KR102039124B1

KR102039124B1 - 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템

Info

Publication number: KR102039124B1
Application number: KR1020170178646A
Authority: KR
Inventors: 박석환; 이덕진; 성종국; 이상훈; 윤형철
Original assignee: 포스코에너지 주식회사; 철강융합신기술연구조합; 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-10-31
Also published as: KR20190076667A

Abstract

본 발명은 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템을 제공한다.
상기 냉각모듈은, 냉각수를 공급하는 냉각수 공급원과 연결된 급수부와, 상기 급수부에서 공급되는 냉각수를 흡수하여 유입되는 흡입공기를 냉각시키는 냉각패드부를 포함하고, 상기 급수부는, 상기 냉각패드부의 상측에 설치되고 분리된 복수의 수용공간을 구비하는 급수프레임과, 각각의 상기 수용공간에 삽입되고 공급된 냉각수가 수용되며 냉각수를 상기 냉각패드부로 분사하는 복수의 분사노즐이 관통된 분사배관과, 분리된 상기 수용공간에 구비된 각각의 상기 분사배관으로 냉각수를 공급하도록, 상기 분사배관과 연통되게 상기 급수프레임에 관통되고 상기 냉각수 공급원과 연결되는 급수홀을 포함한다.

Description

냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템{COOLING MODULE AND INTAKE AIR COOLING SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 가스터빈의 설비안정성을 증대시키고 냉각효율을 개선한 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템에 관한 것이다.

일반적으로 가스터빈 발전소는 원자력 및 석탄 발전설비에 비해 발전원가가 높으므로 여름철 최대부하에 대한 전력공급용으로 이용되고 있다.

그런데, 가스터빈은 대기온도와 관계없이, 일정부피의 공기를 흡입하는 엔진이므로, 여름철 대기온도가 높아지면 가스터빈으로 유입되는 공기의 온도가 높아져서 부피가 커지게 되어 공기밀도가 하강함에 따라 가스터빈으로 유입되는 공기의 절대량이 감소한다. 이에 따라, 공기를 압축하기 위한 에너지가 더 많이 소모된다. 따라서, 가스터빈 발전기는 설계점(외기온도 15, 상대습도 60%) 대비 하절기 외기온도가 상승하게 되면 가스터빈으로 공급되는 공기의 밀도 감소 등으로 인하여 발전출력이 감소하게 된다.

이러한 문제를 해결하고, 하절기 흡입공기 냉각으로 가스터빈출력 증대를 위해 가스터빈 공기 압축기 필터 전/후단부에 기화식 냉각시스템(Evaporative cooling system)을 설치 및 운영 중에 있다. 이러한 기화 냉각(Evaporative cooling) 방식은, 물을 흡수할 수 있는 냉각패드에 물을 직접 분사하여 이를 통과하는 공기를 냉각하는 방식이다.

그런데, 종래 냉각시스템은 냉각패드로 흡입되는 공기의 유속에 따라 냉각패드 후단에서 냉각수가 비산되고 냉각시스템 내부에 물이 누수되어, 필터에 수막현상을 일으키고 가스터빈 흡입부의 차압증가로 인하여 발전기의 트립이 발생하는 문제가 있다.

또한, 냉각시스템은 냉각수를 공급하는 급수바의 길이가 길어져서 냉각패드의 전/후, 좌/우가 조금이라도 기울어지면 냉각수가 냉각패드에 불균일하게 공급되어 냉각패드 효율이 감소된다.

