KR100396296B1 - Power generating device employing hydrogen absorbing alloy and low heat - Google Patents
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Abstract
본 발명은 통기가능하게 서로 접속된 제 1 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(1)와 제 2 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(2)에서 수소 가스의 흡수 및 방출을 가역으로할 수 있으며, 상이한 열 평형 수소압 특성을 가지는 두 타입의 수소 흡수 합금이 이용 및 로딩되는 수소 흡수 합금 및 저열을 이용하는 발전장치에 관한 것으로, 제 1 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(1)와 제 2 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(2)사이에서 수소 가스가 이동할 때 발생된 열을 이용하는 적어도 두 세트의 열 발생 사이클이 제공되며, 동일온도에서 고 평형압을 가지는 저온측 수소 흡수 합금 수소 화합물이 저 품질의 열원(8,9,10)에 의해 가열되며, 방출된 수소가 저 평형 수소압을 가지는 고온측에서 다른 수소 흡수 합금에 의해 흡수되어 낮은 품질의 열원의 온도보다 높은 온도를 가지는 열을 얻을 수 있으며, 얻어진 열에 의해 냉각 매체 증기가 생성되어 가스 터빈(13)에 의해 발전이 이루어질 수 있다.The present invention can reversible the absorption and release of hydrogen gas in a first hydrogen absorbing alloy heat exchanger container (1) and a second hydrogen absorbing alloy heat exchanger container (2) which are connected to each other through ventilation, and differ in thermal equilibrium hydrogen A power generator using low heat and a hydrogen absorbing alloy in which two types of hydrogen absorbing alloys having pressure characteristics are used and loaded, the first hydrogen absorbing alloy heat exchanger container 1 and the second hydrogen absorbing alloy heat exchanger container 2 At least two sets of heat generation cycles are provided that utilize the heat generated when the hydrogen gas moves between the low temperature side hydrogen absorbing alloy hydrogen compounds with high equilibrium pressures at the same temperature. Heat is released, and the released hydrogen is absorbed by another hydrogen absorbing alloy on the high temperature side with low equilibrium hydrogen pressure, Heat having a high temperature can be obtained and cooling medium vapor can be generated by the heat obtained to generate power by the gas turbine 13.
Description
터빈을 이용하는 일례의 종래기술의 발전장치중 하나로 가열매체의 증기에 의해 구동된 터빈의 파워를 이용하는 장치가 일반적으로 공지되 있다.One example of prior art power plants using a turbine is generally known as a device which utilizes the power of a turbine driven by the steam of a heating medium.
가스 터빈을 이용하는 그러한 발전장치에 있어서, 열이 있는 천연가스와 같은 가열매체를 증발함으로써 얻어진 스팀,암모니아, 플루오르카본 또는 증기와 같은 냉각 매체 증기가 압축되고 가스 터빈을 구동하도록 상기 가스 터빈에 유도되며, 상기 가스 터빈으로부터 방출된 증기가 냉각 및 응축되어 얻어진 액체 매체가 압축 증기로서 상기 가스터빈에 순환적으로 유도되도록 재가열되는 방식으로 발전이 이루어질 수 있다. 그러나 이러한 장치에 있어서, 가열온도와 냉각온도와의 온도차이는 클 수 밖에 없으며, 100℃이거나 그 이상이된다.In such a power plant using a gas turbine, a cooling medium vapor, such as steam, ammonia, fluorocarbon or steam, obtained by evaporating a heating medium, such as natural gas with heat, is compressed and directed to the gas turbine to drive a gas turbine. The power generation can be achieved in such a way that the liquid medium obtained by cooling and condensing the steam discharged from the gas turbine is reheated to cyclically guide the gas turbine as compressed steam. However, in such an apparatus, the temperature difference between the heating temperature and the cooling temperature is inevitably large, and is 100 ° C. or higher.
실제로, 약 150℃의 온도를 가지는 가열원과 10℃ 에서 30℃온도를 가지는 냉각원을 구비한 장치의 가스 터빈을 구동하는 것은 아주 낮은 열효율과 고가의 장비 때문에 상당히 어렵다.In practice, driving a gas turbine of a device with a heating source having a temperature of about 150 ° C. and a cooling source having a temperature of 10 ° C. to 30 ° C. is quite difficult because of the very low thermal efficiency and expensive equipment.
