KR940011341B1

KR940011341B1 - 공기 예비냉각방식 및 장치

Info

Publication number: KR940011341B1
Application number: KR1019920007441A
Authority: KR
Inventors: 더블유. 스미스 글렌; 디. 맥크로스키 윌리암; 이. 케이트 로버트
Original assignee: 암스테드 인더스트리즈 인코포레이티드; 오. 제이. 소프라노스
Priority date: 1991-05-03
Filing date: 1992-05-01
Publication date: 1994-12-05
Also published as: AU645457B2; JPH05133244A; US5193352A; MX9202043A; AU1283392A; KR920021854A; BR9201115A; JP2504663B2; CA2060999C

Abstract

내용 없음.

Description

공기 예비냉각방식 및 장치

제1도는 가스터빈으로 도시된 공기 소모장치에 연결된 공기 예비냉각 시스템의 바람직한 실시예를 도시한 계통도.

제2도는 증발하여 냉각된 공기를 가스터빈에 갖춰진 압축실의 공기 유입구로 이송하기 위한 공지된 증발식 냉각 장치를 도시한 구성도.

제3도는 제1도에 도시된 장치의 여러구성품을 통하여 대기가 냉각되는 몇가지의 냉각흐름통로를 도시한 계통도.

제4도는 제1도에 도시된 시스템의 제1작동모드를 도시한 구성도.

제5도는 제1도에 도시된 시스템의 제2작동모드를 도시한 구성도.

제6도는 제1도에 도시된 시스템의 제3작동모드를 도시한 구성도.

제7도는 제1도에 도시된 시스템의 제4작동모드를 도시한 구성도.

제8도는 제1도에 도시된 시스템으로 제2도에 도시된 종래방식을 사용할 수 있음을 나타내는 제5작동모드를 도시한 구성도.

제9도는 건조공기 1파운드(pound)당 수증기량의 함수로서 건구온도(dry bulb air temperature)의 관계와, 습구온도(wet-bulb temperature), 엔탈피(enthalpy), 이슬점(dew-point), 상대습도(humidity) 및, 비체적(specific volume)의 관계를 도시한 측정선도.

제10도는 압축실 유입온도의 함수로서 가스터빈의 KW 출력성능과 열소비율을 도시한 그래프도.

제11도의 제1도의 시스템에서 얼음(ICE)을 제조하기 위한 유체 흐름통로를 도시한 계통도.

제12도는 제1도의 시스템에서 작동유체와 공기의 흐름통로를 도시한 계통도.

제13도는 가스터빈의 압축실로 연속적으로 공기를 공급하고, 열저장 유니트를 동시 냉각작동을 수행하는 다른 실시예를 도시한 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 공기냉각 시스템 12 : 직접 접촉식 냉각장치(DDC)

16 : 간접 증발식 냉각장치(IEC) 18 : 재가열코일

20 : 가스터빈 30 : DCC유니트

36 : 수조 40 : 연결도관

50 : IEC코일 56, 68 : 펌프(pump)

62 : 냉동장치(IMP) 71, 90 : 서어보 장치

80 : 밸브 102 : 도관

110 : 팬(fan) 112 : 구동모터

120 : 제어기 146, 148 : 검지기

170 : 제2냉각탑 174 : 도관

본 발명은 가스터빈(Gas turbine) 및 그 밖의 공기 흡입장치에 사용되는, 특히 가스터빈에 사용되는 유입공기의 예비냉각 장치와 방법에 관한 것이다. 보다 상세히는, 다수개의 선택가능한 변경모드(alternative modes)를 갖춘 예비냉각 시스템에 관한 것으로, 가스터빈으로 공급된 유입고기(inlet air)의 온도를 대기온도 이하로 낮추고; 가스터빈의 압축실로 공급된 유입공기의 습도(humidity)를 감소시키거나 조절하며; 가스터빈의 압축실로 공급되는 공기의 밀도(density)를 증가시킨다.

일반적으로 가스터빈은 공기 유입구, 압축실, 연소실, 터빈 및 배기구를 낮추고, 유입되는 공기를 압축하여 연료와 혼합한 다음 연소실에서 상기 공기-연료의 혼합물을 착화시킴으로서 고온의 가스를 생성하여 터빈을 구동시킨다. 그리고 가스터빈은 차량, 항공기의 추진력을 생성시키기 위해 사용되고, 또한, 발전설비 분야에서는 전기를 생성하기 위해 특히, 최고 전력소비기간중에 발전기에 연결되어 전력을 생산한다. 전력 생산에 사용되는 가스터빈, 또는 가스터빈식 발전기는 특히, 하절기동안 발전설비(화력발전 및 수력발전)의 부족량을 보충하기 위하여 사용되고, 에어콘 사용에 따른 증가된 전력수요가 요구되는 혹서기(very hot days)에 최대 전력 수요를 충족하기 위해 빈번히 사용된다. 또한 가스터빈식 발전기는 규모가 작은 소형설비에 대해서는 주발전 시스템으로도 사용되고, 또한 보조발전설비로도 사용된다. 그러나, 가스터빈식 발전기의 KW 정력출력(output rating) 또는 열효율(Thermal efficiency)은 가스터빈식 발전기로 공급되는 유입공기의 온도와 반비례한다. 즉, 가스터빈식 발전기는 유입공기의 온도가 화씨 95℉(35℃)일 경우, 화씨 20℉(-7℃) 보다는 현지히 비효율적이고, 이러한 사실은 수년동안 터빈 업계에 잘 알려진 기술이다.

여러가지 장치와 방법이 가스터빈식 발전기로 공급되는 유압공기의 온도를 감소시키기 위해 활용되어 가스터빈식 발전기의 출력에 가해지는 영향 또는 불이익을 최소화시키도록 개발되어 있다. 그러나, 발전기의 출력을 증가시켜야 한다는 요구가 빈번하게 최고 전력 사용시기에 제기되는 것이고, 냉방에 사용되는 최대 소비전력이 요구되는 혹서기는 불행히도 가장 높은 대기온도의 기간인 것이다. 따라서, 가스터빈의 압축실로 공급되는 유입공기의 온도를 낮추기 위해 필요한 증가된 전력과 경비는 종종 비경제적인 것이고, 또한 유입공기의 온도를 낮추기 위해 필요한 상승된 전력비용이 가스터빈식 발전기의 출력에서 얻을 수 있는 잠재적인 이득(gains) 보다도 크게 될 수 있는 것이었다.

상기와 같은 이유 때문에 발전설비업계는 계속적으로 가스터빈에 공급되는 유입공기의 온도를 보다 저렴한 비용으로 낮출 수 있는 방법과 장치를 찾고자 노력하는 중이다.

가스터빈의 유입공기 온도를 낮추기 위해 자주 사용되는 공기 냉각장치는 가스터빈의 유입구 전방에 부착된 배관 연결형 증발식 냉각기이고, 직접 증발 냉각(DEC)장치(direct evaporative cooling apparatus)로서 작동한다. 그러나, 상기 직접 증발냉각장치를 통한 온도감소 효과는 단지 건구/습두 온도차의 대략 85%에 해당하는 것이다. 더욱더 중요한 것은, 대기의 상대습도(relative humidity)가 75% 이하로 양호하게 유지되지 못하면, 바람직하게는 20 내지 60% 사이에 유지되지 못하면 별다른 효과를 얻지 못하는 것이다. 예를들면, 건구온도 화씨 약 95℉(35℃)와 습도온도 화씨 약 78℉(25℃)인 대기는 단지 건구온도 화씨 약 80.5℉(27℃)까지만 낮아질 수 있는 것이다. 또한, 상기와 같이 온도가 낮아진 공기의 상대습도는 90% 이상으로 되어 실제로는, 급격한 온도 변화도중에 물입자(water particle)를 포집한 포화수로 되어 상기 물입자가 터빈 날개에 충격을 주고 침식시키거나 또는 손상을 가하게 되는 것이다.

비록, 가스터빈에서는 냉각된 또는 저온의 유입공기가 바람직하고, 상기에서 설명한 바와같이, 가스터빈식 발전기의 성능향상에 도움을 주지만, 특별한 저온의 공기온도를 선택하는 경우 가스터빈식 발전기의 출력성능에 영향을 준다. 터빈의 압축실로 공급되는 유입공기의 온도는 화씨 32℉(0℃) 이상으로 유지되어야만 압축실의 날개(blades)에 얼음 생성물 방지하게 되고, 이러한 이유는 상기와 같이 냉각된 유입공기가 100%의 상대습도로 유지되거나, 또는 공기 냉각과정에서 생성된 수분을 포함하고 있기 때문이다. 또한, 압축실의 유입구에서 공기의 속도가 매우 빠르게 높아지기 때문에 물 4inch에 해당하는 공기의 정압강하(static pressure drop)를 초래하여 추가적인 온도강하와 수분응축의 결과를 초래할 수 있다.

따라서, 대략 화씨 47℉(7℃)와 85%의 상대습도를 갖추도록 냉각시킴이 바람직하고, 보다 유익하며, 이와같이 냉각된 공기로서 가스터빈의 개선된 작동특성을 유지하면서 공기온도와 습도의 변화를 보다 용이하게 수용할 수 있게 된다. 가스터빈 사용에 대한 유입공기의 냉각효과와 상대적인 선택방식들이 1990년 벨기에(Belgium)의 브뤼셀(Brussels)에서 "Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition"에 제출된 "Options in Gas Turbine Power Augmentation Using Inlet Air Chilling"의 논문에 개시되어 있다.

냉각탑(a cooling tower)은 냉각장치와 관련된 친숙한 기계구조이고, 일반적으로 열을 대기로 방산하는 유체(물) 재순환 장치이다.

상기 냉각탑은 일반적으로 유체 회로(fluid circuit)내에 열교환장치를 갖추고, 작동유체가 상기 열교환기를 통해 재순환되어 펌프에 의해 냉각탑으로 복귀되며, 중력에 의해 열교환 매체(heat-exchange media)로 공급된다. 상기 재순환식 냉각탑과 열교환기의 구성은 열과 수증기를 주변의 공기로 발산하고, 이때 상당량의 냉각 유체가 증발하기 때문에 보통 보충수 공급시스템(a make up water system)을 갖추고 있다.

직접 증발식 냉각 시스템에서는, 공기 냉각 및 가습장치가 공기를 공기세정 장치와도 같은 직접 열교환 공기-대-물(air-to-water) 매체로 순환시킴으로서, 연속적으로 재순환하는 냉각수속으로 공기가 통과할 때 일반적으로 냉각 및 가습효과가 발생하게 된다. 이러한 과정은 등엔탈피(constant enthalpy process)이고, 어떠한 증발현상도 공기로부터 열을 필요로 하게되며(즉, 온도강하), 재순환하는 물의 온도가 이와함께 유입되는 공기의 습구온도까지 감소된다. 일정시간후에 재순환하는 물은 다소의 펌프에너지에 의한 가열현상이 있었다 하여도, 대략 순수한 증발 현상으로 인하여 공기의 습구온도에 해당하는 온도를 얻게된다. 증발식 냉각기는 냉각탑에 사용되었던 것과 같은 열교환기를 사용하지 않고, 건구온도까지 낮아진 배출공기는 필수적으로 습기가 포화된 상태, 즉 90% 이상의 상대습도를 일반적으로 갖추게 된다. 그러나, 증발식 냉각기로부터 다른 장치로 이동되는 냉각공기내에 함유된 수분은 공기온도가 강하될때 결빙(freezing)되지 않아야만 하고, 따라서, 유입건구온도는 최소 화씨 40°(4.5℃) 정도로, 화씨 32°(0℃) 이상으로 양호하게 유지되어야만 한다. 비록, 증발식 냉각기가 무더운 날씨에는 찬공기를 배출시키지 못할지라도, 대기가 찬 날씨에는 직접 증발식 냉각시스템으로부터 배출되는 공기는 차갑게 될 것이고, 습포화공기(moisture saturated air)를 가스터빈의 유입구로 이송시키기 전에 상기 공기를 재가열할 필요가 있을 것이며, 이러한 재가열 작동은 하류(downstream)에 설치된 장치에서 수분의 결빙현상을 방지하기 위해 습도를 조절하고, 어떠한 물방울도 추가적으로 증발시키게 된다.