그리고, 흡입되는 공기와 냉각모듈이 설치된 설치부(필터하우스 등)에 틈이 발생하면 이러한 틈으로 흡입되는 공기가 유입되어 냉각시스템의 기화효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 냉각모듈의 폭이 길어짐에 따라 냉각모듈이 어느 한쪽으로 기울어지게 설치된 경우에도, 냉각패드부에 냉각수를 균일하게 공급하는 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 냉각모듈 후단의 압력이 대기압보다 낮은 경우에도 배수되는 물이 충분히 빠지는 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 냉각모듈과 필터하우스 사이와, 냉각모듈과 지지부재 사이를 기밀하여, 흡입공기의 대부분이 냉각모듈의 공기유입구로 유입되도록 함으로써, 흡입공기 냉각시스템의 냉각효율을 높이는 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 냉각모듈은, 냉각수를 공급하는 냉각수 공급원과 연결된 급수부과, 상기 급수부에서 공급되는 냉각수를 흡수하여, 유입되는 흡입공기를 냉각시키는 냉각패드부를 포함하고, 상기 급수부는, 상기 냉각패드부의 상측에 설치되는 급수프레임과, 상기 급수프레임의 내부에 구비되고, 상기 냉각패드부로 냉각수를 분사하는 복수의 분사노즐이 형성되며, 공급된 냉각수를 수용하는 분리된 복수의 수용공간을 구비하는 분사배관과, 상기 분사배관의 분리된 각각의 상기 수용공간으로 냉각수를 공급하도록, 상기 분사배관과 연통되게 상기 급수프레임에 구비되고 상기 냉각수 공급원과 연결되는 급수홀을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 흡입공기 냉각시스템은, 가스터빈의 입구에 설치되고 흡입공기가 유입되는 필터하우스와, 상기 필터하우스의 내부에 구비된 지지부재의 상면에 안착되고, 냉각수를 공급하는 냉각수 공급원과 연결된 급수부와, 상기 급수부에서 공급되는 냉각수를 흡수하여 유입되는 흡입공기를 냉각시키는 냉각패드부를 포함하는 냉각모듈과, 상기 냉각모듈의 후단의 상기 지지부재에 관통 형성되는 복수의 배수홀과, 상기 배수홀에 연결되어 상기 필터하우스의 내부의 물을 외부로 배출시키는 배수연결관을 구비하는 후단배수부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 흡입공기 냉각시스템은, 가스터빈의 입구에 설치되고 흡입공기가 유입되는 필터하우스와, 상기 필터하우스의 내부에 설치되고, 냉각수를 공급하는 냉각수 공급원과 연결된 급수부와, 상기 급수부에 연결되고 상기 급수부에서 공급되는 냉각수를 흡수하여 유입되는 흡입공기를 냉각시키는 냉각패드부를 포함하는 냉각모듈을 포함하고, 상기 급수부는, 상기 냉각패드부의 상측에 설치되는 급수프레임과, 상기 급수프레임의 내부에 구비되고, 상기 냉각패드부로 냉각수를 분사하는 복수의 분사노즐이 관통되며, 공급된 냉각수를 수용하는 분리된 복수의 수용공간을 구비하는, 분사배관과, 상기 분사배관의 분리된 각각의 상기 수용공간으로 냉각수를 공급하도록, 상기 분사배관과 연통되게 상기 급수프레임에 구비되고 상기 냉각수 공급원과 연결되는 급수홀을 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템 는, 냉각모듈의 폭이 길어짐에 따라 냉각모듈이 어느 한쪽으로 기울어지게 설치된 경우에도, 냉각패드부에 냉각수를 균일하게 공급할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 냉각모듈 후단의 압력이 대기압보다 낮은 경우에도 냉각모듈에서 비산되는 물이 충분히 빠지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 냉각모듈과 필터하우스 사이와, 냉각모듈과 지지부재 사이를 기밀하여, 흡입공기의 대부분이 냉각모듈의 공기유입구로 유입되도록 함으로써, 흡입공기 냉각시스템의 냉각효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 흡입공기 냉각시스템을 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 C 부분인 단위 냉각모듈을 도시한 단면도.
도 3은 분리벽이 구비되지 않은 냉각모듈을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉각모듈을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각모듈을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 급수부를 도시한 측단면도.
도 7은 본 발명에 적용되는 분사배관을 도시한 정면도.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 흡입공기(A) 냉각시스템(10)은, 필터하우스(20)와 냉각모듈(100)을 포함한다.

필터하우스(20)는 가스터빈(미도시)의 입구에 설치되고, 흡입공기(A)가 유입될 수 있다. 구체적으로 필터하우스(20)는 가스터빈의 압축기 전단에 구비되고, 압축기로 유입되는 공기를 필터링하는 필터(21)를 구비할 수 있다.

냉각모듈(100)은 상기 필터하우스(20)의 내부에 구비된 지지부재(23)의 상면에 안착되고, 급수부(200)와 냉각패드부(300)를 포함할 수 있다.

구체적으로 냉각모듈(100)은 도 1에 도시된 실시예와 같이 필터하우스(20)의 내부에 종방향 또는 횡방향 중 적어도 한 방향으로 다수 개가 적층되어 설치될 수 있다. 여기서 필터하우스(20)에는 수평방향으로 설치되는 지지부재(23)가 상하방향으로 복수개가 이격되게 설치될 수 있고, 냉각모듈(100)은 이러한 지지부재(23)에 안착되게 설치됨으로써 필터하우스(20) 내부에 상하로 적층될 수 있다. 지지부재(23)는 냉각모듈(100)을 지지할 수 있다면 다양한 형태로 구비될 수 있고, 냉각모듈(100)에서 필터(21)의 방향으로 연장되게 구비될 수 있다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 급수부(200)는 냉각수를 공급하는 냉각수 공급원과 연결된다.

냉각패드부(300)는, 급수부(200)에서 공급되는 냉각수를 흡수하여 유입되는 흡입공기(A)를 냉각시킨다.

구체적으로 냉각패드부(300)는 패드프레임(310)과 냉각패드(330)를 구비할 수 있다. 패드프레임(310)은, 급수부(200)의 하측에 결합되고 흡입공기(A)가 유입되는 공기유입구(311)와 냉각된 공기가 유출되는 공기유출구(313)가 마련될 수 있다. 냉각패드(330)는 패드프레임(310)의 내부에 수용되고 흡입공기(A)가 통과하도록 복수의 공극을 가진 스펀지 형태를 포함할 수 있다.

또한, 냉각모듈(100)은 모듈배수부(400)를 더 포함할 수 있다. 모듈배수부(400)는 배수프레임(410)과 홈통(420)과 배수공(430)을 포함할 수 있다. 배수프레임(410)은 패드프레임(310)의 하측에 결합되고, 홈통(420)은 배수프레임(410)에 구비되고 상기 냉각패드(330)와 연통되어 상기 냉각패드(330)에서 흡수한 냉각수가 배수될 수 있다. 배수공(430)은 홈통(420)과 연통되게 배수프레임(410)에 관통 형성되어 홈통(420)의 냉각수를 외부로 배수할 수 있다.

