에는 단계(502)로 진행한다.
상기한 바와 같이, 단계(514)로부터 진행하는 속도 제어 모드 작동은 터빈(14)과 압축기(12)의 속도를 제어하도록 독특한 동조 매개변수들을 로딩할 수 있다. 작동의 속도 제어 모드에 있어서, 압축기(12)의 언로딩 공정 동안에, 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 폐쇄된 위치에서 유지되고, 예비회전 날개들(80)은 개방 위치에서 유지되고(완전하게 개방된 위치의 적어도 90%), 터빈(14)의 속도는 최소 설정포인트(SPT)에서 남은 냉각 액체 온도(LCLT)를 유지하도록 최소 터빈 속도(MS)로 감소된다. 장치 압력차가 감소함에 따라서, 단계(502)로부터 최소 터빈속도(MS)의 출력이 또한 감소될 수 있다. 왜냐하면, 압축기(12)는 냉각제 가스 유동이 작은 상태에서 안정하게 작동할 수 있기 때문이다. 최소 터빈 속도(MS)에서의 변화의 결과로서, 조속기 밸브(48)를 제어하도록 속도 설정 지점에 대한 대응하는 제어 명령어들이나 신호들이 설정되고, 이에 의해 터빈(14)과 압축기(12)의 속도와 예비회전 날개(84)의 위치를 제어하도록 날개 제어가 안정한 작동을 유지하도록 적당한 낮은 값들로 즉시 설정된다.
단계(604)에 있어서, 용량 제어 프로그램은 PRV 제어 모드에서 작동이 이루어지는지의 여부를 결정하도록 점검된다. 만일 용량 제어 작동이 단계(604)에서 PRV 제어 모드로 작동하면, 공정은 단계(610)로 진행한다. 단계(610)에서, 최소 예비회전 날개 위치(MV)와 동등한지 여부를 결정하도록 예비회전 날개들(PRVP)의 위치가 점검된다. 만일 단계(610)에서 PRVP가 MV와 동등하면, HGV 제어 모드에 따라서 장치 부품들을 제어하도록 공정은 단계(508)로 진행하고, 다음에는 단계(502)로 복귀한다. 그러나, 만일 단계(610)에서 PRVP가 MV와 동등하지 않으면, 장치 부품들은 PRV 제어 모드에 따라서 제어되고, 공정은 단계(502)로 복귀한다.
상기한 바와 같이, 단계(512)로부터 진행하는 PRV 제어 모드 작동은 예비회전 날개(80)의 작동을 제어하도록 독특한 동조 매개변수들을 로딩할 수 있다. 작동의 PRV 제어 모드에 있어서, 압축기(12)의 언로딩 과정 동안에, 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 폐쇄된 위치에서 유지되고, 터빈(14)의 속도는 최소 터빈 속도(MS) 로 유지되며, 예비회전 날개들(80)은 설정포인트(SPT)에서 남은 냉각 액체 온도(LCLT)를 유지하도록 최소 터빈 속도(MS)로 이동된다. 장치 압력차가 감소함에 따라서, 단계(502)로부터 최소 터빈속도(MS)의 출력이 또한 감소될 수 있다. 최소 터빈 속도(MS)에서의 변화의 결과로서, 조속기 밸브(48)를 제어하도록 속도 설정 지점에 대한 대응하는 제어 명령어들이나 신호들이 설정되고, 이에 의해 터빈(14)과 압축기(12)의 속도와 예비회전 날개(84)의 위치를 제어하기 위해 날개 제어가 안정한 작동을 유지하도록 적당한 낮은 값들로 즉시 설정된다.
