KR960010276B1 - 가스터빈에 전달되는 연소공기 예냉시스템 - Google Patents

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더블류. 스미스 글렌
디. 맥크로스키 윌리엄
이. 케이트 로버트
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벌티모아 에어코일 캄파니 인코포레이티드
에드워드 제이. 브로시우스
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Abstract

내용없음

Description

가스터빈에 전달되는 연소공기 예냉 시스템
제1도는 가스터빈으로 도시된 공기연소 장치에 결합된 공기 예냉 시스템의 바람직한 실시예의 개략도.
제2도는 가스터빈 압축기의 공기 인입구에 증발 냉각된 공기를 방출하기 위한 공지의 증발냉각장치를 예시한 도면.
제3도는 제1도의 다구성 시스템을 통해 주위공기의 몇몇 선택적 냉각흐름경로를 예시하는 도면.
제4도는 제1도 시스템의 제1동작모드를 예시한 도면.
제5도는 제1도 시스템의 제2동작모드를 예시한 도면.
제6도는 제1도 시스템의 제3동작모드를 예시한 도면.
제7도는 제1도 시스템의 제4동작모드를 예시한 도면.
제8도는 제1도의 시스템으로 제2도의 종래방법의 이용성을 나타내는 제5동작 모드를 나타내는 도면.
제9도는 건구공기 온도 사이의 관계 및 습구온도, 엔탈피, 이슬점, 상대습도와 비부피 사이의 관계를 예시한 등온습도포.
제10도는 가스터빈 KW 출력 및 열비율의 성능을 압축기 인입(공기)온도의 함수로 나타낸 그래프.
제11도는 제1도 시스템에 대한 유체 및 공기흐름 경로를 예시한 도면.
제12도는 제1도의 시스템에 대한 동작 유체 및 공기흐름 경로를 예시한 도면.
제13도는 열저장장치와 가스터빈 압축기로 가는 공기를 연속보조 및 동시냉각시키는 선택적 실시예를 예시한 도면.
제14도는 터빈-발전기로 가는 인입공기 온도를 감소시키기 위해 간접 접촉 냉각기를 이용하는 본 발명의 기본 구성을 예시한 개략도.
제15도는 제14도에 도시된 구성의 다른 실시예를 나타내는 도면.
제16도는 본 발명의 다른 실시예를 예시한 개략도.
제17도는 본 발명에 의한 장치의 다른 실시예를 나타낸 도면.
제18도는 본 발명에 의한 장치의 및 배열의 다른 실시예를 나타낸 도면.
제19도는 본 발명의 여러 요소들로 구성된 장치 및 배열의 다른 실시예를 나타낸 도면.
제20도는 제18도의 장치 및 구성요소들의 다른 배열을 나타낸 도면.
제21도는 제17도의 장치 및 요소들의 다른 실시예를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
300 : 공기냉각시스템302 : 간접-접촉 냉각기
304 : 압축기305 : 냉각형 유체회로
306 : 증기 응축기310 : 열팽창 밸브
312 : 도관316 : 도관
328 : 상류측 영역330 : 하류측 영역
본 발명은 가스터빈 및 기타 공기를 필요로 하는 장치를 위한 인입공기 예비냉각장치에 관한 것이며, 보다 상세히는 가스터빈에 채워지는 인입공기의 온도를 주위공기 온도이하로 감소시키고, 가스터빈의 압축기(compressor)로 가는 인입공기내의 습도를 감소하거나 제어하고, 상기 가스터빈 압축기에 전달되는 공기의 밀도를 증가시키도록 동작 가능한 변형모우드를 가질 수 있는 예비 냉각시스템에 관한 것이다.
공기 인입구(air inlet), 압축기, 연소실, 터빈들 및 배기장치를 포함하는 가스터빈들은 터빈들을 구동하기 위한 고온가스를 발생시키기 위해 연소실에서 공기-연료 혼합물을 점화시키기 전에 연료와의 혼합을 위해 유입되는 인입공기를 압축한다. 가스터빈들은 항공기와 같은 운행체를 위한 기계적 힘을 발생하는데 이용되고, 또한 전력을 얻기 위해 특히 피크-부하 기간(peakload periods) 동안, 전력-발생 산업에서 전력 발생기의 발전기에 연결된다. 전력 생성을 위한 가스터빈 또는 가스-터빈 발전기는 공기 조정장치(에어콘)의 사용으로 인하여 전력수요가 증가될때인 아주 더운 날씨 동안에 피크 전력 수요를 위해 정상 전력(예를 들어, 증기 또는 수력전기) 발전소를 보충하도록 하절기에 특히 사용된다. 가스터빈 발전기는 또한 보다 작은 규모의 이용에 있어서 기저-부하 시스템(base-load systems)들과 공동-발전시스템(co-generation system)들에도 이용된다.
그러나, 가스-터빈 발전기의 KW 출력 비율 또는 열효율은 가스터빈-발전기로 가는 인입공기의 온도와 반비례 관계에 있다. 즉, 가스터빈-발전기는 20℉(화씨온도)(-7℃)의 공기보다 95℉(35℃)와 같은 상승된 온도의 인입공기가 보다 효율이 떨어지는 것이다. 이와 같은 사실은 수년동안 터빈 산업분야에서 주지의 사실로 알려져 왔다.
가스터빈 발전기의 출력에 미치는 영향이나 단점을 최소화하도록 가스-터빈 발전기로 주입되는 공기의 온도를 감소시키기 위해 여러가지 장치 및 방법들이 이용되었다.
그러나 전력수요는 여름날과 같이 냉방용 전력이 최대가 되는 기간에 증대되고 이때는 주위온도가 년중 최고로 높은 것이다.
따라서, 가스-터빈 압축기에 이와 같이 유입공기온도를 낮추는데 소요되는 전력비용 부담이 가스-터빈 전기출력으로 얻을 수 있는 잠재적인 이득보다 클 수 있기 때문에 증대된 전력과 가스터빈 압축기로 흐르는 유입공기의 온도를 낮추는데 필요한 경제적 비용이 흔히 정당치 못하게 된다.
따라서, 발전분야에서는 가스터빈으로 가는 유입공기온도를 낮추는데 소용되는 비용을 최소화시킬 수 있는 방법 및 장치를 지속적으로 추구하고 있는 것이다.
가스-터빈 인입공기의 온도를 감소시키기 위하여 흔히 이용되는 공기 냉각 장치중 한가지는 가스-터빈 인입구의 앞에 직접 증발 냉각(direct evaporative cooling, DEC)장치로써 작동하는 인-라인 증발냉각기를 설치하는 것이다.
그러나, 이같은 DEC 장치로부터 얻을 수 있는 온도감소는 건구/습구(dry-bulb/wet-buib) 온도차의 약 85%에 불과할 뿐이며, 보다 중요한 것은 그 DEC 장치는 주위의 상대습도가 75% 이하, 바람직하게는 약 20-60%가 아니면 그리 큰 잇점이 없다는 것이다.
예를 들어 건구온도가 약 35℃(95℉)이고 습구온도가 약 25℃(78℉)인 주위 온도는 단지 약 27℃(80.05℉)의 건구온도까지만 강하될 수 있을 뿐인 것이다. 또한, 상기 온도가 감소된 공기의 상대습도는 90%를 초과하거나, 실제로 갑작스런 기후 변화동안, 연행된 물입자로 물-포화상태가 될 수 있으며, 그 입자들은 터빈 브레이드에 충돌하여 그 터빈 브레이드를 마모시키거나 손상을 줄 수 있는 것이다.
비록 냉동 또는 냉각된 가스터빈 인입공기가 바람직하고 상기한 바와 같이 가스터빈 발전기용량의 증대에 도움이 되기는 하나, 특정 냉각된 공기온도의 선택은 가스터빈-발전기의 출력용량에 강한 영향을 준다.
인입공기가 100% 상대습도로 되거나 공기-냉각 공정에서 수분이 동반될 수 있으므로 터빈 압축기 인입공기의 온도는 0℃(32℉) 이상이어야 하거나 압축기 브레이드상에 얼음이 형성되는 것을 방지하여야 한다.
더욱이, 압축기의 인입구에서 공기 속도가 급속히 증가하면 물 4인치만큼의 공기내 정압강하가 일어날 수 있으며, 그 결과 온도가 떨어져 수분응축이 일어날 수 있다.
따라서, 온도 약 7℃(45℉) 상대습도 약 80%에서 냉각된 인입공기를 갖는 것이 바람직하면서 보다 유리하며, 냉각된 공기로써 가스터빈의 작동을 보다 개선시키면서 공기 온도 및 습도변화를 보다 쉽게 할 수 있다. 가스터빈 이용에 대한 주입공기 냉각의 상대적 선택 및 잇점이 벨기에 브뤼셀에서 1990 개최된 Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition에서 제출된 논문 Options in Gas Turbine Power Augmentation Using Inlet Air Chilling에 검토되어 있다.
냉각타워는 냉각장치와 관련된 친숙한 구조이며, 그 냉각타워는 일반적으로, 열을 대기로 방출하는 작용을 하는 유체(예컨대 물) 재순환장치이다.
상기 냉각타워는 통상적으로 그 유체회로내에 있는 열교환장치와, 열-교환 매체를 통해 펌프에 의해 냉각탑과 중력공급으로 복귀하도록 상기 열교환기를 지나 재순환되는 유체를 갖는다.
상기 재순환 냉각타워 및 열교환 장치는 그것을 통해 전달된 공기에 열과 수증기를 부가하고, 대량의 냉각 유체가 증발됨에 따라 일반적으로 물 보급 시스템을 필요로 한다.
공기세척기와 같이 매체를 공기에서 물로의 직접 열교환을 통해 공기를 순환시키는 공기냉각 및 급습장치인 직접 증발식 냉각시스템에 있어서는, 냉각 및 급습은 일반적으로 공기가 연속으로 재순환하는 냉각수 스프레이를 통과할때 일어난다.
이는 증발시 대기로부터 열을 뺏아가기 때문에(즉, 온도강하) 등엔탈피공정(constant enthalpy process)이며, 재순환하는 물의 온도는 유입되는 공기의 습구온도까지 감소한다.
