KR101556104B1 - Heat exchange system for offshore structure - Google Patents

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Abstract

해상구조물용 열교환 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 압축공기를 냉매와 열교환하여 냉각시키는 열교환기; 및 해중에 설치되며, 상기 냉매를 해수와 열교환하여 냉각시키고, 상기 냉각된 냉매를 상기 열교환기로 제공하는 열교환라이저를 포함하고, 상기 열교환라이저는, 중공형의 외관부; 및 상기 외관부 내측에 마련되는 내관부를 포함하며,상기 냉매는 상기 외관부와 상기 내관부 사이의 외측유로를 경유하여 상기 내관부가 형성하는 내측유로를 통해 상기 열교환기로 이동되고, 상기 외측유로를 이동시 해수와 열교환을 통해 냉각되는, 해상구조물용 열교환 시스템이 제공될 수 있다.A heat exchange system for a marine structure is disclosed. According to an aspect of the present invention, there is provided a heat exchanger comprising: a heat exchanger for heat-exchanging compressed air with a refrigerant to cool; And a heat exchange riser installed in the sea, for cooling the refrigerant by heat exchange with seawater and providing the cooled refrigerant to the heat exchanger, wherein the heat exchanger riser comprises: a hollow external appearance part; Wherein the refrigerant is moved to the heat exchanger through an inner flow path formed by the inner pipe portion via an outer flow path between the outer pipe portion and the inner pipe portion and the inner pipe portion provided inside the outer pipe portion, A heat exchange system for an offshore structure that is cooled through heat exchange with seawater can be provided.

Description

해상구조물용 열교환 시스템 {HEAT EXCHANGE SYSTEM FOR OFFSHORE STRUCTURE}[0001] HEAT EXCHANGE SYSTEM FOR OFFSHORE STRUCTURE [0002]

본 발명은 열교환 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해상구조물에 설치되는 해상구조물용 열교환 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchange system, and more particularly, to a heat exchange system for a marine structure installed in a marine structure.

일반적으로 해상구조물에는 발전기의 구동 등을 위한 가스터빈(gas turbine)이 설치되고 있다. 이와 같은 가스터빈은 선내 배치되는 주요 대형설비 중 하나로, 통상 압축기(compressor), 연소기(combuster), 터빈블레이드(turbineblade) 등으로 구성되어 있다. 예컨대, 공개특허공보 제10-1990-0011968호에서는 이와 같은 가스터빈의 일 예를 개시하고 있다.Generally, a gas turbine is installed in a marine structure for driving a generator. Such a gas turbine is one of the major large-scale facilities installed in the ship, and is usually composed of a compressor, a combuster, and a turbine blade. For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-1990-0011968 discloses an example of such a gas turbine.

다만, 해상구조물의 경우 육상설비와 달리 그 특성상 많은 공간상의 제약이 뒤따르게 되며, 따라서 대형설비 중 하나인 가스터빈은 이러한 해상구조물의 공간활용이나 레이아웃(lay-out)을 제한하는 요소로 작용되고 있다. 즉, 대형설비인 가스터빈의 설치나 배치는 해상구조물 내 다른 설비의 배치나 레이아웃에 많은 영향을 미치게 되며, 이는 선내 공간활용이나 배치의 자유도를 저해하는 문제점이 되어 왔다. 나아가, 최근에는 선박, 해상구조물 등에도 친환경, 고효율화가 이슈가 되면서 해상구조물 등에 설치되는 가스터빈 또한 효율 향상이 요구되고 있는 실정이다.However, in case of offshore structure, unlike land equipment, due to its characteristics, it is subject to a lot of space constraints. Therefore, gas turbine, which is one of large facilities, acts as a limiting factor for space utilization and lay-out of such sea structures have. That is, the installation and disposition of the gas turbine, which is a large facility, greatly affects the arrangement and layout of other facilities in the marine structure, which has been a problem of hindering the utilization of space on the ship and the freedom of placement. Furthermore, in recent years, as the issue of environmentally friendly and high efficiency has become an issue in ships and marine structures, the efficiency of gas turbines installed in offshore structures is also required to be improved.

공개특허공보 제10-1990-0011968호 (1990년 08월 02일 공개)Open Patent Publication No. 10-1990-0011968 (published on August 02, 1990)

본 발명의 실시예들은, 해상구조물의 공간상 제약을 극복 가능하면서도, 터빈의 효율을 향상시킬 수 있는 해상구조물용 열교환 시스템을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a heat exchange system for a marine structure capable of overcoming spatial limitations of a marine structure while improving the efficiency of the turbine.

본 발명의 일 측면에 따르면, 압축공기를 냉매와 열교환하여 냉각시키는 열교환기; 및 해중에 설치되며, 상기 냉매를 해수와 열교환하여 냉각시키고, 상기 냉각된 냉매를 상기 열교환기로 제공하는 열교환라이저를 포함하고, 상기 열교환라이저는, 중공형의 외관부; 및 상기 외관부 내측에 마련되는 내관부를 포함하며,상기 냉매는 상기 외관부와 상기 내관부 사이의 외측유로를 경유하여 상기 내관부가 형성하는 내측유로를 통해 상기 열교환기로 이동되고, 상기 외측유로를 이동시 해수와 열교환을 통해 냉각되는, 해상구조물용 열교환 시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a heat exchanger comprising: a heat exchanger for heat-exchanging compressed air with a refrigerant to cool; And a heat exchange riser installed in the sea, for cooling the refrigerant by heat exchange with seawater and providing the cooled refrigerant to the heat exchanger, wherein the heat exchanger riser comprises: a hollow external appearance part; Wherein the refrigerant is moved to the heat exchanger through an inner flow path formed by the inner pipe portion via an outer flow path between the outer pipe portion and the inner pipe portion and the inner pipe portion provided inside the outer pipe portion, A heat exchange system for an offshore structure that is cooled through heat exchange with seawater can be provided.