압축기(12)의 용량에서의 감소에 대응하여 예비회전 날개들(80)이 낮은 헤드(MVP2)에서 최소의 원하는 날개 위치로 폐쇄됨에 따라서, 예비회전 날개들(80)은 용량을 감소시키도록 더 이상 폐쇄되지 않는다. MV에 대한 계산에 관하여 서술한 바와 같이, 장치 압력차(PD)가 낮은 헤드(PD2)에서 최소 원하는 압력차에 접근함에 따라, 최소 예비회전 날개 위치(MV)는 낮은 헤드(MVPE)에서 최소 원하는 날개 위치로 접근한다. 따라서, PD가 PD2로 접근하는 경우, MV는 MVP2와 동등하고, 예비회전 날개들(80)은 최저의 원하는 퍼센트의 완전 개방 날개 위치에 놓인다. 즉, PRVP는 MV와 동등하다. 부하가 계속해서 떨어짐에 따라서, 낮은 장치 압력차(PD)는 HGV 제어 모드에서 고온 가스 바이패스 밸브(84)를 조절하도록 바람직한 값을 도입하고, 단계(610)에서, 온도 변화에 반응하여, 압축기(120가 최소의 원하는 압력차로 작동하고 그 결과 서지 조건(surge condition)으로 접근한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 예를 들어 20 내지 40psi와 같은 매우 낮은 장치 압력차로 작동하는 것을 피하기 위해, 장치 압력차(PD)가 낮은 헤드(PD2) 에서 최소의 원하는 압력차 또는 그 이하로 감소하는 것을 방지하도록 용량 제어 프로그램이 사용된다. 감소하는 부하에서 이러한 작동 제어 모드를 달성하기 위해서, 예비회전 날개들(80)은 소정의 위치로 폐쇄되고, 추가적인 부하 감소가 있을 때, 예비회전 날개들(80)이 소정의 위치에 도달하는 경우 고온의 가스 바이패스 밸브(84)는 개방되고 HGV 제어 모드로 작동한다. 도 7을 참조하면, 블록(400)은 사용자에 의해서 선택된 조정가능한 설정포인트(HGVRAT)이고 입력은 사용자 인터페이스(94)로 제공된다. 블록(400)의 설정포인트는 PD2 보다 큰 최소의 선택된 장치 압력차(PD)를 유지하도록 사용된다. 블록(410)에서, 최소의 예비회전 날개 위치(MV%)는 HGVRAT와 MV(블록 380으로부터)중 큰 것으로 되는지의 여부를 결정된다. 그러면, 용량 제어 프로그램은 예비회전 날개들(80)이 블록(410)으로부터 대응하는 최소 예비회전 날개 위치(MV%)에 도달했는지를 결정한다. 이러한 다른 실시 예에 있어서, 도 6으로부터 단계(610)는 PRVP와 MV%(MV 대신에)를 비교하도록 변한다. PRVP가 MV%에 도달하지 않으면, 예비회전 날개들(80)은 단계(512)에서 PRV 제어 모드에서 용량을 제어하도록 사용된다. 만일 PRVP가 MV%에 도달하면, 예비회전 날개들(80)은 MV%로 유지되고, 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 단계(508)에서 HGV 제어 모드에서 작동하도록 개방된다.
단계(604)를 다시 참조하면, 만일 용량 제어 프로그램이 PRV 제어 모드로 작동하지 않으면, 공정은 HGV 제어 모드에 따라서 장치 부품들을 제어하도록 단계(508)로 진행하고, 다음에는 단계(502)로 복귀한다. 상기한 바와 같이, 단계(508)로부터 시작하는 HGV 제어 모드 작동은 고온 가스 바이패스 밸브(84)의 작 동을 제어하도록 독특한 동조 매개변수들을 로딩할 수 있다. 작동의 HGV 제어 모드에 있어서, 압축기(12)의 언로딩 과정 동안에, 터빈(14)의 속도는 최소 터빈 속도(MS)로 유지되며, 예비회전 날개들(80)은 최소 예비회전 날개 위치(MV)로 유지되거나 혹은 다른 실시 예에 있어서 MV%이고, 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 설정포인트(SPT)에서 남은 냉각 액체 온도(LCLT)를 유지하도록 개방된다. 장치 압력차가 감소함에 따라서, 단계(502)로부터 최소 터빈 속도(MS)와 최소 예비회전 날개 위치(MV)의 출력들이 또한 감소될 수 있다.
