KR101038249B1 - Air cooling apparustus for gas turbine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스터빈의 흡기 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명은 태양열을 열원으로 하는 흡수식 냉동기 또는 흡착식 냉동기가 가스터빈의 공기압축부에 설치됨에 따라 그 흡수식 냉동기 또는 흡착식 냉동기의 증발기를 통과하는 공기가 냉각되어 가스터빈의 효율이 향상될 수 있고, 상기 흡수식 냉동기 또는 흡착식 냉동기의 열원으로 태양열을 이용함에 따라 별도의 화석 연료를 사용하지 않게 되어 연료 비용을 절감하는 동시에 화석연료의 연소로 인한 환경오염을 미연에 방지할 수 있다.The present invention relates to an intake cooling apparatus of a gas turbine. According to the present invention, as the absorption chiller or the adsorption freezer which uses solar heat as a heat source is installed in the air compressor of the gas turbine, the air passing through the absorption chiller or the evaporator of the adsorption freezer can be cooled to improve the efficiency of the gas turbine. By using solar heat as the heat source of the absorption chiller or the adsorption chiller, it is possible to reduce the fuel cost and prevent environmental pollution due to the combustion of the fossil fuel.

가스터빈, 냉동기, 태양열, 열원 Gas turbine, freezer, solar, heat source

Description

가스터빈의 흡기 냉각장치{AIR COOLING APPARUSTUS FOR GAS TURBINE}Air intake cooling device of gas turbine {AIR COOLING APPARUSTUS FOR GAS TURBINE}

본 발명은 가스터빈(Gas Turbine)에 관한 것으로, 특히 터빈으로 흡입되는 공기를 태양열을 이용하여 냉각하는 가스터빈의 흡기 냉각장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine, and more particularly, to an intake cooling apparatus of a gas turbine for cooling air drawn into a turbine using solar heat.

일반적으로 가스터빈은 연소가스의 유동에서 에너지를 추출하는 회전동력기관이다. 상기 가스터빈은 공기압축기와 터빈 그리고 연소실로 이루어져 상기 공기압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소실에서 연소됨으로써 고온 고압의 기체가 팽창되고 이 힘을 이용하여 터빈을 구동시킨다. 상기 터빈의 구동에 의해 발생되는 에너지는 터빈축을 통해 토크(Torque)로 전달되거나 추력이나 압축공기 형태로 얻는다. 이렇게 얻은 에너지로 발전기, 항공기, 기차, 선박 등을 구동하는데 쓰인다.In general, a gas turbine is a rotary power engine that extracts energy from the flow of combustion gas. The gas turbine is composed of an air compressor, a turbine, and a combustion chamber, in which air compressed in the air compressor is mixed with fuel and combusted in a combustion chamber, thereby expanding a gas of high temperature and high pressure and driving the turbine using this force. Energy generated by the drive of the turbine is transmitted to the torque (Torque) through the turbine shaft or obtained in the form of thrust or compressed air. This energy is used to drive generators, aircraft, trains and ships.

상기 가스터빈의 열효율은 압축기와 터빈의 효율이 높을수록 좋으며, 대체로 압축압력이 높을수록 좋다. 그리고 터빈으로 들어가는 연소가스의 온도를 높게 하면 열효율이 좋아진다. 하지만, 현재 개발된 터빈 재료는 연소가스의 온도를 약 950℃정도밖에 올릴 수가 없어 가스터빈의 효율이나 출력이 제한적이었다.The higher the gas efficiency of the gas turbine, the higher the efficiency of the compressor and the turbine, and generally the higher the compression pressure, the better. In addition, when the temperature of the combustion gas entering the turbine is increased, the thermal efficiency is improved. However, currently developed turbine materials can only raise the temperature of the combustion gas by about 950 ° C, which limits the efficiency and output of the gas turbine.

또, 대기온도가 상승하는 여름철의 경우에는, 가스터빈으로 유입되는 공기의 온도가 높아져 부피가 커지게 되어 상기 연소실로 유입되는 공기의 절대량이 적어질 뿐만 아니라 공기를 압축하기 위한 에너지가 더 많이 소모되므로 결국 가스터빈의 효율 및 출력이 감소하게 되는 문제점이 있었다.In addition, in summer, when the air temperature rises, the temperature of the air flowing into the gas turbine is increased to increase the volume, thereby reducing the absolute amount of the air flowing into the combustion chamber and consuming more energy to compress the air. As a result, there was a problem that the efficiency and output of the gas turbine is reduced.

본 발명은 상기와 같은 종래 가스터빈이 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 연소실로 흡입되는 공기의 온도를 효과적이면서도 저렴하고 친환경적으로 낮출 수 있는 가스터빈의 흡기 냉각장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.The present invention solves the problems of the conventional gas turbine as described above, it is an object of the present invention to provide an intake cooling device of the gas turbine that can lower the temperature of the air sucked into the combustion chamber effectively, cheaply and environmentally friendly. .

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 가스터빈의 입구측에 설치되어 그 가스터빈으로 흡입되는 공기를 냉각하는 공기냉각유닛; 상기 공기냉각유닛에 연결되어 그 공기냉각유닛에 냉기를 전달하는 냉기발생유닛; 및 상기 냉기발생유닛에 연결되어 그 냉기발생유닛을 작동시키는 구동유닛;을 포함하고, 상기 구동유닛은 태양열을 이용하여 상기 냉기발생유닛을 작동시키는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 흡기 냉각장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, the air cooling unit is installed on the inlet side of the gas turbine to cool the air sucked into the gas turbine; A cold air generating unit connected to the air cooling unit to transfer cold air to the air cooling unit; And a driving unit connected to the cold air generating unit to operate the cold air generating unit, wherein the driving unit is configured to operate the cold air generating unit using solar heat. .