패드프레임(310)의 공기유입구(311)로 유입되는 흡입공기(A)는 가스터빈으로 유입되는 외부공기일 수 있고, 여름철 대기온도가 높아지면 흡입공기(A)는 고온 건조할 수 있다. 냉각패드부(300)의 공기유입구(311)로 고온 건조한 흡입공기(A)가 유입되면, 냉각패드부(300)는 냉각패드(330)가 흡수한 수분을 증발시켜서 흡입공기(A)를 저온 다습한 상태로 냉각 및 가습할 수 있다. 여기서 급수부(200)는 냉각패드(330)에 흡입공기(A)를 냉각시키는 수분인 냉각수를 공급할 수 있다.

냉각된 냉각공기(B)는 냉각패드부(300)의 공기유출구(313)를 통해 냉각모듈(100)의 후단으로 배출될 수 있다. 배출된 냉각공기(B)는 필터(21)에 의해 필터링되어 가스터빈의 압축기 등으로 유입될 수 있다.

급수부(200)는 급수프레임(210)과 분사배관(220)과 급수홀(230)을 포함할 수 있다.

급수프레임(210)은 냉각패드부(300)의 상측에 설치된다.

구체적으로, 급수프레임(210)은 냉각모듈(100)의 상부커버의 역할을 할 수 있으며 냉각수 공급원에 연결되어 냉각수를 공급받고 공급받은 냉각수를 하부에 구비되는 냉각패드(330)에 공급할 수 있다.

또한, 도 4, 도 6 및 도 7을 참조하면, 분사배관(220)은, 급수프레임(210)의 내부에 구비되고 공급된 냉각수를 수용하는 분리된 복수의 수용공간(221)을 구비한다. 또한, 분사배관(220)은 냉각수를 냉각패드부(300)로 분사하는 복수의 분사노즐(223)이 관통된다.

본 발명에 따른 분사배관(220)은 수용공간(221)이 서로 분리된 복수의 공간으로 분리될 수 있다. 여기서 수용공간(221)을 복수의 공간으로 분리하는 방식은 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어 하나의 프레임을 격벽을 통해 분리하거나, 복수의 프레임에 의해 복수의 공간으로 분리될 수도 있다. 또한 분사배관(220)의 분리된 공간의 개수에는 한정이 없다.

급수홀(230)은, 분사배관(220)의 분리된 각각의 수용공간(221)으로 냉각수를 공급하도록, 분사배관(220)과 연통되게 급수프레임(210)에 관통되고 냉각수 공급원과 연결된다.

구체적으로 급수프레임(210)의 내부에 분사배관(220)이 길게 삽입 설치될 수 있다. 분사배관(220)에는 복수의 분사노즐(223)이 관통 형성될 수 있다. 또한, 급수프레임(210)의 하측면에는 분사된 수분이 냉각패드부(300)로 공급되도록 관통된 연통구(282)가 형성될 수 있다. 이때 분사노즐(223)에서 분사된 냉각수는 분배판(281)에 접촉되면서 분산되어 연통구(282)를 통해 분사될 수 있다.

분리된 수용공간(221) 은 서로 분리될 수 있고, 각각 적어도 하나의 급수홀(230)과 연통될 수 있다. 이에 따라 각각의 분사배관(220)은 별도로 냉각수를 공급받을 수 있다.

더욱 구체적으로 급수부(200)는 분사배관(220)의 내부에 구비되어 분사배관(220)의 내부를 복수의 수용공간(221)으로 분리하는 분리벽(250)을 포함할 수 있다. 분리벽(250)은 각각의 수용공간(221) 간에 냉각수가 유출입될 수 없도록 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 냉각모듈(100)은 이러한 분리벽(250) 등에 의해 분사배관(220)이 복수의 공간으로 분리됨으로써, 냉각수를 분리된 수용공간(221) 별로 별도로 공급하고 제어할 수 있다.

구체적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이 분사배관(220)의 공간이 분리되지 않으면, 단위 냉각모듈(100)에서 냉각모듈(100)의 폭(L)이 2m 이상으로 길어지는 경우 냉각모듈(100)의 전/후, 좌/우로 수평하지 않고 기울어질 수 있다. 이 경우 분사배관(220)에 공급된 물(CW)이 기울어진 한쪽으로 치우치면서, 냉각패드(330)에 냉각수가 불균일하게 공급될 수 있다(도 3b 참조). 이로 인해 냉각패드(330)의 기화율이 균일하지 않으므로 냉각모듈(100)의 냉각효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 참고로 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 해당하지 않으나, 설명의 편의상 본 발명의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해 같은 도면부호를 사용한다.