일정시간 경과후 약간의 펌프-에너지 가열을 제외하고, 재순환하는 물은 단순히 증발 수단만을 통해 대략 공기 습구온도를 얻는다. 그 증발식 냉각기는 냉각타워와는 달리 열교환기를 사용하지 않으며, 건구온도가 감소되고 전형적으로 상대습도가 90% 이상으로 본질적으로 수분포화된 공기를 방출한다.
그러나, 증발식 냉각기로부터 다른 장치로 전달되는 냉각된 공기내의 수분은 공기 온도가 떨어질때 결빙되어서는 안되며, 이에 따라 인입하는 습구온도는 최소 4.5℃(40℉)와 같이 0℃(32℉) 이상 유지되어야 한다.
증발식 냉각기가 무더운 날씨에 찬 공기를 배출할 수 없다할지라도, 직접 증발식 냉각시스템으로부터 배출되는 공기는 찬 주위 환경에서는 차게 될 것이며, 가스터빈 인입구로 수분 포화된 공기를 보내기 전에 공기를 재가열시킬 필요가 있으며, 이 재가열에 의해 습도를 조절하여 물방울이 증발되게 함으로써 다운스트림(down stream)장치에서 수분결빙을 막을 수가 있는 것이다.
별개구조내의 얼음-물에 의해서와 같이 DEC 장치내의 냉각유체온도를 인입하는 공기 습구온도 이하로 감소시키는 것은 나아가 방출된 공기온도를 주위공기 습구온도 이하로 감소시킬 수 있다.
간접 접촉 냉각기(ICC)의 방출수 온도가 유입되는 공기의 이슬점 이하로 떨어질때, 공기 온도가 습구온도 이하로 떨어지고 탈습(de-humidification)이 일어난다. 방출수의 최종온도는 외부 열제거 및 공기 세척기를 통해 전달되는 물의 량에 달려 있으나, 공기 건구온도가 주위의 이슬점 조건 이하로 떨어질때, 약간의 수분이 공기부터 응축된다.
이와 같이 간접 접촉 냉각기내의 냉매유체(통상적으로 물)의 이슬점 이하로의 온도강하는 ICC장치를 통해 흐르는 공기의 습구 및 건구온도 모두를 이슬점 이하로 강하시킬 수 있다. 풍속, 온도 및 습도와 같은 주위 및 공기 변수들은 기온 패턴이 변화함에 따라 급속히 변화될 수 있으며, 이는 간접 접촉 냉각기의 열전달 특성에 영향을 미쳐 배출공기를 35℉(2℃) 혹은 그 이하온도까지로 과도하게 냉각시켜 예를 들어 터빈 인입콘(cone)의 저압력부위에 결빙침착물을 야기시킬 수 있는 것이다.
따라서, 확고한 최소제어온도와 확고한 최소상대습도로 배출공기를 가스-터빈 인입구로 제공하는 보조장치가 요구되는 것이다.
가스터빈에 이용되는 인입공기를 냉각시키므로서 가스터빈의 효율 및 동작을 향상시킨다는 점은 이미 공지되어 있지만, 냉각된 인입공기는 제어가능하게, 효과적으로, 경제적으로, 그리고, 피크-부하 동작동안 원치않는 보조 전력 소비를 부가하지 않고 제공되어야 한다. 바람직한 터빈 인입 공기의 질(質)(quality)은 습구 및 건구온도들 사이의 차이 뿐만 아니라 요구되는 인입 공기 상대습도, 기압계 압력 및 전체 공기밀도변화에 따라 좌우된다.
그들 모든 변수들은 온도감소된 공기의 특성을 반영하고 가스터빈의 동작에 영향을 준다. 따라서 감소된 온도에서 다량의 공기를 가스터빈에 제공할때에는 이들 모든 변수들을 고려할 필요가 있는 것이다.
정밀한 특성화 또는 바라는 공기 온도 및/또는 습도 혹은 공기 상태는 습도 챠트에 설명되어 있고, 공기 온도-습도계 판독으로 주어진 반-실험 관계를 제공한다. 습도계는 공기의 습구 및 건구 온도를 측정하는 도구이다.
습도챠트는 습도, 이슬점, 엔탈피, 비체적 및 수증기 압력과 같은 공기-수증기 혼합물의 성질을 편리하게 결정하기 위하여 습도계로 얻은 온도와 기압의 함수로써 제공하도록 구성된 모노그램이다.
이와 같이 예를 들어 가스터빈에 대한 7℃(45℉)의 설계 인입공기 온도와 85%의 상대습도는 기대치 못한 기후 변화를 수용하면서도 터빈 브레이드 상의 얼음 형성 가능성을 최소화하고 수용가능한 상대습도에서 적당한 작동온도를 제공한다. 냉각타워를 통해 전달된 공기는 주위공기의 습구온도 정도로 온도가 떨어질 수 있기 때문에, 인입공기 혼합물의 조절은 항상 간접 접촉 장치나 냉각타워를 사용하여 이루어지는 것은 아닌 것이다.
또한, 터빈 인입구로 연행 물방울이 이용할 가능성을 최소화하기 위해 터빈 인입공기의 습도를 제어하는 것이 바람직하다.
Raymond Cohen의 Advance in Technology with Potential for Air Conditioning and Refrigeration에서는, 선택적인 가스터빈 공기증진 배열을 갖는 시스템이 제공되며, 그 시스템은 비-첨두(off-peak) 결빙시스템으로부터의 글리콜/물 용액에 의해 냉각된 핀-튜브 폐쇄회로 냉각코일을 이용하며 그 용액은 비-첨두 결빙을 의해 사용된다.
공기는 이들 냉각 코일들을 지나서 전달되어 그 온도를 32℃(90℉)의 명목기준 온도에서 약 16℃(60℉)까지 감소시켜 전력을 생성시키기 위해 제네레이터에 연결된 가스터빈에 주입 또는 연결된다. 비첨두 작동가능한(off-peak-operable) 얼음 냉각시스템은 전력 오프-피크 시간동안 얼음을 제조 및 저장한다.
그 저장된 얼음은 가스터빈에 전달되는 주입공기 온도를 감소시키기 위해 터빈을 사용하는 동안 냉각 코일내의 냉각 유체온도를 감소하는데 이용된다.
그러나, 그 시스템은 상대 습도를 제어하지 않으므로 높은 외부정손실형 핀코일 열교환 및 이에 관련된 단지 온도차이를 필요로 하며, 공기온도의 감소가 다른 조작모우드에 대한 유연성없이 시스템의 단일단계조작으로 제한된다.
Schlom 등에 부여된 미합중국 특허 제4,137,058호는 터빈 압축기용 가스를 냉각시키기 위해 습윤 및 건조면을 갖는 벽이 제공된 간접 증발식 열교환기를 제공한다. 그 열교환기는 전력 터빈 압축기 인입구 및 중간 냉각기에 전달을 위해 이들 벽중 어느 면에 건조 냉각 공기류 및 습한 냉각 공기류를 제공한다. 선택적인 실시예에 있어서, 간접 증발식 냉각 유니트는 제2간접 증발식 냉각기로부터의 찬 건조공기가 제1간접 증발식 장치로부터의 찬 습윤공기와 결합되고 2-단계 가스압축시스템 중간냉각기에 사용되게 직렬로 연결된다.
그 결과 찬 건조공기는 공기 압축기로 가는 주입공기로서 사용된다. 제3실시예에 있어서, 간접 증발식 냉각기로부터 방출된 건조냉각 공기류와 습한 냉각공기 스트림은 합해져서 터빈 공기 압축기로 가는 인입공기류로서 이용하기 위해 이송되나, 이 개시된 실시예에서는 냉각 공기가 중간 냉각기에 제공되지 않는다.
최종 실시예에 있어서, 간접 증발식 냉각기로부터의 건조 한냉공기류는 간접증발식 냉각기의 습윤측에 대한 인입공기류로 이용되며, 그 결과 아주 찬 습윤공기가 터빈 공기 압축기에 대한 인입공기 장입물로 이용된다.
그 기계적 냉각기, 증발식 공기냉각기 및 흡수냉각기를 포함하는 공지의 공기-냉각장치들은 주위온도보다 한 유입공기를 가스터빈에 제공하여 그 효율 및 작동성능을 증대시킨다.
그러나, 이들 장치들은 연동된 물방울제거, 공기밀도, 유입공기체적에서 특정온도에서의 상대습도를 제어하거나 혹은 냉동압축기 온라인의 전기에너지 소비없이 청두동작(on-peak operation)을 제공하는 비첨두(off-peak) 열저장 얼음제조 등을 고려하지 않고 있는 것이다.
뿐만 아니라, 이들은 보다 가격이 비싸게 먹히고 작동이 비경제적이며 종종 발전기에 연결된 가스터빈에 전기부하를 가중시킨다.
본 발명의 공기-냉각장치는 선택적인 동작 모드들에 대해 융통성을 갖는 간접 접촉냉각기를 제공한다. 이는 방출 공기온도 및 습도를 사전에 냉각 및 제어하기 위해 보조 공기-처리 구조와 함께 작동될 수도 있다. 이 장치는 가스-터빈에 연결되어 피크-부하 시간동안 비싼 압축기를 갖는 풀-사이즈 증기 압축시스템을 제공하여 동작시킬 필요없이 감소된 온도를 제공한다. 그 가스터빈 발전기에 접속될 수 있다.
이상적인 조건에서, 가스터빈용 공기 예비 냉각시스템은 공기 밀도를 최대한 증가시켜 가스터빈에 인입공기를 제공하고, 온도 및 상대습도와 같은 인입공기 특성을 제어한다.
그 예비 냉각시스템은 작동비용을 최소화하고 현존하는 기후 및 발생하는 부하변수에 작동조건을 맞추면서 인입공기의 성질을 제어하기 위해 여러가지 모우드로 작동가능한 것이다.
발전기에 결합된 가스터빈의 경우에 있어서, 그와 같은 발전기들은 수력전력/핵전력, 온라인 화석-연료 연소 또는 기타 다른 발전수단으로부터의 정상 발전 용량을 보충하기 위해 사용된다. 간접 접촉 냉각기, 간접 증발식 냉각기 및 재가열 장치와 협력하여 열저장 장치는 가스-터빈 발전기의 수요가 최대로 되는 기간동안 더운 주위공기와의 반응시키기 위한 냉매온도를 낮추기 위해 한냉물질을 생성하도록 비-첨두 동작을 이용하여 낮은 비용으로 감소된 온도 및 제어된 상대습도에서 냉각된 공기를 제공할 수 있다.