본 발명에 의한 가스터빈의 흡기 냉각장치는, 태양열을 열원으로 하는 흡수식 냉동기 또는 흡착식 냉동기가 가스터빈의 공기압축부에 설치됨에 따라 그 흡수식 냉동기 또는 흡착식 냉동기의 증발기를 통과하는 공기가 냉각되어 가스터빈의 효율이 향상될 수 있고, 상기 흡수식 냉동기 또는 흡착식 냉동기의 열원으로 태양열을 이용함에 따라 별도의 화석 연료를 사용하지 않게 되어 연료 비용을 절감하는 동시에 화석연료의 연소로 인한 환경오염을 미연에 방지할 수 있다.In the gas turbine intake cooling apparatus according to the present invention, the air passing through the evaporator of the absorption chiller or the adsorption freezer is cooled as the absorption chiller or the adsorption chiller using solar heat is installed in the air compressor of the gas turbine. Efficiency can be improved, and by using solar heat as the heat source of the absorption chiller or the adsorption chiller, a separate fossil fuel is not used, thereby reducing fuel cost and preventing environmental pollution due to the combustion of fossil fuel. Can be.

이하, 본 발명에 의한 가스터빈의 흡기 냉각장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the intake air cooling apparatus of the gas turbine according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 가스터빈을 보인 개략도이다.1 is a schematic view showing a gas turbine of the present invention.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 가스터빈(1)은, 공기를 압축하는 공기압축부(10)와, 상기 공기압축부(10)에 의해 압축된 공기를 팽창시켜 공기의 유동속도를 높이는 연소부(20)와, 상기 연소부(20)에서 팽창된 고온 고압의 공기가 후술할 터빈축(31)을 회전시키도록 회전력을 발생하는 터빈부(30)로 구성된다.As shown therein, the gas turbine 1 according to the present invention includes an air compressor 10 for compressing air and a combustion for expanding the air compressed by the air compressor 10 to increase the flow rate of air. The part 20 and the turbine part 30 which generate | occur | produces a rotational force so that the high temperature and high pressure air expanded by the said combustion part 20 may rotate the turbine shaft 31 mentioned later.

상기 공기압축부(10)는 외부의 공기를 흡입하여 고압으로 압축할 수 있도록 입구가 넓고 출구가 좁은 원추형으로 형성되고 그 축중심이 상기 터빈축(31)과 연결되어 축류식 압축기를 이루도록 다수의 날개(미도시)로 이루어진다. The air compression unit 10 has a wide inlet and narrow outlet to form a conical shape so that the outside air can be compressed at high pressure by taking in the outside air, and the shaft center thereof is connected to the turbine shaft 31 to form a plurality of axial compressors. It consists of wings (not shown).

상기 연소부(20)는 상기 공기압축부(10)를 통해 흡입되는 압축공기를 연소시켜 팽창시킬 수 있도록 연소실(21)이 구비된다. 그리고 상기 연소실(21)에는 그 연소실에 공급되는 등유나 프로판 또는 천연가스와 같은 연료를 연소시킬 수 있도록 착화기(미도시)가 설치된다. 상기 연소실(21)은 복수 개가 원주방향을 따라 배치될 수 있고 환형으로 형성된 한 개가 상기 터빈축(31)의 주변을 감싸도록 배치될 수도 있다.The combustion unit 20 is provided with a combustion chamber 21 so as to burn and expand the compressed air sucked through the air compression unit 10. In addition, an ignition device (not shown) is installed in the combustion chamber 21 to burn fuel such as kerosene, propane or natural gas supplied to the combustion chamber. A plurality of combustion chambers 21 may be arranged along the circumferential direction, and one of the combustion chambers 21 may be arranged to surround the turbine shaft 31.

상기 터빈부(30)는 발전기(G)와 같은 부하와 연결되는 동시에 상기 공기압축부(10)에 결합되는 터빈축(31)과, 상기 터빈축(31)의 외주면에 결합되어 고온고압의 가스에 의한 충동력 또는 반동력에 의해 회전력을 발생하는 다수개의 블레이드(미도시)로 이루어진다.The turbine unit 30 is coupled to a load such as a generator (G) and coupled to the turbine shaft 31 coupled to the air compression unit 10 and the outer circumferential surface of the turbine shaft 31 is a gas of high temperature and high pressure It consists of a plurality of blades (not shown) for generating a rotational force by the impulse or reaction force by.

상기와 같은 가스터빈은 다음과 같이 동작된다.The gas turbine as described above is operated as follows.

즉, 상기 공기압축부(10)에서 대기중의 공기를 흡입하여 고압으로 압축하고, 그 압축된 공기를 상기 연소부(20)로 보내면 그 연소부(20)로 공급되는 연료와 혼합되면서 연료가 연소되도록 한다. 이 과정에서 상기 연소부(20)에서는 연료를 연소시키면서 고온 고압의 가스를 만들고, 이 고온 고압의 가스는 상기 터빈부(30)로 보내져 팽창되면서 상기 터빈부(30)의 블레이드를 가세하게 된다. 상기 블레이드(미도시)가 고압의 가스에 의해 가세되면 그 블레이드가 결합된 상기 터빈축(31)이 회전하게 되고, 이로 인해 상기 터빈축(31)의 다른 쪽에 결합된 발전기(G)에서 전기를 생산하게 되는 것이다.That is, the air compressor 10 sucks air in the atmosphere and compresses the air to high pressure, and when the compressed air is sent to the combustion unit 20, the fuel is mixed with the fuel supplied to the combustion unit 20. Allow to burn. In this process, the combustion unit 20 produces a gas of high temperature and high pressure while burning fuel, and the gas of the high temperature and high pressure is sent to the turbine unit 30 and expanded to add the blade of the turbine unit 30. When the blade (not shown) is added by a gas of high pressure, the turbine shaft 31 to which the blade is coupled is rotated, thereby causing electricity to be generated from the generator G coupled to the other side of the turbine shaft 31. To produce.