본 발명의 실시예들에 따른 해상구조물용 열교환 시스템은, 통상의 가스터빈에서 일체로 구비된 압축기와 그 외 부분을 압축기 그룹과 터빈 그룹으로 분리하여 해상구조물의 선내 공간활용도를 증대시킬 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예들에 따른 해상구조물용 가스터빈 시스템은, 설치공간이나 레이아웃(lay-out)에 제약을 주는 대형설비를 복수개로 분할 설치하도록 함으로써 선내 공간활용도를 증대시킬 수 있다.The heat exchange system for a marine structure according to embodiments of the present invention can increase the utilization efficiency of a space structure of a marine structure by separating a compressor and other parts integrally provided in an ordinary gas turbine into a compressor group and a turbine group. In other words, the gas turbine system for marine structures according to the embodiments of the present invention can increase the utilization of space on the ship by dividing and installing a large number of large facilities that restrict installation space and lay-out.

본 발명의 실시예들에 따른 해상구조물용 열교환 시스템은, 압축기 그룹과 터빈 그룹 사이에 열교환기를 배치하여 압축공기가 냉각된 후 터빈 그룹으로 제공되게 된다. 따라서 터빈 그룹 또는 각 부분터빈으로 보다 낮은 온도의 공기를 공급할 수 있게 되며, 이로 인해, 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다.In a heat exchange system for a marine structure according to embodiments of the present invention, a heat exchanger is disposed between a compressor group and a turbine group so that compressed air is cooled and then supplied to a turbine group. Thus, it is possible to supply lower temperature air to the turbine group or each partial turbine, thereby improving the efficiency of the turbine.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상구조물용 가스터빈 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열교환라이저의 일 예를 도시한 개략도이다.1 is a conceptual diagram showing a gas turbine system for a marine structure according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic view showing an example of the heat exchange riser shown in Fig. 1. Fig.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the following examples are provided to facilitate understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. In addition, the following embodiments are provided to explain the present invention more fully to those skilled in the art and those skilled in the art will appreciate that those skilled in the art, Will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상구조물용 가스터빈 시스템을 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a gas turbine system for a marine structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 해상구조물용 가스터빈 시스템(이하, '가스터빈 시스템(S)'으로 지칭함)은, 하나 이상의 압축기(11)를 구비하는 압축기 그룹(10)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a gas turbine system for a marine structure (hereinafter referred to as a 'gas turbine system S') according to the present embodiment includes a compressor group 10 having one or more compressors 11 .

압축기 그룹(10)은 하나 이상의 압축기(11)로 구성될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 경우 2개의 압축기(11)가 하나의 압축기 그룹(10)을 이루는 경우를 예시하고 있다. 다만, 필요에 따라 압축기(11)의 개수는 증감 변동될 수 있음은 물론이다.The compressor group 10 may be composed of one or more compressors 11. For example, in the case of the present embodiment, two compressors 11 form one compressor group 10. It goes without saying that the number of the compressors 11 may be increased or decreased as needed.

압축기 그룹(10)은 후술할 터빈 그룹(30)과 분리 형성될 수 있다. 다시 말하면, 압축기 그룹(10)은 터빈 그룹(30)과는 독립된 하나의 파트로 형성될 수 있다. 따라서 압축기 그룹(10)은 터빈 그룹(30)과 분리되어 해상구조물 내 별도의 위치나 구역에 설치될 수 있다. 이는 압축기가 일체로 장비된 통상의 가스터빈에 비해 선내 공간활용도를 증대시킬 수 있는 이점이 있다.The compressor group 10 may be formed separately from the turbine group 30 to be described later. In other words, the compressor group 10 may be formed as a single part independent of the turbine group 30. Thus, the compressor group 10 may be separate from the turbine group 30 and installed in a separate location or area within the offshore structure. This has the advantage that the space utilization in the ship can be increased as compared with a conventional gas turbine in which the compressor is integrally installed.

각 압축기(11)는 외기를 흡입하여 소정압력으로 압축시킬 수 있다. 다시 말하면, 각 압축기(11)는 소정압력의 압축공기(A1)를 생성할 수 있다. 각 압축기(11)는 공지된 압축기(air compressor) 등과 동일 유사하게 형성될 수 있으며, 압축기(11)의 내부 구성 등은 본 발명의 기술적 요지와 거리가 있으므로 상세한 설명을 생략한다.Each of the compressors 11 can suck the outside air and compress it to a predetermined pressure. In other words, each of the compressors 11 can generate compressed air A1 at a predetermined pressure. Each of the compressors 11 may be formed in the same manner as a known air compressor or the like, and the internal structure of the compressor 11 and the like are different from the technical concept of the present invention.

또한, 압축기 그룹(10)을 이루는 각 압축기(11)는 상호 독립적으로 구동될 수 있다. 즉, 압축기 그룹(10) 내 일부 압축기(11)만이 선택적으로 구동될 수 있다. 이는 필요한 만큼의 압축기(11)만을 구동하여 설비 운용의 효율성을 도모하기 위함이다. 특히, 일반적인 가스터빈의 경우 터빈 출력의 20~30%를 압축기에서 사용하게 되는바, 상기와 같은 압축기(11)의 선택적 구동은 전체 설비 효율 향상에 크게 기여할 수 있다.In addition, each of the compressors 11 constituting the compressor group 10 can be driven independently of each other. That is, only some of the compressors 11 in the compressor group 10 can be selectively driven. This is for driving the compressor 11 as much as necessary to improve the facility operation efficiency. Particularly, in the case of a general gas turbine, 20 to 30% of the turbine output is used in the compressor. Such selective operation of the compressor 11 can contribute to improvement of the overall facility efficiency.