이는 예냉 시스템 동작동안에 짧은 시간동안 냉매와 반응하기 위한 12 내지 16시간과 같은 긴시간을 통해 전개될때, 통상 얼음인 냉각 덩어리를 제공하기 위해 비교적 작은 시스템들을 병합할 수 있는 시스템을 제공한다. 상기 열저장 시스템의 경제성은 터빈 KW출력의 증대 및 터빈 효율의 증대에 따라 향상되고, 높은-부하 또는 피크-부하 기간동안 전기적 소비를 줄이기 위해, 일차적으로 상업적 HVAC(가열, 환풍 및 에어콘) 작동에 대하여, 특정 소자자에 제공되는 유용성에 비교될 수 있다.
이들 최대 부하 기간을 나타내는 것은 하절기에 국도로 높은 오후의 온도이며 몇몇 지역에서는 제한 송전(brown put)이 되기도 한다.
이같은 제한송전상태에 있어서는, 지역 전기회사는 가능하다면 다른 전력회사로부터 전력을 구매하거나 혹은 전압출력을 감소시켜 작동시키거나 혹은 이들 고부하기간에 사용가능한 전력을 이용할 다른 방법에 의존하기도 한다.
결과적으로, 터빈공기 인입온도를 감소시키기 위해 고부하 기간동안 부족하고 보다 값비싼 전력을 이용하는 것은 경제적이지 못하다는 것이 분명한 것이다. 나아가, 터빈 인입공기 온도를 감소시키기 위해 제어된 비율로 열 저장시스템을 연속으로 이용할 수 있음이 증명될 수 있다.
공기온도를 이슬점 이하로 낮춤으로써 얻을 수 있는 불명확한 잇점은 질소산화물 방출 제어에 있어서 가스터빈 연소부위에 주입하여 이용하기 위한, 본질적으로 탈염된 물인, 응축수분을 회수하는 것이다.
본 발명은 배출공기온도를 주위 공기온도 이하로 낮추고, 방출공기의 상대습도를 제어하며, 공기밀도를 부수적으로 증가시키고 연행된 수분이나 물방울을 전체적으로 제어하는 공기 예비-냉각시스템을 제공한다.
그 예비냉각시스템은 주위 공기상태의 변화를 수용할 뿐만 아니라 사용자에 이용가능한 선택적인 인입공기 처리 모우드 또는 특성들을 형성하는 선택적인 공기흐름통로를 갖는다. 요구되는 인입-공기 특성들은 그 시스템내의 구성성분들 각각의 냉각 및 공기 전달능력을 이용하여 제공되고, 그 구성성분들을 배출 공기온도, 상대 습도 및 결과적으로, 공기의 밀도를 변화시킬 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 설비물은 본 장치의 구조를 최소화하기 위해 하나 이상의 구성성분을 서브하도록 하나의 냉각탑을 교대로 이용하고 열전달주기를 일일주기로 하게 할 수 있다.
상기 공기 예비 냉각시스템은 공기온도를 낮추고 주위공기의 습도를 100% 이하로 감소시키도록 작동가능하다.
보다 상세히 설명하면, 일일 또는 주간 시스템은 얼음-물 냉매유체의 온도를 낮추어 결빙시키고, 그 얼음은 저장한 후 간접-접촉 열 및 질량 교환하는 얼음-물 제공 열전달매체를 위해 얼음을 재가열하기 위한 비첨두(off-peak) 얼음제조 냉각플랜트(IMP)를 사용하며, 이는 가스터빈과 같은 공기를 필요로 하는 장치에 대하여 비교적 낮은 가격으로 감소된 온도 및 습도의 유입공기를 만들기 위해 냉각탑과 핀코일뱅크를 갖는 간접증발식 공기냉각기 및 재가열 코일-뱅크와 함께 공기류내에 직렬로 배열될 수 있다. 얼음 냉각 및 저장은 가스터빈으로 가는 인입공기온도를 주위공기온도에 의해 제약을 받는, 냉매유체를 단지 재순환시켜 얻을 수 있는 온도이하로 감소시키기 위해 온도가 감소된 냉매유체 혹은 얼음-물을 이용가능하게 한다.
이하 본 발명을 첨부도면에 의해 상세히 기술한다.
제14도에는 가스터빈(20)과 같이 공기를 소비하는 장치에 온도가 감소된 공기를 제공하기 위한 공기 냉각시스템(300)이 개략적으로 도시되어 있다.
비록, 그 냉각시스템(300)이 공기를 흡입하는 엔진이나 열교환기, 또는 대용량 공기조절시스템(에어콘)과 같은 장치와 동작될 수 있지만, 시스템(300)의 구조 및 동작을 발전기(21)에 결합된 가스터빈(20)과 관련지어 설명한다.
미합중국 특허 제5,193,352호에 기술되어 있는 것처럼, 이 결합된 터빈-발전기 배열은 발전 산업에 있어 일반적인 것이고, 흔히, 최대전기 수요기간에 신속하게 작동가능한 발전 조립체로서 자주 이용될 뿐만 아니라, 특정한 이용을 위해 단지 전력을 생성하는 구조를 나타낸다.
일반적으로, 가스터빈 발전기에 주위의 온도가 낮고 밀도가 큰 공기를 제공함으로서 터빈 효율 및 출력 용량 또는 발전기 KW의 증가를 가져온다.
터빈-발전기 효율의 개선점은 제10도에 예시되어 있는바, 열비율(heat rate), 공기 흐름, 열량소비의 변수들에 대한 압축기(터빈) 주입온도의 함수로서 설계 용량으로부터의 퍼어센트 변화를 나타낸다. 주입공기온도를 보다 낮게 하므로서, 열량비율이 감소할때 가스터빈-발전기의 출력이 증가하는 것은 분명하다. 예를 들어, 유입공기온도가 105℉에서 약 40℉까지 변화하면 그 열비율은 약 9% 감소시키지만, 출력은 약 35%까지 개선된다. 터빈(20) 및 발전기(21)장치의 효율은 열비율이 감소할때마다 또는 동일작동조건에서 킬로와트 출력이 증가하면 개선된다.
상기 미국특허 5,193,352호는 바람직한 실시예에서, 가스터빈(20)을 위한 공기냉각(air cooling) 시스템(10)은 얼음-냉각(ice-chilling) 조립체(14)에 결합된 직접-접촉 냉각기(direct-contact chiller, DCC)(12), 간접 증발식 냉각(indirect evaporative cooling, IEC)장치(16)와, 배출공기 습도-제어 재가열 코일(18)을 갖는다.
DCC(12) 및 IEC(16) 각각은 독립적으로 작동하여 가스-터빈(20)으로 가는 인입공기를 주위 공기온도 이하로 냉각시키며, 이들 성분들을 개선된 인입-공기 습도제어 또는 온도감소를 위해 별도로 작동되거나 혹은 서로서로와 얼음-냉각기(14)와 코일(18) 중 어떤것과 함께 연결되어 작동될 수 있다. 시스템(10)에 대한 여러가지 동작 순서들이 제3도에 예시되어 있지만, 그들은 단지 예시에 불과한 것으로써 결코 발명을 한정하는 것은 아닌 것이다. 제1도의 예시된 실시예에 있어서, 그 구성성분들의 배열, 위치 및 순서가 정렬된 선형으로 도시되어 있으나 각 성분을 지나는 공기 흐름의 연결을 위한 물리적 배열 등은 댐퍼, 덕트, 도관, 배플이나 기타 선택조작모우드 및 물리적 성분 조립체를 제공하기 위한 공지의 물리적 공기전달 장치에 의해 갖춰질 수 있다.
유사한 구조가 본 발명에 적용될 수 있다. 본 발명을 제14도 내지 제21도를 참조하여 예시하고 검토한다.
본 발명의 제1실시예에 있어서, 제14도에 개략적으로 도시된 바와 같이, 공기냉각시스템(300)은 공기 인입구(19)에서 압축기(20)에 결합된다. 공기 냉각시스템(300)은 냉각장치 또는 조립체(305)에 결합된 간접-접촉 냉각기(ICC)(302), 간접-증발식 냉각기(IEC)(16)와, 배출공기 습도-제어하는 재가열 코일(18)을 갖는다.
IEC(16), 재가열 코일 및 ICC(302) 각각은 독립적으로 작동하여 가스터빈으로 가는 인입공기를 주위 공기온도 이하로 냉각시키며, 그들 구성요소들은 개선된 인입-공기 습도 제어 또는 온도감소를 위해 독립적으로 또는 이들 각각과 얼음-냉각기 코일(302) 및 재열코일(18)중 어느것과 연결되어 작동할 수 있다.
몇가지 작동 혹은 선택적 배열이 제14-21도에 도시되어 있다.
그들 도면에 예시된 실시예에 있어서, 각각의 성분요소나 요소결합들을 지나는 공기류의 전달을 위한 물리적 배열은 댐퍼, 덕트, 도관, 배플 또는 기타 선택된 작동 모우드 및 물리적 성분조립체를 제공하기 위한 공지의 물리적 공기전달 장치가 갖추어질 수 있다.
상기 도면들에 있어서, ICC(302)는 공기 인입구(19)로 이동가능한 주위공기를 냉각시키도록 동작될 수 있다. ICC 냉각장치의 한예로서, 제1건구온도 및 제1절대습도를 갖는 주위 공기는 ICC(302)의 예시된 핀(fin) 및 코일 배열을 통하며, 이는 냉각 유체에 대한 유체흐름통로이다. 공기는 제2의 보다 낮은 건구온도와 절대습도에서 가스터빈 공기 인입구(19)로 전달되도록 핀(fin) 및 코일배열을 통해 방출면(134)에서 배출된다. 제16도 내지 제21도에 도시된 배수소(sump) 또는 팬(pan)(136)은 제습공정으로부터 핀 코일 배열상에 축적되는 응축물을 받는다.
이 응축물은 탈염수로 사용하기 위해 배수, 저장탱크, 냉각타워(cooling tower)(52)로 혹은 폐기 혹은 재생장치로 배출되나 이 폐기는 본 발명의 범위에 포함되지 않는다.