최소 터빈 속도(MS)와 최소 예비회전 날개 위치(MV)에서의 변화의 결과로서, 조속기 밸브(48)를 제어하도록 속도 설정 포인트에 대한 대응하는 제어 명령어들이나 신호들이 설정되고, 이에 의해 예비회전 날개들(84)의 위치를 제어하도록 터빈(14)과 압축기(12)의 속도 및 날개 제어가 작동의 최대 효율을 유지하도록 프로그래밍 가능한 시간 지연 후에 적당히 낮은 값들로 설정된다.
용량 제어 프로그램은 일정한 사건들에 반응하여 정상적인 제어 작동을 오버라이드(override)할 수 있다. 오버라이드 이벤트(override event)의 일 예로는 증발기(18) 혹은 냉각제 응축기(16)에서의 높거나 낮은 냉각제 압력을 탐지하는 것이다. 만일 탐지된 증발기 압력이나 응축기 압력이 수용가능한 수준의 작동 범위 밖에 있는 것으로 결정되면, 즉 압력이 충분히 높거나 낮으면, 용량 제어 프로그램은 도 6에 도시된 방식과 유사하게 장치(10)를 언로딩하도록 과도한 제어 모드로 작동한다. 용량 제어 프로그램은 정보를 사용한다. 즉, 과도한 이벤트에 대하여 적당한 제어 명령어들을 결정하는데 있어서 과도한 이벤트 전에 제어 명령어들로부터 타이 백 신호(tieback signal)를 이용한다. 정상적인 작동과 오버라이드 작동 사이의 변화에서의 정보를 이용하는 것은 2개의 작동 모드 사이에서 충돌없는(bumpless) 변화를 제공할 수 있다. 장치의 언로딩은 오버라이드 제어 알고리즘과 장치 압력차에 반응하여 조절되고, 그러므로 안전하지 않은 작동과 불필요한 중단을 방지하게 된다. 일단 모니터링된 매개변수가 소정의 시간 동안에 수용가능한 범위 내로 복귀하면, 용량 제어는 상기한 바와 유사한 충돌없는 변화를 사용하여 정상적인 작동으로 복귀할 수 있다.
높은 부하나 낮아진 조건들 중에 오버라이드 설정의 다른 예가 발생할 수 있다. 터빈(14)은 압축기 베어링에 대하여 수용가능한 토크보다 높은 토크를 만들어 낼 수 있다. 조속기 밸브 액튜에이터 출력은 단계(514)로부터 속도 제어 모드 작동이 소정의 값(시작시 필드 테스트에 의해서 결정됨) 보다 큰 위치로 조속기 밸브(48)를 개방시키도록 시도하는 것을 결정하도록 모니터된다. 만일 조속기 밸브(48)가 소정 값보다 큰 위치로 개방되면, 용량 제어 프로그램은 도 6에 도시된 것과 유사한 방식으로 장치(10)를 언로딩하도록 오버라이드 제어 모드로 작동한다. 용량 제어 프로그램은 정보를 사용한다. 즉, 오버라이드 이벤트(override event)에 대하여 적당한 제어 명령어들을 결정하는데 있어서 오버라이드 이벤트 전에 제어 명령어들로부터 타이백 신호를 이용한다. 정상적인 작동과 오버라이드 작동 사이의 변화에서의 정보를 이용하는 것은 2개의 작동 모드 사이에서 충돌없는 변화를 제공할 수 있다. 장치의 언로딩은 오버라이드 제어 알고리즘과 장치 압력차에 반응하여 조절되고, 그러므로 안전하지 않은 작동과 불필요한 중단을 방지하게 된다. 부하가 감소되면, 터빈(14)은 가속을 시작할 수 있고, 작동의 속도 제어 모드는 조속기 밸브(48)에 근접하기 시작할 수 있고, 그러므로 터빈(14)의 토크 출력이 제한된다. 일단 조속기 밸브 액튜에이터 출력이 소정의 시간 동안에 수용가능한 범위 내로 복귀하면, 용량 제어는 상기한 바와 유사한 충돌없는 변화를 통해서 정상적인 작동으로 복귀할 수 있다.