한편, 본 실시예에 따른 가스터빈 시스템(S)은, 압축기 그룹(10)에서 제공된 압축공기(A1)를 냉각시키기 위한 열교환기(20)를 포함할 수 있다.On the other hand, the gas turbine system S according to the present embodiment may include a heat exchanger 20 for cooling the compressed air A1 provided in the compressor group 10.

열교환기(20)는 압축공기라인(L1)을 통해 압축기 그룹(10)에서 소정압력으로 압축된 압축공기(A1)를 제공받을 수 있다. 또한, 열교환기(20)는 압축공기(A1)를 냉매(H1)와 열교환시키고, 압축공기(A1)를 냉각시킬 수 있다.The heat exchanger 20 can be supplied with compressed air A1 compressed at a predetermined pressure in the compressor group 10 through the compressed air line L1. Further, the heat exchanger 20 can heat the compressed air A1 with the refrigerant H1, and cool the compressed air A1.

냉매(H1)는 후술할 열교환라이저(40)와 연결된 냉매공급라인(L3)을 통해 열교환기(20)로 공급될 수 있다. 열교환에 사용된 냉매(H2)는 냉매회수라인(L4)을 통해 다시 열교환라이저(40)로 회수될 수 있다. 냉매(H1, H2)는 냉매공급라인(L3), 열교환기(20), 냉매회수라인(L4) 및 열교환라이저(40)를 거치며 순환될 수 있다.The refrigerant H1 may be supplied to the heat exchanger 20 through a refrigerant supply line L3 connected to a heat exchange riser 40 to be described later. The refrigerant H2 used for the heat exchange can be recovered to the heat exchange riser 40 again through the refrigerant recovery line L4. The refrigerants H1 and H2 can be circulated through the refrigerant supply line L3, the heat exchanger 20, the refrigerant recovery line L4, and the heat exchange riser 40. [

열교환기(20)에서 냉각된 압축공기(A2)는 냉각공기라인(L2)을 통해 후술할 터빈 그룹(30)에 제공될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 압축공기(A1)가 열교환기(20)를 거쳐 냉각된 것을 '냉각공기(A2)'로 구분하여 지칭하기로 한다.The compressed air (A2) cooled in the heat exchanger (20) can be supplied to the turbine group (30) described later via the cooling air line (L2). Hereinafter, for convenience of explanation, the compressed air A1 is cooled through the heat exchanger 20 is referred to as " cooling air (A2) ".

상기와 같은 열교환기(20)는 압축기 그룹(10)에서 제공되는 압축공기(A1)를 소정정도 냉각시켜 터빈 그룹(30)으로 제공함으로써 터빈 그룹(30)의 효율을 증대시키게 된다. 부연하면, 일반적으로 가스터빈의 효율은 공급되는 공기의 온도가 낮을수록 높아지게 된다. 따라서 본 실시예와 같이 터빈 그룹(30) 전단에서 열교환기(20)를 통해 압축공기(A1)를 냉각시키고, 냉각된 냉각공기(A2)를 터빈 그룹(30)으로 제공하게 되면, 터빈 그룹(30)의 효율을 증대시킬 수 있게 된다.The heat exchanger 20 as described above increases the efficiency of the turbine group 30 by providing the turbine group 30 with the compressed air A1 provided in the compressor group 10 to be cooled to a predetermined degree. In addition, the efficiency of a gas turbine generally increases as the temperature of the air supplied decreases. Therefore, as in the present embodiment, when the compressed air A1 is cooled through the heat exchanger 20 at the front end of the turbine group 30 and the cooled cooling air A2 is supplied to the turbine group 30, 30 can be increased.

또한, 본 실시예에 따른 열교환기(20)는 외기가 압축기 그룹(10)을 거쳐 압축된 이후에 압축공기(A1)를 냉각시킨다는 점에서 기술적 이점을 가져올 수 있다.Further, the heat exchanger 20 according to the present embodiment can provide a technical advantage in that the compressed air A1 is cooled after the outside air is compressed through the compressor group 10.

부연하면, 압축기(11)로 유입된 외기는 압축기(11) 내에서의 압축 과정을 거치면서 압력뿐만 아니라, 온도도 소정정도 상승되게 된다. 즉, 압축기(11)를 거친 압축공기(A1)는 외기 등에 비해 상대적으로 높은 온도를 가지게 된다. 따라서 본 실시예와 같이 압축기 그룹(10) 후단에서 압축공기(A1)를 냉각시키게 되면, 상대적으로 높은 온도의 압축공기(A1)를 냉매(H1)와 열교환시킴으로써 냉각 효율이 향상될 수 있다. 이는 열교환기(20)를 압축기 그룹(10) 전단에 배치하는 경우와 비교하면 더욱 그러하다 할 것이다.In addition, the outside air flowing into the compressor 11 undergoes a compression process in the compressor 11, so that not only the pressure but also the temperature is increased by a predetermined degree. That is, the compressed air A1 that has passed through the compressor 11 has a relatively higher temperature than the outside air or the like. Therefore, if the compressed air A1 is cooled at the downstream end of the compressor group 10 as in the present embodiment, the cooling efficiency can be improved by heat-exchanging the compressed air A1 with the refrigerant H1 at a relatively high temperature. This is more so in comparison with the case where the heat exchanger 20 is disposed in front of the compressor group 10.