2중상 냉각유체(dual phase refrigerant fluid)와 같은 제1냉각유체는 제14도 실시예의 ICC 핀 및 코일장치에서 작동가능하며, 이 실시예는 기초 냉각형 유체회로(305)와 관련되는 방식으로 ICC 장치를 이용한다.
본 발명의 범위를 한정하지 않고 본 발명의 기본동작 단계를 나타내기 위해 사용되는 이 예에 있어서는, 압축 및 응축된 유체가 증기 응축기(306)로부터 도관(308)을 통해 열팽창 밸브(310)로 이동된다.
밸브(310)는 자동으로 작동될 수 있으며, 그 동작은 이 분야에서 공지되어 있다. 상기 압축 및 응축된 냉매 혹은 제1냉각 유체가 ICC 코일(302)을 통해 흐름에 따라 그 유체는 팽창하고 압력은 감소되며 온도는 상승하게 된다.
이 팽창된 냉매는 전체적으로 기체상 성분이고, 도관(312)을 통해 ICC(302)로부터 압축기(304)로 이동되고, 이는 압력을 증가시키고 고압 냉매를 도관(314)을 통해 응축기(306)에 방출하는데, 여기서 상기 고압냉매물질은 응축되어 전체적으로 액체물질로 되며 재순환을 위해 ICC(302)로 가게 된다.
상기와 같은 방법으로, 압축기(304)는 펌프로서의 작용도 한다. 증기 응축기(306)는 냉각타워와 비슷하게 보이며 이미 공지된 방법으로 압축된 냉매의 열전달을 위해 냉각탑을 안내하기 위한 재순환펌프, 배수조 및 도관(316)을 포함한다.
제14도에 있어서는, 여러가지 부가된 작동단계가 터빈(20)에서 나타내는데, 그 단계들은 공기의 온도를 더 감소시키고 그 밀도를 증가시켜 압축기에 배출된 연료의 보다 완전한 연소를 위해 보다 많은량의 공기를 제공가능하게 하도록 터빈(20) 연소부위 앞에 질소가스를 도입함을 포함한다. 이는 본 발명의 일부분이 아니면 일반적으로 연료-연소장치의 출력을 증가시키기 위한 것으로 고려된다.
터빈으로부터의 배기물은 특정처리를 하지 않고, 터빈으로부터 배출되는 것으로 예시된다.
제15도에 있어서, 시스템(300)의 구조 및 동작은 제14도의 장치와 비슷하나, 냉각유체 회로내에 열저장유니트(TSU)(60)이 제공되어 있다.
예시적인 TSU에 있어서, 장치, 탱크 또는 하우징(61)은 내부의 물과 같은 저장매체를 가질 수 있다. 탱크(61)내에 나선형 장치로써 예시된 코일(66)은 하우징(61)내의 물중 최소한 일부를 동결하거나 냉각시키고, 데워진 냉매를 냉각회로를 통해 재순환시키도록 압축기(304)로 복귀시키는 압축 및 응축된 냉매유체를 수용하도록 TXV(310)에 연결된다.
물과 같은 상기 냉각유체는 그후 펌프(42)에 의해 도관(40)을 통해 ICC(302)로 순환되어 시스템(300)내의 공기를 냉각시킨다.
상기 데워진 유체는 복귀도관(72)을 통해 하우징(61)으로 복귀된다. 이 실시예에 있어서, 상기 압축기-응축기 냉각회로(14)는 피크시기가 아닌 시간동안 탱크(61)내의 유체를 동결 및 냉각시키도록 동작될 수 있고, 보다 저렴한 연료 또는 에너지를 이용한다. 그후, 시스템(300)은 냉각/동결된 유체 매체로써 ICC(302)를 작동시킴으로서 비-피크(non-peak) 에너지를 효과적으로 이용하는 피크-수요(peak-demand) 전력을 발생하도록 공기를 냉각시키기 위한 피크 소비 시간에 저장된 냉각용량을 이용할 수 있다.
제16도에 있어서, 선택적 실시예의 보다 상세한 설명은 세로축(320)과 예각을 이루고 설치된 ICC(302)를 포함한다. 상기 배열에 있어서, 임의 전치필터(322)는 IEC(50)앞에 공기 주입구(324)에 나타나 있고, 이는 스마스 등의 미국특허 제5,193,352호와 상기된 방법으로 작동가능하다.
IEC(50)으로부터 오는 온도감소된 공기는 예각(A')으로 제공된 핀 및 코일장치(326)인 ICC(302)로 이동된다. 이 예에서 핀 및 코일장치(326)는 첫번째의 그리고 보다 밝은 영역(328)과 어둡고 하류측에 위치한 영역(330)을 갖는다. 수직위치에 있어서, 그들 영역들(328) 및 (330)은 거의 수직축에 의해 분리될 것이다. 이 경사진 장치에서 제습과정에서 하류부위(330)상에 응축하는 수분을 보다 밝은 상류부위(328)로 흘러가서 배수조 혹은 팬(136)에 모여 도관(137)을 통해 배수 혹은 재순환 장치로 배출된다.
상기 수분이 영역(328)의 핀 및 코일을 통해 흐를때, 상류 코일 영역을 통해 통과하는 공기의 냉각 및 열전달을 도와준다. 그후, 그 냉각 및 제습된 공기는 상기한 바와 같이 재가열 코일(18) 및 터빈 인입구(19)로 이동된다.
제16도에 있어서, ICC(302)는 TSU(60)에서 냉매를 냉각시키기 위하여 글리콜 냉각장치(340)에 연결된 TSU(60)에 결합되는 것으로 예시되어 있다.
상기 도면에 있어서, 글리콜 냉각기(342)는 도관(344)에 의해 탱크(61)내의 냉각코일(66)에 연결되어 내부의 매체를 냉각 및 동결을 시키기 위한 냉매유체를 제공한다.
글리콜 냉각기(342)는 그 자체 냉동회로 및 장치(350)에 접속되고, 냉각회로 및 장치(350)은 압축기(352), 응축기(354) 및 TXV(356)를 포함하여 찬 냉매를 글리콜 냉각기(342)에 제공한다. 이 장치에 있어서, 냉각기(342)로부터의 더워진 냉매는 도관(360)을 통해 응축기(354)로 유도되어 압축되고 도관(360)을 통해 응축기(354)로 하향이동한다.
그 응축된 냉매는 라인(362)을 통해 TXV(356)에 이동되고, 그에 따라 냉각기(342)로 이동된다. 도면에 도시된 바와 같이, 응축기(354)는 유체흐름 회로에서 도관(366) 및 이 유체흐름회로내의 재순환펌프(370)을 갖는 도관(368)에 의해 냉각탑(364)에 연결되어 물과 같은 냉각제 액체를 응축기(354)에 제공한다.
응축기(354)는 도관(54) 및 (372)을 접속하는 3-웨이 밸브(376)와 함께 도관(372) 및 (374)을 통해 냉각타워(52)에 마찬가지로 연결되어 응축기(354) 및 IEC(50)중 냉각된 유체를 흐르게 한다. 상기 후자의 장치에 있어서, 압축기(352)가 냉각시스템(300)의 동작동안 사용된다면 냉각탑(364)을 피크시기동안에 이용할 필요가 있다.
제16도의 장치에 있어서, 탱크(61) 및 TSU(60)로부터의 냉각 및 동결된 매체는 도관(40)을 통해 ICC(302)로 이동되고, 라인(72)를 통해 탱크(61)로 복귀된다. 그러나, 이 실시예에 있어서는, 첫번째 3-웨이 밸브(380)이 탱크(61)와 펌프(42) 사이에 결합되어 있으며, ICC(302)의 하류측에 있는 제1온도 센서(384)로부터의 신호에 응답하여 냉각된 유체를 펌프(42)로 이동할 수 있게 작동가능하며, 이는 라인(386)을 통해 신호를 라인(390)을 통해 서보메카니즘(388)을 작동시키기 위한, 제어기(382)에 전송하고, 그후 밸브(380)에 전송한다.
두번째 3-웨이 밸브(392)는 복귀도관(72)에 설치되고, 라인(394)을 통해 탱크(61) 및 첫번째 3-웨이 밸브(380)에 접속된다. 밸브(392)의 서보메카니즘(396)은 라인(398)에 의해 제어기(382)에 결합되고, 센서(384)로부터의 신호에 응답하여 흐름을 제어하도록 동작될 수 있다.
2-웨이 밸브(400)이 전달 도관(54)가 재가열-코일 전달도관(402) 사이에 접속되어, 코일(18)의 하류측에 있는 제2온도센서(406)로부터의 신호에 응답하여 코일(18)에 냉각유체를 제공할 수 있도록 동작하게 되며, 그 감지기는 라인(408)에 의해 제어기(382)에 접속된다.
서보메카니즘(410)에는 제어기(382)로부터 라인(412)에 의해 제어신호가 제어기(382)로부터 제공되어 코일(18)에 유체를 전달하도록 한다. 유체는 냉각타워(52)로 복귀하기 위해 라인(414)을 접속시켜 도관(58)으로 복귀된다.
제17도에 있어서는, 제16도에서 설명한 보다 상세한 구조의 선택적인 실시예는 제16도의 응축기(354) 및 냉각타워(364) 장치에 대한 선택안으로서 증발 응축기(306)를 이용한다. 이 선택적 실시예에 있어서는, 냉각타워(52)의 이용이 피크사용 기간동안 응축기(352)를 가동시키지 않고 증기 응축기의 이용으로 생략될 수 있다는 것이 특히 주목된다.
이 실시예에 있어서는, 펌프(430)이 응축기 탑(432)의 배수조로부터 도관(434)을 통해 그 탑의 상부까지 냉각유체를 재순환시키도록 연결한다. 3-웨이 밸브(436)는 도관(434)에 위치되고, IEC(50)로의 이동을 위해 펌프(430)으로부터 두번째 3-웨이 밸브(438) 및 IEC 전달 도관(440)중 하나에 까지 유체흐름을 전환하도록 동작할 수 있다. 제2밸브(438)는 펌프(430) 및 밸브(436)로부터 유체를 수용할 뿐만 아니라 응축기(306)내의 코일(442)을 통해 전달하기 위해 IEC(50)로부터 더워진 유체를 수용하도록 동작할 수 있다. 밸브(436) 및 (438)는 모두 서보메카니즘 작동가능하나, 제어기(382)에 결합된 것으로 나타나지 않은 것이 주목된다. 조작, 작동 및 접속의 선택은 설계시 선택가능하나, 조작에 있어서, 제17도에 도시된 냉각회로 장치는 압축기(342)가 작동되지 않는 기간내에 냉각탑으로서 작동하도록 동작시킬 수 있다. 그러므로, 냉각타워(52)는 생략될 수 있지만 증발 응축기의 기능부전인 경우에 이용가능한 비상장치로서 도면에 도시되어 있다.