도 4에 도시된 본 발명에 따른 냉각모듈(100)은 분사배관(220)에 분리벽(250)을 설치하여, 공급되는 냉각수를 분리된 공간별로 별도로 공급 및 제어할 수 있다. 이에 따라, 냉각모듈(100)의 폭(L)이 길어짐에 따라 냉각모듈(100)이 어느 한쪽으로 기울어지게 설치된 경우에도, 냉각패드부(300)에 냉각수를 균일하게 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 급수부(200)는 배관부재(260)와 밸브부재(270)를 더 포함할 수 있다.

배관부재(260)는, 분리벽(250)에 의해 분리된 각각의 수용공간(221)에 냉각수를 공급하도록 냉각수 공급원과 급수홀(230)을 연결할 수 있다. 밸브부재(270)는, 배관부재(260)를 개폐할 수 있다.

구체적으로 각각의 배관부재(260)는 각각의 수용공간(221) 별로 구비되고, 밸브부재(270)에 의해 각각의 수용공간(221)에 독립적으로 냉각수를 공급할 수 있다.

도 4 및 도 7에 도시된 실시예와 같이, 분리벽(250)은 분사배관(220)의 가운데에 구비되어 수용공간(221)을 제1 공간(221a)과 제2 공간(221b)으로 분리할 수 있다. 다만, 수용공간(221)의 분리개수는 2 개에 한정되는 것은 아니며 적용되는 냉각모듈(100)의 폭(L)과 냉각시스템의 설치 환경에 따라 3 이상으로 구비될 수도 있음은 물론이다.

분리벽(250)에 의해 수용공간(221)이 제1 공간(221a)과 제2 공간(221b)으로 분리되는 경우, 배관부재(260)는, 제1 공간(221a)에 구비된 급수홀(230)인 제1 급수홀(231)과 냉각수 공급원을 연결하는 제1 급수배관(261)과, 제2 공간(221b)에 구비된 급수홀(230)인 제2 급수홀(232)과 냉각수 공급원을 연결하는 제2 급수배관(262)을 포함할 수 있고, 밸브부재(270)는 제1 급수배관(261)에 연결된 제1 밸브(271)와 제2 급수배관(262)에 연결된 제2 밸브(272)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 분사배관(220)은 분리벽(250)에 의해 분리된 제1 분사배관(220a)과 제2 분사배관(220b)을 포함할 수 있다. 제1 급수홀(231)은 제1 공간(221a) 부분의 급수프레임(210)에 관통되고 제1 분사배관(220a)과 연결될 수 있다. 제2 급수홀(232)은 제2 공간(221b) 부분의 급수프레임(210)에 관통되고 제2 분사배관(220b)과 연결될 수 있다.

제1 급수배관(261)은 제1 급수홀(231)에 연결되어 제1 밸브(271)의 개폐에 의해 제1 분사배관(220a)에 냉각수를 공급할 수 있다. 제2 급수배관(262)은 제2 급수홀(232)에 연결되어 제2 밸브(272)의 개폐에 의해 제2 분사배관(220b)에 냉각수를 공급할 수 있다. 제1 급수홀(231) 또는 제2 급수홀(232)로 냉각수가 유입되면, 유입되는 냉각수의 유입압 또는 유속에 의해 분사노즐(223)로 냉각수가 분사될 수 있다. 분사된 냉각수는 분배판(281)에 의해 분산되어 연통구(282)를 통해 냉각패드(330)로 공급될 수 있다.

여기서 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)을 통해 냉각수를 개별로 공급하는 방식은 다양하게 적용될 수 있다.

예를 들어 도 4에 도시된 실시예와 같이, 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)은 분리될 수 있고, 제1 밸브(271)와 상기 제2 밸브(272)는, 제1 급수홀(231)과 제2 급수홀(232)을 통해 기설정된 공급량을 공급하도록 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)의 유량을 제어하는 제어밸브(control valve)로 마련될 수 있다.

여기서 제1 밸브(271)와 제2 밸브(272)에 제어되는 냉각수의 유량은, 냉각모듈(100)을 설치한 후 시험운전을 통해 적절한 공급량으로 설정된 양일 수 있다. 제1 밸브(271)와 제2 밸브(272)는 초기에 공급량이 세팅되어 냉각모듈(100)의 운용시에 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)을 개폐할 수 있다.

이와 같이 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)이 분리되고, 각 배관마다 별도의 제어밸브인 제1 밸브(271)와 제2 밸브(272)가 구비됨으로써, 제1 분사배관(220a)과 제2 분사배관(220b)으로 공급되는 냉각수의 공급량의 개별제어가 용이해질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 급수부(200)는, 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)의 분리되고, 제1 급수배관(261)으로 기설정된 공급량을 공급하도록 유량을 조절하는 제1 펌프(미도시)와, 제2 급수배관(262)으로 기설정된 공급량을 공급하도록 유량을 조절하는 제2 펌프(미도시)를 포함하고, 제1 밸브(271)와 제2 밸브(272)는 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)을 개폐하는 개폐밸브로 마련될 수 있다.

이에 따라 제1 밸브(271)와 제2 밸브(272)가 개방되면 제1 펌프와 제2 펌프에 의해 각각 개별로 기설정된 냉각수 공급량으로 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)을 통해 냉각수가 공급될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 급수부(200)는, 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)은, 냉각수 공급원과 연결된 메인 급수배관(260a)에서 분기될 수 있다. 그리고, 제1 밸브(271)와 제2 밸브(272)는, 제1 급수홀(231)과 제2 급수홀(232)을 통해 기설정된 공급량을 공급하도록 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)의 유량을 제어하는 제어밸브(control valve)로 마련될 수 있다.