결국, 본 실시예에 따른 열교환기(20)는 압축기 그룹(10) 후단에서 압축공기(A1)를 냉각하는 방식을 취함으로써, 냉각 효율을 증대시키고, 충분히 냉각된 냉각공기(A2)를 터빈 그룹(30)으로 제공할 수 있게 된다.As a result, the heat exchanger 20 according to the present embodiment takes the way of cooling the compressed air A1 at the downstream end of the compressor group 10, thereby increasing the cooling efficiency and reducing the sufficiently cooled cooling air (A2) (30).

한편, 본 실시예에 따른 가스터빈 시스템(S)은, 하나 이상의 부분터빈(31)을 구비하는 터빈 그룹(30)을 포함할 수 있다.On the other hand, the gas turbine system S according to the present embodiment may include a turbine group 30 having one or more partial turbines 31.

터빈 그룹(30)은 하나 이상의 부분터빈(31)으로 구성될 수 있다. 부분터빈(31)의 개수는 전술한 압축기 그룹(10)의 압축기(11) 개수와 상이할 수 있다. 또는, 부분터빈(31)의 개수는 압축기 그룹(10)의 압축기(11) 개수보다 많을 수 있다. 이는 복수의 부분터빈(31)이 압축기 그룹(10) 또는 각 압축기(11)를 공유하도록 함으로써 설비의 효율화를 도모하기 위함이다. 즉, 본 실시예에 따른 가스터빈 시스템(S)은 복수개의 부분터빈(31)이 하나의 압축기 그룹(10) 또는 압축기(11)를 공유하도록 형성될 수 있다.The turbine group 30 may be composed of one or more partial turbines 31. The number of the partial turbines 31 may be different from the number of the compressors 11 of the compressor group 10 described above. Alternatively, the number of partial turbines 31 may be greater than the number of compressors 11 in the compressor group 10. This is to make the efficiency of the facility by allowing the plurality of partial turbines 31 to share the compressor group 10 or the respective compressors 11. That is, the gas turbine system S according to the present embodiment can be formed so that the plurality of partial turbines 31 share one compressor group 10 or the compressor 11. [

터빈 그룹(30)은 전술한 압축기 그룹(10)과는 분리 형성될 수 있으며, 하나의 독립된 파트로 형성되어 압축기 그룹(10)과는 별개의 위치나 구역에 설치될 수 있다. 다시 말하면, 터빈 그룹(30) 및 압축기 그룹(10)은 각각 해상구조물 내 별도의 독립된 위치, 구역 등에 설치될 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 선내 공간활용도를 증대시키는 한편, 터빈 그룹(30) 내 일부 부분터빈(31)만을 가동하는 등으로 보다 효율적인 설비 운용을 가능케 한다.The turbine group 30 may be formed separately from the above-described compressor group 10, and may be formed as one independent part, and may be installed in a location or area separate from the compressor group 10. In other words, the turbine group 30 and the compressor group 10 can each be installed in separate independent locations, zones, etc. in the offshore structure. This increases the utilization of space on the ship, as described above, while allowing only a partial turbine 31 in the turbine group 30 to operate more efficiently.

한편, 본 실시예에서 부분터빈(31)은 자체에 압축기가 구비되지 않을 수 있다. 즉, 본 명세서에서 부분터빈(31)은 통상의 가스터빈에서 압축기가 생략된 형태의 가스터빈으로 정의될 수 있다. 따라서 부분터빈(31)은 연소기(combuster) 및 터빈블레이드(turbine blade)를 구비할 수 있으나, 압축기(compressor)는 생략될 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the partial turbine 31 may not have a compressor itself. That is, in the present specification, the partial turbine 31 may be defined as a gas turbine of a type in which a compressor is omitted in a conventional gas turbine. Thus, the partial turbine 31 may include a combustor and a turbine blade, but a compressor may be omitted.

부분터빈(31)의 연소기에 필요한 공기는 냉각공기라인(L2)을 통해 제공될 수 있다. 이때, 부분터빈(31)에는 열교환기(20)에서 냉각된 냉각공기(A2)가 제공되게 되며, 이로 인해, 터빈 효율이 증대될 수 있다. 한편, 부분터빈(31)은 연소기를 통해 터빈블레이드로 고온, 고압의 가스를 분사하여 터빈블레이드를 회전시키게 되며, 이는 통상적인 가스터빈과 유사하게 형성될 수 있다.The air required for the combustor of the partial turbine 31 may be provided through the cooling air line L2. At this time, the partial turbine 31 is provided with the cooling air A2 cooled by the heat exchanger 20, and thereby the turbine efficiency can be increased. On the other hand, the partial turbine 31 rotates the turbine blades by injecting high-temperature, high-pressure gas through the combustor to the turbine blades, which can be formed similar to a conventional gas turbine.

또한, 터빈 그룹(30)을 이루는 각 부분터빈(31)은 상호 독립적으로 구동될 수 있다. 즉, 터빈 그룹(30) 내 일부 부분터빈(31)만이 선택적으로 구동될 수 있다. 이는 필요한 만큼의 부분터빈(31)만을 구동하여 설비 운용의 효율성을 도모하기 위함이다.In addition, each of the partial turbines 31 constituting the turbine group 30 can be driven independently of each other. That is, only a partial turbine 31 in the turbine group 30 can be selectively driven. This is to drive the partial turbine 31 as much as necessary to improve the facility operation efficiency.