수소 가스 터빈을 이용하는 발전장치에 있어서, 수소 흡수 합금의 수소 화합물로 로딩된 장치가 수소 가스 터빈을 구동하도록 고온,고압의 방출된 수소를 유도하게끔 300℃ 에서 350℃ 온도의 열원으로 가열되고, 수소 가스 터빈으로부터 방출된 수소가 수소 흡수 합금으로 로딩된 다른 장치로 유도되고 그 수소 흡수 합금에 의해 흡수되어 상기 장치가 수소 가스 터빈내로 고온, 고압을 가지는 수소를 순환적으로 유도하게 가열되는 방식으로 발전이 이루어질 수 있다. 그러나 상기 장치는 수소 흡수 합금을 이용하는 히트 펌프내에서 많은 수소가 이동해야하며, 고온 측에서의 가열원이 300℃에서 350℃ 온도를 가져야하므로 수소를 방출하는 온도가 상승하고, 열효율이 대단히 열악해지며, 이용된 수소 흡수 합금이 품질 및 지속성면에서 열화,쇠퇴되어 장비의 코스트가 증가되는 문제점이 있다.In a power generation apparatus using a hydrogen gas turbine, a device loaded with a hydrogen compound of a hydrogen absorbing alloy is heated with a heat source at a temperature of 300 ° C. to 350 ° C. to induce high temperature, high pressure released hydrogen to drive a hydrogen gas turbine, Hydrogen released from the gas turbine is directed to another device loaded with a hydrogen absorbing alloy and is absorbed by the hydrogen absorbing alloy so that the device is heated to cyclically induce high temperature and high pressure hydrogen into the hydrogen gas turbine. This can be done. However, the apparatus has to move a lot of hydrogen in the heat pump using the hydrogen absorption alloy, the heating source on the high temperature side should have a temperature from 300 ℃ to 350 ℃ temperature rises hydrogen discharge, thermal efficiency is very poor, There is a problem in that the hydrogen absorption alloy used is deteriorated and deteriorated in terms of quality and durability, thereby increasing the cost of equipment.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하도록 안출되어 여러분야에서 이용될 수 있는 고 열 변환 효율을 가지는 경제적인 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an economical power generation apparatus having a high thermal conversion efficiency that can be used in the field, to solve the problems of the prior art as described above.
본 발명은 태양 에너지 수집장치, 지열 에너지의 열, 온천으로부터 방출되는 온 폐수, 공장 및 쓰레기 소각로에서 방출되는 폐열 등의 30℃ 에서 60℃ 온도의 사용되지 않는 저 품질의 열 에너지를 80℃ 에서 90℃의 높은 온도의 열로 변환하고, 그 열을 증발을 위한 저 비등점을 가지는 매체로 전달해서 이로부터 얻어진 증기로 발전을 위한 터빈을 구동해서 사용되지 않는 에너지를 발전을 위한 에너지로변환하기 위한 시스템으로서 일반적으로 이용될 수 있는 발전장치에 관한 것이다.The present invention utilizes unused low quality thermal energy at 80 ° C. to 90 ° C. at 30 ° C. to 60 ° C. such as solar energy collectors, geothermal energy heat, hot waste water from hot springs, waste heat from factories and waste incinerators. As a system for converting heat into a high temperature of ℃, transfer the heat to a medium having a low boiling point for evaporation and driving a turbine for power generation with steam obtained therefrom to convert unused energy into energy for power generation. It relates to a power generation apparatus that can be used in general.
도 1은 본 발명과 관련된 수소 흡수 합금 및 저열을 이용하는 발전장치의 블록도이고,1 is a block diagram of a power generator using a hydrogen absorption alloy and low heat according to the present invention,
도 2는 본 발명과 관련된 수소 흡수 합금 및 저열을 이용하는 발전장치를 구동하기 위한 열 발생 사이클을 도시하는 표이다.2 is a table showing a heat generation cycle for driving a power generation device using a hydrogen absorbing alloy and low heat according to the present invention.