다시 실시예가 TSU(60)에서 코일(66)에 냉각 및 동결제를 제공하는 선택적인 냉각제 공급회로와 함께 제18도에 예시되어 있다. 이 실시예에 있어서는, 응축기(354)가 냉각탑(364)에 결합되어, 라인(454)(455) 및 펌프(456)에 의해 코일(66)에 전달을 위하여 도관(452)을 통해 리시버(450)에 액체 냉각제를 전달하여, 펌프(456)은 라인(458)을 통해 제어기(382)에 연결되며 동작가능하게 되어 있다. 복귀라인(460)은 대체로 기체상인 데워진 냉각유체를 코일(66)으로부터 리시버(450)으로 보낸다. 응축기(354)는 도관(452) 앞에 부구(462)를 포함하여 저압 리시버(450)으로 응축된 냉동제의 이동을 위한 수요 및 압력 강하기능을 제공한다.
이 실시예에 있어서는, IEC 냉각탑(52)가 압축기(352)의 비동작 기간동안 응축기(354)로부터의 폐열을 방지하기 위해 냉각타워(364)에 대한 선택안으로서 이용될 수 있음이 주목된다. 그러나, 상기 선택안의 선택은 설계이며, 압축기(352)의 동작사이클에 따른 것이다.
제19도에 있어서는, 제16도에 예시된 실시예의 일반적인 구조가 ICC(302)에서의 냉각제로서 글리콜 냉각제를 이용하도록 확대된다.
이 구성에 이어서는, 3-웨이 밸브(470)가 코일(66)의 앞에 있는 전달도관(344)에 위치되어 찬 글리콜을 코일(66)에 전달하고, 또한 도관(72)에도 연결되어 ICC(302)로부터의 더워진 복귀 유체를 수용한다. 복귀라인(472) 및 펌프(474)는 내부에 결합된 두번째 3-웨이 밸브(476)를 가지고 글리콜 냉각기(342)로 흐르는 유체를 제어하며, 상기 밸브는 또한 ICC(302)용 공급라인(40)에 결합되어 TSU(60)에서 냉각되었던 글리콜을 ICC(302)로 전달한다. 두번째 2-웨이 밸브(478)는 도관(480)에 의해 ICC(302)와 밸브(470) 사이의 복귀라인(72)에 연결되어 펌프(474)의 앞에 있어 복귀 글리콜 유체를 ICC(302)로부터 펌프(474)로 전달한다. 밸브(478)의 서보메카니즘은 라인(391)에 의해 제어기(382)에 결합되어, 센서(384)로부터 나오는 신호에 따라 동작하게 된다.
제20도의 다른 실시예는 제18도에 예시된 기본배열을 이용하고, 냉각탑(364) 대신에 냉각제 및 저압 리시버 장치와 증발 응축기(306)를 이용한다. 이 경우에, 냉각제는 압축기(352)로부터 증발 응축기(306)로 이동된다. 제20도의 실시예에 있어서, 펌프(456)는 액체상태의 냉각제를 리시버(450)로부터 코일(66)으로 전달하고, 그 냉각제의 증기 및 어떤 연동된 액체 냉각제도 도관(482)에 의해 리시버(450)로 복귀된다.
제21도는 글리콜을 직접 ICC(302)에 공급하기 위해 제19도 구조의 동작모드와 조합하여 제17도 장치의 구조를 결합하는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 증기 응축기가 응축기 및 냉각탑 구조장치 대신에 이용된다. 덧붙여서, 상기 장치는 글리콜 냉각기로부터 직접 글리콜을 냉각하는데 잇점이 있을 뿐만 아니라 TSU(60)에서 저장매체용 냉각제로서 이용가능한 글리콜을 형성하는데 잇점이 있다. 이 글리콜은 밸브(470) 및 TSU(60)에 전달을 위해 냉각기(342)에 전달되고, 이어서 기억 매체에 대한 냉각 및 동결 사이클 동안 냉각기(342)로 복귀된다. 그러나, 압축기의 비동작 주기동안, 증발 응축기(306)의 분사수가 IEC(50)에 대한 냉각제를 냉각시키는데 이용될 수 있기 때문에, 냉각탑(52)이 필요없게 된다. 냉각타워의 필요성을 없앤 것이 점선(372) 및 (373)으로 도시되어, 밸브(436),(438) 및 펌프(432)를 통해, IEC(50)와 증발 응축기(306)의 분사수 사이에 유체이동을 제공한다.
간접 증발식 냉각기(16)는, 그것을 통해 통과하는 공기를 현저히 냉각할 수 있으며, 바람직한 실시예에 있어서는 열 전달 장치로서 냉각탑(52) 및, 핀(fin)을 갖춘 코일(50)을 포함한다.
코일(50)은 제2인-라인 펌프(56)를 갖춘 도관(54)에 의해 제1냉각탑(52)에 접속되고, 펌프(56)는, 코일(50) 및 도관(54)을 통해, 물과 같은 제2냉각 유체를 순환시키도록 동작한다. 냉각탑(52)로부터 제공된 냉각수에 의해 냉각된 코일(50)은 공기흐름에 습기 및 습도를 부가하지 않고 그 사이를 통과하는 공기를 냉각시킨다.
제1도에 있어서, 도관(54)은 얼음제조 플랜드(ice making plant)(IMP)(62)에 접속 및 통과하도록 도시되어 있다. 그러나, 제14도의 실시예에 있어서, 코일(50)은 도관(54) 및 펌프(56)에 의해 냉각탑(52)에 직접 연결되어 있다. 그러나, 냉각탑(52)은 얼음-형성 동작동안 냉각을 위해 IMP(62)와 협력하여 동작하기도 하여 시스템(10)에 필요한 구성 요소들을 감소시키며, 이러한 기술은 이미 스미드 등의 특허 제5,193,352호에 기술되어 있다.
상기 제5,193,352호에 이미 설명된 구조에 있는 것처럼, 코일(50)을 통해 통과하는 모든 공기가 코일 또는 핀(fin)들에 접촉되지 않는다는 것은 이미 공지되어 있다. 그러나, 실제적인 고려로서, 코일(50)을 통해 흐르는 인입 또는 주위 공기량은, 코일을 직접 접촉하지 않는 공기가 접촉하는 공기와 혼합되어 평균유출 공기온도를 제공하기 때문에, 코일(50)에 직접 접촉하는 것으로 간주된다. 그와 같은 공기량의 특정 코일 접촉 및 비접촉에 관련된 상대량의 계산 및 조정은 바이패스인자(bypass factor)와 같은 산술적 함수로서 계산될 수 있다. 상업 환경에 있어서, 접촉된 공기에 혼합된 비접촉 공기의 특정량은 코일(50)로부터 방출된 공기내에 일반적으로 균일한 온도를 제공한다.
코일(50)로부터 제공된 냉각 공기는 공기 도관들을 통해 터빈(20)으로 직접 이동될 수 있고; 펌프 또는 압축기(304)를 작동시키지 않고서도 간접-접촉 공기 냉각기(ICC)(302)를 통해 이동될 수 있으며; 추가적으로 공기 온도를 감소시키기 위해 유체의 흐름회로내에 열저항 유니트(TSU)(306)를 가지고 혹은 가지지 않고 동작되는 압축기(304)에 의해 ICC(302)를 통해 이동될 수 있고; 재가열 코일(18)을 통해 이동될 수 있다.
상기 특정 공기-흐름 경로는 작동자에 의해 선택되고, 수동으로 선택될 수 있으며; 차단장치(baffles) 및 전향 장치(deflectors)에 의해 자동으로 제공될 수 있고; 또한 시스템(300)내에서 유도될 수 있다.
재가열 코일(18)은 ICC(302)의 방출 또는 인출 측면(134)과 터빈 인입구(19) 사이에 배치되고, 방출 공기온도를 미세하게 상승시키도록 작동하며, 터빈(20)에 전달된 방출공기의 상대 습도를 제어한다.
재가열 코일(18)은 IEC(16)로 향하는 유체를 수용하도록 결합된 핀장착형 튜브이고, 그 유체는 감소된 온도로 유지되지만, 반드시 냉각 온도로 유지되는 것은 아니며, 상기 코일(18)을 통하여 공기의 열 전송을 위해 재가열 코일(18)에 일정 유체 압력으로 제공된다.
냉각된 방출 공기의 미세한 재가열은 역효과를 발생시키는 것이 아니며, 이는 방출공기의 온도 및 습도 제어 모두를 제공한다. 제16도의 실시예에 있어서, IEC 코일(50) 및 도관(54)에 흐르는 냉각제는 방출 공기의 가열 및 상대 습도 제어를 위하여 서보 제어 밸브(400)을 통해 재가열 코일(18) 또는 IEC(50)에 공급된다.
특히, 도관(54)은 냉각유체를 IEC 코일(50)에서 밸브(400)로 전달한다. 상기 냉각유체는 센서(406 또는 384)로부터 감지된 신호에 응답하여 밸브(400) 및 서보메카니즘(410)에 의해 유도됨으로서 제1도관(402)을 통해 재가열 코일(18)에, 또는 선택적으로 도관(54) 및 IEC 코일(50)에 전달된다. 재가열 코일(18)로부터 제공된 냉각 유체는 도관(404 및 58)을 통해 냉각탑(52)로 재순환된다. 방출된 공기 온도의 제어 및 조정은 재가열 코일(18)을 통해 흐르는 냉각제의 량을 변환시켜 제어할 수 있으며, 이러한 제어는 센서(406) 또는 (384)에 의해 감지된 주변 환경 또는 작동변수에 대응할 수 있으며, 상기 센서(406) 또는 (384)는 제어기(382) 및 라인들(386,412)을 통해 밸브(400)에 결합되어 코일(18)을 통한 부분적인 흐름을 제공하기 위하여 그리고, 도관(54)을 통해 IEC 코일(50)에 흐르는 상기 유체의 나머지 부분을 방향전환하도록 그 위치가 조정된다.