여기서, 상기 공기압축부(10)로 유입되는 공기의 온도가 높으면 공기의 부피가 증가하면서 상기 연소실(21)로 유입되는 공기의 절대량이 적어지게 되는 동시에 공기를 압축하기 위한 에너지가 과도하게 소모되어 가스터빈의 효율 및 출력이 감소하게 된다. 따라서, 상기 가스터빈으로 흡입되는 공기를 냉각시키기 위한 흡기 냉각장치를 상기 공기압축부(10)의 상류측에 설치하여 여름철 대기온도의 상승으로 인한 가스터빈의 효율 및 출력 저하를 방지할 수 있다.Here, when the temperature of the air flowing into the air compressor 10 is high, the volume of the air increases and the absolute amount of the air flowing into the combustion chamber 21 decreases, and energy for compressing the air is excessively consumed. The efficiency and output of the gas turbine will be reduced. Therefore, an intake cooling device for cooling the air sucked into the gas turbine may be installed upstream of the air compressor 10 to prevent a decrease in efficiency and output of the gas turbine due to an increase in summer atmospheric temperature.

도 2는 본 발명에 의한 가스터빈의 흡기 냉각장치에 대한 일실시예를 보인 계통도이고, 도 3은 도 2에 따른 흡기 냉각장치를 보인 계통도이다.Figure 2 is a system diagram showing an embodiment of the intake cooling apparatus of the gas turbine according to the present invention, Figure 3 is a system diagram showing an intake cooling apparatus according to FIG.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 가스터빈의 공기냉각장치(100)는, 상기 가스터빈(1)의 공기압축부(10)로 흡입되는 공기를 냉각하기 위한 공기냉각유닛(110)과, 상기 공기냉각유닛(110)에 연결되어 그 공기냉각유닛(110)에 냉기를 전 달하는 냉기발생유닛(120)과, 상기 냉기발생유닛(120)에 연결되어 그 냉기발생유닛(120)이 작동되도록 하는 구동유닛(130)을 포함한다.As shown therein, the air cooling apparatus 100 of the gas turbine according to the present invention includes an air cooling unit 110 for cooling the air sucked into the air compression unit 10 of the gas turbine 1, and It is connected to the air cooling unit 110 and the cold air generating unit 120 to transfer the cold air to the air cooling unit 110, and the cold air generating unit 120 is connected to the cold air generating unit 120 to operate It includes a drive unit (130).

상기 공기냉각유닛(110)은 후술할 냉기발생유닛(120)의 흡수식 냉동기, 보다 정확하게는 흡수식 냉동기(121)의 재생기에 연결되는 제1 냉각수관(111)과, 상기 제1 냉각수관(111)의 중간에 연결되고 상기 가스터빈(1)의 공깁압축부(10)로 흡입되는 공기와 열교환되어 그 공기를 냉각하도록 공기냉각용 열교환기(112)와, 상기 제1 냉각수관(111)의 중간에 설치되어 상기 냉기발생유닛(120)에서 열교환된 냉각수를 펌핑 순환시키는 제1 냉각수펌프(113)가 설치된다.The air cooling unit 110 is a first cooling water pipe 111 connected to the absorption chiller of the cold air generating unit 120, more specifically, the regenerator of the absorption chiller 121, and the first cooling water pipe 111 to be described later. Is connected to the middle of the heat exchanger and the heat exchanged with the air sucked into the air compressor compression portion 10 of the gas turbine (1) and the air cooling heat exchanger 112 and the middle of the first cooling water pipe (111) Is installed in the first cooling water pump 113 for pumping circulation of the cooling water heat exchanged in the cold air generating unit 120 is installed.

상기 냉기발생유닛(120)은 냉매가 흡수제에 흡수,재생되는 작용을 이용하여 냉기를 얻는 흡수식 냉동기(121)와, 그 흡수식 냉동기(121)에 열교환되도록 배관 연결되어 상기 흡수식 냉동기(121)의 흡수과정에서 발생되는 흡수열을 방열시키는 냉각탑(122)과, 상기 흡수식 냉동기(121)와 냉각탑(122)을 배관 연결하는 제2 냉각수관(123)과, 상기 제2 냉각수관(123)의 중간에 설치되어 흡수식 냉동기(121)의 흡수열을 방열하기 위한 냉각수를 순환시키는 제2 냉각수펌프(124)로 이루어진다.The cold air generating unit 120 is connected to the absorption chiller 121 to obtain cold air by the action that the refrigerant is absorbed, regenerated in the absorbent and the heat exchanger to the absorption chiller 121 to absorb the absorption chiller 121. In the middle of the cooling tower 122 for radiating the heat of absorption generated in the process, the second cooling water pipe 123 connecting the absorption chiller 121 and the cooling tower 122, and the second cooling water pipe 123 The second cooling water pump 124 is installed to circulate the cooling water for radiating the heat of absorption of the absorption chiller 121.

상기 흡수식 냉동기(121)는 통상, 증발기, 흡수기, 재생기(또는, 발생기라고도 함) 그리고 응축기로 이루어지고, 상기 재생기의 개수에 따라 1중효용형(단효용형이라고도 함), 2중효용형, 3중효용형 및 다중효용형으로 구분될 수 있다.The absorption chiller 121 is usually composed of an evaporator, an absorber, a regenerator (also called a generator), and a condenser, and according to the number of regenerators, a single-use type (also called a single-use type), a double-use type, It can be divided into triple-use type and multi-use type.