오버라이드 이벤트의 다른 실시 예가 여전히 발생할 수 있는데, 높은 부하나 낮아진 조건들 도중에, 터빈(14)은 압축기 베어링에 대하여 수용가능한 토크보다 높은 토크를 만들어 낼 수 있다. 그런데, 이러한 예에 있어서, 조속기 밸브 액튜에이터 출력 대신에 터빈 제 1 단계 압력이 모니터된다. 터빈 제 1 단계 압력에 대한 설정포인트가 증기 유입구 온도와 압력을 기초로 하여 결정되고, 그래서 오버라이드 컨트롤러는 터빈 유입구로 공급되는 증기의 양에서 요동을 자동적으로 수용할 수 있다. 만일 터빈 제 1 단계 압력이 계산된 설정값 이상으로 증가하면, 용량 제어 프로그램은 도 6에 도시된 것과 유사한 방식으로 장치(10)를 언로딩 하도록 오버라이드 제어 모드로 작동한다. 용량 제어 프로그램은 정보를 사용한다. 즉, 오버라이드 이벤트에 대하여 적당한 제어 명령어들을 결정하는데 있어서 오버라이드 이벤트 전에 제어 명령어들로부터 타이백 신호를 이용한다. 정상적인 작동과 오버라이드 작동 사이의 변화에서의 정보를 이용하는 것은 2개의 작동 모드 사이에서 충돌없는 변화를 제공할 수 있다. 장치의 언로딩은 오버라이드 제어 알고리즘과 장치 압력차에 반응하여 조절되고, 그러므로 안전하지 않은 작동과 불필요한 중단을 방지하게 된다. 부하가 감소되면, 터빈(14)은 가속을 시작할 수 있고, 작동의 속도 제어 모드는 조속기 밸브(48)에 근접하기 시작할 수 있고, 그러므로 제 1 단계 압력이 감소되고, 터빈(14)의 토크 출력이 제한된다. 일단 조속기 밸브 액튜에이터 출력이 소정의 시간 동안에 수용가능한 범위 내로 복귀하면, 용량 제어는 상기한 바와 유사한 충돌없는 변화를 통해서 정상적인 작동으로 복귀할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 용량 제어 프로그램이 고정된 속도 압축기와 함께 사용될 수 있다. 고정된 속도로 작동하는 동안에, 압축기(12)에 대한 용량 제어의 주 방법은 예비회전 날개(80)와 고온 바이패스 밸브(84)의 조정을 개입시킨다. 바람직하게는, 용량 제어 프로그램은 고정된 속도로 작동하는 동안에 큰 장치 효율을 제공하도록 고온 가스 바이패스 밸브(84)를 조정하기 전에 회전 날개(80)를 조정한다.
상기한 바와 같이, 부하에서의 변화는 남겨진 LCLT에서의 변화로 탐지된다. 상기한 바와 같은 PRV 제어 공정와 유사하게, 용량 제어 프로그램은 부하 조건을 만족시키도록 예비회전 날개(80)를 계산된 최소 날개 위치로 조정하도록 신호를 보낸다. 계산된 최소 날개 위치는 바람직하게는 냉각제 응축기(16)와 증발기(18) 사이의 압력차의 함수이다. 만일 예비회전 날개(80)가 용량을 감소하도록 조정되면, 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 폐쇄된 상태를 유지한다. 매우 낮은 압력차에서, 계산된 최소 날개 위치가 제로에 접근함에 따라서, 용량은 고온 가스 바이패스 밸브(84)를 간헐적으로 개방시킴으로써 감소된다.