직접 증발 냉각(DEC) 장치에서 냉각유체의 온도를 분리된 구조에서 얼음-물 등에 의해 유입공기의 습구온도 이하로 낮추게 되면, 배출되는 공기의 온도를 대기의 습구온도 이하로 더욱 낮출 수 있게 된다. 직접 증발냉각장치로부터 배출되는 물의 온도가 유입공기의 이슬점(dew-point) 이하로 낮아진 경우에는, 공기의 온도를 습구온도 이하로 낮추면서 탈습(dehumidification) 효과도 얻을 수 있게 된다. 상기 배출되는 물의 최종 온도는 외부로 빼앗긴 열의 량과, 공기 세정장치를 통과한 물의 량에 따를 것이다. 그러나, 공기의 건구온도가 대기의 이슬점 상태 이하로 낮아질때에는, 수분이 상기 공기로부터 응축될 것이다. 따라서, 직접 증발냉각장치에서 냉각유체(일반적으로 물)의 온도를 일정한 체적의 물의 흐름을 유지하면서 이슬점 이하의 온도로 낮추게 되면 상기 직접 증발 냉각장치를 통해 흐르는 공기의 습구온도와 건구온도를 이슬점 이하로 낮출 수 있게 될 것이다. 그러나, 바람, 온도 및 습도등의 대기의 변수(parameters)가 기상변화에 따라서 매우 빠르게 변동할 수 있기 때문에, 직접 접촉냉각장치(즉, DEC-얼음, 물 및 열-제거연결식장치)의 열전달 특성에 영향을 주게되면 대략 화씨 35℉(2℃) 또는 그 이하까지 배출공기의 과냉(excessive chilling) 현상을 초래함으로서, 예를들면, 터빈의 유입원추부에서 형성되는 저압 영역에 결빙현상을 유발할 수도 있는 것이다. 따라서, 가스터빈의 유입구에 공급되는 배출공기를 확실하게 제어된 최소 온도와 확실한 최소 상대습도서 제공하는 보조장치가 요구될 것이다.

비록, 가스터빈내에서 사용되는 유입공기를 냉각시킴으로서 가스터빈의 효율과 작동성능을 향상시킨 것으로 알려졌지만, 냉각된 유입공기는 제어가능하고, 효과적이며, 경제적이고, 또한 최고부하 작동 상태에서 원치않는 보조동력의 소모없이 제공되어야만 하는 것이다. 바람직한 터빈의 유입공기 "품질(quality)"은 대기의 습구온도와 건구온도 사이의 차이(differential)와, 필요한 유입공기의 상대습도, 계기압력(barometer pressure) 및, 공기 밀도의 전체적인 변화(Overall Change)에 따른다. 이러한 모든 변수들은 낮아진 공기 온도의 특성을 반영하고, 가스터빈의 작동에 영향을 준다. 따라서, 가스터빈에 낮아진 온도로서 제공되는 전체 공기 유량(a mass flow rate of air)을 정할때에는 상기와 같은 모든 변수들을 고려함이 필요한 것이다.

여러가지 공기 상태에 대한 정확한 특성 또는 필요한 공기 온도 및/또는 습도가 측정선도에 도시되어 있고, 기압계 및 습도계의 판독 수치로서 공기의 열-물리적 특성(termo-physical properties)를 나타내는 반 경험적 상관관계(semi-empirical relations)를 도시하고 있다. 상기 습도계는 공기의 습구온도 및 건구온도를 측정하는 기구이다.

상기 측정선도는 공기-수증기 혼합체의 여러가지 특성, 즉, 습도, 이슬점, 엔탈피, 비체적 및 수증기압등을 계기압력과 습도계에 의해 얻어진 온도의 함수로서 쉽게 결정하도록 제작된 계산도표(nomograms)이다. 따라서, 상기 예(example)에서 제시된 가스터빈에 사용되는 유입공기의 설계온도 화씨 45℉(7℃)와 85%의 상대습도는 가스터빈 날개의 잠재적인 결빙현상을 최소화하고, 예기치 못한 기상변화를 수용하면서 적절한 상대습도에서 합리적인 작동온도를 제공하게 된다. 유입공기 혼합체의 제어동작은 직접 증발장치 또는 냉각탑을 사용함으로서 이루어지지는 않는다. 그 이유는, 상기 냉각탑을 통해 흐르는 공기는 대략 대기의 습구온도에 해당하는 온도로 낮아질 수 있지만, 한편으로는 수분으로 포화될 것이기 때문이다. 상기와 같은 후자(latter)의 상태는 공기 흐름중에 포집된 물방울들을 추가적으로 증발시키지 못하게 되어 터빈 날개를 손상시키게 된다.

따라서, 터빈으로 유입되는 공기의 습도를 조절하여 물방울이 직접 증발 냉각장치로부터 터빈의 유입구로 이동되는 잠재적인 위험성을 최소화시키는 것이 바람직하다. 최대 85%의 상대습도를 갖춘 공기는 직접 증발 냉각장치의 배출구에서 터빈의 유입구 사이에 형성되는 공기 통로에서 추가적으로 상기 물방울들을 증발시키게 된다.

Raymond Cohen에 의해 작성된 논문 "Advances in Technology With Potential for Air Conditioning and Refrigeration"에서는, 대체 가스터빈용 공기증강장치가 제공되었는바, 상기 장치는 전력최고 수용시기가 아닌때에 작동되는 냉동 시스템으로부터 얼음을 제조하기 위해 사용되는 동일한 유체를 사용하는 글리콜/물 용액(Glycol/water solution)에 의해 냉각되는 날개달린 튜브형 폐쇄회로 냉각 코일을 사용하는 구조이다. 상기 냉각 코일을 통과한 공기는 온도가 공칭기준온도 화씨 90℉(32℃)로부터 대략 화씨 60℉(16℃)로 낮아지게 되어 전력(electric power)을 발생시키는 발전기에 연결된 가스터빈으로 분사 또는 공급된다. 최고전력수요시기가 아닌때에 작동가능한 냉각시스템은 최고 전력수요시기를 피하여 얼음(ice)을 제조하고 제공한다. 상기 저장된 얼음은 터비니 작동도중에 상기 가스터빈으로 유입되는 공기의 온도를 낮추기 위하여 냉각코일내부의 냉각유체 온도를 낮추도록 사용된다. 그러나, 상기 시스템은 상대습도를 조절할만한 아무런 수단도 갖추고 있지 못하고, 날개 코일형 열교환기의 높은 외부 정압 손실방식과, 그와 관련된 종점 온도편차(terminal temperature difference)를 요구하며, 공기온도의 감소와 다양한 여러가지 작동모드의 선택없이 시스템의 일단계 작동만으로 이루어지기 때문에 제한되는 것이다.

Schlom et al에게 부여된 미국특허 제4,137,058호는 터빈의 압축실로 유입되는 가스를 냉각시키기 위하여 젖은(wet)측면과 건조된(dry) 측면을 갖춘 벽(walls)을 포함하는 간접 증발식 열교환기를 제공한다. 상기 열교환기는 동력터빈의 압축실 유입구와 내부 냉각기(intercooler)에 연결된 상기 벽들의 각 측면에 저온의 건조공기흐름과, 저온의 습한 공기흐름(a cool moist air stream)을 제공한다. 상기와는 다른 실시예에서는, 간접 증발식 냉각유니트가 일렬로 다수개 연결되어 유입공기로서 저온의 건조공기를 첫번째의 유니트로부터 두번째의 간접 증발식 냉각장치의 젖은 측면과 건조측면 모두에 공급한다. 두번째의 간접 증발식 냉각장치로부터 배출되는 매우 낮은 온도의 습한 공기는 첫번째의 간섭 증발유니트로부터 배출되는 저온의 습한 공기와 혼합되고, 2단 가스 압축시스템의 내부 냉각기에 사용된다.

상기에서 얻어지는 저온의 건조공기는 유입공기로서 가스터빈의 공기 압축실에 사용된다. 3번째의 실시예에서는, 상기 저온의 건조공기 흐름과, 간접 증발식 냉각장치로부터 방출된 저온의 습한 공기흐름이 서로 혼합되어 유입공기 흐름으로서 터빈의 공기 압축실로 이동되지만, 그러나, 상기 제3실시예에서는 저온의 공기가 내부냉각기로 공급되지는 않는다. 마지막 실시예에 있어서는 상기 간접 증발식 냉각장치로부터의 저온의 건조공기 흐름이 간접 증발식 냉각장치의 젖은 측면으로 유입되는 공기 흐름으로 사용되고, 결과적으로 매우 저온으로 추정되는 습한 공기가 터빈의 공기 압축실로 공급되는 유입공기로서 사용된다.

상기와 같이 공지된 공기 냉각장치는 기계적인 냉각장치, 증발식 공기 냉각장치 및 흡수식 냉각장치(absorption chillers)를 포함하고, 저온의 또는, 대기보다 현저히 낮은 유입공기의 온도를 가스터빈으로 공급하여 가스터빈의 효율과 출력성능을 향상시킨다. 그러나, 상기 장치는 특정온도에서 유입공기의 체적(volume) 중에 포집된 물방울을 제거하고, 공기 밀도 및 상대습도를 조절하는 문제점을 전혀 고려하지 않았고, 최고부하시기가 아닐때에 열저장용 얼음이 제작되고 얻어짐으로서 상기 얼음이 냉동압축기의 가동에 따른 전기 에너지를 필요로 하지 않으면서 최대부하 작동을 제공한다는 점을 고려하지 않은 것이다. 또한, 상기 장치들은 최초 생산단가가 높고, 경제적으로 작동시킬 수도 없으며, 자주 발전기와 연결된 가스터빈에 전기부하(electrical burden)를 부담시키는 것이다.

본 공기 냉각장치는 직접 증발식 냉각장치로서 다양한 변경 작동을 수행할 수 있는 직접 접촉식 냉각장치를 제공하고, 또한 보조 공기처리기구와 상호 작용하여 예비냉각시키며, 배출공기의 온도와 습도를 조절한다.

특히, 본 장치는 가스터빈에 연결되어 최대 부하시기중에 값비싼 압축기를 갖춘 큰 크기의 증기 압축시스템을 사용하거나 작동시킬 필요없이 낮은 온도의 공기를 공급할 수 있고, 상기 가스터빈은 발전기에 연결되어 사용된다.

이상조건(ideal condition)하에서는, 가스터빈에 사용되는 공기 예비냉각 시스템이 공기밀도가 최대로 증가되고 유입공기의 특성, 즉, 온도 및 상대습도등의 조절된 상태로 가스터빈에 유입공기를 제공한다.

상기 예비냉각 시스템은 가동비용(operating costs)을 최소화하고, 작동상태를 현재의 기상과, 생성시키는 부하의 변동에 일치시키면서 유입공기의 특성들을 체계화 하도록 여러가지 모드(various mode)에서 작동가능하다. 가스터빈이 연결된 발전기에 있어서는, 상기 발전기들이 수력, 원자력, 화력 또는 그밖의 발전수단에 의한 정상발전량을 보충하도록 자주 사용된다. 직접 접촉식 냉각장치와 상호 작용하는 열저장 장치, 간접 증발식 냉각장치 및 재가열 장치들을 최대부하시기가 아닌 시기에 작동함으로서 공칭단가(nominal cost)로 낮은 온도와 제어된 상대습도를 갖춘 냉각된 공기를 제공할 수 있음으로서, 어떠한 사용기간, 일반적으로 가스터빈식 발전기가 크게 요구되는 최고 부하기간중에도 높은 온도의 대기와 반응하는 냉매의 온도를 낮추도록 저온의 물질을 생성할 수 있게 된다. 상기 장치는 저온의 물질, 일반적으로 얼음(ice), 이러한 이유는 예비냉각 시스템의 작동도중에 짧은 시간동안 냉매(coolant)와 반응하여 12 내지 16시간의 긴 시간동안 생장되는 얼음을 제공하도록 상대적으로 적은 시스템을 수용할 수 있게 된다. 열저장 시스템의 경제성은 증가된 터빈의 KW 출력과 터빈효율의 증가에 의해서 향상되고, 임의의 수요자, 특히 경제적인 HVAC(가열 배기 및 공기조화) 작동을 의하여 고부하 또는 최고 부하기간중에 전력소모를 감소시키고자 하는 수요자에게 특히 혜택이 주어지도록 제공되는 여러가지 설비와 비교 가능하다.

상기 최고 부하 기간을 나타내는 시기는 하절기의 매우 높은 오후의 온도 기간중이고, 일부 지방에서는 절전조치도 초래하게 된다. 상기 절전상태에서는 만일 가능하다면 다른 발전설비로부터 전력을 구입하거나, 또는 낮아진 전압 출력방식 또는 그밖의 방식으로 이러한 고부하기간의 사용가능한 모든 동력들을 활용하게 된다. 결과적으로는 고부하기간중에 터빈의 유입공기 온도를 낮추도록 귀하고 보다 비싼 전력을 사용하는 것이 경제적으로 불합리하다는 것은 명백하다. 또한, 제어된 비율로서 열저장 시스템을 연속적으로 사용함으로서 터빈의 유입공기 온도를 낮출 수 있다는 주장이 일어날 수도 있다. 공기의 온도를 이슬점 이하로 낮춤으로서 얻어지는 불분명한 효과는 응축수, 즉, 본질적으로 광물질 성분이 제거된 물의 회수이고, 이는 질산화물(Nitrogen Oxide) 방출 제어에 있어서 가스터빈의 연소영역으로 분사됨으로서 활용가능하기 때문이다.

본발명은 배출공기의 온도를 대기온도 이하로 낮추고, 배출공기의 상대습도를 제어하며, 부수적으로 공기밀도를 증가시키면서, 포집된 수분 또는 물방울을 제어하도록된 공기 예비냉각 시스템을 제공한다.