이에 따라 기설정된 공급량을 공급하도록 설정된 제1 밸브(271)와 제2 밸브(272)에 의해 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)으로 공급되는 냉각수는 개별로 공급 및 제어될 수 있다.

다만, 제1 급수배관(261)과 제2 급수배관(262)을 통해 냉각수를 개별로 공급하는 방식은 상기한 방식에 한정하는 것은 아니며, 다양한 방식으로 변형실시될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 의한 흡입공기(A) 냉각시스템(10)은 냉각모듈(100)의 후단에 구비되는 후단배수부(30)를 더 포함한다. 후단배수부(30)는 배수홀(31)과 배수연결관(33)을 포함한다.

배수홀(31)은, 냉각모듈(100)의 후단의 지지부재(23)에 관통 형성되고 복수로 구비된다. 또한, 배수연결관(33)은, 배수홀(31)에 연결되어 필터하우스(20)의 내부의 물을 외부로 배출시킨다.

구체적으로, 냉각모듈(100)로부터 유출되는 냉각공기(B)는 유속에 의해 냉각패드(330) 후단으로 비산되고(W1), 냉각모듈(100)로부터 후단으로 냉각수가 누수될 수 있다(W2). 이러한 냉각수는 냉각모듈(100) 후단에서 필터(21)로 유입되어 필터(21)에 수막현상을 일으켜서 가스터빈의 흡입부의 차압을 증가시킬 수 있다. 이로 인해 발전기에 트립이 발생하는 문제가 있다.

이러한 문제를 미연에 방지하기 위해 냉각모듈(100)에는 필터(21) 전단으로 냉각수의 비산을 방지하는 비산방지부재가 구비될 수 있고, 냉각모듈(100) 자체의 모듈배수부(400)를 구비하나, 여전히 비산(W1)되거나 누수(W2)되는 냉각수가 발생하여 필터(21)에 악영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 발명은 냉각모듈(100) 후단의 지지부재(23)에 후단배수부(30)를 구비하여, 냉각모듈(100)의 후단으로 비산되거나 누수되는 냉각수를 배수할 수 있다. 즉 냉각모듈(100) 후단의 물은, 냉각모듈(100)이 안착된 지지부재(23)의 바닥으로 흘러내려서 배수홀(31)을 통해 배수연결관(33)으로 유입되고, 배수연결관(33)으로 유입된 물은 필터하우스(20) 외부에 배치된 배수탱크(37)로 배수될 수 있다. 여기서 배수홀(31)은 소정 간격(일례로 약 2-3m 정도)으로 이격되게 복수 개가 구비될 수 있다.

이에 따라 본 발명은 냉각모듈(100) 후단에서 누수되거나 비산되는 물을 제거하여 냉각시스템의 운영의 안정성을 증대시킬 수 있다.

배수연결관(33)은 제1 배수라인(34)과 제2 배수라인(35)을 포함할 수 있다. 제1 배수라인(34)은, 상기 배수홀(31)과 연결되고 상기 배수홀(31)에서 멀어지는 방향으로 하향 경사지게 형성될 수 있다. 제2 배수라인(35)은 상기 제1 배수라인(34)과, 배수된 냉각수를 저장하는 배수탱크(37)를 연결될 수 있다.

구체적으로, 제1 배수라인(34)은 배수홀(31)에 직접 연결될 수 있고, 배수홀(31)에서 멀어지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 이에 따라 배수홀(31)을 통해 제1 배수라인(34)을 유입된 냉각수를 제2 배수라인(35) 측으로 원활하게 흐르게 할 수 있다.

여기서 제2 배수라인(35)은 필터하우스(20) 외부에 연결될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 제1 배수라인(34)과 배수탱크(37)를 연결할 수 있다면 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 냉각모듈(100)이 횡방향과 종방향으로 복수로 배열되는 경우에는 하나의 제2 배수라인(35)에 복수의 제1 배수라인(34)이 연결될 수 있다.

이와 같은 제1 배수라인(34)의 경사진 형태에 의해 냉각모듈(100) 후단의 압력이 대기압보다 낮은 경우에도 배수되는 물이 충분히 빠지도록 할 수 있다.

또한, 제2 배수라인(35)의 출구(36)는 공기유입구(311)보다 낮은 위치에 위치할 수 있다. 냉각모듈(100)이 상하로 적층되는 경우, 제2 배수라인(35)의 출구(36)는 가장 하부에 구비되는 냉각모듈(100)의 공기유입구(311)보다 낮은 위치에 배치될 수 있다.

구체적으로, 냉각모듈(100)의 패드프레임의 공기유입구(311)로 외부공기가 흡입되는 되는 경우, 흡입공기(A)가 유입되는 공기유입구(311) 측(도 1의 I 영역)은 흡입공기(A)가 집중되므로 필터하우스(20) 내부보다 압력이 높고, 유입되는 흡입공기(A)의 유속이 발생한다. 따라서, 제2 배수라인(35)의 출구(36)가 공기유입구(311)에 인접하게 위치하는 경우 즉, 제2 배수라인(35)이 짧게 형성되는 경우 흡입공기(A)의 압력과 유속에 의해 제2 배수라인(35)으로 배수된 누수가 다시 제1 배수라인(34)으로 유입되는 문제가 발생할 수 있다.