몇몇 작동 모드에 있어서, 회전 날개들(80)을 완전하게 폐쇄된 위치로 작동시키는 것이 바람직하다. 예비회전 날개(80)가 완전하게 폐쇄되면, 고온 가스 바이 패스 밸브(84)는 남은 냉각 액체 온도를 기초로 하여 용량 제어를 위해서 조절된다. 만일 예비회전 날개(80)가 완전하게 폐쇄됨에 따라서 부하가 계속해서 감소하면, 남은 냉각 액체 온도는 계속적으로 감소하게될 것이다. 남은 냉각 액체 온도가 소정의 설정값보다 낮게 감소하면, 고온 가스 바이패스 밸브(84)는 원하는 설정 값에서 남은 냉각 액체 온도를 유지하도록 조절된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 많은 변형이 본 발명의 필수적인 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 실행하기 위한 특정 이벤트이나 재료를 채택하도록 이루어질 것이다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위한 최선의 모드로서 설명하고 있는 본 발명의 특정한 실시 예로서 제한되지 않으며, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 영역 내에 있는 모든 실시 예들을 포함하게 될 것이다.

Claims (27)

  1. 증기 터빈에 의해서 구동되는 냉각 장치(chiller system)의 용량을 제어하기 위한 방법으로서,
    증기 공급원, 증기 터빈 및 증기 루프에 연결된 증기 응축기를 구비한 증기장치를 제공하는 단계;
    상기 증기 터빈에 의해서 구동되는 압축기, 냉각제 응축기 및 냉각제 루프에 연결된 증발기를 갖는 냉동 장치(refrigerant system)를 제공하는 단계;
    상기 냉동 장치의 부하를 나타내는 값을 감지하는 단계;
    상기 냉동 장치의 장치압력차를 결정하는 단계; 그리고
    상기 냉각 장치의 용량을 제어하기 위하여, 감지된 부하 값과 결정된 장치압력차에 반응하여 상기 증기 터빈의 속도를 제어하는 단계;를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기로 향하는 냉각제의 유동을 조절하도록 예비회전 날개들을 제공하는 단계; 그리고 상기 냉각장치의 용량을 제어하기 위하여, 감지된 부하 값과 결정된 장치압력차에 반응하여 상기 예비회전 날개들의 위치를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 냉동 장치의 고압 측과 상기 냉동 장치의 저압 측 사이에서 냉각제의 유동을 조절하도록 고온 가스 바이패스 밸브를 제공하는 단계; 그리고 상기 냉각 장치의 용량을 제어하기 위하여, 감지된 부하 값과 결정된 장치압력차에 반응하여 상기 가스 바이패스 밸브를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 증기 터빈의 속도를 제어하는 단계는, 원하는 장치 부하조건을 유지하기 위하여 상기 증기 터빈의 속도를 조정하는 단계를 포함하고; 상기 예비회전 날개들의 위치를 제어하는 단계는, 상기 예비회전 날개들을 소정의 최소 위치에 위치시키는 단계를 포함하고, 이때 상기 최소 위치는 상기 장치 압력차에 기초하며; 그리고 상기 고온 가스 바이패스 밸브를 제어하는 단계는, 상기 고온 가스 바이패스 밸브를 폐쇄된 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 예비 회전날개들의 상기 소정의 최소 위치는, 상기 압축기가 서지 조건(surge condition)으로 작동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 증기 터빈의 속도를 제어하는 단계는, 상기 증기 터빈을 소정의 최소 속도로 작동시키는 단계를 포함하고, 이때 상기 최소 속도는 상기 장치 압력차에 기초하며; 상기 예비회전 날개들의 위치를 제어하는 단계는, 원하는 장치 부하조건을 유지하기 위해서 상기 예비회전 날개들의 위치를 조정하는 단계를 포함하며; 그리고 상기 고온 가스 바이패스 밸브를 제어하는 단계는, 상기 고온 가스 바이패스 밸브를 폐쇄 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 증기 터빈에 대한 상기 소정의 최소 속도는, 상기 압축기가 서지 