상기 예비냉각 장치는 변경되는 공기흐름통로를 갖추어 대기 상태의 변화를 수용하면서, 사용자에게 유리한 변경의 유입공기 특성을 제공한다. 필요한 유입공기의 특성들은 시스템내에 갖춰진 여러 구성품들의 각각의 냉각 및 공기 이송능력의 활용에 따라서 얻어지고, 상기 구성품들은 배출공기의 온도, 상대습도, 및 결과적으로는 공기의 밀도를 변화시킬 수 있다. 특정 실시예에 있어서는, 하나의 냉각탑을 변경하여 사용하고 주간 사이클(a diurnal cycle)로 작동하는 열전달 사이클이 제공되어 하나의 구성품 이상으로 작동함으로서 장치의 구조적인 크기를 최소화 시킨다. 상기 공기 예비냉각 시스템은 공기온도를 낮추고, 대기에 대한 습도를 100%의 상대습도로 높이도록 작동 가능하다.

특히 주간시스템(a diurnal system)은 최대부하시기가 아닌 시기(off-peak)에 작동하는 얼음 생성 냉각장치(IMP)를 사용하여 얼음-물의 냉각유체 온도를 낮추고, 얼음을 생성시키며, 얼음을 저장하고, 직접 접촉식 열 및 질량(mass) 교환이 이루어지도록 얼음을 재가열하는 한편, 얼음-물이 공급되는 열전달매체가 냉각탑 및, 날개달린 코일군을 갖춘 간접 증발식 공기 냉각장치와 함께 공기흐름내에서 연속적으로 배열되고, 재가열코일군을 갖추어 상대적으로 저렴한 비용으로 가스터빈과도 같은 공기 소모장치에 사용되는 유입공기의 낮은 온도와 습도를 조절하게 된다. 얼음 냉각과 저장효과는 낮은 온도의 냉각유체 또는 물-얼음을 제공하여 가스터빈으로 공급되는 유입공기의 온도를, 냉각유체의 단순한 재순환만으로 얻을 수 있고 대기의 온도에 의해 제한받는 온도 이하로 실제 낮출 수 있게 된다.

이하, 본발명을 도면에 따라 상세히 설명한다.

가스터빈(20)등과 같은 공기 소모장치에 낮아진 저온의 공기를 공급하고자 하는 공기 냉각시스템(10)이 제1도에 개략적으로 도시되어 있다. 비록 상기 시스템(10)이 공기 흡입식 엔진 또는 열교환기와, 극장 또는 실내체육관 등에 사용되는 큰 용량의 공기 조화시스템에 사용가능하지만, 그 구조와 작용 효과에 대해서는 발전기(21)와 연결된 가스터빈(20)과 관련하여 이하에서 상세히 설명한다. 상기와 같이 연결된 터빈식 발전기는 발전설비 분야에서 널리 알려진 구조이고, 높은 또는 최고 전력수요시기에 급속 발전설비로서 자주 사용되며 어떤 설비에 대해서는 유일한 발전설비로서 사용된다.

일반적으로 가스터빈식 발전기로 대기에 비하여 저온의 또는 높은 밀도의 공기를 공급하게 되면, 터빈 작동효율과 출력 또는 발전기의 KW가 증가된다. 터빈식 발전기 효율의 개선효과가 제10도에 도시되어 있고, 상기 도표는 압축실의 유입온도(터빈) 함수로서 설계 용량으로부터의 퍼센트 변화(percentage change)를 나타낸다. 즉 열소비율, 공기유량, 열소비량 및 출력등이 변화된다. 유입공기의 온도가 낮아지게 되면, 열소비율이 감소되면서 가스터빈식 발전기의 출력이 증가됨을 명백히 알 수 있다. 일예로서, 유입공기의 변화가 화씨 105°로부터 화씨 40°로 낮아지게 되면, 약 9%의 열소비율을 감소시키고, 약 35%의 출력을 향상시킨다. 터빈(20)과 발전기(21)의 효율은 동일한 작동조건하에서도 열소비율이 감소될때마다, 또는 KW 출력이 증가할때에 증가된다.

제1도의 바람직한 실시예에서는, 가스터빈(20)에 사용되는 공기냉각 시스템(10)이 얼음냉동장치(14)와 연결된 직접 접촉식 냉각장치(DDC)(12)와, 간접 증발식 냉각장치(IEC)(16) 및, 배출공기 습도조절용 재가열코일(18)을 갖추고 있다. 직접 접촉식 냉각장치(이하, DDC라함)(12)와 간접 증발식 냉각장치(이하, IEC라함)(16)는 각각 가스터빈(20)으로 공급되는 유입공기를 대기온도 이하로 냉각시키도록 독립적으로 작동가능하고, 이러한 구성품은 또한 서로에 대하여 독립적으로 또는 서로 연결되어 사용가능하며, 얼음 냉동장치(14)와 재가열코일(18)에 연결되어 유입공기의 습도조절과 온도저하를 증진시키도록 사용가능하다. 상기 시스템(10)에 대한 잠재적인 몇가지 작동 시켄스(sequence)가 제3도의 블럭 다이어그램에 도시되어 있다. 그러나 본발명은 이에 한정되지 않음은 물론이다. 제1도의 실시예에서 여러가지 부품의 구성, 위치 및 순서들이 정렬된 선으로 도시되었지만, 공기흐름이 각각의 부품, 부재 또는 일련의 부재들을 통과하는데 실제로 사용되는 구성품에는 댐퍼(Dampers) 덕트(ducts), 연결도관(conduits), 배플(baffles) 또는 그밖의 공지된 실제 공기 이슬장치들이 사용되어 선택된 작동모드와, 실제 구성품의 조립체를 제공한다. 제2도에는 종래의 직접 증발식 냉각장치(이하, DEC라함)(122)가 도시되어 터빈의 공기유입구(19)로 공급되는 대기를 냉각시키도록 작동된다.

상기 DEC 냉각효과의 일례로서는, 건구온도 화씨 95.8℉(36℃)의 대기가 내부에 냉각매체(cooling media)를 갖추어 냉각유체(cooling fluid)의 유도(fluid flow path)를 제공하는 DEC(122)의 증발식 냉각기(130)로 유입된다. 배출구(134)측에서 냉각기(130)로부터 터비의 압축실 유입구(19)로 배출되는 공기는 전구온도 화씨 72.9℉(22.7℃)와 상대습도 85%를 갖는다. 대기는 유입구(132) 측에서, 냉각수회로내에 열부하수단이 없는 냉각탑시스템과 매우 유사한 증발식 냉각기(130)로 유입되고, 가스터빈(20)의 터빈 유입구(19)와 연결된 배출구(134)측으로 배출된다. 수조(136) 또는 저면부(138)에서 상기 증발식 냉각기(130)로부터 재순환되는 유체, 즉 냉각수를 받는다.

그리고, 상기 수조(136)와 증발식 냉각기의 상부면 또는 냉각수 유입통로(144)를 연결하도록 배관부착식 펌프(142)가 갖춰진 회로(140)가 형성되어 증발식 냉각기(130)를 통해 냉각수를 재순환시켜 유입되는 대기를 냉각시키고 가습화 한다. 상기 펌프(142)는 수동 또는 자동으로 제공되는 신호에 따라서 연속적으로 또는 주기적으로 작동 가능하다.

예를들면, 대기온도를 검지하는 열전대(thermocouple)와 같은 검지장치(139)가 대기의 흐름통로로 돌출되어 공기온도를 검지할 수 있다. 열전대(139)가 선(141)을 통해 펌프(142)로 연결되어 검지된 대기온도를 제공함으로서 펌프(142)가 회로(140)를 통해 상부면(144)으로 냉각유체를 재순환시킨다. 상기 장치를 검지하고 제어하는 여러가지 변수들을 해당업계 분야에서 널리 알려져 있고, 제2도에 도시된 특정예에만 한정되는 것은 아니다.

본발명의 DCC(12)장치가 제1도에 도시되어 있고, 제2도의 장치와 구조면에서 유사하며, 터빈(20)으로 공급되는 유입공기의 온도를 낮추도록 작동된다.

DCC(12) 구조에서는, 대기가 유입구(32)측에서, DCC 유니트(30)로 유입되고, 배출구(34)측에서 가스터빈(20)과 연결되도록 배출된다. DCC 유니트(30)의 저면부(38)에 마련된 수조(36)가 대기로부터 응축되어 생성된 응축수를 포함하는 더욱 냉각유체(warmed cooling fluid)를 DCC 유니트(30)로부터 수집하여 열저장 유니트 또는 얼음 탱크(60)로 재순환시킨다. 제1도에는, 제1펌프(42)를 갖춘 연결도관(72)(75) 및 (40)이 수조(36)와 DCC 유니트(30)의 유입통로(44)를 연결시켜 DCC 유니트(30)를 통해 냉각유체를 재순환시킨다. 펌프(42)는 또한 이하에서 설명될 재순환 회로(recirculating network)를 통해 조립체(14)의 얼음 탱크(60) 사이에서 연결된다. DCC 유니트(30)는 대향류(counter-flow), 평행류(parallel-flow) 또는 교차류(cross-flow) 방식의 열교환매체 대 공기의 유니트로 이루어지고, 어느 특별한 구조하나가 본발명에 한정되는 것은 아니다. 상기 도면에서는, 교차류방식의 열교환매체가 도시되어 있다.

제1도에는, 온도를 검지하는, 또는 시스템의 작동개시 또는 그밖의 유체관련 매개변수들을 검지하는 검지장치(39)로부터 제공되는 신호에 따라서 몇가지 부품들이 자동으로 또는 수동으로 작동가능하다. 제1도에서는, 검지장치(39)가 전형적으로 밸브장치(92)의 서어보 작동기(96)와 연결되고, 또한 여러가지 또는 모든 펌프(42)(56)와 밸브(70)(80)에도 연결가능하여 얼음제조장치(62) 또는 터빈식 발전기(20)내에서 작동된다.

다른 구성으로는, 검지장치(39)가 제어장치(120)에 연결되고, 상기 제어장치가 몇가지 또는 모든 부품에 연결되어 각각의 구성품을 검지하거나, 작동시키거나 또는 정지시키는 제어신호를 제공할 수도 있다. 상기에서 언급된 특별한 검지장치(39) 및/또는 제어장치(120), 즉, 컴퓨터 제어장치등은 단순히 예시적인 것 뿐이고, 본발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도시된 바와같이 DCC(12)는 얼음냉동조립체(14)와 연결되어 얼음탱크(60)와, 냉동장치 또는 얼음제조장치(이하, IMP라 한다.)(62)에 연결된다. 특히, 수조(36)가 연결도관(72)(78) 및 제1밸브(70)를 통해 얼음탱크 또는 열저장 탱크(60)와 연결된다. IMP 또는 냉동장치(62)는 압축기, 응축기, 팽창장치(미도시), 증발기 및 유체회로내에 펌프(68)를 갖추어 얼음탱크(60) 내부의 연결도관(64) 및 코일(66)을 통해 저온의 냉동유체를 이동시킴으로서 얼음탱크의 공간(65)에 배치된 냉각코일(66)에서 수조(36)로부터 온 제1냉각유체의 적어도 일부분을 냉각시키고 냉동시킨다. 얼음 냉동조립체(14)의 구성품인 얼음제조장치(IMP)(62)와 얼음탱크(60)는 공지된 구조이고, 어느 한 특정 구조와 형상에 본발명에 한정되는 것은 아니다.

제1도에는, 얼음탱크(이하, TSU라 한다)(60)가 DCC(12)의 수조(36)로부터 3방향 서어보밸브(three way servo valve)(70) 즉, 모터 작동식 버터플라이 밸브(butterfly valve) 또는 그로브 밸브(globe valve)를 갖춘 유체회로를 통해 제1냉각유체를 받는다. 서어보 작동기(71)가 갖춰진 제1밸브(70)는 연결도관(72)을 통해 수조(36)와 연결되는 유입구(73)를 갖추고, 또한, 연결도관(75)를 통해 제2밸브 유입구(82)에서 제2서어보밸브(80)와 연결되는 제1배출구(74)를 갖추고 있다.

연결도관(78)는 제1밸브(70)의 배출구(76)와 TSU 공간(65)을 연결하고, 밸브(70)와 연결도관(72)(78)은 수조(36)와 TSU 공간(65) 사이에서 유체통로를 형성한다.

제1도에서, 제1펌프(42)가 갖춰진 유체복귀 회로(40)는 배출구(84)에서 제2서어보밸브(80)와 연결되고; TSU 공간(65)은 연결도관(88)을 통해 제2배기구(89)에서 제2서어보밸브(80)와 연결된다.

제2밸브(80)는 서어보장치 또는 모터(90)에 의해 제1밸브(70)와 함께 작동함으로서 연결도관(40)과 펌프(42)를 연결도관(88) 및 (75)중의 어느 하나와 연결시켜 수조(36)와 펌프(42) 사이에서 대체 유체통로(alternative path)를 제공하게 됨으로서 냉각유체를 DCC 유니트(30)로 재순환시키게 된다.