상기 1중효용 흡수식 냉동기를 예로들어 흡수식 냉동기의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 상기 증발기에서 발생한 증기가 흡수기에서 흡수제인 리튬브로마이드수용액에 흡수되어 리튬브로마이드수용액은 저농도 용액(희용액)에서 고농도 용액(농용액)으로 만들고, 이 고농도 용액은 용액펌프(Solution Pump)를 통해 용액 열교환기(SolutionHeat Exchanger)에서 온도가 상승한 후 재생기로 흘러간다. 이때, 흡수과정에서 발생하는 흡수열은 냉각탑(Cooling Tower)에서 발생되는 냉각수를 이용하여 냉각한다. 그리고 상기 재생기에서는 열원을 이용하여 고농도의 용액을 가열하여 흡수제와 냉매의 비등점 차이를 이용하여 냉매증기를 발생시킨 후 저농도 용액으로 만들고, 이 고온 저농도의 리튬브로마이드용액은 용액 열교환기에서 냉각된 후 흡수기로 되돌아온다. 상기 재생기에서 발생한 냉매증기는 응축기로 이동하고, 그 응축기에서 열을 방출하여 액체가 된 후 증발기에서 증발하면서 냉동효과를 발생하게 된다. 따라서, 상기와 같은 흡수식 냉동기가 상기 가스터빈의 공기압축부에 설치되면 그 흡수식 냉동기의 증발기를 통과하는 공기가 냉각되면서 저온의 공기가 상기 가스터빈의 공기압축부로 공급되어 가스터빈의 효율이 향상될 수 있다.Looking at the operation of the absorption chiller taking the single-effect absorption chiller as an example. That is, the vapor generated in the evaporator is absorbed by the lithium bromide aqueous solution which is the absorbent in the absorber to make the lithium bromide aqueous solution from the low concentration solution (dilute solution) to the high concentration solution (concentrate), and the high concentration solution is supplied through a solution pump. The temperature rises in the Solution Heat Exchanger and then flows to the regenerator. At this time, the heat of absorption generated during the absorption process is cooled by using the cooling water generated in the cooling tower. In the regenerator, a high concentration of the solution is heated using a heat source to generate a refrigerant vapor using a boiling point difference between the absorbent and the refrigerant to make a low concentration solution. The high temperature low concentration lithium bromide solution is cooled in a solution heat exchanger and then absorbed. Return to The refrigerant vapor generated in the regenerator moves to the condenser, releases heat from the condenser, becomes a liquid, and evaporates in the evaporator to generate a freezing effect. Therefore, when the absorption chiller is installed in the air compressor of the gas turbine, the air passing through the evaporator of the absorption chiller is cooled while low temperature air is supplied to the air compressor of the gas turbine, thereby improving the efficiency of the gas turbine. Can be.

한편, 상기 2중효용 흡수식 냉동기는, 재생기가 고온재생기와 저온재생기로 구분되고, 상기 고온재생기에서는 중압증기에 의하여 흡수액을 가열함으로써 냉매증기를 발생시키게 된다. 그리고, 상기 냉매증기가 저온재생기에서 응축할 때 방출하는 열을 이용하여 다시 한번 흡수액을 가열하면서 냉매증기를 발생시킴에 따라 냉동기 효율이 더욱 향상될 수 있는 방식이다. 통상은 2중효용 흡수식 냉동기가 널리 사용되고 있다.On the other hand, the dual-effect absorption chiller, the regenerator is divided into a high temperature regenerator and a low temperature regenerator, in the high temperature regenerator to generate the refrigerant vapor by heating the absorption liquid by the medium pressure steam. In addition, as the refrigerant vapor generates refrigerant vapor while heating the absorbent liquid once again by using heat released when condensing in the low temperature regenerator, the efficiency of the refrigerator can be further improved. Usually, double-effect absorption refrigerators are widely used.

도 4는 2중효용 흡수식 냉동기의 일례를 보인 계통도이다. Figure 4 is a system diagram showing an example of the dual-effect absorption chiller.

이에 도시된 바와 같이 2중효용 흡수식 냉동기(121)는, 냉매가 증발되는 증 발기(125)와, 흡수제가 냉매를 흡수하는 흡수기(126)와, 냉매를 흡수한 흡수제를 가열하여 냉매를 분리 재생하는 고온재생기(127) 및 저온재생기(128)와, 증발된 냉매를 응축시키는 응축기(129)로 이루어진다.As shown therein, the dual-effect absorption chiller 121 separates and recycles the refrigerant by heating the evaporator 125 in which the refrigerant is evaporated, the absorber 126 in which the absorbent absorbs the refrigerant, and the absorbent in which the refrigerant is absorbed. The high temperature regenerator 127 and the low temperature regenerator 128, and the condenser 129 to condense the evaporated refrigerant.

상기 증발기(125)의 내부에는 상기 공기냉각유닛(110)의 공기냉각용 열교환기(112)와 배관 연결되는 열교환기(미부호)가 설치되고, 상기 흡수기(126)의 내부에는 흡수제가 냉매를 흡수하는 경우 발생된 열을 제거할 수 있도록 열교환기(미부호)가 설치되며, 상기 고온재생기(127)의 내부에는 흡수제 용액을 가열할 수 있도록 열교환기(미부호)가 설치된다. 여기서, 상기 고온재생기(127)의 열교환기는 후술할 태양열 집열기, 즉 축열부(132)와 배관 연결된다. Inside the evaporator 125, a heat exchanger (unsigned) connected to the air cooling heat exchanger 112 of the air cooling unit 110 is installed, and the absorber is a refrigerant inside the absorber 126. When absorbing, a heat exchanger (unsigned) is installed to remove the generated heat, and a heat exchanger (unsigned) is installed inside the high temperature regenerator 127 to heat the absorbent solution. Here, the heat exchanger of the high temperature regenerator 127 is connected to the solar heat collector, that is, the heat storage unit 132 which will be described later.