조건(surge condition)에서 작동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 증기 터빈의 속도를 제어하는 단계는, 상기 증기 터빈을 소정의 최소 속도로 작동시키는 단계를 포함하고, 이때 상기 최소 위치는 상기 장치 압력차에 기초하며; 상기 예비회전 날개들의 위치를 제어하는 단계는, 상기 예비회전 날개들을 소정의 최소 위치에 위치시키는 단계를 포함하며, 이때 상기 소정의 최소 위치는 상기 장치 압력차를 기초로 하고; 그리고 상기 고온 가스 바이패스 밸브를 제어하는 단계는, 원하는 장치 부하조건을 유지하기 위해서 상기 고온 가스 바이패스 밸브의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 예비회전 날개들에 대한 상기 소정의 최소 위치는 상기 압축기가 서지 조건(surge condition)에서 작동하는 것을 방지하며, 그리고 상기 증기 터빈에 대한 상기 소정의 최소 속도는 상기 압축기가 서지 조건에서 작동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 예비회전 날개들의 위치를 제어하는 단계는,
    결정된 장치 압력차에 반응하여 상기 예비회전 날개들에 대한 최소 위치를 결정하는 단계로, 이때 상기 예비회전 날개들에 대한 결정된 최소 위치는 상기 압축기가 서지 조건(surge condition)에서 작동하는 것을 방지하는, 단계; 그리고
    상기 결정된 최소 위치로 상기 예비회전 날개들의 위치를 설정하기 위해서 상기 예비회전 날개들로 제어신호를 보내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 증기 터빈의 속도를 제어하는 단계는,
    결정된 장치 압력차에 반응하여 상기 증기 터빈에 대한 최소 속도를 결정하는 단계로, 이때 상기 증기터빈의 결정된 최소 속도는 상기 압축기가 서지 조건(surge condition)에서 작동하는 것을 방지하는, 단계; 그리고
    상기 증기 터빈의 속도를 상기 결정된 최소 속도로 설정하도록 상기 예비회전 날개들로 제어신호를 보내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 냉동 장치의 부하를 나타내는 값을 감지하는 단계는, 상기 증발기로부터 남은 냉각 액체 온도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 장치 압력차를 결정하는 단계는,
    응축기 압력을 측정하는 단계;
    증발기 압력을 측정하는 단계; 그리고
    상기 장치 압력차를 결정하도록 상기 측정된 응축기 압력으로부터 상기 측정된 증발기 압력을 빼는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 장치에서 실패 조건의 탐지에 반응하여 상기 증기 터빈의 속도를 제어하도록 오버라이드 제어(override control)를 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 냉각 장치에서 실패 조건은, 범위 밖의 응축기 압력이나 증발기 압력, 소정의 압력 설정값을 초과하는 증기 터빈 제 1 단계 압력 측정치, 또는 소정의 위치 설정지점을 초과하는 조속기 밸브(governor valve) 위치 측정치중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 냉각 장치(chiller system)로서,
    증기 공급원, 증기 터빈 및 증기 루프에 연결된 증기 응축기를 구비한 증기장치;
    상기 증기 터빈에 의해서 구동되는 압축기, 냉각제 응축기 및 냉각제 루프에 연결된 증발기를 갖는 냉동 장치(refrigerant system); 그리고