밸브(70)(80)와 펌프(42)는 또한, 수조(36)와 TSU(60)로부터 연결도관(40)으로 유체를 밀봉시키면서 흐르도록 한다. 따라서 수조(36)로부터 온 냉각유체는 밸브(70)에 의해 차단되어 연결도관(72)(75) 및 (40)을 통해 냉각탑(30)으로 직접 재순환되거나 또는, TSU(60)를 통해 회로가 형성되어 냉각탑(30)으로 재순환되기전에 냉각유체의 온도가 낮아지게 된다. 상기와 다른 방식으로는, 수조(36)로부터 배출된 유체가 밸브(70)와 (80)에 의해 조절되어 일부가 TSU(60)를 우회하거나 또는 일부가 TSU 공간(65)으로 유입되어 IMP(62)가 상기 언급된 최고부하시기가 아닌 시기를 제외한 다른 시기, 즉, 주간작동중 최고부하시간중에 연속적으로 작동하는 경우에 재결빙된다. 냉각유체가 물인 경우에는 TSU(60)의 코일(66)에 얼음(ice)이 형성되어 저장되고, 수조(36)로부터 TSU공간(65)으로 유입되어, 연결도관(40)을 통해 재순환되는 유체는 온도가 결빙온도(freezing temperature)까지 낮아짐으로서 상기와 같이 낮아진 온도의 물이 더욱더 DCC 유니트(30)로부터 배출되는 공기의 온도를 대기로부터 얻어질 수 있는 온도보다 현저히 감소시키게 된다.

증발식 냉각기로서 DCC 유니트(30)를 사용한 결과가 제9도에 예시되어 있고, 유입되는 대기가 점(Z)에서 건구온도가 낮아지게 되어 상대습도의 증가를 경험한 점(C)에 도달하게 된다. 상기와는 다르게, TSU(60)를 통한 작동유체의 유입이 대기로부터 온도를 100% 상대습도의 이슬점온도로 낮추게 된다. 그후, 공기는 온도와 절대습도(absolute humidity)가 대기로부터 수분을 응축하는 그래프상의 점(D)도 대략 낮아진다.

IEC(16)는 통과하는 공기를 현저히 냉각시키도록 작동되고, 바람직한 실시예에서는 제1도에 도시된 바와같이, 열전달장치로서 냉각탑(52)과 날개달린 코일(50)을 포함하고 있다. 코일(50)은 제2펌프(56)를 갖춘 연결도관(54)을 통해 제1냉각탑(52)과 연결되고, 상기 제2펌프(56)는 제2냉각유체, 즉, 냉각수를 코일(50)과 연결도관(54)을 통해 순환시키도록 작동한다. 냉각탑(52)으로부터의 냉매에 의해 냉각된 코일(50)은, 날개달린 코일(50)을 통해 흐르는 공기를 수분 또는 습도를 부가시킴없이 냉각시킨다. 탈습작용(Dehumidification)이 제9도의 공기온도(B)에서 DCC(12)내의 직접 접촉식 열교환 매체에서 발생하기 시작하여 더욱더 유입공기의 이슬점 이하의 점(D)으로 냉각되는 경우, 공기로부터 응축수분을 탈습시키게 된다. DCC(12)의 매체에 형성되는 응축수분은 재순환하는 얼음-물과 혼합되고, 수조(36)로 모아지게 되며, 월류제어(overflow control) 및, 수조(36)와 그밖의 저장시설 또는 처리설비 사이에서 배관으로 연결되어 광물질성분이 제거된 응축수로서 재사용가능하다. 제1도에서는, 연결도관(54)이 IMP(62)와 연결되고, 관통되는 상태로 도시되어 있다. 상기 구조에서는, 연결도관이 IEC(16)의 작동 사이클 도중에 배관 네트워크에 의한 어떠한 가열 또는 기계적인 일(Work)없이 IMP(62)의 배관을 통해 순환된다. 그러나, 또한 냉각탑(52)은 얼음 제조작동도중에 IMP(62)와 함께 냉각작동에 참여함으로서, 원하는 작동기능을 갖추면서 시스템(10)에 필요한 부품의 수를 감소시킨다.

비록, 코일(50)을 통과하는 모든 공기가 코일 또는 날개(fins)와 접촉하지는 않는다고 알려져 있지만, 코일(50)을 통과하는 유입 또는 대기중의 공기량(volume)은 대부분이 코일(50)과 접촉한다고 간주되고, 상기 코일과 직접적으로 접촉하지 않는 공기는 직접 접촉하는 공기와 혼합되어 배출공기의 평균온도를 제공한다고 실제로 간주된다. 상기 공기 체적중의 특정코일 접촉 부분과 비접촉부분의 상대적인 계산은 수학적인 함수, 예를들면 우회 팩터(bypass factor)등에 의해 계산 가능하다.

경제적인 측면에서, 상기 접촉공기와 혼합되는 비접촉공기의 양은 코일(50)로부터 배출공기에 있어서 일반적으로 균일한 온도를 제공한다.

코일(50)로부터의 냉각된 공기는 공기 도관을 통해 터빈(20)으로 직접연결가능하고; 펌프(42)가 작동하지 않는 상태에서는 DCC(12)를 통해 이동하며; 펌프(42)가 작동되는 상태에서는 보다 공기온도를 낮추기 위하여 작동유체의 회로내의 TSU(60)와 함께 또는 TSU(60)을 거치지 않은 상태로 DCC(12)를 통해 이동되는 한편; 재가열코일(18)을 통해 이동된다. 특별한 공기흐름통로가 작업자에 의해 선택되고 수동으로 선택가능하며; 배플(baffle) 또는 편향기(deflectors)에 의해 자동으로 제공되며; 또는, 다른 방식으로 시스템(10)내에서 제어된다.

제1도의 실시예에서는, 유입구(94), 서어보장치(96), 제1배출구(98) 및 제2배출구(104)를 갖춘 서어보 제어 밸브(92)가 연결도관(54)내에서 달개달린 코일(50)의 후류부(downstream)에 위치된다. 유입구(94)와 제2배출구(104)는 상류측과 하류측이 연결도관(54)내에서 각각 연결되어 연결도관(102)을 통해 냉각탑(52)으로 제2유체를 연결시키고 재순환시킨다. 연결도관(100)은 다른 유체흐름통로를 제공하고, 밸브(92)의 제1배출구(98)를 유입구(93)에서 재가열코일(18)에 연결시킨다. 밸브(92)는 연결도관(54)을 밸브 유입구(94)에서 배출구(98)에 연결시켜 제2냉각유체를 재가열코일(18)을 통해 유도한다. 재가열코일(18)의 유체배출부(95)는 밸브(92)의 후류측에 위치된 연결도관(102)에 결합되어 제2냉각유체가 냉각탑(52)으로 연결되도록 한다. 코일(50)로부터 밸브(92)를 통해 형성되는 선택된 유체흐름통로는 서어보 장치 또는 모터(96)의 작동으로 제어되고, 유입구(94)와 연결도관(94)을 제1배출구(98) 또는 제2배출구(104)와 각각 연결시켜 작동유체를 완전하게 또는 부분적으로 재가열코일(18)과 연결도관(102)을 통해 유도함으로서 냉각탑(52)으로 복귀시킨다.

도시된 바와같이 재가열코일(18)은 DCC(12)의 배출구 또는 배출부측면과 터빈 유입구(19) 사이에 위치되고, 배출공기의 온도를 다소 상승시키며 터빈(20)으로 공급되는 배출공기의 상대습도를 제어하도록 작동한다. 재가열코일(18)은 바람직하게는 제3밸브(92)와 연결된 날개달린 튜브(tube)로 이루어지고, IEC(16)의 코일(50)로부터 더운 유체를 받아 코일(18)을 지나친 공기에 열을 전달한다. 냉각된 배출공기의 다소간의 재가열은 비생산적이 아니다.

그 이유는 재가열동작이 배출공기의 온도와 습도를 제어하기 때문이다. 제1도의 바람직한 실시예에서는, IEC 코일(50)과 연결도관(58)으로부터의 더운 냉각 유체가 제3서어보제어 밸브(92)를 통해 재가열코일(18)로 유도되어 배출공기를 가열시키고 상대습도를 제어하거나, 도관(102) 및 냉각탑(52)으로 유도되는 냉각되고 IEC(50)로 재순환된다. 특히, 도관(54)은 코일(50)을 통과한 공기 흐름의 냉각에 사용되어 더워진 냉각유체를 IEC 코일(50)로부터 밸브(92)의 유입구(94)로 연결시킨다. 상기와 같이 소비되고 또한 더워진 냉각유체는 검지기(39)로부터의 신호에 따라서 제3밸브(92) 및 서어보장치(96)에 의해 유도되어 제1배출구(98)와 도관(100)을 통해 재가열코일(18)로 연결되거나, 다르게는 제2배출구(104)를 통해 후류측의 도관(102)과 연결되어 냉각탑(52)으로 복귀된다. 재가열코일(18)로부터의 냉각유체는 도관(106)(102)을 통해 냉각탑(52)으로 재순환된다. 배출공기의 온도제어와 조절작동은 재가열코일(18)을 통한 냉각유체의 량(Volume)을 변화시켜 제어가능하며, 검지기(39)에 의해 검지되고, 측정된 주변환경 및 조작 매개변수(environmental and operating parameters)에 따라 변화되며, 상기 검지기(39)는 밸브(92)와 연결되어 밸브스위치를 조절함으로서 코일(18)을 통해 부분적인 흐름을 제공하고 우회도관(102)을 통해 나머지 작동유체의 흐름을 유도한다.

제1도에서 구동모터(112)가 갖춰진 팬(fan)(110)이 IEC(16)와 DCC(12) 사이에 위치되어 시스템(10)을 통한 공기 흐름을 향상시킨다.

이러한 구성은 단순히 예시적으로 팬의 위치를 나타낸 것이고, 이에 한정되는 것은 아니며, 팬(110)의 사용과 위치선택은 설계적인 선택의 문제이다. 예를들면, 팬(110)은 또한 재가열코일(18)의 후류측에 위치될 수 있다. 공기는 팬(110)을 사용하지 않고도 가스터빈(20)에 설치되고, 날개의 회전작동이 공기를 시스템(10)으로 통과시키며, 팬(110)의 사용을 대신 할 수 있는 터빈 압축실의 날개(미도시)에 의한 회전 유도작용으로 시스템(10) 내부를 흐를 수 있다. 비록, 이러한 구성이 바람직한 방식이 아닌 이유는, 압축실의 배압(back pressure)이 발전기로부터의 KW 출력을 팬(110)의 사용 경우보다 상당량 저하시키기 때문이다.

상기 시스템(10)중의 몇몇 부품, 즉, 펌프(42)(56)(68) 및 모터(112)와, 밸브(70)(80)(92)의 서어보 작동장치는 수동으로, 또는 예비조작(preset)으로 작동가능하다. 또한, 종래기술에서와 같이 제어기(120)에 연결되고 조절가능하다. 제어기(120)는 검지된 변수 즉, 공기온도, 냉각유체온도, 공기 유속, 상대습도 압력 또는 검지기(39)로부터 측정된 그밖의 여러조건들을 받아서 이러한 신호에 기초하여 서어보 밸브, 펌프 및/또는 모터드에 제어신호를 전달한다. 예시적인 작동방식으로 검지기(146)(148)가 각각 재가열코일(18)의 상류측 및 하류측에 위치된다. 일예로서, 검지기(146)(148)는 온도등과 같은 여러가지 신호를 선(150)(152)을 통해 제어기(120)의 비교기(comparator)로 제공하며 선(154)을 통해 서어보장치(96)로 제어신호를 생성시킨다.

이와 유사하게 결합(coupling) 및 제어신호들이 선(156)(158)(160)을 통해 각각 검지기(39)(146) 및 (148)로부터 펌프(42)(68) 및 (56)로 제공된다. 도시된 바와같이, 검지기(39)는 선(162)을 통해 제어기(120)와 연결되어 검출된 신호를 제어기로 제공한다. 이와 유사하게 상기 제어기(120)로부터 선(162)(164)을 통해 각각 제어신호가 서어보장치(71)(90)로 제공가능하다.

검지기(39)(146) 및 (148)에 의해 검출된 물리적인 변수 즉, 수분 또는 온도의 특정 작동조건과, 검지기의 수와 위치에 따라서 펌프 또는 서어보 장치에 검지기를 직접 연결하는 등의 고려사항은 설계적인 선택의 문제이며, 제한적인 사항은 아니다. 특정 작동조건, 검지된 매개변수 또는 검출장치등은 시스템(10) 소유자와 작동자의 선택사항인 것이다.