그리고 상기 저온재생기(128)의 일측에는 상기 고온재생기(127)의 내부에 수용된 흡수제 용액이 유입될 수 있도록 흡수제배관(128a)이 연결되고, 상기 응축기(129)의 내부에는 냉각수가 냉매 증기와 열교환되도록 열교환기(미부호)가 설치되고, 상기 흡수기(126)와 응축기(129)를 경유한 상기 제2 냉각수(123)관 흡수기(126)와 상기 응축기(129)에서 각각 흡수한 열을 방열할 수 있도록 상기 냉각탑(122)에 배관 연결된다.In addition, an absorbent pipe 128a is connected to one side of the low temperature regenerator 128 so that the absorbent solution contained in the high temperature regenerator 127 is introduced, and the coolant is heat-exchanged with the refrigerant vapor in the condenser 129. A heat exchanger (unsigned) is installed to dissipate heat absorbed by the second cooling water 123 pipe absorber 126 and the condenser 129 via the absorber 126 and the condenser 129. Is connected to the pipe so that the cooling tower 122.

이러한 구성에 의하여, 상기 고온재생기(127)의 내부 열교환기에 온수가 공급되면 그 고온재생기(127)의 내부의 흡수제 용액은 가열되어 흡수제와 냉매는 비점차에 의해 서로 분리된다. 분리된 냉매와 흡수제 용액은 각각 저온재생기(128)로 이동하여 흡수제 용액은 고온의 냉매 증기에 의해 다시 가열되어 냉매가 분리됨으로써 농도가 더욱 높아지게 된다. 냉매 증기는 상기 응축기(129)로 이동되어 열교 환기에 의해 냉각되어 응축되고, 응축된 냉매는 증발기(125)로 이동하게 된다. 여기서 상기 저온재생기(128)에서 더욱 농도가 높아진 흡수제 용액은 다시 흡수기(126)로 이동하게 된다. By such a configuration, when hot water is supplied to the internal heat exchanger of the high temperature regenerator 127, the absorbent solution inside the high temperature regenerator 127 is heated to separate the absorbent and the refrigerant from each other by boiling point difference. The separated refrigerant and the absorbent solution are respectively moved to the low temperature regenerator 128 so that the absorbent solution is heated again by the high temperature refrigerant vapor, so that the concentration of the refrigerant is further increased. The refrigerant vapor is moved to the condenser 129 to be cooled and condensed by heat exchanger, and the condensed refrigerant is moved to the evaporator 125. Here, the absorbent solution having a higher concentration in the low temperature regenerator 128 is moved to the absorber 126 again.

상기 증발기(125)로 이동된 냉매는 그 증발기(125)의 내부 열교환기에 의해 증발되어 냉수가 얻어지고, 이 냉수는 상기 공기냉각유닛(110)의 공기냉각용 열교환기(112)로 이동되어 상기 가스터빈의 공기압축부로 흡입되는 공기를 냉각하게 된다. 그리고 상기 흡수기(126)로 이동한 농도가 높은 흡수제 용액은 증발된 냉매 증기를 흡수하고, 이때 발생된 열 에너지는 상기 냉각탑에 의해 냉각된 냉각수와 열교환되어 방열된다. 그리고 상기 고온재생기(127)의 흡수제 용액은 후술할 태양열 집열기에 의해 가열된 온수와 열교환되면서 흡수제와 냉매가 분리되는 일련의 과정을 반복하게 된다.The refrigerant moved to the evaporator 125 is evaporated by the internal heat exchanger of the evaporator 125 to obtain cold water, and the cold water is moved to the air cooling heat exchanger 112 of the air cooling unit 110 to the The air sucked into the air compressor of the gas turbine is cooled. The absorbent solution having a high concentration moved to the absorber 126 absorbs the vaporized refrigerant vapor, and heat energy generated at this time is heat-exchanged with the cooling water cooled by the cooling tower. The absorbent solution of the high temperature regenerator 127 repeats a series of processes in which the absorbent and the refrigerant are separated while heat-exchanging with hot water heated by a solar collector which will be described later.

여기서, 종래에는 고온재생기에서 고농도의 용액을 가열하기 위한 열원으로 석유나 가스와 같은 화석연료가 주로 사용되어 왔다. 하지만, 화석연료의 경우 앞서 언급된 바와 같이 연료비용이 발생하게 되는 것은 물론 연소과정에서 오염물질이 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 상기 냉기발생유닛을 구동시키기 위한 구동유닛, 즉 상기 흡수식 냉동기(121)에서 재생기(127)의 열원으로 태양열을 이용하는 것이다.Here, conventionally, fossil fuels such as oil and gas have been mainly used as a heat source for heating a high concentration of solution in a high temperature regenerator. However, in the case of fossil fuels, as described above, fuel costs are generated as well as pollutants during combustion. Therefore, in the present invention, the driving unit for driving the cold air generating unit, that is, the solar heat is used as the heat source of the regenerator 127 in the absorption chiller 121.

도 5는 태양열 집열기가 적용된 흡수식 냉동기의 일례를 보인 계통도이다.5 is a system diagram showing an example of an absorption chiller to which a solar collector is applied.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 태양열 집열기(구동유닛과 혼용함)(130)는, 태양열을 흡수하는 집열부(131)와, 상기 집열부(131)에 의해 흡수되는 열을 저장하는 축열부(132)와, 상기 축열부(132)에 저장된 열을 상기 흡수식 냉동기(121)의 재생기에 전달하는 이용부(133)로 이루어진다.As shown here, the solar heat collector (mixed with the drive unit) 130 according to the present invention includes a heat collecting part 131 for absorbing solar heat and a heat storage for storing heat absorbed by the heat collecting part 131. The unit 132 and the use unit 133 for transferring the heat stored in the heat storage unit 132 to the regenerator of the absorption chiller 121.