    상기 증기장치와 상기 냉동 장치의 작동을 제어하기 위한 중앙 제어 패널로, 용량 제어 장치를 포함하고, 상기 용량 제어장치는 남은 냉각 액체 온도와 장치 압력차에 반응하여 상기 냉동 장치의 용량을 제어하도록 상기 증기 터빈의 속도를 조정하도록 구성된, 중앙 제어 패널;을 포함하는 냉각 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 냉동 장치는 상기 압축기로의 냉각제의 흐름을 조절하기 위한 예비회전 날개들을 더 포함하며, 상기 용량 제어 장치는 남은 냉각 액체 온도와 장치 압력차에 반응하여 상기 냉동 장치의 용량을 제어하도록 예비회전 날개의 위치를 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 냉동 장치는 상기 냉동 장치의 고압 측과 상기 냉동 장치의 저압 측 사이에서 냉각제의 흐름을 조절하기 위한 고온 가스 바이패스 밸브를 더 포함하고, 상기 용량 제어장치는 남은 냉각 액체 온도와 장치 압력차에 반응하여 상기 냉동 장치의 용량을 제어하도록 상기 고온 가스 바이패스 밸브의 위치를 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 용량 제어장치는, 상기 압축기가 서지 조건(surge condition)에서 작동하는 것을 방지하기 위하여, 상기 예비회전 날개들, 상기 고온 가스 바이패스 밸브 및 상기 압축기의 속도를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 용량 제어장치는 상기 냉각장치의 용량을 제어하기 위해서 고온 가스 바이패스 제어 모드, 예비회전 날개 제어모드, 또는 터빈 속도 제어모드중 하나로 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 고온 가스 바이패스 제어모드는 소정의 최소 터빈 속도와 소정의 최소 예비회전 날개 위치에서 작동하는 것을 포함하고, 상기 예비회전 날개 제어모드는 폐쇄된 고온 가스 바이패스 밸브와 소정의 최소 터빈 속도로 작동하는 것을 포함하며, 그리고 상기 터빈 속도 제어모드는 폐쇄된 고온 가스 바이패스 밸브와 소정의 최소 예비회전 날개 속도로 작동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 압축기, 상기 냉각제 응축기, 상기 증발기 및 상기 증기 터빈은 구조적인 프레임 상에 일체로 장착되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  23. 제 16 항에 있어서, 상기 냉각제 응축기로부터의 냉각수 출력은 상기 증기 응축기에 대한 냉각수 입력에 작동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  24. 냉각 장치(chiller system)로서,
    증기 공급원, 증기 터빈 및 증기 루프에 연결된 증기 응축기를 구비한 증기장치;
    상기 증기 터빈에 의해서 구동되는 압축기, 냉각제 응축기 및 냉각제 루프에 연결된 증발기를 갖는 냉동 장치(refrigerant system);
    상기 증기장치와 상기 냉동 장치의 작동을 제어하기 위한 중앙 제어 패널로, 용량 제어 장치를 포함하고, 상기 용량 제어장치는 남은 냉각 액체 온도와 장치 압력차에 반응하여 상기 냉동 장치의 용량을 제어하도록 상기 증기 터빈의 속도를 조정하도록 구성된, 중앙 제어 패널; 그리고
    상기 냉동 장치에 상기 증기 터빈을 장착하도록 구성 및 배치되고, 상기 압축기에 단단히 연결하기 위한 커플링 장치를 포함하는 터빈 베이스플레이트; 를 포함하는 냉각 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 터빈 플레이트는 상기 증기 터빈의 적어도 일부분을 지지하도록 구성되고 배치된 베이스부분을 포함하며, 상기 커플링 장치는 상기 베이스 부분에 대하여 실질적으로 수직하게 배치된 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 압축기는 기계가공된 면을 갖는 하우징을 포함하고, 상기 커플링 장치는 상기 하우징의 상기 기계가공된 면에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 터빈 베이스플레이트는 상기 압축기에 인접하게 배치된 제 1 단부 및 상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 구비하며, 상기 터빈 베이스플레이트의 상기 제 1 단부는 상기 압축기의 장착 기구 상에 장착되고, 상기 터빈 베이스플레이트의 상기 제 2 단부는 상기 증발기에 대한 튜브 시이트 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
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