밸브(400 및 380)의 서보-작동기(410 및 388) 뿐만 아니라 각각의 펌프(42,56 및 370)들과 같은 시스템(300)내의 여러 구성요소들 각각 수동으로 동작 가능하거나 예비설정(preset)시킬 수 있다. 그들은 당업계에서 공지된 것처럼 하나의 제어기(382)에 의해 제어 및 연결될 수도 있다.
제어기(382)는 센서(384) 및 (406)로부터 제공된 공기온도, 냉각제의 온도, 공기흐름속도, 상대습도, 압력 또는 그밖의 물리적 조건과 같은 측정 변수의 신호를 수신하여, 그들 감지파 신호를 기초로 하여, 서보밸브들, 펌프들 또는 다른 제어 가능한 작동기들에게 제어 신호를 제공할 수 있다. 예시된 제어 동작에 있어서, 감지기(384 및 406)들은 재가열 코일(18)의 상류측과 하류측 흐름에 각각 배치된다. 예를 들어, 센서(384,406)들은 라인(486,408)상의 온도와 같은 신호들을 라인(412)상의 서보매카니즘(410)에 제어신호를 발생하기 위하여 제어기(382)내의 비교기에 제공한다.
센서(384)(406)로부터 제공된 상기와 유사한 제어신호 및 연결구조가 상기 미도시된 라인상의 펌프(42)와 (56)에도 제공된다.
도면들에 있어서, 센서(384 및 406)들은 라인(386 및 408)들 각각에 의해 제어기(382)에 결합되어 감지된 신호를 제어기(382)에 제공한다. 유사한 출력 제어 신호들은 제어기(382)로부터 몇몇의 밸브들의 서보메카니즘에 제공될 수 있다.
습도 또는 온도와 같은, 특정 작동상태 또는 물리적 변수는 센서(384 및 406)에 의해 감지되고, 상기 센서들의 수 및 위치 또는 펌프나 서보메카니즘에 대한 감지기의 직접 연결 등의 선택은 설계적인 사항이고, 본 발명은 이에 제한을 두지 않는다. 특정 동작 상태, 검지된 물리적 변수 또는 감지 장치는 시스템(300)의 사용자 및 작동자의 선택에 있다.
시스템(300)은 가스터빈(20)에 공급되는 공기흐름의 냉각, 공기, 물 증기의 재생(recovery) 및/또는 습도 제어를 위해 설계된 것이지만, 시스템(300)의 물리적 구조의 변화없이 모든 펌프들을 작동시키지 않고서도, 주위 공기를 기체 터빈(20)으로 이동시키도록 동작될 수도 있다. 그러나, 전력 발생을 위한 가스터빈(20)이 피크-이용 기간에 전력발생장치를 보충하기 위해 자주 이용되기 때문에 가스-터빈전력의 출력을 증가시키기 위해 그리고, 단위출력 KW당 플랜트 연료소비를 억제시키기 위하여 IEC(16) 및 ICC(302)중 최소한 하나를 통해 주위 공기를 이동시킴으로서 터빈 인입 공기 온도를 감소시키는 것이 바람직하고, 이와 같은 전력 이용도 및 효율의 긍정적인 변화는, 무더운 계절동안 제10도에 도시된 바와 같은 곡선의 상대 기울기에 의해서 반영된다.
보다 낮은 온도의 인입 공기를 얻을 뿐만 아니라 상대습도의 제어를 얻는 것은 여러 동작 가능한 경로들을 시스템(300)이 선택함으로서 성취된다. 선택된 흐름 경로를 따라 흐르는 공기를 제어하기 위한 정밀한 배관(plunbing) 네트워크, 덕트워크(ductwork), 차단 장치 및 그밖의 장치들은 도면에 예시되어 있지 않지만, 당업계에서 이미 공지된 것이다. 인입 공기에 대한 증발식 냉각기(130)의 단독 이용을 도모하는 제2도에 예시된 종래의 작동 모드는 낮은 상대 습도의 대기 상태를 상기 기술한 온도 변화에 제공할 수 있다. 상기 건구 온도 저하는 대기 습구와 건구 온도 사이의 차이에 대하여 약 90%까지 기대될 수 있다. 터빈(20)에 전달되는, 증발식 냉각기로부터 방출된 공기는 동작 모드에서 수분으로 포화될 수 있지만, 상대 습도의 제어를 위해 특정구조가 제공되지 않는다. 따라서, 가스터빈(20)의 브레이드(blasdes)에 나쁜 영향을 줄 수 있는 부유된 수분입자가 포집된 잠재적인 가능성이 존재하는 것이다.
상기 설명한 것처럼, 상기 시스템(10)에서 공기 흐름 및 냉각 유체 흐름을 위한 다른 경로들과 동작 모드들이 블럭 다이어그램으로서 제3도에 도시되어 있고, 여기서 상기 여러 시스템 구성 요소들의 조합체가 가스터빈(G-T)(20)으로 방출공기를 제공하도록 배열된다.
인입 공기와 냉각 유체 모두에 대한 특정 흐름 경로는 작동자의 선택사항이고, 대기온도 및 상대 습도의 함수일 뿐만 아니라 요구되는 방출 공기 및 부하(load)특성의 함수가 될 수 있다. IEC(16)에서 이용가능한 낮은 온도의 방출 공기는 ICC(302)와 상기 ICC(302)에 대한 냉각 유체의 온도를 감소시키기 위한 TSU(60)를 사용하여 얻어질 수 있으며, 냉각 유체 온도는 대략적으로 물의 동결 온도가 될 수 있다. 상기 냉동된 냉각 유체온도는 인입 공기의 습구 온도 이하로 기대될 수 있고, 방출된 공기 온도를 더욱더 감소시키게 될 것이다. 얼음물 냉각 유체 온도가 인입 공기의 이슬점 이하로 쉽게 유지되기 때문에 제습(dehumidification)이 결과로서 나타나며, 그 응축된 습도는 배수조 또는 팬(136)에 모아지게 되고, 다른 목적을 위해 이용되거나 또는 사용하지 않을 수도 있다.
공기 냉각의 척도인 ICC(302)로부터 복귀라인(72)까지의 최종 재가온된 냉각제 온도는 전체 열전달 및, 냉각제의 량에 따라 좌우되지만, ICC(302)로부터 방출된 공기온도는 대기온도의 물로서 증발식으로 냉각된 공기 온도 이하로 쉽게 감소될 것이다. 또한, 온도가 감소된 공기의 밀도는 대기밀도 이상으로 증가하게 될 것이다.
제3도에 도시된 여러 동작 모드들은 제4도 내지 제8도, 및 제12도에 개략적으로 예시되어 있다. 제12도에 있어서, 대기는 IEC 코일(50), DC 유닉(30) 및 재가열 코일(18)을 통해 전달된다. 냉각탑(52)으로부터 제공된 제2냉각제는 DCC(12)로 전달되기 위해 코일을 통해 통과하는 대기를 냉각시키기 위해 도관(54)을 통해 코일(50)로 재순환된다. 상기 냉각제는 IMP(62)를 통해 통과하는 것으로 예시되었지만, 응축기 및 압축기없이 그런 유체 흐름 경로를 이루는 것은 있을 수 없으며, 유사한 바이패싱(bypassing) 구성이 전환 밸브 및 도관 장치에 의해 실행될 수 있다.
도관(58)내의 냉각제 유체는 밸브(92)를 통해 두 도관(100) 및 도관(102)으로 전환되고, 더워진 유체를 IEC 코일(50)을 통해 냉각 및 순환을 위하여 냉각탑(53)에 전달한다. 제3도에 도시된 것처럼, 대기는 일정한 절대 습도 범위에서 Z에서 A까지 온도가 감소되고 직접 DCC 유닛(30)으로 전달된다. 제12도의 독특한 구조에 있어서, 몇몇 구성 요소들의 장치가 사용자의 적당한 이용을 위해 제공된다.
특히, 공기 온도를 초기에 감소시키기 위해 IEC 코일(50)의 이용은 DCC 유닛(30)내에 필요한 공기 냉각량을 감소시키고, TSU 챔버(65)내의 냉각된 냉각제에 대한 연장된 동작 시간을 제공할 수 있으며, DCC 유닛(30)을 통해 흐르는 냉각제 필요량을 감소시키고, 그에 따라 펌프 용량은 동일한 펌프 용량에서 보다 큰 공기 흐름 및 처리를 선택적으로 수행할 수 있거나, 시스템(10)의 동작 용량을 증가시키기 위한 수단으로서 나타낼 수 있다.
터빈에 결합된 발전기의 특정 실시예에 있어서, 101.6℉에서 42℉까지 입력 공기 온도를 감소시키는 효과는 52600KW에서 66630KW까지의 출력 전력 이득의 결과를 얻을 수 있고, 이는 바람직하지 못한 방출(emissions)들을 부가함이 없이 전력에 있어서 약 27% 이득 또는 약 104030KW의 이득을 얻는다. 이같은 전력증가의 달성은 TSU(60)내의 냉각제 질량 동결이 소정의 기간, 즉 최소 부하 기간에서 발생되기 때문에 펌프를 제외하고는 과다한 전력 사용을 요구하지 않으며, 이는 피브부하기간에 사용된다.
TSU(60)에서 냉각질량의 발생은 제11도에 예시되어 있는데, 여기서 냉각탑(52)으로부터 제공된 제2냉각제 유체는 IMP(62)의 응축기로 이동되고, IMP(62)로부터의 냉각제는 TSU(60)내의 제1냉각 유체를 결빙시키거나, 또는 냉각시키기 위해 TSU 챔버(65)내의 코일(66)을 통해 펌프(68)에 의해 주입된다. 상기 제2유체는 재가열 코일(18)을 통해 방향 전환없이 냉각탑(52)으로 복귀하도록 IEC(16)의 유체 회로를 통해 순환된다. TSU(60)에서의 재구축(Robuilding) 사이클 동안 배수조(36)로부터의 냉각 유체는 챔버(65)를 통해 이동되지 않는다. 그러나, 동적인 상태에 있어서는, 냉각 질량의 구축과, TSU(60)를 통해 흐르는 제1냉각 유체 모두가 동시에 발생될 수 있지만, 감소된 유량으로 발생될 수 있는 것이다. 어떤 주어진 시스템의 동적(dynanics)의 냉각 유체의 유량, 대기 온도, 시스템 구성 요소의 용량 및 작동 필요성의 결정이 필요하다. 그 특정한 각각의 동작 모드는 사용자의 선택이 있다.