시스템(10)은 가스터빈(20)으로 공급되는 공기흐름을 냉각시키고, 공기-물-증기등을 회수하며, 습도등을 조절하기 위해 설계되었지만, 또한, 모든 펌프가 구동되지 않은 상태로서 대기를 가스터빈(20)으로 물리적 특성의 변화없이 이동시키도록 작동일 수 있다. 그러나, 전력을 생산하기 위한 가스터빈(20)이 종종 최고전력 사용시기에 발전설비를 보충하도록 사용되기 때문에, 적어도 IEC(16) 및 DCC(12)중의 어느하나에 대기를 통과시킴으로서 터빈유입공기의 온도를 낮추어 가스터빈의 출력을 향상시키고, 단위설비당 출력(KW)에 대한 연료소비율을 감소시키며, 제10도에 도시된 점곡선(plotted curves)의 상대적인 기울기로 표시되는 전력생상성과 효율의 긍정적인 변화를 무더운 시기에 얻도록 함이 바람직하다. 제2도를 참조로 상기에서 설명한 바와같이, 냉각유체의 온도가 대략 대기의 온도와 비슷한 직접 증발식 냉각장치(130)를 통한 공기의 이동은 예로서 30%의 상대습도와 건구온도 화씨 95.8℉의 대기를 85%의 상대습도에서 화씨 72.9℉의 대기로, 즉, 제9도에서 점(Z)으로부터 점(C)으로 얼음냉각장치(14), IEC(16) 및 재가열코일(18)을 사용함없이 낮출 수 있다.

그러나, 가스터빈의 유입공기는 화씨 44℉의 온도와 상대습도 85%를 갖춤이 더욱 바람직하다. 이는 대기의 상대습도가 50 이상 90%로 유지되고, 증발식 냉각장치가 완전히 무효한 시기에도 낮은 온도의 공기를 제공하게 되면, 공기내의 물방울에 의한 터빈의 결빙위험성을 감소시키고, 날개의 부식현상을 방지하면서 보다 큰 KW 출력과 보다 낮은 연료소비율을 얻게된다. 상대습도의 조절과 함께 유입공기를 냉각시키는 작동이 블럭형태(block form)로 제3도에 도시된 다수개의 작동통로에 의해 달성된다. 선택된 유로를 통해 공기가 흐르도록 유도하는 정밀한 배관구성, 덕트; 배플 및 그밖의 장치가 도면에는 표시되지 않았지만 공지된 일반적인 기술이다.

제2도에서 도시된 바와같이 종래의 작동모드는 유입공기에 대하여 단지 증발식 냉각장치(130)만을 사용함으로서 상기에서 언급한 바와같이 매우 낮은 습도를 갖춘 공기의 온도변화만을 제공하게 된다. 이와같은 건구온도의 낮춤효과는 대기의 습구온도와 건구온도 차이의 90% 정도로 기대될 수 있을 뿐이다.

상기 증발식 냉각장치로부터 터빈(20)으로 공급되는 배출공기는 이러한 작동모드에서 수분으로 포화될 수 있으나 상기 종래의 구성에는 상대습도를 제어할 만한 아무리 수단도 갖추지 못하고 있다. 따라서, 비산되는 물입자가 포함되어 가스터빈(20)의 날개를 손상시킬 수 있는 잠재적인 위험성은 항상 존재하는 것이다.

상기에서 언급한 바와같이, 시스템(10)에서의 공기흐름과 작동유체의 여러가지 작동모드와 유도등이 제3도에서 블럭다이어그램의 플로우 챠트로 도시되어 있고, 여기서는 몇가지 시스템의 구성품들이 서로 연결되어 가스터빈(G-T)(20)으로 배출공기를 제공하도록 된다.

유입공기와 냉각유체에 대한 특별한 유로는 작동자에 의해 선택되고, 대기온도와 상대습도 및, 원하는 배출공기와 부하특성을 따른 함수일 것이다. 상기 증발식 냉각장치(130)로부터 얻어질 수 있는 온도보다 저온의 배출공기가 DCC 유니트(30)와, 이에 유입되는 냉각유체의 온도를 감소시키는 얼음냉각장치(14)를 이용하여 얻어지게 되는 것이고, 이때, 냉각유체의 온도는 물의 결빙온도 부근까지 저하되는 것이다.

상기 저온의 냉각유체 온도는 유입공기의 습구온도를 쉽게 저하시켜 배출공기의 온도를 보다 낮게 유지시킬 것이다. 얼음-물의 냉각유체 온도는 유입공기의 이슬점 이하이기 때문에, 탈습효과가 발생하여 수분이 수조(360내에 수집되고, 이와같은 응축수가 다른 용도로 사용가능하다. 상기 DCC 유니트(30)로부터 수조(36)로 최종적으로 재가열된(rewarmed) 냉각유체의 온도는 공기 냉각효과를 나타내며 전체 열전달량과 냉각유체의 체적에 따라서 변화되지만, DCC 유니트(30)로부터 배출되는 공기의 온도는 대기와 동일한 온도의 물로서 증발되어 냉각된 공기의 온도 이하로 양호하게 낮아질 것이다. 또한, 낮아진 온도의 공기밀도는 대기의 공기밀도보다 증가될 것이다.

제3도에 도시된 몇가지의 작동모드가 제4도 내지 제8도 및 제12도에 도시되어 있다. 제12도에서는 대기가 IEC 코일(50), DCC 유니트(30), 및 재가열코일(18)을 통과한다. 냉각탑(52)으로부터 저온의 제2냉각유체가 도관(54)을 통해 코일(50)로 재순환되어 상기 코일을 통과하여 DCC(12)로 공급되는 대기를 냉각시킨다. 상기 냉각유체가 IMP(62)를 통과하는 것으로 도시되어 있지만, 상기 작동유체의 유도에서 이러한 효과를 발생시키는 응축기 및 압축기등이 반드시 갖추어져야만 하며, 이와 유사한 우회작동이 변황밸브 및 도관 구성으로 달성될 수 있다. 도관(58)내의 냉각유체는 밸브(92)를 통해 도관(100)과 (102)으로 방향전환되고, 도관(102)을 통해서는 더워진 유체가 IEC 코일(50)로 냉각되고 재순환되기 위하여 냉각탑(52)에 공급된다.

제3도에 도시된 바와같이, 대기는 일정한 절대습도량으로 점(Z)에서 점(A)으로 온도가 강하되어 직접 DCC 유니트(30)로 공급된다.

제12도에서, 제1냉각유체는 DCC(12)와 TUS(60)를 통해 순환되어 냉각유체를 냉각시키고, 결과적으로는, 대기의 온도를 이슬점 이하로 현저하게 낮추게 된다. 특히, 수조(36)로부터 냉각유체가 도관(72)(78)과 밸브(70)를 통해 이동되어 공간(65)내의 저온의 또는 결빙된 냉매와 접촉한다. 제1냉각유체와 결빙된 유체, 예를들면 얼음이 친밀하게 접촉되어 냉각유체의 온도를 낮추게 된다.

펌프(42)는 밸브(80)와 도관(88)을 통해 공간(65)과 직결되어 저온의 유체를 TSU 공간(65)으로부터 도관(40)을 통해 DCC 유니트의 유입구(44)로 공급한다. 대기에 비하여 현저하게 낮아진 냉각유체가 DCC 유니트(30)의 구성매체(structural media)를 통하여 중력으로 낙하되어 공기 흐름과 직접 접촉하게 된다.

유입구(30)측으로부터 배출구(34)측으로 DCC(30)를 통해 흐르는 공기는 온도가 이슬점 또는 그 이하로 낮아지게 되고, 필수적으로 수분에 의해 포화된다. 이슬점에서는, 공기로부터 수분이 탈습되어 응축되고, 이러한 응축수가 수조(36)내에 모여진다. 응축수는 본질적으로 이온이 제거된 물이기 때문에 질산화물의 방출을 감소시키기 위하여 연소 생성물의 처리에 사용되는 여러가지 처리단계에 사용가능하다.

응축수를 별도로 사용할 필요가 없는 경우에는 배수시스템으로 흘려보내면 되는 것이다. 냉각수와 응축수의 혼합물은 많은 대부분의 재순환 시스템이 이온이 제거된 물을 사용하기 때문에 별다른 오염문제를 일으키지 않는다.

제12도의 예에서, IEC 코일(50)로부터의 더운물이 적어도 도관(100)으로 일부분 유입되어 재가열코일(18)과 도관(106)으로 유도됨으로서 도관(102)과 냉각탑(52)으로 복귀된다. DCC의 배출구(34)측으로부터 배출되는 저온의 수포화 공기는 상기에서 설명한 바와같이 바람직하지는 않다. 따라서, 공기온도가 다소상승되어 상대습도를 낮추게 되면, 터빈의 날개와도 같은 후류측의 장치에 포집된 수분 또는 저온의 공기로부터 생성된 응축수 등에 의한 손상을 최소하는 것이 바람직하다. 제12도에 도시된 구성에서는, 몇가지 구성물들이 사용자에게 적절한 이익을 제공한다. 특히, 공기의 온도를 처음에 낮추기 위한 IEC 코일(50)은 DCC 유니트(30)에서 필요한 공기 냉각량을 감소시켜 TSU 공간(65)에서의 저온의 냉각유체에 대한 연장된 작동시간을 제공할 수 있고, DCC 유니트(30)를 통한 냉각유체의 필요량을 감소시켜, 따라서 펌프 용량이 동일한 경우에도 보다 많은 공기량을 흐르도록 하는 효과를 얻을 수 있거나, 또는 시스템(10)의 작동성능을 향상시키는 수단으로서 반영될 수 있다.

발전기와 연결된 가스터빈의 특정실시예에서, 공기온도를 화씨 101.6℉에서 42℉로 낮추는 효과는 52,600KW에서 66,630KW의 출력 향상, 즉 14,030KW 또는 27%의 출력 향상효과를 발전기 또는 터빈의 크기를 증가시키지 않고서도 또한 바람직하지 않는 배출물을 부가시키지 않으면서도 얻을 수 있다.

이러한 전력의 상승효과는 결빙된 냉각매체가 바람직한 시기, 즉, 최소부하시기에 TSU(60)내에 생성되기 때문에 펌프와 작동에 필요한 전력을 제외하고는 과도한 전력이 사용되지 않음으로서 최고 전력수요시기에도 사용될 수 있다. TSU(60) 내부에서 냉각매체를 생성시키는 구성이 제11도에 도시되어 있고, 여기서는 냉각탑(52)으로부터 제2냉각유체가 IMP(62)의 응축기로 이동되고, IMP(62)로부터 냉동제(Rofrigerant)가 펌프(68)에 의해 TSU 공간(65)의 코일(66)을 통해 이동되어 TSU(60)내의 제1냉각유체를 결빙시키거나 또는 냉각시킨다. 제2냉각유체는 IEC(16)의 유체회로를 통해 냉각탑(52)으로 복귀되고, 이때는 재가열코일(18)을 통한 방향 전환은 없게 된다. TSU(60)내에 상기 사이클에서 사이클을 재구성하는 도중에는, 수조(36)로부터의 냉각유체가 공간(65)으로 유입되지 않는다. 그러나, TSU(60)를 통해 냉각유체가 흐르고, 냉각매체가 생성되는 상황이 동시에 발생되는, 그러나 매우 완만한 속도로 진행되는 역동적인 상황을 고려하여야만 한다. 주어진 시스템의 동력을 냉각유체의 속도, 대기온도, 시스템 구성품의 용량 및 작동조건등을 결정함을 요구한다. 따라서 특정한 작동모드는 사용자의 선택에 따르는 것이다.

DCC 유니트(30)와 재가열코일(18)의 구성에 대한 또다른 효과는 DCC 유니트(30)의 상부 영역에서 가장 차가운 냉각유체를 제공하여 결과적으로 가장 차가운 배출공기를 제공할 수 있다는 것이다.

이와는 반대로, IEC(16)로부터 가장 뜨거운 물이 재가열코일(18)의 유입구(93)에서 제공되어 가장 찬 배출공기와 반응함으로서 터빈의 유입구(19)로 공급되는 공기의 또다른 제어효과를 거두게 될 것이다.

상기에서 설명한 바와같이, 시스템(10)은 작동모드의 선택에 있어서 다양성을 크게 제공하고, 이에 사용되는 작동모드는 제4도 내지 제8도에 부분적으로 도시되어 있다. 제4도에 있어서, 제2냉각유체가 IEC(16)와 코일(50)을 통해 순환되어 수분의 감소없이 유입되는 대기의 온도를 낮추게 된다. 밸브(92)가 코일(50)로부터 도관(102)으로 완전한 작동유체의 흐름을 유지하여 냉각탑(52)으로 재순환시킨다. 펌프(56)는 유체의 흐름을 계속적으로 유지시키고, IMP(62)는 작동하지 않음으로서, IEC(16)내에서 유체의 어떠한 압력강하라 또는 열부하를 부가시키지 않는다.

제1냉각유체는 DCC(12), TSU(60)를 통해 재순환되어 배출구(34)측에서 이슬점 주위로, 그러나 현저히 낮아진 온도로 공기를 낯추게 된다. 이러한 작동모드에서는, 응축수가 수조(36)내에 모여지게 되지만, 터빈의 유입구(19)로 공급되는 공기는 대략 100% 또는 이와 비슷한 상대습도를 갖춘 것으로 기대될 수 있다. 공기가 대기상태로 부터 배출공기로의 변화에 따른 실질적인 효과가 제9도에 도시되어 있고, 여기서는 점(Z)에서 대기가 IEC(16)에 의해 온도가 점(A)으로 낮아지게 된다.