본 발명은 통기가능하게 서로 접속된 제 1 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너와 제 2 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너에서 수소 가스의 흡수 및 방출을 가역으로할 수 있으며, 상이한 열 평형 수소압 특성을 가지는 두 타입의 수소 흡수 합금이 이용 및 로딩되는 수소 흡수 합금 및 저열을 이용하는 발전장치에 관한 것으로, 제 1 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너와 제 2 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너 사이에서 수소 가스가 이동할 때 발생된 열을 이용하는 적어도 두 세트의 열 발생 사이클이 제공되며, 동일온도에서 고 평형압을 가지는 저온측에서 수소 흡수 합금 중 하나의 수소 화합물이 수소를 방출하도록 낮은 품질의 열원에 의해 가열되며, 방출된 수소가 저 평형 수소압을 가지는 고온측에서 다른 수소 흡수 합금에 의해 흡수되어 낮은 품질의 열원의 온도보다 높은 온도를 가지는 열을 얻을 수 있으며, 얻어진 열에 의해 냉각 매체 증기가 생성되어 가스 터빈에 의해 발전이 이루어질 수 있다. 본 발명의 장치에 의해 이용되지 않고 있던 저 온 에너지를 수소 흡수 합금을 이용하는 고온 에너지로 변환할 수 있어서 고온에너지의 발전을 효과적으로 할 수 있다. 종래 기술의 발전에 이용된 150℃ 에서 350℃의 고온열원은 고 열 변환 효율을 가져서 상당한 경제성을 갖는 본 발명의 장치에는 더 이상 필요치 않게된다.The present invention can reversible the absorption and release of hydrogen gas in a first hydrogen absorbing alloy heat exchanger container and a second hydrogen absorbing alloy heat exchanger container connected to each other through ventilation, and have two types having different thermal equilibrium hydrogen pressure characteristics. A power generating apparatus using low heat and a hydrogen absorbing alloy in which a hydrogen absorbing alloy is used and loaded, wherein the heat generated when the hydrogen gas moves between a first hydrogen absorbing alloy heat exchanger container and a second hydrogen absorbing alloy heat exchanger container At least two sets of heat generation cycles are utilized, which are heated by a low quality heat source such that the hydrogen compound of one of the hydrogen absorption alloys releases hydrogen on the low temperature side with high equilibrium pressure at the same temperature, and the released hydrogen is low. Absorbed by other hydrogen absorbing alloys at the high temperature side with equilibrium hydrogen pressure To obtain a column having a higher temperature than the temperature of the query ten won, and the cooling medium vapor is produced by heating the obtained may be made to power generation by the gas turbine. The low temperature energy which has not been utilized by the apparatus of the present invention can be converted into high temperature energy using a hydrogen absorbing alloy, so that the generation of high temperature energy can be effectively performed. The high temperature heat source from 150 ° C. to 350 ° C. used in the development of the prior art has a high heat conversion efficiency and is no longer necessary for the apparatus of the present invention with considerable economics.
본 발명의 일례의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Preferred embodiments of one example of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1에 도시한 바와 같이, 수소 흡수 합금 및 저열을 이용하는 본 발명의 발전장치는 주로 수소 흡수 합금이 로딩된 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(1,2,3,4)를 구비하며, 또한 저온 열 저장탱크(7), 고온 열 저장 탱크(11) 냉각 매체 증발기(12), 가스 터빈(13) 그리고 발전기(14)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the power generator of the present invention utilizing a hydrogen absorbing alloy and low heat is provided with hydrogen absorbing alloy heat exchanger containers 1, 2, 3, 4, mainly loaded with a hydrogen absorbing alloy, and also has a low temperature heat. A storage tank 7, a high temperature heat storage tank 11, a cooling medium evaporator 12, a gas turbine 13 and a generator 14 are provided.
태양 에너지 수집장치에 의해 수집된 열(8), 지열에너지의 열, 온천에서 방출된 온폐수(9), 공장 또는 쓰레기 소각로에서 방출된 온폐수와 같은 저 품질 열원(30℃ 에서 60℃) 그리고 배기가스(10)는 저온 열 저장 탱크(7)에 저장된다.Low quality heat sources (30 ° C. to 60 ° C.) such as heat collected by solar energy collectors (8), geothermal energy, warm waste water (9) from hot springs, warm waste water from factories or waste incinerators, and The exhaust gas 10 is stored in the low temperature heat storage tank 7.
두 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너에 각각 로딩되는 다른 열 평형 수소 압 특성을 가지는 두 세트의 두 타입의 수소 흡수 합금 Ma. Mb가 마련된다. 즉, 수소 흡수 합금Ma는 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(2,3)에 로딩되며,수소 흡수 합금Mb는 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(1,4)에 로딩된다. 각각의 세트에 있어서, 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너는 밸브(5,6)에 의해 서로 접속되어 수소가 상기 밸브를 통해 이동할 수 있다. 상기 세트에 있어서,수소 흡수 합금 Mb는 도 2에 도시한 바와 같이 동일 온도에 있어서 수소 흡수 합금 Ma보다 높은 평형 수소압을 가진다. 도 1에 있어서, 15는 매체응축기, 16은 탱크,17은 매체 궤환 펌프, 18은 예열기 그리고 19 및 20은 냉각수를 각각 나타낸다.Two sets of two types of hydrogen absorbing alloys with different thermal equilibrium hydrogen pressure characteristics respectively loaded into two hydrogen absorbing alloy heat exchanger containers. Mb is prepared. That is, the hydrogen absorbing alloy Ma is loaded into the hydrogen absorbing alloy heat exchanger containers 2 and 3, and the hydrogen absorbing alloy Mb is loaded into the hydrogen absorbing alloy heat exchanger containers 1 and 4. In each set, the hydrogen absorbing alloy heat exchanger containers are connected to each other by valves 5 and 6 so that hydrogen can move through the valves. In this set, the hydrogen absorbing alloy Mb has a higher equilibrium hydrogen pressure than the hydrogen absorbing alloy Ma at the same temperature as shown in FIG. In Fig. 1, 15 represents a media condenser, 16 represents a tank, 17 represents a medium return pump, 18 represents a preheater, and 19 and 20 represent cooling water, respectively.