제5도에 있어서, IEC(16)는 유일한 공기 냉각 구성요소이고, 연속 동작 상태에서 제2냉각 유체는 대략적으로 대기 온도에 있게 될 것이다. DCC(12)내의 유체흐름은 동작하지 않는 펌프(42)에 의해 감소되고, 아무런 유체흐름도 밸브(92)에 의해서 상기 재가열 코일(18)로 유도되지 않는다. IEC 코일(50)로부터의 공기 흐름은 추가적인 온도 감소없이 터빈 인입구(19)로 이동되기 위하여 재가열 코일(18) 및 IEC 유니트(30)을 통해 통과한다. 상기 IEC 냉각의 동작 효과는 점(Z)에서 점(A)까지의 공기 특성의 변화에 의해 제9도에 설명되어 있고, 감소된 건구 온도를 제공하지만 공기의 전체 습도 범위내의 변화없이 상대 습도의 증가를 제공한다. 이슬점 온도가 도달하지 않았기 때문에, 공기는 건조되지 못한다.
이와 유사한 효과는 ICC(302) 및 재가열 코일(18)이 동작하지 않는 경우는 본 발명에서 설명되었다.
공기 온도를 감소시키기 위해 대기의 작용하는 DCC(12)의 유일한 사용이 제7도에 예시되어 있다. 대기는 펌프(56)가 IEC(16)의 유체 회로를 통해 제2냉각 유체를 순환하지 못할때에는 IEC 코일(50)을 통한 그 통로에 의해서 영향을 받지 않는다.
부가적으로, 유체는 재가열 코일(18)에 전달되지 않는다. DCC 유니트(30)내의 매체상의 냉각 유체와 대기의 직접 접촉은 이슬점 이하로 공기 온도 감소를 제공하여 응축을 실행하고, 냉각제 유체의 온도로 또는, 그 주변의 온도까지 온도 감소를 더 제공한다.
인출 측면(34)에서 방출되는 공기는 냉각 유체 온도, 또는 그 주변의 온도와, 이슬점의 수분 상태로 유지된다. 터빈 공기 인입구(19)로 향한 방출 공기의 이동은 재가열 코일(18)을 통한 이동에 의해 영향을 받지 않는다. 이와 유사한 효과는 ICC(302)를 단독으로 사용하여 기대될 수 있다.
상기 기술한 전체 내용을 각각의 구성요소내의 적당한 동작 온도에서 공기의 적당한 지체(residence) 시간을 전제로 한다.
시스템(300)은 공기 소모 장치에 공기의 도입을 위한 대기의 습도 제어 및 온도 감소를 허용한다. 시스템(300)은 특정온도 및 습도 레빌을 얻기 위해 구성 요소들의 선택에 있어서 작업자의 보다 큰 유연성(flexibility)을 허용한다. 특히, 제14도 내지 제21도의 구조는 다음의 사항을 허용하는 장치를 제공하는바, 대기의 간접 증기 냉각; 공기 온도 및 절대 습도 모두를 감소시키기 위해 공기의 간접 접촉 냉각과, 상대습도를 감소시키고 포집된 수분을 최소화하기 위해 냉각된 공기의 미세한 재가열을 허용하는 장치를 제공한다.
더우기, 몇몇의 구성요소들 각각은 그것들을 통해 통과하는 공기에 작용하도록 작업자의 선택에 따라 작동될 수 있다. 구성요소 작동의 선택은 소정의 종점(end point) 또는 방출 공기 운동, 절대 혹은 상대습도, 인입공기 상태 또는 다른 작동 변수의 함수가 될 수 있다.
제17도의 바람직한 실시예에 있어서, 시스템(300)은 가스터빈-발전기(20)에 결합되고, 터빈 발전기(20)에 감소된 온도 공기를 제공하도록 동작될 수 있다. 대기는 냉각탑(52), 도관(54) 및 (58)을 통한 냉각제의 흐름에 의해 동작가능한 IEC 코일(50)을 통해 흐름으로서 제9도의 측정도에 도시된 것처럼 동일한 절대습도에서 Z에서 A까지 온도를 감소시키게 된다.
IEC(16)의 하류측에는 공기흐름을 수용하는 ICC 유니트(326)과 함께 ICC(302)가 제공되어 있다.
유니트(326)은 공기의 온도를 감소시키면서 제습화하기 위한 간접 접촉 냉각기로서 작동된다. 얼음-냉각 조립체(14)는 그 공기의 이슬점 이하로 유니트(326)을 통해 순환하는 냉각제를 냉각시킬 수 있다.
유니트(326)과의 동작에 있어서, 냉각된 냉각제는 냉각되거나 또는 대기인 IEC 코일(50)로부터 제공되는 공기와 반응하여 상기 공기의 온도를 ICC 유니트(326)으로 유입하는 공기의 이슬점까지 또는 그 이하의 온도로 감소시켜 그 결과 공기온도 감소와 제습화 효과 모두가 나타난다. 얼음 냉각 조립체(14)와 특히 열 저장 유니트(60)을 이용하기 위한 선택은 사용자-작업자의 선택사항이고, 터빈-발전기(20)로 이송되는 공기의 소정 특성에 따르게 된다.
주간(diurnal) 시스템에 있어서, 얼음과 같은 냉각 질량(mass)은 한 싸이클 동안 발생 및 저장되고, 상기 냉각 질량은 접촉하는 냉각제 유체의 온도를 감소시키는데 이용될 수 있다. 예시적인 발전기 설명에 있어서 그 냉각-질량 발생싸이클은 저녁 시간과 같은 오프-피크 요구기간동안 발생될 수 있고, 전력의 비용이 오프-피크시간동안 상업적 사용자들에 대해 통상적으로 보다 낮게 적용되기 때문에 냉각 질량(얼음)을 발생하는 비용이 최소화된다. TSU(60)내의 질량은 냉각제가 TSU(60)를 통해 이동될때까지 활동을 하지 않는다. 상기 재료가 제16도 내지 제21도의 실시예에 즉시 이용될 수 있기 때문에 ICC(326)의 유체흐름 회로의 결합은 최소의 노력만을 필요로 하고 이는 냉각제의 온도 감소를 개시하고 그에 따라 ICC 유니트(326)을 통해 전달된 공기온도를 감소시킨다. 상기 기술한 것처럼, 밸브(392 및 388)는 냉각제의 온도, 얼음-용해율 또는 다른 고려할 사항을 조정하기 위해 TSU(60)를 통한 흐름을 조정 및 제어하도록 배열될 수 있다.
그후, 재가열 코일(18)을 통해 그 공기흐름은 통과하여 ICC 유니트(326)으로부터 제공된 공기를 가열하도록 동작될 수 있다. 실제에서는, 공기온도의 상승은 이슬점에서 또는 그 주위의 수분을 갖는 매우 낮은 공기 온도에서만 일반적으로 고려된다.
재가열 코일(18)은 도관(54)으로부터 냉각제의 전환에 의해서 동작될 수 있고, 그 냉각제는 IEC 코일(50)에 공급된다.
상기 유체는 밸브(400)에 의해 전환되어 도관(402)을 통해 재가열 코일(18)로 이동되고, 그후 IEC 코일(50) 및 냉각탑(52)을 통해 재순환하기 위하여 도관(404)로 복귀된다. 재가열 코일(18)은 ICC 유니트(302)로부터 인출 공기온도를 미세하게 증가시키고, 약 85%까지 상대습도를 감소시키도록 동작할 수 있으며, 따라서 수분의 표집가능성을 최소화시킬 수 있다.
동작하는 구성요소들의 선택과, 각각의 공정단계에서 공기온도 강하 또는 제습화의 정도는 사용자에 의해 선택되고, 여러변경안과 선택은 시스템을 작동시키는 비용을 최소화하거나 여러 구성요소들 모두를 필요로 하지 않는 선택적인 시스템 구성을 선택적으로 제공할 수 있다.