상기 집열부(131)는 진공관형 히트파이프가 사용될 수 있고, 상기 축열부(132)는 물과 같은 축열재가 채워지도록 소정의 내부공간을 갖는 축열탱크로 이루어질 수 있다. The heat collecting part 131 may be a vacuum tube type heat pipe, and the heat storage part 132 may be formed as a heat storage tank having a predetermined internal space so that a heat storage material such as water is filled.

그리고 상기 이용부(133)는 축열재가 이동할 수 있도록 상기 축열부(132)와 흡수식 냉동기(121)의 재생기(127) 사이에 배관 연결되는 온수관(135)과, 상기 온수관(135)의 중간에 설치되어 온수가 축열부(132)와 흡수식 냉동기(121)의 고온재생기(127) 사이를 순환하도록 하는 온수펌프(136)로 이루어진다. The utilization unit 133 is a hot water pipe 135 connected between the heat storage unit 132 and the regenerator 127 of the absorption chiller 121 and the middle of the hot water pipe 135 so that the heat storage material can move. Is installed in the hot water pump 136 to circulate between the heat accumulator 132 and the high temperature regenerator 127 of the absorption chiller 121.

상기 온수관(135)은 상기 축열재가 이동할 수 있도록 상기 축열부(132)의 입구와 출구에 각각 연결되거나 또는 상기 축열재와 열교환될 수 있도록 그 일단이 상기 축열부(132)의 내부공간에 삽입되는 파이프로 이루어질 수 있다. 상기 이용부(133)의 타단은 상기 흡수식 냉동기(121)의 고온재생기(127)에 설치되어 물과 흡착제를 분리하는 열교환기에 연결될 수 있다. The hot water pipe 135 is connected to the inlet and the outlet of the heat storage unit 132 so that the heat storage material can move, or one end thereof is inserted into the internal space of the heat storage unit 132 so as to be heat-exchanged with the heat storage material. Can be made of pipe. The other end of the use unit 133 may be installed in the high temperature regenerator 127 of the absorption refrigerator 121 and may be connected to a heat exchanger separating water and an adsorbent.

여기서, 상기 태양열 집열기는 진공형 열흡수, 파라볼릭 트러프(Parabolic trope) 등이 방식이 사용될 수 있으며, 상기 파라볼릭 트러프 방식의 경우는 열원으로 온수를 대신하여 증기가 사용될 수 있다. 그리고 상기 태양열 집열기는 고정식과 태양의 복사각도에 따라 자동으로 움직이는 태양 자동 추적방식을 모두 사용할 수 있다.Here, the solar collector may be a vacuum type heat absorption, parabolic trope (Parabolic trope), etc. may be used, in the case of the parabolic trough method, steam may be used instead of hot water as a heat source. The solar collector may use both a fixed type and an automatic solar tracking method that automatically moves according to the radiation angle of the sun.

상기와 같은 본 발명에 의한 태양열 집열기가 흡수식 냉동기에서 작동되는 과정은 다음과 같다.The solar collector according to the present invention as described above is operated in the absorption chiller as follows.

즉, 상기 집열부(131)에서 태양열을 집열하여 그 태양열을 상기 축열부(132)에서 저장하고, 이 축열부(132)에 저장되는 태양열은 상기 이용부(133)를 순환하는 축열재, 예를 들어 물인 경우에는 그 물을 일정 온도의 온수를 가열하게 되며, 이 가열된 온수는 상기 흡수식 냉동기(121)의 고온재생기(127)에 전달되어 상기 흡수기(126)에서 유입된 고농도의 용액을 가열하게 되고, 상기 흡수기(126)에서는 고농도 용액에서 냉매 증기를 분리시켜 상기 냉매 증기가 증발기(125)로 이동되도록 한다. 이를 통해 화석연료를 사용하지 않고도 흡수식 냉동기의 작동에 필요한 열원을 태양열로부터 얻어 상기 흡수식 냉동기를 원활하게 작동시킬 수 있다. That is, the heat collecting unit 131 collects solar heat and stores the solar heat in the heat storage unit 132, and the solar heat stored in the heat storage unit 132 is a heat storage material circulating in the utilization unit 133. For example, in the case of water, the water is heated to a predetermined temperature, and the heated hot water is transferred to the high temperature regenerator 127 of the absorption chiller 121 to heat the high concentration solution introduced from the absorber 126. In the absorber 126, the refrigerant vapor is separated from the high concentration solution so that the refrigerant vapor is moved to the evaporator 125. Through this, it is possible to smoothly operate the absorption refrigerator by obtaining the heat source required for the operation of the absorption refrigerator from solar heat without using fossil fuel.

이렇게, 상기 흡수식 냉동기를 이용하여 가스터빈의 공기압축부로 흡입되는 공기를 냉각하는 경우에는 가스터빈으로 흡입되는 공기의 온도를 낮춰 공기의 흡입량을 증가시킬 수 있고 이를 통해 가스터빈의 효율을 높여 전력생산량을 증가시킬 수 있다. 아울러 아울러, 상기 흡수식 냉동기가 태양열 집열기를 통해 얻는 태양열을 열원으로 이용함에 따라 상기 가스터빈으로 유입되는 공기를 냉각하기 위한 연료 비용을 절감할 수 있고 화석 연료의 연소로 인한 환경오염을 미연에 방지할 수 있다.When cooling the air sucked into the air compressor of the gas turbine using the absorption chiller, the temperature of the air sucked into the gas turbine can be lowered to increase the air intake, thereby increasing the efficiency of the gas turbine, thereby increasing the power production. Can be increased. In addition, as the absorption chiller uses the solar heat obtained through the solar collector as a heat source, it is possible to reduce fuel costs for cooling the air flowing into the gas turbine and to prevent environmental pollution due to the combustion of fossil fuels. Can be.