이에 본 발명에 따른 제2 배수라인(35)은 출구(36)가 공기유입구(311)보다 낮은 위치 즉 흡입공기(A)가 유입되는 부분(도 1의 I 영역)을 회피하게 배치됨으로써 제2 배수라인(35)으로 유입된 물을 자연스럽게 배수탱크(37)로 자유낙하시킬 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 흡입공기(A) 냉각시스템(10)은 실링부(50)를 더 포함할 수 있다. 실링부(50)는, 흡입공기(A)가 냉각모듈(100)로 유입되도록, 냉각모듈(100)과 필터하우스(20) 사이와, 냉각모듈(100)과 지지부재(23) 사이를 실링할 수 있다.

구체적으로, 냉각모듈(100)과 냉각모듈(100)의 주변 구조물(예를 들어 필터하우스(20) 내부 또는 지지부재(23) 등) 사이에 틈이 발생하는 경우, 이러한 틈으로 흡입공기(A)가 유입되어 냉각시스템의 기화효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 실링부(50)는 냉각모듈(100)과 필터하우스(20) 사이와, 냉각모듈(100)과 지지부재(23) 사이를 기밀하여, 흡입공기(A)의 대부분이 냉각모듈(100)의 공기유입구(311)로 유입되도록 함으로써, 흡입공기(A) 냉각시스템(10)의 냉각효율을 높일 수 있다.

더욱 구체적으로, 실링부(50)는 제1 실링패드(51)와 제2 실링패드(52)를 포함할 수 있다. 또한, 실링부(50)는 제3 실링패드(미도시)를 더 포함할 수 있다.

제1 실링패드(51)는 급수프레임(210)의 상면에 구비되어 필터하우스(20) 또는 지지부재(23)에 밀착될 수 있다. 또한, 제2 실링패드(52)는 배수프레임(410)의 하면에 구비되어 필터하우스(20) 또는 지지부재(23)에 밀착될 수 있다.

구체적으로 냉각모듈(100)이 복수로 적층되는 경우에, 최상위층의 냉각모듈(100)에 구비된 제1 실링패드(51)는 냉각모듈(100)과 필터하우스(20) 내면 사이를 실링할 수 있고, 중간층의 냉각모듈(100)에 구비된 제2 실링패드(52)는 냉각모듈(100)과 지지부재(23)의 하면 사이를 실링할 수 있다.

또한, 최상위층의 냉각모듈(100)에 구비된 제2 실링패드(52)는 냉각모듈(100)과 필터하우스(20) 내면 사이를 실링할 수 있고, 중간층의 냉각모듈(100)에 구비된 제2 실링패드(52)는 냉각모듈(100)과 지지부재(23)의 상면 사이를 실링할 수 있다.

제3 실링패드는, 급수프레임(210)과 패드프레임(310) 및 배수프레임(410)의 측면에 구비되어 필터하우스(20) 또는 이웃하는 냉각모듈(100)에 밀착될 수 있다.

구체적으로 냉각모듈(100)이 수평방향으로 복수 개가 배열되는 경우, 최외측의 냉각모듈(100)에 구비된 제3 실링패드는 냉각모듈(100)과 필터하우스(20) 내면 사이를 실링할 수 있고, 중간에 설치되는 냉각모듈(100)에 구비된 제3 실링패드는 냉각모듈(100) 사이를 실링할 수 있다.

이와 같은 제1 실링패드(51)와 제2 실링패드(52) 및 제3 실링패드에 의해, 냉각모듈(100)의 상하, 좌우가 모두 기밀될 수 있다. 따라서, 필터하우스(20)로 유입되는 흡입공기(A)의 대부분이 냉각모듈(100)의 공기유입구(311)로 유입됨으로써 냉각 효율이 증대될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 냉각모듈과 이를 포함한 흡입공기 냉각시스템은, 냉각모듈의 폭이 길어짐에 따라 냉각모듈이 어느 한쪽으로 기울어지게 설치된 경우에도, 냉각패드부에 냉각수를 균일하게 공급할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 냉각모듈 후단의 압력이 대기압보다 낮은 경우에도 배수되는 물이 충분히 빠지도록 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 냉각모듈과 필터하우스 사이와, 냉각모듈과 지지부재 사이를 기밀하여, 흡입공기의 대부분이 냉각모듈의 공기유입구로 유입되도록 함으로써, 흡입공기 냉각시스템의 냉각효율을 높일 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.