Claims (27)

  1. 공기 인입구를 갖는 가스터빈에 전달되는 연소공기를 사전에 냉각시키기 위하여, 습구 및 건구온도, 대기의 절대습도 및 대기밀도에서 대기를 받고, 대기온도보다 낮은 온도와 대기밀도보다 큰 밀도에서 상기 연소공기를 제공하는 예냉 시스템에 있어서, 상기 대기온도보다 낮은 제1온도까지 간접-증발식 공기 냉각기를 통과하는 인입대기의 온도를 감소시키기 위한 간접-증발식 공기 냉각기; 상기 제1온도의 공기를 수용하고, 상기 제1온도보다 낮은 제2온도까지 상기 공기의 제1온도를 감소시키며, 상기 대기 절대 습도보다 낮은 제2절대 습도까지 상기 대기 절대 습도를 감소시키며, 상기 대기 밀도보다 높은 제2밀도까지 상기 공기밀도를 증가시키기 위한 간접-접촉 공기 냉각기를 포함하고, 상기 간접-접촉 공기 냉각기는 상기 가스터빈으로 전달하기 위해 상기 제2온도, 제2습도 및 제2밀도에서 상기 공기를 방출하여, 상기 가스터빈의 동작효율을 증가시키도록 구성됨을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1온도까지 상기 대기를 냉각시키기 위해 상기 간접-증발식 공기 냉각기에서 동작가능한 제1냉각제; 상기 간접-증발식 냉각기로부터 제공되는 상기 제1냉각제를 냉각시키기 위한 제1수단; 상기 간접-증발식 냉각기로부터 상기 제1냉각제를 이동시켜 상기 제1냉각수단내에서 온도를 감소시키고, 상기 감소된 온도의 제1냉각제를 간접-증발식 냉각기로 제공하여 대기를 냉각시키도록 냉각작용을 위하여 상기 간접-증발식 냉각기와 연결되는 제1수단을 추가 포함함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 대기온도와 상기 제1온도중 어느 한 온도로 유지되는 상기 공기를 상기 제2온도까지 냉각시키기 위해 상기 간접-접촉 공기냉각기에서 동작가능한 제2냉각제 유체; 상기 간접-접촉 냉각기로부터 상기 제2냉각제를 냉각시키기 위한 제2수단; 상기 간접-접촉냉각기로부터 제2냉각제를 이동시켜 제2냉각수단내에서 상기 제2냉각제의 온도를 감소시키고, 상기 감소된 온도의 제2냉각제를 상기 간접-접촉 냉각기를 제공하여 상기 공기를 냉각하도록 냉각작용을 위하여 상기 간접-접촉 냉각기와 제2수단을 연결시키는 제2수단을 추가 포함함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 터빈 공기 인입구에 이미 결정된 온도로 상기 공기를 제공하기 위해 상기 간접-접촉 냉각기와 상기 공기 인입구 사이에 재가열수단을 추가 포함함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  5. 가스터빈에 전달되는 연소공기를 사전에 냉각시키기 위하여, 습구 및 건구온도, 대기 절대습도 및 대기밀도에서 대기를 수용하고, 대기온도 보다 낮은 제2온도와 상기 대기 절대 습도보다 낮은 제2절대습도 및, 대기 밀도보다 더 큰 제2밀도에서 상기 연소공기를 제공하는 예냉 시스템에 있어서, 상기 냉각기를 통해 통과하는 대기의 온도를 제1공기온도까지 감소시키기 위한 간접 증발식 냉각기; 공기 인입 측면을 갖는 간접-접촉 냉각기, 공기인출측면, 냉각제 유체인입구, 냉각제 유체인출구와, 냉각제 유체온도에서의 제1냉각제 유체, 냉각제 유체와 열교환수단을 통해 통과하는 공기 사이에 열을 교환하기 위한 수단; 상기 냉각제 유체온도를 상기 대기 습구온도 이하로 감소시키기 위한 제1수단; 상기 제1온도-감소 수단과 상기 열교환수단 사이에서 상기 감소된 온도 유체를 이동시키기 위해 상기 제1온도-감소수단과 상기 열교환수단을 접속하여, 상기 제1온도 이하에 제2온도까지 상기 공기의 온도를 감소시키고, 상기 인입 측면으로부터 상기 열교환 수단을 통해 이동하는 상기 공기를 상기 대기 절대 습도보다 낮은 제2습도까지 감소시키며, 상기 인출 측면으로부터 상기 가스터빈에 방출하기 위해 상기 대기 밀도 이상의 제2밀도까지 공기 밀도를 증가시키는 수단을 포함함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 접속 수단과 상기 열교환수단의 냉각제 유체 인입구 사이에서 결합된 제1서브매카니즘을 갖추고, 상기 예냉 시스템을 통해 흐르는 상기 공기를 처리하기 위해 상기 감소된 온도를 갖는 유체가 상기 열교환 수단으로 이동하도록 제어하는 제1수단을 추가 포함함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1밸브는 열 팽창 밸브임을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1냉각제 유체는 위상-변화 냉각 유체임을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 냉각 유체온도를 감소시키기 위한 상기 제1수단은 압축기 및 응축하기 위한 수단을 가지면서, 상기 접속수단을 통해 상기 열교환수단으로 압축된 냉각유체를 제공함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  10. 가스터빈에 전달되는 연소공기를 사전에 냉각시키기 위하여, 습구 및 건구온도, 대기 절대 습도 및 대기 밀도에서 대기를 수용하고, 상기 대기를 처리하며, 대기 습구온도보다 낮은 소정의 제2온도 및, 대기 밀도보다 큰 제2밀도에서 상기 연소공기를 상기 터빈에 전달하는 예냉 시스템에 있어서, 공기 인입 측면 및 공기 인출 측면을 가지고 상기 대기를 받아, 처리하기 위한 수단; 제2온도, 제2절대습도 및 제2밀도로 간접-증발식 냉각기를 통과하는 공기의 온도를 감소시키도록 동작 가능한 간접 증발식 공기 냉각기; 상기 간접-증발식 냉각기의 하류측에 있으면서, 제2온도의 상기 공기를 수용하고, 상기 제2공기온도 및 제2절대습도로 감소시키며, 상기 제2밀도를 증가시키도록, 동작할 수 있는 간접-접촉공기 냉각기를 포함하고, 상기 터빈은 터빈 연소용 공기를 수용하는 터빈 인입구를 갖추고, 상기 터빈 인입구는 상기 간접 접촉 냉각기의 하류측 공기 인출 측면의 상기 수용수단에 연결되어 감소된 온도와 증가된 밀도에서 상기 공기를 수용함으로서 연소작동과 전력출력의 향상을 이룸을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  11. 제6항에 있어서, 제1냉각탑, 제1냉각제 유체, 상기 간접 증기식 냉각기와 상기 제1냉각타워를 결합하기 위한 수단을 추가 포함하고, 상기 결합수단을 간접 증발식 냉각기를 통해 이동하는 상기 공기의 온도를 감소시키기 위해 상기 제1냉각탑과 상기 간접 증발식 냉각기 사이에서 상기 제1냉각제 유체를 이동시키도록 구성됨을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  12. 제7항에 있어서, 제2냉각제 유체, 상기 냉각기와 예냉 시스템을 통해 흐르는 상기 공기온도를 감소시키기 위해 상기 간접 접촉냉각기에서 동작하는 상기 제2냉각제 유체를 상기 간접 접촉 냉각기에 제공하기 위한 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제2냉각제 제공수단은 증발식 응축기, 압축하기 위한 수단 및 상기 간접 접촉 냉각기를 접속하기 위한 수단을 포함하고, 상기 압축 수단과, 상기 증발식 응축기는 상기 냉각기 및 예냉 시스템을 통해 흐르는 상기 온도를 감소시키기 위해 상기 제2냉각제 유체를 상기 간접 접촉 냉각기에 전달함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 증발식 응축기와 상기 간접 접촉냉각기 사이의 상기 접촉수단에는 열팽창 밸브와 재순환펌프중 하나를 더 구비함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 압축수단은 상기 간접 접촉냉각기와 상기 증발식 응축기 사이에서 결합된 압축기임을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제2냉각제 유입체는 압축 가능한 냉각 유체임을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  17. 제8항에 있어서, 상기 제2냉각제 제공수단은 열저장 매체를 갖는 얼음 열저장 유니트, 상기 얼음 열저장 유니트에 상기 제2냉각제 유체를 전달하기 위해 상기 간접 접촉 냉각기와 상기 얼음 열저장 유니트를 접속하기 위한 제2수단, 상기 제2냉각제 유체온도의 감소를 위해 그리고, 상기 제1공기온도보다 낮은 온도에서 상기 간접 접촉냉각기로 복귀되도록 상기 유니트를 통해 상기 제2냉각제 유체를 순환시켜서, 상기 간접 접촉 냉각기를 통해 흐르는 공기온도를 감소시키기 위해 상기 제2접속수단내에 배치된 재순환수단을 포함함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 증발식 응축기, 제3냉각제 유체, 압축을 위한 수단과, 상기 유체 매체 온도를 감소시키기 위해 상기 얼음 열저장 유니트로 상기 제2냉각제 유체를 이동시키도록 상기 증발식 응축기 및 압축기에 상기 얼음 열저장 유니트를 접속하기 위한 제3수단을 추가 포함함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제2냉각제 유체는 얼음물, 글리콜 및 글리콜과 물의 혼합물 중 어느 하나임을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  20. 제6항에 있어서, 상기 간접 접촉 냉각기와 상기 터빈 사이에서 결합되어 공기를 재가열하기 위한 수단을 추가 포함함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 재가열수단은 상기 제1냉각제 유체를 받도록 연결되는 제1수단에 결합되어 상기 재가열수단을 통하여 터빈으로 흐르는 공기의 온도를 제어함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  22. 제8항에 있어서, 상기 간접 접촉 냉각기는 냉각코일임을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  23. 제8항에 있어서, 상기 간접 접촉 냉각기는 최소한 하나의 튜브를 갖는 코일이고, 상기 튜브에는 다수개의 냉각핀이 장착되어 상기 공기와 상기 제2냉각제 유체 사이의 열 전달을 증가시키도록 구성됨을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 코일은 적어도 하나의 튜브에 대해 매니폴드(manifold)을 갖춤을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  25. 제16항에 있어서, 상기 간접 접촉 냉각기로 상기 제2냉각제 유체의 이동을 제어하기 위해 상기 증발식 응축기와 상기 간접 접촉 냉각기 사이에 배치된 상기 접속수단내에는 열팽창 밸브를 추가 구비함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 온도, 압력 또는 유체흐름층의 적어도 하나를 감지하기 위한 수단, 상기 재순환 수단에 접속된 서브매카니즘, 상기 검지수단과 서브매카니즘을 결합시키기 위한 수단을 추가 포함하여, 상기 간접 접촉 냉각기로 흐르는 상기 제2냉각제 유체와 상기 재순환 수단을 제어함을 특징으로 하는 예냉 시스템.
  27. 제22항에 있어서, 상기 간접 접촉 냉각기는 최소한 하나의 튜브를 갖는 코일, 상기 공기와 상기 제2냉각제 유체 사이의 열전달을 증가시키도록 상기 튜브에 장착된 다수의 냉각핀을 포함하고; 수평선(horizon)에 일반적으로 나란한 길이방향의 축을 갖추며; 상기 코일은 상단부, 하단부, 인입측면 및 가스터빈에 인접한 방출 측면을 갖는 한편; 상기 하단부로부터 상기 간접증발식 냉각기와 상기 유입측면측으로 경사진 상기 코일상단부는 상기 길이방향의 측에 대하여 예각(an acute angle)을 형성함으로서 상기 배출측의 핀상의 수분응축물을 수집하는 수단을 제공하고, 상기 수단은 상기 코일로부터 상기 코일 유입측면으로 향하는 응축물의 자중(gravity)에 의한 흐름을 증진시킴으로서 상기 코일 유입측면에서 상기 핀을 적심(wet)에 따라 상기 코일의 적셔진 핀표면 냉각작용을 증진시키고, 상기 가스터빈으로 이동되는 공기내 2차 응축물의 포집기회를 감소시키도록 구성됨을 특징으로 하는 예냉 시스템.
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