그후, TSU(60)로부터 제공되는 냉각된 유체를 사용하는 DCC 유니트(30)를 통과한 공기는 온도가 이슬점온도로 낮아지게 되며 응축을 시작한다. 배출공기의 최종온도가 점(D)으로서 표시되어 있고, 저온의 냉각유체와 거의 온도가 비슷하다. 배출공기의 특정온도는 상기 시스템을 통한 유속과 함께, 냉각유체의 유속 및, 공기와 냉각유체의 실제온도등에 따라서 변환된다.

제5도에서, IEC(16)는 유일한 공기 냉각부품이고, 연속작동 조건하에서 제2냉각유체는 대기온도와 비슷할 것이다. DCC(12)에서 유체의 흐름은 작동하지 않는 펌프(42)에 의해 차단되고, 밸브(92)를 통해서는 재가열코일(18)로 아무런 작동유체의 흐름도 유도되지 않는다. IEC 코일(50)로부터의 공기 흐름은 DCC 유니트(30)와 재가열코일(18)을 통과하여 또다른 온도의 저하없이 터빈의 유입구(19)로 공급된다. IEC 냉각효과를 발생시키는 작용이 제9도에 도시되어 있고, 여기서는 공기의 특성이 점(Z)으로부터 점(A)으로 변화되어 공기의 전체적인 수분량의 변화없이 낮아진 건구온도와 높아진 상대습도를 제공하게 된다. 이슬점 온도가 얻어지지 않기 때문에, 공기는 탈습되지 않는다.

제6도에 도시된 작동시스템은 TSU(60)의 작동없이 IEC(16)와 DCC(12)를 사용한다. 상기 작동모드에서는, DCC 유니트(30)가 직접 증발식 냉각장치로서 사용되어 IEC(16)로부터 보다 저온의 공기를 제공한다. 밸브(70)와 (80)가 수조(36)로부터 펌프(42)로 흐르는 냉각유체로부터 TSU(60)를 격리시키도록 상호작용하고, 상기 펌프(42)는 도관(40)을 통하여 유체유입구(40)와 DCC유니트(30)로 냉각유체를 재순환시킨다. IEC(16)는 DCC 유니트(30)로 저온의 공기를 연통시키고, 상기 공기와 제1냉각유체와의 긴밀한 접촉 반응으로 인하여 DCC 유니트(30)내의 공기 접촉 매체는 더욱더 일정한 습구온도 상태에서 건구온도를 낮추게 된다. 이러한 과정은 대기가 IEC 코일(50)내에서 컴(Z)에서부터 점(A)으로 냉각되면서 그후에 DCC 유니트(30)내에서 증발방식으로 점(C)으로 냉각되는 상태가 제9도에 보다 상세히 도시되어 있다. IEC(16)를 활용하는 잇점은 단순히 하나의 직접 증발식 냉각기를 사용하여 얻어질 수 있는 것보다는 제9도에 도시된 바와같이 점(C)와 점(C₁)에서의 엔탈피의 차이에 해당하는 만큼의 저온의 건구 및 습구온도를 제공한다는 점이다.

이러한 엔탈피의 감소는 얼음열 저장 유니트의 요구되는 크기와 얼음제작 공장의 필요용량을 비례적으로 감소시킨다. 직접 증발식 냉각기로서 DCC 유니트(30)의 사용방식이 TSU(60)로부터 전환된 제1냉각유체흐름과 함께 제8도에 도시되어 있다.

공기온도를 낮추기 위하여 대기에 작용하는 DCC(12)의 사용에 관해 상기 언급한 방식이 제7도에 도시되어 있다. 대기는 펌프(56)가 IEC(16)의 유체회로를 통하여 제2냉각유체를 순환시키지 않을때에는 IEC 코일(50)을 통해 형성된 통로에 의해서 영향을 받지 않는다. 또한, 아무런 유체도 재가열코일(18)로는 연결되지 않는다. 대기가 DCC 유니트(30)내의 매체에 수용된 냉각유체와 직접 접촉함으로서 공기온도를 이슬점까지 감소시켜 응축시키고, 더욱더 온도를 냉각유체의 온도까지 감소시킨다. 배출구측(34)에서 배출되는 공기는 냉각유체의 온도 및 이슬점의 수분함유량과 일치하거나 또는 매우 비슷하다. 터빈의 공기 유입구(19)로 공급되는 상기 배출공기는 재가열코일(18)을 통한 이송과정에 의해 아무런 영향도 받지 않는다.

상기에서 설명한 모든 것들은 각각의 부품에서 적절한 공기의 잔류시간과 적절한 작동온도를 전제로 하고 있다.

상기에서 설명된 시스템(10)은 대기의 온도를 강하와 습도조절을 허용하여 공기 소모장치로 공급되도록 하여준다. 시스템(10)은 특정 온도와 습도 수준을 얻기 위하여 부품을 선택하는 경우에 매우 큰 다양성을 확보할 수 있다. 특히, 제1도에 도시된 구성은 아래와 같은 기능을 갖춘 장치를 제공한다. 즉, 대기의 간접 증발식 냉각작용; 공기의 온도와 절대습도 모두를 낮추기 위한 공기의 직접 냉각작용; 및, 상대습도를 낮추고 포집된 어떠한 수분도 최소화하기 위하여 냉각된 공기를 약간 재가열하는 작용등이다.

또한, 각각의 몇몇 부품들은 작업자의 선택에 따라서 내부를 관통하여 흐르는 공기에 작용한다. 부품의 작동선택은 배출공기의 온도, 절대 또는 상대습도의 필요한 종료점과, 다른 작동변수의 유입공기 상태의 함수로서 이루어진다.

제1도에 도시된 바람직한 실시예에서는, 시스템(10)이 가스터빈 발전기(20)와 연결되고, 저온의 공기를 터빈 발전기(20)로 공급하도록 작동된다. 대기는 제2냉각유체가 냉각탑(52), 도관(54)(58) 및 (102), IEC 코일(50)을 통해 흐름으로서 형성하는 통로에 의해 작동가능한 IEC 코일(50)을 통과함으로서 공기의 온도를 제9도의 측정선로에 도시된 바와같이 동일한 절대 습도에서 점(Z)으로부터 점(A)으로 낮추게 된다.

IEC(16)의 후류측(downstream)에는 공기흐름을 받는 DCC 유니트(30)가 갖춰진 DCC(12)가 위치된다. 유니트(30)는 직접 증발식 냉각기로서 작동가능하여 공기의 온도를 낮추고 동시에 수분이 공기를 포화시킨다. 얼음-냉동조립체(ICE-chiller assembly)(14)는 유니트(30)를 통과하여 순환하는 제1냉각유체를 공기의 이슬점 이하로 냉각시킨다. 유니트(30)의 작동중에서, 상기 냉각된 냉매(coolant)는 IEC 코일(50)로부터 전달되는 저온의 공기 또는 대기와 반응하여 상기 공기온도를 DCC 유니트(30)로 유입하는 공기의 이슬점 이하로 낮추어 결과적으로 공기온도 강하효과와 탈습효과(dehumidification)를 얻는다. 얼음 냉동 조립체(14)와, 특히 열저장 유니트(60)를 사용하는 선택과정은 작업자를 위한 선택사항이고, 터빈 발전기(20)로 이송되는 공기의 필요한 특성에 따른다. 주간 시스템(a diurnal system)에 있어서는, 얼음과 같은 냉각질량(a cooling mass)이 1사이클(one cycle) 도중에 생성되고 저장되며, 상기 냉각질량은 이와 접촉하는 냉각유체의 온도를 강하시키도록 사용된다. 상기 전형적인 발전기의 예에서 이러한 냉각-질량-생성사이클은 야간과도 같은 최대전력 수요시기가 아닌 기간중에 발생하여 냉각질량(얼음)을 생성시키는 단가(비용)를 최소화하고, 이는 최대 전력수요시기가 아닌 기간중에는 전력 비용이 보다 사용자에게 유리하도록 저렴하기 때문이다. TSU(60)내의 냉각질량은 수조(36)로부터의 냉각유체가 TSU(60)으로 통과될때까지 저장된다. 이러한 재료들은 제 1 도의 실시예에서 즉시 사용가능하기 때문에, DCC(12)의 유체흐름 회로에는 적은 노력으로도 사용가능하고, 냉각유체의 온도를 강하시켜 결과적으로 DCC 유니트(30)를 통해 이동되는 공기의 온도를 강하시킬 수 있게 된다.

상기에서 설명한 바와같이, 밸브(70)와 (80)는 TSU(60)을 통한 흐름을 조절하여 냉각유체의 온도와, 다른 조건(conditions)에서의 얼음 해빙율(rate of ice-metting)을 제어하도록 구성될 수 있다.

다음, 공기는 재가열코일(18)을 통해 흐르게 되고, 상기 코일(18)이 DCC 유니트(30)로부터 공급된 공기를 가열하도록 작동된다. 그러나, 실제로는 공기온도의 상승은 일반적으로 수분이 이슬점의 수분에 또는 이와 비슷한 수준에 있는 매우 낮은 공기온도에 한해서 고려된다. 재가열코일(18)은 도관(58)으로부터 제 2 냉각유체를 전환시킴으로서 작동가능하고, 상기 냉각유체는 IEC 코일(50)내에서 공기 냉각 과정에 의해 가온된 상태이다. 상기 가온된 유체는 밸브(92)에 의해 전환되어 도관(100)을 통해 재가열코일(18)이 이송되고, 도관(102)을 통해 복귀되어 냉각탑(52)을 통한 재순환 과정을 거치게 된다. 재가열코일(18)은 DCC 유니트(30)로부터의 배출공기 온도를 약간 상승시켜 그 상대습도를 대략 85%로 낮춤으로서 수분이 포집되는 잠재적인 문제점을 최소화 한다.

제13도에 도시한 다른 구조의 장치는 제 2 냉각탑(170)이 독립적으로 IEC(16)에 연결되고 작동가능한 시스템(10)을 제공한다. 상기 구조에서는, 펌프(172)가 IEC 코일(50)과 냉각탑(170) 사이에서 연결되어 IEC(16)의 작동에 필요한 냉각유체 흐름을 제공한다. 먼저, 냉각탑(52)이 독립적으로 IMP(62)에 연결되어 응축기(condensor)와 작용하고, 이러한 구성에서는 냉각유체가 도관(174)을 통해 제 1 냉각탑(52)으로 재순환 된다. 이러한 실시예는 공기는 냉각시키기 위한 IEC(16)와, 냉동제(Refrigerants)로서 암모니아 제22번 또는 그밖의 당업계에서 알려진 다른 냉동제등으로 이루어지는 냉각유체를 냉각시키기 위한 IMP(62)의 동시 작동을 제공한다. 상기 시스템(10)의 구성에서는, IMP(62)가 연속적으로 얼음을 제조하거나 또는 TSU(60)에서 유체를 냉각시키도록 작동되면서 IEC(16)가 공기를 냉각시키도록 작동된다. 이러한 구성은 DCC(12)가 냉동조립체(14)와 함께 작용하도록 함으로서 저온의 냉각질량을 장시간동안 보존하여 가스터빈(20)으로 공급되는 공기를 보다 긴 기간동안 저온으로 유지시킨다.

이때, 선택되어 작동되는 부품과, 각각의 처리단계에서의 온도강하 정도 또는 탈습정도는 사용자의 선택에 따르고, 선택의 다양성이 시스템 작용 비용을 최소화시키며, 또는 모든 부품을 필요로하지 않는 형상의 간단한 구조를 제공할 수도 있다.

상기에서는 본발명의 특정실시예에 대해서만 설명하였지만, 여러가지 변형예나 보완된 장치가 제작가능함은 물론이다. 따라서, 본발명은 상기 장치에 한정되는 것이 아니고, 모든 변형예나 보완된 장치가 본 발명의 범주내에 속하게 된다.