한편, 본 실시예에 따른 가스터빈 시스템(S)은, 열교환기(20)로 냉매(H1, H2)를 공급 및 회수하는 열교환라이저(40)를 포함할 수 있다.The gas turbine system S according to the present embodiment may include a heat exchange riser 40 for supplying and recovering refrigerant H1 and H2 to and from the heat exchanger 20. [

열교환라이저(40)는 해상구조물의 하부 측으로 노출되어 해수 중에 배치될 수 있다. 예컨대, 해상구조물에는 개구된 문풀(moonpool)이 구비될 수 있으며, 열교환라이저(40)는 이와 같은 문풀을 통해 해수 중에 설치될 수 있다.The heat exchange riser 40 may be exposed to the underside of the sea structure and disposed in the seawater. For example, the marine structure may be provided with an open moonpool, and the heat exchange riser 40 may be installed in the sea water through such a portal.

열교환라이저(40)는 냉매공급라인(L3)과 연결되어 열교환기(20)로 냉매(H1)를 공급할 수 있다. 또한, 열교환라이저(40)는 냉매회수라인(L4)과 연결되어 열교환기(20)에서 사용된 냉매(H2)를 다시 회수할 수 있다. 회수된 냉매(H2)는 열교환라이저(40)를 거쳐 냉각된 후 냉매공급라인(L3)을 통해 다시 열교환기(20)로 공급될 수 있다. 즉, 냉매(H1, H2)를 열교환기(20) 및 열교환라이저(40) 사이에서 순환될 수 있다.The heat exchange riser 40 may be connected to the refrigerant supply line L3 to supply the refrigerant H1 to the heat exchanger 20. [ The heat exchange riser 40 is connected to the refrigerant recovery line L4 to recover the refrigerant H2 used in the heat exchanger 20 again. The recovered refrigerant H2 may be cooled through the heat exchange riser 40 and then supplied to the heat exchanger 20 through the refrigerant supply line L3. That is, the refrigerant H1, H2 can be circulated between the heat exchanger 20 and the heat exchanger riser 40. [

또한, 열교환라이저(40)는 냉매(H2)를 깊은 수심까지 안내할 수 있도록 상하방향으로 연장 형성될 수 있다. 이는 깊은 수심에 존재하는 차가운 해수를 냉매(H2)의 냉각에 사용하기 위함이다. 예컨대, 열교환라이저(40)는 심해층에 근접하도록 연장 형성될 수 있다.Further, the heat exchange riser 40 may be formed to extend in the vertical direction so as to guide the refrigerant H2 to a deep water depth. This is to use the cold seawater at deep water depth to cool the refrigerant (H2). For example, the heat exchange riser 40 may be formed to extend close to the deep sea layer.

도 2는 도 1에 도시된 열교환라이저의 일 예를 도시한 개략도이다.Fig. 2 is a schematic view showing an example of the heat exchange riser shown in Fig. 1. Fig.

도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 열교환라이저(40)는 외관부(41)를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 2, the heat exchanger riser 40 according to the present embodiment may include an outer tube portion 41.

외관부(41)는 소정반경을 가지는 중공 원통형의 관(管), 덕트, 파이프 등으로 형성될 수 있다. 외관부(41)는 복수개의 블록(block) 또는 섹션(section)으로 분할 형성될 수 있으며, 각 블록 또는 섹션이 길이방향으로 연결되어 하나의 외관부(41)를 이룰 수 있다.The outer tube portion 41 may be formed of a hollow cylindrical tube having a predetermined radius, a duct, a pipe, or the like. The outer tube portion 41 may be divided into a plurality of blocks or sections and each block or section may be connected in the longitudinal direction to form one outer tube portion 41.

외관부(41) 내측에는 냉매(H1, H1)의 유동을 위한 유로가 형성될 수 있다. 외관부(41) 내측의 유로는 후술할 내관부(42)에 의해 외측유로(P2) 및 내측유로(P1)로 구획될 수 있다.A flow path for the flow of the refrigerant (H1, H1) may be formed inside the outer tube portion (41). The flow path inside the outer tubular portion 41 can be partitioned into an outer flow path P2 and an inner flow path P1 by an inner tube portion 42 to be described later.

또한, 외관부(41)의 내측에는 복수개의 방열핀(41a)이 마련될 수 있다. 방열핀(41a)은 외관부(41) 내측을 유동하는 냉매(H2)와 외측의 해수와의 열교환 효율을 증대시킬 수 있다. 방열핀(41a)은 외관부(41)의 내주면에서 반경방향 중심부를 향해 소정정도 돌출 형성될 수 있으며, 복수개가 외관부(41) 내주면 둘레를 따라 배치되어 방사형을 이룰 수 있다. 다만, 방열핀(41a)의 반경방향 내측 단부는 후술할 내관부(42)와 소정간격 이격 형성됨이 바람직하다. 이는 내관부(42)로의 열전달을 최소화하기 위함이다 (도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 단면 참조).In addition, a plurality of radiating fins 41a may be provided inside the outer tube portion 41. [ The heat radiation fins 41a can increase the heat exchange efficiency between the refrigerant H2 flowing inside the outer tube portion 41 and the outside sea water. The radiating fins 41a may protrude from the inner circumferential surface of the outer tube portion 41 toward the radial center portion by a predetermined degree and a plurality of the radiating fins 41a may be arranged radially around the inner circumferential surface of the outer tube portion 41. [ However, it is preferable that the radially inner end of the radiating fin 41a is spaced apart from the inner tube portion 42 to be described later. This is to minimize the heat transfer to the inner tube portion 42 (see the sectional view I-I 'in FIG. 2).

한편, 외관부(41)는 열전도성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 외관부(41)는 금속성 재질로 형성될 수 있다. 이는 열교환기(20)에서 사용된 냉매(H2)가 외관부(41) 내측을 따라 유동되면서 차가운 해수와 열교환될 수 있도록 하기 위함이다.On the other hand, the outer tube portion 41 may be formed of a material having high thermal conductivity. For example, the outer tube portion 41 may be formed of a metallic material. This is to allow the refrigerant H2 used in the heat exchanger 20 to flow along the inside of the outer tube portion 41 and to be heat-exchanged with cold seawater.