10: 흡입공기 냉각시스템 20: 필터하우스
21: 필터 23: 지지부재
30: 후단배수부 31: 배수홀
33: 배수연결관 34: 제1 배수라인
35: 제2 배수라인 36: 출구
37: 배수탱크 50: 실링부
51: 제1 실링패드 52: 제2 실링패드
100: 냉각모듈 200: 급수부
210: 급수프레임 220: 분사배관
221: 수용공간 221a: 제1 공간
221b: 제2 공간 220a: 제1 분사배관
220b: 제2 분사배관 223: 분사노즐
230: 급수홀 231: 제1 급수홀
232: 제2 급수홀 250: 분리벽
260: 배관부재 260a: 메인 급수배관
261: 제1 급수배관 262: 제2 급수배관
270: 밸브부재 271: 제1 밸브
272: 제2 밸브 281: 분배판
282: 연통구 300: 냉각패드부
310: 패드프레임 311: 공기유입구
313: 공기유출구 330: 냉각패드
400: 모듈배수부 410: 배수프레임
420: 홈통 430: 배수공
A: 흡입공기 B: 냉각공기

Claims

냉각수를 공급하는 냉각수 공급원과 연결된 급수부; 및,
상기 급수부에서 공급되는 냉각수를 흡수하여, 유입되는 흡입공기를 냉각시키는 냉각패드부를 포함하고,
상기 급수부는,
상기 냉각패드부의 상측에 설치되는 급수프레임;
상기 급수프레임의 내부에 구비되고, 상기 냉각패드부로 냉각수를 분사하는 복수의 분사노즐이 형성되며, 공급된 냉각수를 수용하는 분리된 복수의 수용공간을 구비하는, 분사배관;
상기 분사배관의 상기 냉각수 공급원과 연결되고 상기 분사배관과 연통되게 상기 급수프레임에 구비되어 상기 분사배관에 냉각수를 공급하되, 서로 분리된 복수의 상기 수용공간에 각각 연결되는 복수의 급수홀;
상기 급수부와 상기 냉각패드부가 기울어진 경우에도 상기 분사배관에서 상기 냉각패드부로 냉각수를 균일하게 분사하도록, 상기 분사배관의 내부에 구비되고 상기 분사배관의 내부를 복수의 상기 수용공간으로 분리하는 분리벽;
상기 분리벽에 의해 분리된 각각의 상기 수용공간에 냉각수를 개별로 공급하도록 상기 냉각수 공급원과 복수의 상기 급수홀을 각각 연결하는 복수의 배관부재; 및,
복수의 상기 배관부재에 각각 연결되어, 분리된 각각의 상기 수용공간에 공급되는 냉각수의 공급량을 개별로 제어하는 복수의 밸브부재를 더 포함하고,
상기 밸브부재에 의해 공급되도록 제어되는 냉각수의 공급량은, 상기 급수부와 상기 냉각패드부를 설치한 후 설치 환경을 고려하여 설정되는, 냉각모듈.
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제1항에 있어서,
상기 분리벽은 상기 분사배관의 가운데에 구비되어 상기 수용공간을 제1 공간과 제2 공간으로 분리하고,
상기 배관부재는, 상기 제1 공간에 구비된 상기 급수홀인 제1 급수홀과 상기 냉각수 공급원을 연결하는 제1 급수배관과, 상기 제2 공간에 구비된 상기 급수홀인 제2 급수홀과 상기 냉각수 공급원을 연결하는 제2 급수배관을 포함하고,
상기 밸브부재는 상기 제1 급수배관에 연결된 제1 밸브와 상기 제2 급수배관에 연결된 제2 밸브를 포함하는 냉각모듈.
제4항에 있어서,
상기 제1 급수배관과 상기 제2 급수배관은 분리되고,
상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브는, 상기 제1 급수홀과 상기 제2 급수홀을 통해 기설정된 공급량을 공급하도록 상기 제1 급수배관과 상기 제2 급수배관의 유량을 제어하는 제어밸브로 마련되는, 냉각모듈.
제4항에 있어서,
상기 급수부는, 상기 제1 급수배관과 상기 제2 급수배관이 분리되고, 상기 제1 급수배관으로 기설정된 공급량을 공급하도록 유량을 조절하는 제1 펌프와, 상기 제2 급수배관으로 기설정된 공급량을 공급하도록 유량을 조절하는 제2 펌프를 포함하고,
상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브는 상기 제1 급수배관과 상기 제2 급수배관을 개폐하는 개폐밸브로 마련되는, 냉각모듈.
제1항에 있어서,
상기 냉각패드부는,
상기 급수프레임의 하측에 결합되고 흡입공기가 유입되는 공기유입구와 냉각된 공기가 유출되는 공기유출구가 마련되는 패드프레임; 및,
상기 패드프레임의 내부에 수용되고 흡입공기가 통과하도록 복수의 공극을 가진 스펀지 형태를 포함하는 냉각패드를 구비하는 냉각모듈.
제7항에 있어서,