Claims

습구 및 건구온도, 대기의 상대습도 및 대기밀도에서 대기를 받아 상기 대기온도 보다는 낮은 제 2 온도와, 대기밀도 보다는 큰 제 2 밀도에서 연소용 공기를 공급하도록 작동되는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템에 있어서, 유입구, 수조 및 제 1 온도에서의 냉각유체를 갖추고, 대기온도와 대기밀도에서 상기 공기를 받아 상기 대기온도와 절대습도를 낮추며, 상기 가스터빈으로 공급되는 공기밀도를 증가시키도록 작동되는 직접-접촉식-공기-냉각기; 상기 냉각유체의 온도를 대기의 습구온도 이하로 낮추고, 상기 냉각된 유체가 대기의 온도를 상기 습구온도 이하로 낮추어 공기의 절대습도를 낮추도록 된 수단; 상기 냉각유체를 직접-접촉식-공기-냉각기의 수조로부터 상기 유입구로 재순환시키는 수단; 상기 재순환 수단과, 유체-온도-강하수단을 연결하여 연속적으로 소모된 냉각유체를 상기 직접-접촉식-공기-냉각기의 수조로부터 상기 직접-접촉식-공기-냉각기의 유입구로 재순환시키고, 상기 유체-온도-강하수단과 상기 재순환 수단으로 공급되는 냉각유체의 유량을 제어하여 상기 직접 접촉식 냉각기로 사전에 설정된 유체온도에서 재순환되는 냉각유체를 제공함으로서 상기 대기를 처리하도록된 결합수단; 을 포함함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 직접-접촉식-냉각장치가 물-대-공기(Water-to-air) 교환 냉각매체, 공기 유입구, 공기배출구, 유체 유입통로 및, 상기 유체 유입통로로부터 상기 매체를 통과한 냉각유체를 회수하는 수조를 갖추고; 상기 결합수단이 수조에 연결되어 작동유체를 유체온도 강하수단과 재순환 수단에 공급하며; 상기 재순환 수단이 직접-접촉식-냉각장치의 유입통로에 연결되어 상기 수조와 유체온도 강하수단으로부터 전달되는 유체를 공급하고, 상기 냉각매체를 통과하는 냉각유체가 유입구로부터 상기 냉각매체로 공급되는 대기를 냉각시켜 배출구에서 인출시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 냉각매체가 직교류(cross-flow) 방식의 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 냉각매체가 대향류(counter flow) 방식의 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 냉각매체가 평행류(parallel flow) 방식의 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 사전에 설정된 공기온도가 대략 화씨 44°임을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 재순환 수단은 펌프와, 상기 펌프와 직접-접촉식-냉각장치의 유체 유입통로 사이에서 연결되는 제 1 도관을 갖추고; 상기 결합수단은 제 1 밸브, 제 2 밸브 및 제 2 도관을 갖추며; 상기 제 1 밸브는 제 1 서보 장치를 갖추어 상기 수조와 제 2 밸브에 연결되고, 상기 제 2 도관은 제 1 밸브와 유체온도 강하수단 사이를 연결하며, 상기 제 1 밸브는 서보장치에 의해 작동되어 유체를 상기 수조로부터 제 2 밸브와 유체온도 강하수단에 연결시키는 한편; 상기 제 2 밸브는 제 2 서보장치를 갖추고, 상기 펌프와 유체온도 강하수단에 연결되며, 제 2 서보장치에 의해 작동되어 유체를 제 1 밸브와 수조 및 상기 유체온도 강하수단으로부터 상기 펌프와 직접-접촉식-냉각장치의 유체 유입통로에 공급함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 유체온도 강하수단은 얼음 제조장치와, 상기 냉각유체 및 얼음의 저장공간을 형성하는 열저장 유니트를 갖는 열저장 시스템으로 이루어지고, 상기 열저장 유니트내에 위치된 냉동수단은 얼음을 생산하며, 상기 얼음제조장치에 연결되는 한편; 상기 제 1 밸브와 수조를 상기 공간으로 연결하여 유체를 공급하는 제 2 도관은 상기 냉각유체를 얼음과 접촉시켜 상기 탑의 유입통로로 재순환되는 냉각유체의 온도를 강하시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 유체의 온도를 검지하여 신호를 발생시키는 수단을 추가로 포함하고; 상기 검지수단을 제 1 밸브의 서보장치, 제 2 밸브의 서보장치 및 상기 펌프중의 적어도 어느하나와 연결하는 도선(a line)을 갖추어 적어도 어느한 구성품이 상기 신호에 응답하여 상기 제 1 밸브를 통해 상기 공간과 제 2 밸브로 공급되는 냉각유체의 흐름을 제어함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 냉각유체가 물임을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 연소공기의 온도와 상대습도중의 어느하나를 검지하여 신호를 제공하는 수단을 추가로 포함하고, 상기 검지수단을 제1 및 제 2 밸브의 서보장치중의 적어도 어느하나와 연결하는 도선을 갖추어 상기 서보장치들이 상기 신호에 응답하여 상기 밸브들을 통한 냉각유체의 흐름을 조절함으로서 상기 검지된 어느하나의 연소공기의 변수를 제어함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제11항에 있어서, 상기 직접 접촉식 냉각장치의 후류측에 위치된 재가열코일을 포함하고; 상기 재가열코일을 가열하는 수단을 갖추어 상기 공기의 온도를 사전에 설정된 온도 부근까지 상승시키고 상대습도를 강하시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제12항에 있어서, 간접 증발식 냉각장치를 추가로 포함하여 상기 직접-접촉식-냉각장치의 상류측 유입공기의 대기온도를 강하시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 얼음 제조장치는 증발기, 응축기, 팽창장치 및, 냉동제를 갖춘 냉동수단과 연결되는 압축기를 갖추어 상기 열저장 유니트내의 냉각유체 온도를 낮추도록 작동되고; 상기 얼음 제조장치는 냉동코일내의 냉동제를 냉각시켜 얼음 탱크 공간내의 냉각유체를 결빙시키도록 구성됨을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
습구 및 건구온도, 대기의 상대습도 및 대기밀도에서 대기를 받아, 상기 대기온도 보다는 낮고 대기밀도 보다는 높은 제 2 온도에서 연소용 공기를 공급하도록 작동되는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템에 있어서, 냉각에 사용되는 제 1 유체, 유체 유입구 및 수조가 갖춰진 직접-접촉식-냉각장치를 갖추고; 상기 직접 접촉식 냉각장치는 공기를 받아서 공기 온도를 낮추며; 상기 제 1 냉각유체의 온도를 대기의 습구온도 이하로 낮추어 상기 낮아진 유체가 공기의 온도를 공기습구온도 이하로 낮추며, 공기 절대습도를 낮추는 수단을 갖추고; 상기 제 1 재순환 수단과 유체-온도-강하수단 연결시켜 소모된 제 1 냉각유체를 수조로부터 공급하고, 상기 재순환 수단과 유체-온도-강하수단으로 유입되는 냉각유체의 유량을 제어하여 상기 유체 유입구에서 사전에 설정된 유체온도로 상기 직접-접촉식-냉각장치에 냉각유체를 제공하는 결합 수단을 갖추며; 상기 제 1 냉각유체를 펌프로부터 상기 직접 접촉식 냉각장치의 유체 유입구로 재순환시키는 제 1 수단을 갖추고; 냉각에 사용되는 제 2 유체를 갖춘 간접-증발식-냉각장치를 갖추며; 상기 간접-증발식-냉각장치에 연결되어 유체온도를 강하시키는 제 2 수단을 갖추는 한편; 상기 제 2 수단은 간접-증발식-냉각장치와 제 2 유체-온도-강하수단 사이에 연결되어 제 2 냉각유체를 재순환 시킴으로서 제 2 냉각유체를 제 2 온도 강하수단과 간접 증발식 냉각장치로 공급하고, 상기 간접 증발식 냉각장치가 대기의 온도를 낮추기 위하여 대기를 받아서 상기 공기를 직접 접촉식 냉각장치의 가스터빈중의 어느하나에 공급함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제15항에 있어서, 상기 간접 증발식 냉각장치는 유체통로, 유입단부 및 배출단부를 갖는 튜브형 코일과, 상기 튜브형 코일에 장착되어 공기 접촉 및 열전달을 향상시키도록된 적어도 하나의 날개(a fin)를 포함하며; 제 2 냉각유체가 갖춰진 냉각탑은 제 2 유체 유입통로와 제 2 수조를 갖추고, 제 2 재순환 수단이 수조와 상기 제2 유체 유입통로 사이에 연결되며, 상기 튜브형 코일이 재 2 재순환 수단내에 연속적으로 위치되어 상기 유입단부와 배출단부 측에서 상기 튜브형 코일을 통해 제 2 유체를 재순환 공급함으로서 대기의 온도를 낮추고, 상기 간접식 냉각장치를 통과하는 공기의 절대습도를 유지시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제16항에 있어서, 상기 직접 접촉식 냉각장치와 냉각탑이 직교류형의 구조인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제16항에 있어서, 상기 직접 접촉식 냉각장치와 냉각탑이 대향류형의 구조인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제16항에 있어서, 상기 직접 접촉식 냉각장치와 냉각탑이 평행류형의 구조인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제16항에 있어서, 상기 제 1 재순환 수단은 제 1 수조와 상기 직접 접촉식 냉각장치의 유체 유입통로 사이에서 연결되는 도관과, 상기 도관내에 위치되어 상기 수조로부터 제 1 냉각유체를 직접 접촉식 냉각장치의 유체 유입통로에 재순환시키는 펌프를 포함함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제20항에 있어서, 제 2 도관과, 상기 제 2 도관내에 장착된 제 2 펌프를 추가로 포함하고; 상기 제 2 펌프가 제 2 도관, 날개달린 코일(finned coil) 및 상기 냉각탑을 통해 제 2 냉각유체를 재순환 시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제21항에 있어서, 상기 가스터빈으로 공급되는 공기의 온도 및 상대습도중의 어느하나를 검지하여 신호를 제공하는 제 1 검지수단을 제공하고; 상기 제 1 검지수단은 제 2 펌프에 연결되어 검지된 신호를 제공함으로서 상기 제 2 펌프가 튜브형 코일을 통해 제 2 냉각유체를 순환시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제21항에 있어서, 상기 직접 접촉식 냉각장치와 간접 증발식 냉각장치의 후류측에 위치된 재가열코일을 추가로 포함하고, 상기 재가열코일은 유입단부와 배출단부를 갖춘 유체통로를 포함하며; 상기 제 2 도관 내에 위치된 결합수단이 재가열코일의 유입단부와 연결되고, 상기 재가열코일의 배출단부가 상기 결합수단의 후류측에 위치된 제 2 도관과 연결되는 한편; 상기 결합수단이 간접-증발식 튜브형 날개달린 코일의 후류측 제 2 냉각유체를 받아 제 2 도관과, 재가열코일로 공급하여 상기 연소용 공기를 사전에 설정된 온도로 약간 재가열하고, 상대습도를 낮추며, 접속 절대습도를 유지시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제23항에 있어서, 상기 연소용 공기의 온도와 상대습도중의 어느하나를 검지하여 그 검지된 신호를 제공하는 제 2 수단; 2방향 밸브를 상기 제 2 검지수단과 연결된 서어보장치에 결합시키는 수단을 추가로 포함하여, 상기 서어보장치가 상기 밸브, 제 2 도관 및 상기 재가열코일을 상기 제 2 신호에 따라서 결합시켜 연소용 공기의 온도와 상대습도를 제어함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제21항에 있어서, 상기 시스템을 통하여 가스터빈으로 상기 공기의 흐름을 가속시키는 모터 구동용 팬(Fan)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