또한, 외관부(41)는 하단에 저류부(43)를 구비할 수 있다. 저류부(43)는 외관부(41) 하단을 폐쇄시키는 한편, 상대적으로 큰 반경으로 형성될 수 있다. 이는 외관부(41)를 따라 유동된 냉매(H2)가 저류부(43)에 일시 체류될 수 있도록 하기 위함이다. 다시 말하면, 외관부(41)를 따라 유동된 냉매(H2)는 하단의 저류부(43)에 포집되어 소정시간 체류될 수 있다. 저류부(43)에 포집 또는 체류된 냉매(H2)는 외측의 차가운 해수와 열교환되어 소정정도 냉각될 수 있다.The outer tube portion 41 may have a storage portion 43 at the lower end thereof. The storage portion 43 may be formed with a relatively large radius while closing the lower end of the outer tube portion 41. This is to allow the refrigerant H2 flowing along the outer tube portion 41 to temporarily stay in the storage portion 43. [ In other words, the refrigerant H2 flowing along the outer tube portion 41 is collected in the lower storage portion 43 and can be stored for a predetermined time. The refrigerant H2 collected or retained in the storage portion 43 can be cooled to a predetermined degree by heat exchange with the cold seawater outside.

한편, 본 실시예에 따른 열교환라이저(40)는 내관부(42)를 구비할 수 있다.Meanwhile, the heat exchange riser 40 according to the present embodiment may include an inner tube portion 42.

내관부(42)는 중공 원통형의 외관부(41) 내측에 삽입 설치될 수 있다. 또는, 내관부(42)는 외관부(41)와 동심원상에 배치되어 이중관 구조를 이룰 수 있다.The inner tube portion 42 can be inserted and installed inside the hollow cylindrical outer tube portion 41. Alternatively, the inner tube portion 42 may be disposed concentrically with the outer tube portion 41 to form a double tube structure.

내관부(42)는 외관부(41) 내측을 외측유로(P2)와 내측유로(P1)로 구획할 수 있다. 내측유로(P1)는 내관부(42) 내측의 유로를 지칭하며, 열교환기(20)로 공급되기 위한 냉매(H1)가 유동될 수 있다. 이러한 내측유로(P1) 상단은 냉매공급라인(L3)과 연결될 수 있다 (도 1 참고). 외측유로(P2)는 내관부(42)와 외관부(41) 사이에 형성되는 유로를 지칭하며, 열교환기(20)에서 사용된 냉매(H2)가 유동될 수 있다. 외측유로(P2) 상단은 냉매회수라인(L4)과 연결될 수 있다 (도 1 참고).The inner tube portion 42 can partition the inside of the outer tube portion 41 into an outer passage P2 and an inner passage P1. The inner passage P1 refers to the passage inside the inner tube portion 42 and the refrigerant H1 to be supplied to the heat exchanger 20 can flow. The upper end of the inner passage P1 may be connected to the refrigerant supply line L3 (see FIG. 1). The outer passage P2 refers to a passage formed between the inner tube portion 42 and the outer tube portion 41 and the refrigerant H2 used in the heat exchanger 20 can flow. The upper end of the outer passage P2 may be connected to the refrigerant recovery line L4 (see FIG. 1).

내관부(42)는 하단(42a)이 개구된 관, 덕트, 파이프 등으로 이뤄질 수 있다. 전술한 바와 같이 내관부(42) 상단은 냉매공급라인(L3)에 연결된다. 내관부(42)의 하단(42a)은 개구되어 저류부(43)로부터 냉매(H1)를 흡입하기 위한 냉매흡입구(42a)를 형성할 수 있다. 따라서 저류부(43)에 일시 체류되면서 냉각된 냉매(H1)는 냉매흡입구(42a)를 통해 내관부(42)로 흡입될 수 있다. 이때, 내관부(42)의 하단(42a) 또는 냉매흡입구(42a)는 저류부(43)의 바닥면(43a)에 인접하게 배치될 수 있다. 이는 상대적으로 차가운 저류부(43) 하부측의 냉매(H2)를 내관부(42)로 흡입하기 위함이다.The inner tube portion 42 can be made of a tube, a duct, a pipe, or the like having the lower end 42a opened. As described above, the upper end of the inner tube portion 42 is connected to the refrigerant supply line L3. The lower end 42a of the inner tube portion 42 is opened to form a refrigerant suction port 42a for sucking the refrigerant H1 from the storage portion 43. [ Therefore, the refrigerant H1 cooled while being temporarily stored in the storage portion 43 can be sucked into the inner tube portion 42 through the refrigerant suction port 42a. At this time, the lower end 42a of the inner tube portion 42 or the refrigerant suction port 42a may be disposed adjacent to the bottom surface 43a of the storage portion 43. This is for the purpose of sucking the refrigerant H2 on the lower side of the relatively cold storage part 43 into the inner tube part 42. [

또한, 내관부(42)는 열전도성이 낮은 재질로 형성될 수 있다. 또는, 내관부(42)는 단열재질로 형성될 수 있다. 이는 외측유로(P2)를 유동하는 냉매(H2)와 내측유로(P1)를 유동하는 냉매(H1) 간 열교환을 최소화하고, 저류부(43)를 거쳐 차가워진 냉매(H1)가 내측유로(P1)로 유동되는 과정에서 다시 온도 상승되는 것을 방지하기 위함이다.In addition, the inner tube portion 42 may be formed of a material having a low thermal conductivity. Alternatively, the inner tube portion 42 may be formed of a heat insulating material. This minimizes the heat exchange between the refrigerant H2 flowing through the outer flow path P2 and the refrigerant H1 flowing through the inner flow path P1 and the coolant H1 cooled through the storage portion 43 flows through the inner flow path P1 In order to prevent the temperature from rising again in the process of flowing into the second chamber.