한편, 본 발명에 의한 가스터빈의 흡기 냉각장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.On the other hand, if there is another embodiment of the intake air cooling apparatus of the gas turbine according to the present invention is as follows.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 가스터빈의 공기압축부 입구에 태양열 집열기를 갖는 흡수식 냉동기가 설치되는 것이었으나, 본 실시예에서는 흡착제와 냉매의 가열반응에 따른 발열현상과 흡열현상을 이용하여 냉력을 발생하는 흡착식 냉동기가 설치되고 그 흡착식 냉동기를 작동시키기 위해 전술한 태양열 집열기가 구비되는 것이다. That is, in the above-described embodiment, the absorption type refrigerator having a solar collector is installed at the inlet of the air compressor of the gas turbine. However, in the present embodiment, the cooling power is generated by using the exothermic phenomenon and the endothermic phenomenon caused by the heating reaction of the adsorbent and the refrigerant. The generated adsorption freezer is installed and the above-described solar collector is operated to operate the adsorption freezer.

이 경우에도, 상기 흡착식 냉동기에서 열원을 필요로 하는 부분, 즉 증발기(225)와 응축기(228)에 교번되게 연결되는 제1 흡수재생기(226)와 제2 흡수재생기(227)에서 흡열측에 해당하는, 예를 들어 제1 흡수재생기(226)가 그 흡열측에 필요한 열을 흡수하여 흡착제에서 냉매(물)가 탈착될 수 있도록 태양열 집열기(130)에 연결되는 동시에 발열측에 해당하는, 예를 들어 제2 흡수재생기(227)가 그 발열측에서 발생되는 열을 냉각할 수 있도록 상기 냉각탑(122)과 연결될 수 있다. 여기서, 상기 태양열 집열기의 구성이나 작용은 전술한 실시예와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Even in this case, the heat absorption side of the first absorption regenerator 226 and the second absorption regenerator 227 which are alternately connected to the portion requiring a heat source in the adsorption-type freezer, that is, the evaporator 225 and the condenser 228, may correspond. For example, the first absorption regenerator 226 is connected to the solar collector 130 so as to absorb the heat necessary for the endothermic side so that the refrigerant (water) can be desorbed from the adsorbent, and corresponds to the heat generating side. For example, the second absorption regenerator 227 may be connected to the cooling tower 122 to cool the heat generated from the heat generating side. Here, since the configuration or operation of the solar collector is the same as the above-described embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

상기와 같은 본 실시예에 의한 흡착식 냉동기(221)는, 상기 제1 흡수재생기(226)에서 흡착제가 상기 태양열 집열기에 의해 만들어진 온수와 열교환되면서 그 흡착제에서 냉매(물)가 탈착되고, 이 흡착제에서 탈착된 증기는 상기 제1 흡수재생기(226)의 내부 증기압이 응축기(228)의 압력보다 높으므로 상기 응축기(228)로 이동을 하게 된다. In the adsorption type refrigerator 221 according to the present embodiment, the refrigerant (water) is desorbed from the adsorbent while the adsorbent is heat-exchanged with the hot water produced by the solar collector in the first absorption regenerator 226. The desorbed steam moves to the condenser 228 because the internal vapor pressure of the first absorption regenerator 226 is higher than the pressure of the condenser 228.

이와 동시에, 상기 증발기(225)와 연결되는 상기 제2 흡수재생기(227)는 열을 외부로 방출하면서 일정온도로 유지되어 상기 제2 흡수재생기(227)의 내부 증기압이 증발기(225)의 압력보다 낮아지게 되고, 이에 따라 상기 증발기(225)에서 증발되어 발생되는 증기가 상기 제2 흡수재생기(227)로 이동하여 그 제2 흡수재생 기(227)의 흡착제에 흡착되는 일련의 과정을 상기 제1 흡수재생기(226)와 제2 흡수재생기(227)에서 번갈아 진행하면서 냉동효과를 얻게 되는 것이다.At the same time, the second absorption regenerator 227 connected to the evaporator 225 is maintained at a constant temperature while dissipating heat to the outside so that the internal vapor pressure of the second absorption regenerator 227 is higher than the pressure of the evaporator 225. As a result, a series of processes in which the vapor generated by evaporation in the evaporator 225 is moved to the second absorption regenerator 227 and adsorbed to the adsorbent of the second absorption regenerator 227 is performed. In the absorption regenerator 226 and the second absorption regenerator 227 alternately proceeds to obtain a freezing effect.

이렇게, 상기와 같은 태양열을 열원으로 하는 흡착식 냉동기가 가스터빈의 공기압축부에 설치되는 경우에는 그 흡착식 냉동기의 증발기를 통과하는 공기가 냉각되어 가스터빈의 효율이 향상될 수 있고 상기 흡착식 냉동기의 열원으로 태양열을 이용함에 따라 별도의 화석 연료를 사용하지 않게 되어 연료 비용을 절감할 수 있고 화석연료의 연소로 인한 환경 오염을 미연에 방지할 수 있다.As such, when the adsorption-type freezer using the solar heat as the heat source is installed in the air compressor of the gas turbine, the air passing through the evaporator of the adsorption-freezer can be cooled to improve the efficiency of the gas turbine and the heat source of the adsorption-type freezer. By using solar heat, it is possible to reduce fuel costs by not using a separate fossil fuel and to prevent environmental pollution due to the combustion of fossil fuel.