상기 패드프레임의 하측에 결합되는 배수프레임과, 상기 배수프레임에 구비되고 상기 냉각패드와 연통되어 상기 냉각패드에서 흡수한 냉각수가 배수되는 홈통과, 상기 배수프레임에 관통 형성되어 상기 홈통의 냉각수를 외부로 배수하는 배수공을 포함하는 모듈배수부를 더 포함하는 냉각모듈.
가스터빈의 입구에 설치되고 흡입공기가 유입되는 필터하우스;
상기 필터하우스의 내부에 구비된 지지부재의 상면에 안착되고, 냉각수를 공급하는 냉각수 공급원과 연결된 급수부와, 상기 급수부에서 공급되는 냉각수를 흡수하여 유입되는 흡입공기를 냉각시키는 냉각패드부를 포함하는 냉각모듈을 포함하고,
상기 급수부는,
상기 냉각패드부의 상측에 설치되는 급수프레임;
상기 급수프레임의 내부에 구비되고, 상기 냉각패드부로 냉각수를 분사하는 복수의 분사노즐이 형성되며, 공급된 냉각수를 수용하는 분리된 복수의 수용공간을 구비하는, 분사배관;
상기 분사배관의 상기 냉각수 공급원과 연결되고 상기 분사배관과 연통되게 상기 급수프레임에 구비되어 상기 분사배관에 냉각수를 공급하되, 서로 분리된 복수의 상기 수용공간에 각각 연결되는 복수의 급수홀;
상기 급수부와 상기 냉각패드부가 기울어진 경우에도 상기 분사배관에서 상기 냉각패드부로 냉각수를 균일하게 분사하도록, 상기 분사배관의 내부에 구비되고 상기 분사배관의 내부를 복수의 상기 수용공간으로 분리하는 분리벽;
상기 분리벽에 의해 분리된 각각의 상기 수용공간에 냉각수를 개별로 공급하도록 상기 냉각수 공급원과 복수의 상기 급수홀을 각각 연결하는 복수의 배관부재; 및
복수의 상기 배관부재에 각각 연결되어, 분리된 각각의 상기 수용공간에 공급되는 냉각수의 공급량을 개별로 제어하는 복수의 밸브부재를 더 포함하고,
상기 밸브부재에 의해 공급되도록 제어되는 냉각수의 공급량은, 상기 급수부와 상기 냉각패드부를 설치한 후 설치 환경을 고려하여 설정되는, 흡입공기 냉각시스템.
제9항에 있어서,
상기 냉각모듈의 후단의 상기 지지부재에 관통 형성되는 복수의 배수홀과, 상기 배수홀에 연결되어 상기 필터하우스의 내부의 물을 외부로 배출시키는 배수연결관을 구비하는 후단배수부를 더 포함하는, 흡입공기 냉각시스템.
제10항에 있어서,
상기 배수연결관은,
상기 배수홀과 연결되고 상기 배수홀에서 멀어지는 방향으로 하향 경사지게 형성된 제1 배수라인; 및,
상기 제1 배수라인과, 배수된 냉각수를 저장하는 배수탱크를 연결하는 제2 배수라인을 포함하는, 흡입공기 냉각시스템.
제11항에 있어서,
상기 냉각패드부는 흡입공기가 유입되는 공기유입구를 포함하고,
상기 제2 배수라인의 출구는, 냉각수의 배수가 상기 공기유입구로 유입되는 흡입공기의 영향을 받지 않도록, 상기 공기유입구보다 낮은 위치에 위치하는, 흡입공기 냉각시스템.
제9항에 있어서,
흡입공기가 상기 냉각모듈로 유입되도록, 상기 냉각모듈과 상기 필터하우스 사이와, 상기 냉각모듈과 상기 지지부재 사이를 실링하는 실링부를 더 포함하는, 흡입공기 냉각시스템.
제13항에 있어서,
상기 냉각모듈은, 상기 급수부에 구비된 급수프레임과, 상기 냉각패드부에 구비되고 내부에 냉각패드가 수용되며 상기 급수프레임의 하측에 결합되는 패드프레임과, 상기 패드프레임의 하측에 결합되고 상기 냉각패드에서 배수되는 냉각수가 수용되는 배수프레임을 더 포함하며,
상기 실링부는, 상기 급수프레임의 상면에 구비되어 상기 필터하우스 또는 상기 지지부재에 밀착되는 제1 실링패드와, 상기 배수프레임의 하면에 구비되어 상기 필터하우스 또는 상기 지지부재에 밀착되는 제2 실링패드를 포함하는, 흡입공기 냉각시스템.
제14항에 있어서,
상기 실링부는, 상기 급수프레임과 상기 패드프레임 및 상기 배수프레임의 측면에 구비되어 상기 필터하우스 또는 이웃하는 냉각모듈에 밀착되는 제3 실링패드를 더 포함하는, 흡입공기 냉각시스템.
제9항에 있어서,
상기 급수부는,
상기 냉각패드부의 상측에 설치되는 급수프레임;
상기 급수프레임의 내부에 구비되고, 상기 냉각패드부로 냉각수를 분사하는 복수의 분사노즐이 관통되며, 공급된 냉각수를 수용하는 분리된 복수의 수용공간을 구비하는, 분사배관; 및,
상기 분사배관의 분리된 각각의 상기 수용공간으로 냉각수를 공급하도록, 상기 분사배관과 연통되게 상기 급수프레임에 구비되고 상기 냉각수 공급원과 연결되는 급수홀을 포함하는, 흡입공기 냉각시스템.
제9항에 있어서,
상기 냉각모듈은, 상기 필터하우스의 내부에, 종방향 또는 횡방향 중 적어도 한 방향으로, 다수 개가 적층되어 설치되는, 흡입공기 냉각시스템.
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