한편, 본 실시예에 따른 열교환라이저(40)는 부유체(44)를 구비할 수 있다.Meanwhile, the heat exchange riser 40 according to the present embodiment may have a float 44.

부유체(44)는 외관부(41) 일측에 장착되어 부력을 통해 외관부(41) 또는 열교환라이저(40)의 하중을 일부 지지하게 된다. 예컨대, 부유체(44)는 원형 고리 또는 튜브 형태로 형성되어 외관부(41)의 외주면 둘레를 감싸도록 설치될 수 있다. 다만, 본 실시예의 경우, 외측유로(P2)를 유동하는 냉매(H2)가 외관부(41)를 매개로 외측의 해수와 열교환되므로, 부유체(44)는 외관부(41)와 해수와의 접촉 표면적에 미치는 영향을 최소화하도록 형성될 수 있다.The float 44 is attached to one side of the outer tube portion 41 to partially support the load of the outer tube portion 41 or the heat exchanger riser 40 through buoyancy. For example, the float 44 may be formed in the form of a circular ring or a tube so as to surround the outer circumferential surface of the outer tube portion 41. In this embodiment, the refrigerant H2 flowing through the outer flow path P2 is heat-exchanged with the seawater outside through the outer tube portion 41, so that the float 44 communicates with the outer tube portion 41 and the sea water Can be formed to minimize the effect on the contact surface area.

이상에서 설명한 가스터빈 시스템(S)의 작동은 다음과 같다.The operation of the gas turbine system S described above is as follows.

먼저, 전술한 도 1을 참고하면, 압축기 그룹(10)의 각 압축기(11)를 통해 외기가 소정압력으로 압축되며, 압축공기라인(L1)을 통해 압축공기(A1)가 열교환기(20)로 제공된다. 압축공기(A1)는 열교환기(20)를 거치면서 냉매(H1)와 열교환되어 소정온도로 냉각되며, 냉각된 냉각공기(A2)는 냉각공기라인(L2)을 통해 터빈 그룹(30) 또는 각 부분터빈(31)으로 제공된다.1, when the outside air is compressed to a predetermined pressure through each compressor 11 of the compressor group 10 and the compressed air A1 is supplied to the heat exchanger 20 through the compressed air line L1, . The compressed air A1 is exchanged with the refrigerant H1 through the heat exchanger 20 to be cooled to a predetermined temperature and the cooled cooling air A2 flows through the cooling air line L2 to the turbine group 30, Is provided to the partial turbine (31).

한편, 열교환기(20)에서 사용되는 냉매(H1)는 열교환라이저(40)를 통해 공급 및 회수될 수 있다. 구체적으로, 도 2를 참고하면, 사용된 냉매(H2)는 냉매회수라인(L4)을 거쳐 열교환라이저(40)의 외측유로(P2)를 따라 유동된다. 냉매(H2)는 외측유로(P2)를 유동하는 과정에서 차가운 해수와 열교환되며 소정정도 냉각될 수 있다. 이와 같은 해수를 통한 냉매(H2)의 냉각은 열교환라이저(40)의 길이를 연장하거나 설치 수심을 깊이 형성함으로써 보다 증대될 수 있다. 또한, 열교환라이저(40)에 구비된 방열핀(41a)은 이와 같은 열교환을 촉진시키게 된다.On the other hand, the refrigerant H1 used in the heat exchanger 20 can be supplied and recovered through the heat exchanger riser 40. [ Specifically, referring to FIG. 2, the refrigerant H2 used flows along the outer flow path P2 of the heat exchange riser 40 via the refrigerant recovery line L4. The refrigerant H2 is heat-exchanged with the cold seawater in the process of flowing through the outer flow path P2 and can be cooled to a predetermined degree. Such cooling of the refrigerant H2 through the seawater can be further enhanced by extending the length of the heat exchange riser 40 or deeply forming the installation depth. In addition, the heat-radiating fins 41a provided in the heat-exchanging risers 40 promote such heat exchange.

열교환라이저(40) 하단까지 유동된 냉매(H2)는 저류부(43)에서 소정정도 체류되었다가 내관부(42)를 통해 흡입될 수 있다. 필요에 따라, 내관부(42) 또는 냉매공급라인(L3)에는 이와 같은 냉매(H2)의 흡입을 위한 흡입펌프 등이 마련될 수 있다. 내관부(42)로 흡입된 냉매(H1)는 내측유로(P1)를 따라 상부로 유동되며, 냉매공급라인(L3)으로 제공되어 다시 열교환기(20)에서 사용되게 된다. 내관부(42)는 단열 재질 등으로 이루어져 상기와 같은 냉매(H1)의 유동과정에서 냉매(H1) 온도가 다시 높아지는 것을 방지하게 된다.The refrigerant H2 flowing to the lower end of the heat exchanger riser 40 can be retained in the storage section 43 for a predetermined time and then sucked through the inner tube section 42. If necessary, a suction pump or the like for sucking the refrigerant H2 may be provided in the inner tube portion 42 or the refrigerant supply line L3. The refrigerant H1 sucked into the inner tube portion 42 flows upward along the inner flow path P1 and is supplied to the refrigerant supply line L3 to be used again in the heat exchanger 20. [ The tube portion 42 is made of an insulating material or the like and prevents the temperature of the refrigerant H1 from rising again during the flow of the refrigerant H1.