본 발명에 의한 가스터빈의 흡기 냉각장치는, 가스터빈이 설치된 발전플랜트에 널리 적용될 수 있다.The intake cooling apparatus of a gas turbine according to the present invention can be widely applied to a power plant in which a gas turbine is installed.

도 1은 본 발명의 가스터빈을 보인 개략도,1 is a schematic view showing a gas turbine of the present invention,

도 2는 본 발명에 의한 가스터빈의 흡기 냉각장치에 대한 일실시예를 보인 계통도,Figure 2 is a system diagram showing an embodiment of the intake cooling apparatus of the gas turbine according to the present invention,

도 3은 도 2에 따른 흡기 냉각장치를 보인 계통도,3 is a system diagram showing an intake cooling apparatus according to FIG. 2;

도 4는 도 2에 따른 흡기 냉각장치에서 2중효용 흡수식 냉동기의 일례를 보인 계통도,Figure 4 is a system diagram showing an example of the dual-effect absorption chiller in the intake air cooling device according to Figure 2,

도 5는 태양열 집열기가 적용된 흡수식 냉동기의 일례를 보인 계통도,5 is a system diagram showing an example of an absorption chiller to which a solar collector is applied;

도 6은 도 2에 따른 흡기 냉각장치에서 흡착식 냉동기의 일례를 보인 계통도.6 is a system diagram showing an example of an adsorption-type freezer in the intake air cooling device according to FIG. 2.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

1 : 가스터빈 10 : 공기압축부1 gas turbine 10 air compressor

20 : 연소부 30 : 터빈부20: combustion section 30: turbine section

100 : 공기 냉각장치 110 : 공기냉각유닛100: air cooling unit 110: air cooling unit

111 : 제1 냉각수관 112 : 공기냉각용 열교환기111: first cooling water pipe 112: air cooling heat exchanger

113 : 제1 냉각수펌프 120 : 냉기발생유닛113: first cooling water pump 120: cold air generating unit

121 : 흡수식 냉동기 122 : 냉각탑121: absorption chiller 122: cooling tower

123 : 제2 냉각수관 124 : 제2 냉각수펌프123: second cooling water pipe 124: second cooling water pump

125 : 증발기 126 : 흡수기125: evaporator 126: absorber

127 : 고온재생기 128 : 저온재생기127: high temperature regenerator 128: low temperature regenerator

129 : 응축기 130 : 구동유닛129: condenser 130: drive unit

131 : 집열부 132 : 축열부131: heat collecting part 132: heat storage part

133 : 이용부 134 : 온수펌프133: use part 134: hot water pump

221 : 흡착식 냉동기 225 : 증발기221: adsorption freezer 225: evaporator

226 : 제1 흡수재생기 227 : 제2 흡수재생기226: first absorption regenerator 227: second absorption regenerator

228 : 응축기228 condenser

Claims (4)

가스터빈의 입구측에 설치되어 그 가스터빈으로 흡입되는 공기를 냉각하는 공기냉각유닛;An air cooling unit installed at an inlet side of the gas turbine to cool the air sucked into the gas turbine; 상기 공기냉각유닛에 연결되어 그 공기냉각유닛에 냉기를 전달하는 냉기발생유닛; 및A cold air generating unit connected to the air cooling unit to transfer cold air to the air cooling unit; And 상기 냉기발생유닛에 연결되어 그 냉기발생유닛을 작동시키는 구동유닛;을 포함하고,And a driving unit connected to the cold air generating unit to operate the cold air generating unit. 상기 구동유닛은 태양열을 집열하는 집열부와, 상기 집열부에서 집열된 열을 저장하는 축열부와, 상기 축열부에서 저장된 열을 상기 냉기발생유닛으로 전달하는 이용부로 이루어지며,The driving unit includes a heat collecting unit for collecting solar heat, a heat storage unit for storing the heat collected in the heat collecting unit, and a using unit for transferring the heat stored in the heat storage unit to the cold air generating unit, 상기 이용부는 축열재를 이송하는 축열재관과, 상기 축열재관의 중간에 설치되어 상기 축열부에서 가열된 축열재가 상기 구동유닛과 냉기발생유닛 사이를 순환하도록 하는 펌프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 흡기 냉각장치.The utilization portion comprises a heat storage pipe for transferring the heat storage material, and a pump installed in the middle of the heat storage material pipe to allow the heat storage material heated in the heat storage portion to circulate between the drive unit and the cold air generating unit. Intake Chiller. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 냉기발생유닛은 증발기, 흡수기, 적어도 한 개의 재생기 및 응축기가 배관연결되는 흡수식 냉동기로 이루어지고,The cold air generating unit is composed of an absorption type refrigerator, in which an evaporator, an absorber, at least one regenerator and a condenser are connected to a pipe, 상기 구동유닛은 상기 흡수식 냉동기의 재생기에 순환식으로 열교환되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 흡기 냉각장치.The drive unit is an intake air cooling device of a gas turbine, characterized in that connected to the heat exchanger circulating cyclically to the regenerator of the absorption chiller. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 냉기발생유닛은 흡착제와 냉매의 가열반응에 따른 발열현상과 흡열현상을 이용하여 냉력을 발생하는 흡착식 냉동기로 이루어지고,The cold air generating unit is composed of an adsorption-type freezer that generates cold power by using an exothermic phenomenon and an endothermic phenomenon caused by the heating reaction of the adsorbent and the refrigerant, 상기 구동유닛은 상기 흡착식 냉동기의 흡열측에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 흡기 냉각장치.The drive unit is an intake cooling apparatus of a gas turbine, characterized in that connected to the endothermic side of the adsorption-type refrigerator. 삭제delete
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