습도 및 건구온도, 대기의 상대습도 및 대기밀도에서 대기를 받아 상기 대기의 온도보다는 낮고, 상기대기의 밀도보다는 높게 상기 공기를 배출하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템에 있어서, 냉각에 사용되는 제 1 유체, 유체 유입구 및 수조 및 갖춘 직접-접촉식-공기 냉각장치; 냉각에 사용되는 제 2 유체를 갖춘 간접 증발식 냉각장치 ; 상기 제 1 냉각유체의 온도를 상기 대기의 습구온도 이하로 낮추는 수단; 상기 제 1 냉각유체를 재순환시키는 제 1 수단; 상기 수조를 상기 냉각유체 온도 강하수단에 연결시키고, 상기 제 1 재순환 수단을 상기 직접 증발식 냉각장치로 연결시키는 제 1 수단; 상기 유체 수조로부터 제 1 냉각유체를 상기 유체 유입구로 이동시키도록 각각의 수조와 상기 유체온도 강하수단을 연결시키는 제 1 재순환 수단; 상기 간접 증발식 냉각장치를 통해 제 2 냉각유체를 재순환시키는 제 2 수단; 상기 배출된 공기를 재가열 하도록, 유입구와 배출구를 갖춘 재가열수단; 상기 제 2 재순환 수단과 상기 재가열수단을 간접 증발식 냉각장치의 후류측 재가열수단의 유입구에서 결합시키는 제 2 연결수단을 포함하고, 상기 재가열 수단은 제 2 연결수단의 후류측 배출구에서 상기 제 2 재순환 수단과 연결되며, 상기 재가열수단은 배출공기를 사전에 설정된 온도로 가열시키고, 상대습도를 일정한 절대습도에서 감소시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제26항에 있어서, 상기 직접 접촉식 공기 냉각장치는 냉각매체, 공기 유입구, 공기 배출구, 유체 유입통로 및, 상기 매체를 통해 흐르는 제 1 냉각유체를 회수하는 수조를 포함하고; 상기 수조를 제 1 재순환 수단과 상기 유체온도 강하수단에 연결시키는 제 1 연결수단은 상기 제 1 냉각유체를 상기 유체-온도-강하수단과 상기 제 1 재순환 수단으로 연결시키며; 상기 제 1 재순환 수단은 상기 직접-접촉식 냉각장치의 유입통로와 연결되어 상기 수조와 유체-온도-강하수단으로부터 상기 냉각유체를 상기 유입통로와 매체에 연결시킴으로서 상기 공기 유입구로부터 공기 배출구로 통과하는 대기를 냉각시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제27항에 있어서, 상기 제 1 냉각탑은 직교류의 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 가스터빈의 연소 공기용 예비냉각 시스템.
제27항에 있어서, 상기 제 1 냉각탑은 대향류의 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제27항에 있어서, 상기 제 1 냉각탑은 평행류의 구성으로 이루어짐을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제27항에 있어서, 상기 사전에 설정된 배출공기의 온도는 대략 화씨 44℉임을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제27항에 있어서, 상기 사전에 설정된 배출공기의 상대습도는 85% 이하임을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제27항에 있어서, 상기 제 1 재순환 수단은 제 1 펌프와, 상기 제 1 펌프를 상기 직접-접촉식-냉각장치의 유입통로에 연결시키는 제 1 도관을 갖추고; 상기 제 1 연결수단은 제 1 밸브, 제 2 밸브 및 제 2 도관을 갖추며, 상기 제 2 도관은 상기 제 1 밸브와 상기 유체온도 강하수단을 연결시키는 한편; 상기 제 1 밸브는 제 1 서어보장치를 갖추고, 상기 수조와 제 2 밸브에 연결되며, 상기 제 1 서어보장치에 의해 작동되어 상기 수조로부터 제 1 냉각유체를 제 2 밸브와 유체-온도-강하수단으로 연결시키고; 상기 제 2 밸브는 제 2 서어보장치를 갖추며, 제 1 펌프와 유체-온도-강하수단에 연결되며, 상기 제 2 서어보장치는 상기 제 2 밸브를 작동시켜, 상기 제 1 밸브와 유체-온도-강하수단으로부터 제 1 냉각유체를 상기 제 1 펌프에 연결함으로서 상기 직접-접촉식 냉각장치의 유입통로로 재순환시킴을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제33항에 있어서, 상기 간접 증발식 냉각장치는 제 2 수조와 유체 유입통로를 갖춘 냉각탑 ; 관통구멍, 유입단부, 배출단부 및 열전달능력을 향상시키기 위하여 상기 튜브형 코일에 장착된 하나의 날개(fin)를 갖춘 튜브형 코일; 제 2 펌프와 제 3 도관을 갖추고, 상기 제 2 펌프가 냉각탑의 수조와 튜브형 코일의 입력단부 사이에 연결되는 제 2 재순환 수단; 제 3 서어보장치를 갖춘 제 3 밸브로 이루어지고, 상기 제 3 밸브가 상기 튜브형 코일의 배출단부, 재가열코일의 유입구 및 상기 제 3 도관의 연결되며, 상기 제 3 도관이 상기 제 2 유체를 제 3 밸브의 후류측 상기 유입통로에 재순환시키도록 연결되는 제 2 결합수단; 상기 제 3 도관에 연결되어 작동유체를 상기 냉각탑의 유입통로로 이동시키는 재가열코일의 배출단부; 상기 제 3 서어보장치에 의해 상기 제 3 도관과 재가열코일을 결합시켜 상기 제 2 유체가 튜브형 코일의 후류측으로 공급됨으로서 상기 냉각탑으로 재순환되는 제 3 밸브 ; 를 포함함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제34항에 있어서, 상기 재가열코일은 관통유로와, 상기 연소용 공기 및 튜브형 부재사이의 열전달 능력을 향상시키기 위하여 적어도 하나의 열교환용 날개를 갖춘 튜브형 부재를 포함하고, 상기 재가열코일은 가스터빈의 전방과, 상기 직접 및 간접 증발식 냉각장치의 후류측에 위치되며, 선택적으로 상기 연소용 공기를 재가열하여 공기의 온도를 상승시키고, 상기 유입공기의 상대습도를 일정한 절대습도에서 낮춤을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제35항에 있어서, 상기 연소용 공기의 온도를 검지하고, 상기 제 1 밸브, 제 2 밸브 및 제 3 밸브의 서어보장치중의 적어도 어느하나에 결합되어 적어도 상기 하나의 밸브를 제어하며, 상기 밸브를 통해 냉각유체를 공급하는 적어도 하나의 검지수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
제36항에 있어서, 상기 시스템을 통해 가스터빈으로 상기 공기를 가속시키는 팬(fan)을 추가로 포함함을 특징으로 하는 가스터빈의 연소공기용 예비냉각 시스템.
대기의 온도를 갖춘 유체에 의해 냉각되는 공기보다 낮은 온도에서 가스터빈으로 저온의 공기를 제공하고, 상기 저온의 공기가 대기의 밀도보다 큰 밀도를 갖추며, 상기 저온의 공기가 수조, 유체 유입구 및, 재순환되어 그 내부를 통과하는 공기를 냉각시키도록 된 작동유체를 갖는 직접-증발식-냉각장치, 상기 수조와 유입구 사이에서 냉각유체를 재순환시키는 수단, 및 상기 수조와 재순환 수단을 연결시키는 수단을 포함하는 시스템으로 제공되는 방법에 있어서, a) 상기 냉각유체의 온도를 대기온도 이하로 낮추는 수단을 제공하는 단계 : b) 상기 연결수단으로 수조와 온도-강하수단을 연결하는 단계; c) 상기 냉각유체를 수조로부터 유체-온도-강하수단으로 공급하여 상기 유체의 온도를 대기온도 이하로 낮추는 단계; d) 상기 유체-온도-강하수단과 상기 재순환 수단을 연결하여 상기 저온의 유체를 냉각장치의 유입구와 상기 직접-증발식-냉각장치로 공급하는 단계; 및, e) 상기 저온의 유체를 갖춘 직접-증발식-냉각장치를 통하여 대기를 통과시켜 상기 대기의 온도를 대기온도의 유체에 의해 냉각되는 공기의 온도이하로 낮추어 상기 저온의 공기를 상기 가스터빈으로 공급하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 가스터빈으로 저온의 공기를 제공하는 방법.
대기의 온도를 갖춘 유체에 의해 냉각되는 공기보다 낮은 온도에서 가스터빈으로 저온의 공기를 제공하고, 상기 저온의 공기가 대기의 밀도보다 큰 밀도를 갖추며, 상기 저온의 공기가 수조, 유체 유입구 및, 재순환되어 그 내부를 통과하는 공기를 냉각시키도록 된 작동유체를 갖는 직접-접촉식 공기 냉각장치, 상기 수조와 유입구 사이에서 상기 유체를 재순환시키는 수단, 및 상기 수조와 재순환 수단을 연결시키는 수단을 포함하는 시스템을 통해 제공되는 방법에 있어서, a) 열저장 유니트를 갖추어 상기 냉각유체의 온도를 수용하여 낮추는 얼음-냉동장치를 제공하는 단계; b) 상기 연결수단으로서 상기 수조와 열저장 유니트를 연결하여 상기 유체를 열저장 유니트에 공급하는 단계; c) 상기 수조로부터 상기 열저장 유니트로 냉각유체를 공급하여 상기 냉각유체의 온도를 대기의 온도 이하로 낮추는 단계; d) 상기 열저장 유니트를 재순환 수단에 연결하여 저온의 상기 유체를 유입구와 냉각장치로 공급하는 단계; 및 e) 상기 저온의 유체를 갖춘 직접-접촉식 공기 냉각장치를 통해 대기를 통과시켜 공기의 온도를 낮추고, 저온의 공기를 대기온도의 유체에 의해 냉각된 공기온도 이하에서 상기 터빈으로 제공하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 가스터빈으로 저온의 공기를 제공하는 방법.
제39항에 있어서, a) 대기를 받아서 상기 대기의 온도를 그 보다 낮은 제2온도로 낮추도록 작동되는 간접-증발식-냉각장치를 제공하는 단계; b) 상기 간접-증발식-냉각장치를 통해 대기를 통과시켜 상기 가스터빈과 직접-접촉식-냉각장치중의 어느하나에 공급하는 단계; 및, c) 상기 직접-접촉식-냉각장치내의 제 2 온도에서 상기 공기의 온도를 낮추어 상기 저온의 공기를 상기 제 2 온도 및 제 1 저온의 온도보다 낮은 제 3 온도에서 가스터빈으로 제공하는 단계; 를 추가로 포함함을 특징으로 하는 저온의 공기를 제공하는 방법.
제40항에 있어서, a) 상기 가스터빈으로 공급되는 저온의 공기를 재가열하는 수단을 제공하는 단계; b) 상기 직접-접촉식-냉각장치와 간접-증발식-냉각장치로부터 상기 재가열수단을 통해 공기를 공급하는 단계; 및, c) 상기 재가열수단을 통과하는 공기의 온도를 사전에 설정된 상대습도보다 낮은 상대습도에서 사전에 설정된 제 4 온도로 상승시켜 가스터빈으로 이동시키는 단계; 를 추가로 포함함을 특징으로 하는 저온의 공기를 제공하는 방법.
습구 및 건구온도, 대기의 상대습도 및 대기밀도에서 대기를 받아 상기 대기의 온도보다는 낮은 제 2 온도에서 또한 대기밀도 보다는 큰 밀도의 공기를 제공하는 공기 예비냉각 시스템에 있어서, 냉각용 제 1 유체, 유체 유입구 및 수조를 갖춘 직접-접촉식-냉각장치; 공기를 받아 공기의 온도를 낮추는 상기 직접-접촉식-냉각장치; 상기 제 1 냉각유체의 온도를 대기온도의 습구온도 이하로 낮추고, 상기 냉각된 유체가 공기 온도를 상기 공기의 습구온도 이하로 낮추며, 상기 공기의 절대습도를 낮추는 강하수단; 상기 제 1 재순환 수단과 상기 유체-온도-강하수단을 연결하여 상기 수조로부터 소모된 제 1 냉각유체를 공급하고, 상기 재순환 수단과 유체-온도-강하수단으로 향한 냉각유체의 유량을 조절하여 냉각유체를 상기 유체 유입구에서 사전에 설정된 유체온도로 상기 직접-접촉식-냉각장치에 제공하는 연결수단; 상기 제 1 냉각유체를 상기 직접 접촉식 냉각장치의 유체 유입구로 재순환시키는 제 1 수단; 냉각용 제 2 유체를 갖춘 간접-증발식-냉각장치; 상기 간접 증발식 냉각장치에 연결되어 유체의 온도를 강하시키는 제 2 수단; 상기 간접-증발식-냉각장치와 상기 제 2 냉각유체 사이에서 연결되어 상기 제 2 냉각유체를 상기 제 2 온도 강하수단과 간접 증발식 냉각장치로 재순환시키고, 상기 간접 증발식 냉각장치가 상기 대기를 받아 대기의 온도를 낮추며, 상기 공기를 상기 직접 접촉식 냉각장치와, 공기 사용장치중의 어느하나로 공급하는 재순환 제 2 수단; 을 포함함을 특징으로 하는 예비냉각 시스템.
습구 및 건구온도, 대기의 상대습도 및 대기밀도에서 대기를 받아 상기 대기의 온도보다는 낮은 사전에 설정된 온도에서, 또한 대기 밀도보다는 큰 밀도의 공기를 배출하는 공기 예비냉각 시스템에 있어서, 냉각용 제 1 유체, 유체 유입구 및 유체 수조를 갖춘 직접-접촉식-공기-냉각장치; 냉각용 제 2 유체를 갖춘 간접 증발식 냉각장치; 상기 제 1 냉각유체의 온도를 상기 대기의 습구온도 이하로 낮추는 강하수단; 상기 제 1 냉각유체를 재순환시키는 제 1 수단; 상기 수조를 상기 냉각유체-온도 강하수단에 연결하고, 상기 제 1 재순환 수단을 상기 직접 증발식 냉각장치에 연결시키는 제 1 연결수단; 상기 유체 수조로부터 제 1 냉각유체를 상기 유체 유입구에 이동시키도록 상기 각각의 직수조(direct sump)와 유체 온도 강하수단으로부터 연결된 재순환 제 1 수단; 상기 간접 증발식 냉각장치를 통해 제 2 냉각유체를 재순환시키는 제 2 수단; 상기 배출공기를 재가열하고, 유입구와 배출구를 갖춘 재가열수단; 상기 제 2 재순환 수단과 재가열수단을 상기 간접-증발식 냉각장치로부터 후류측의 상기 재가열수단, 유입구에서 연결하고, 상기 재가열수단은 상기 제 2 연결수단의 후류측 상기 배출구에서 상기 제 2 재순환 수단에 연결되며, 상기 재가열수단은 상기 배출공기를 사전에 설정된 온도로 가온하고, 일정한 절대습도에서 상기 상대습도를 낮추는 제 2 연결수단; 을 포함함을 특징으로 하는 공기 예비냉각 시스템.
제43항에 있어서, 상기 간접 증발식 냉각장치의 후류측과 상기 제 2 재순환 수단의 상류측에 연결된 제 1 냉각탑을 추가로 포함함을 특징으로 하는 공기 예비냉각 시스템.
제44항에 있어서, 상기 제 1 냉각유체의 온도를 강하시키는 수단은 결빙을 위해 냉동제를 사용하는 얼음-제조공장을 갖추고, 상기 얼음제조공장에 연결되며 작동가능한 제 2 냉각탑을 추가로 포함함을 특징으로 하는 공기 예비냉각 시스템.