이상에서 설명한바, 본 실시예에 따른 가스터빈 시스템(S)은 통상의 가스터빈에서 일체로 구비된 압축기와 그 외 부분을 압축기 그룹(10)과 터빈 그룹(30)으로 분리하여 해상구조물의 선내 공간활용도를 증대시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 가스터빈 시스템(S)은 설치공간이나 레이아웃(lay-out)에 제약을 주는 대형설비를 복수개로 분할 설치하도록 함으로써 공간활용도를 증대시킬 수 있다. 이러한 이점은 육상설비와 달리 공간적으로 많은 제약을 받는 해상구조물의 경우 더욱 부각될 수 있다.As described above, the gas turbine system (S) according to the present embodiment separates the compressor and other parts integrally provided in a conventional gas turbine into a compressor group (10) and a turbine group (30) Space utilization can be increased. That is, the gas turbine system S according to the present embodiment can increase the space utilization by dividing and installing a large number of large facilities that restrict installation space and lay-out. Unlike land equipment, this advantage can be more noticeable for marine structures that are subject to many spatial constraints.

또한, 본 실시예에 따른 가스터빈 시스템(S)은 압축기 그룹(10)과 터빈 그룹(30) 사이에 열교환기(20)를 배치하여 압축공기(A1)가 냉각된 후 터빈 그룹(30)으로 제공되게 된다. 따라서 터빈 그룹(30) 또는 각 부분터빈(31)으로 보다 낮은 온도의 공기를 공급할 수 있게 되며, 이는 터빈의 효율을 향상시킬 수 있게 한다. 나아가, 외기가 압축된 이후의 압축공기(A1)를 냉각시킴으로써, 열교환 효율이나 압축공기(A1)의 냉각 효과 또한 향상될 수 있다.The gas turbine system S according to the present embodiment also includes a heat exchanger 20 disposed between the compressor group 10 and the turbine group 30 so as to cool the compressed air A1 to the turbine group 30 . Therefore, the lower temperature air can be supplied to the turbine group 30 or each of the partial turbines 31, which makes it possible to improve the efficiency of the turbine. Furthermore, by cooling the compressed air A1 after the outside air is compressed, the heat exchange efficiency and the cooling effect of the compressed air A1 can also be improved.

한편, 본 실시예에 따른 가스터빈 시스템(S)은, 해수 중에 설치된 열교환라이저(40)를 통해 냉매(H1, H2)를 냉각시킴으로써 냉매(H1, H2) 냉각에 필요한 에너지를 최소화시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 경우, 냉매(H1, H2)가 폐쇄된 루프(roop) 내에서 순환됨으로써, 냉매(H1, H2)의 취급이 용이해지고, 열교환라이저(40)를 보다 깊은 수심까지 설치할 수 있게 된다.Meanwhile, the gas turbine system S according to the present embodiment can minimize the energy required for cooling the refrigerants H1 and H2 by cooling the refrigerants H1 and H2 through the heat exchange risers 40 installed in the seawater. In the present embodiment, the refrigerant H1, H2 is circulated in the closed loop to facilitate the handling of the refrigerant H1, H2, and the heat exchange riser 40 can be installed to a deeper depth do.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

S: 해상구조물용 가스터빈 시스템 10: 압축기 그룹
20: 열교환기 30: 터빈 그룹
40: 열교환라이저S: Gas Turbine System for Offshore Structures 10: Compressor Group
20: heat exchanger 30: turbine group
40: Heat exchange riser

Claims (5)

압축공기를 냉매와 열교환하여 냉각시키는 열교환기; 및
해중에 설치되며, 상기 냉매를 해수와 열교환하여 냉각시키고, 상기 냉각된 냉매를 상기 열교환기로 제공하는 열교환라이저를 포함하고,
상기 열교환라이저는,
중공형의 외관부; 및
상기 외관부 내측에 마련되는 내관부를 포함하며,
상기 냉매는 상기 외관부와 상기 내관부 사이의 외측유로를 경유하여 상기 내관부가 형성하는 내측유로를 통해 상기 열교환기로 이동되고, 상기 외측유로를 이동시 해수와 열교환을 통해 냉각되는, 해상구조물용 열교환 시스템.A heat exchanger for cooling the compressed air by heat exchange with the refrigerant; And
And a heat exchange riser installed in the sea for cooling the refrigerant by heat exchange with seawater and providing the cooled refrigerant to the heat exchanger,
The heat exchange riser
A hollow outer tubular portion; And
And an inner tube portion provided inside the outer tube portion,
Wherein the refrigerant is moved to the heat exchanger through an inner flow path formed by the inner pipe portion via an outer flow path between the outer pipe portion and the inner pipe portion and is cooled through heat exchange with seawater when the outer flow path is moved, . 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 외관부는, 금속 재질 또는 열전도성이 높은 재질을 포함하고,
상기 내관부는, 단열 재질 또는 상기 외관부에 비해 열전도성이 낮은 재질을 포함하는, 해상구조물용 열교환 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the outer portion includes a metal material or a material having high thermal conductivity,
Wherein the inner pipe portion comprises a heat insulating material or a material having a lower thermal conductivity than the outer pipe portion. 청구항 1에 있어서,
상기 열교환라이저는, 상기 외관부 일측에 장착되는 하나 이상의 부유체를 더 포함하며,
상기 외관부는, 내주면 둘레를 따라 복수개의 방열핀이 방사형으로 형성되는, 해상구조물용 열교환 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the heat exchange riser further comprises at least one float mounted on one side of the outer tube,
Wherein the outer pipe portion has a plurality of radiating fins radially formed along an inner circumferential surface thereof.
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