상술한 발전장치가 어떻게 동작하는지를 기술한다.It describes how the power generator described above operates.
고 평형 수소압을 가지는 저온측에서의 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너내의 수소 흡수 합금Mb은 금속 수소 화합물이 되도록 수소를 흡수한다. 수소 흡수합금 열 교환기 콘테이너(1)는 열 저장 탱크(7)내의 사용되지 않은 저 품질의 열원(8,9,10)으로부터 얻어진 40℃의 저온수로 가열되어 수소를 방출하도록 금속 수소 화합물MbH의 흡열반응을하는데, 이는 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(1)내측의 압력이 증가되기 때문이다. 방출된 수소는 저 평형 수소압을 가지는 고온측에서의 수소 흡수 합금Ma에 의해 흡수되어지도록 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(2)로 이동한다. 이어서 고온 저장탱크(11)에 저장된 온수를 생성하도록 80℃의 고온 열을 방출하게끔 발열반응이 생긴다. 따라서 고온을 가지는 열은 저온을 가지는 열로부터 얻어질 수 있다. 냉각 매체 증발기(12)는 온수로서 가열되어 상기 매체를 증발시켜서 그렇게 얻어진 증기는 터빈(13)을 구동시켜서 발전기(14)에서 전력(21)을 생성한다.The hydrogen absorbing alloy Mb in the hydrogen absorbing alloy heat exchanger container at the low temperature side having a high equilibrium hydrogen pressure absorbs hydrogen to become a metal hydrogen compound. The hydrogen-absorbing alloy heat exchanger container 1 was heated with 40 ° C. cold water obtained from an unused low quality heat source 8, 9, 10 in the heat storage tank 7 to release hydrogen. The endothermic reaction occurs because the pressure inside the hydrogen-absorbing alloy heat exchanger container 1 increases. The released hydrogen moves to the hydrogen absorbing alloy heat exchanger container 2 to be absorbed by the hydrogen absorbing alloy Ma on the high temperature side having low equilibrium hydrogen pressure. Subsequently, an exothermic reaction occurs to release high temperature heat of 80 ° C. to generate hot water stored in the high temperature storage tank 11. Thus, heat having a high temperature can be obtained from heat having a low temperature. The cooling medium evaporator 12 is heated as hot water to evaporate the medium so that the steam thus driven drives the turbine 13 to generate power 21 in the generator 14.
한편 리사이클링 프로세스에 있어서,상기 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(3)내의 금속 수소 화합물 MaH는 저온 열 저장 탱크(7)내에서 40℃의 저온수로 가열되어 수소를 방출하도록 흡열반응을 일으키는데, 이는 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(3)내측의 압력이 증가하기 때문이다.In the recycling process, on the other hand, the metal hydrogen compound MaH in the hydrogen absorbing alloy heat exchanger container 3 is heated in a low temperature heat storage tank 7 with low temperature water of 40 ° C. to cause an endothermic reaction to release hydrogen, which is hydrogen This is because the pressure inside the absorbent alloy heat exchanger container 3 increases.
방출된 수소가스는 20℃의 외기온도로 하강하며, 감소된 압력을 가지는 수소 흡수 합금 열 교환기 콘테이너(4)로 이동하여, 높은 평형 수소 압력을 가지는 저온 측에서의 수소 흡수 합금Mb가 방출된 수소가스를 흡수해서 상기 사이클을 반복하도록 다시 금속 수소 화합물MbH로 된다.The released hydrogen gas drops to an outside air temperature of 20 ° C. and moves to a hydrogen absorbing alloy heat exchanger container 4 having a reduced pressure, so that the hydrogen absorbing alloy Mb on the low temperature side having a high equilibrium hydrogen pressure absorbs the released hydrogen gas. The metal hydrogen compound MbH is again obtained so as to repeat the cycle.
전술한 바와 같이,적어도 두 세트의 수소 흡수 합금 Ma,Mb를 이용함으로써,고온의 열이 연속적으로 발생되며, 균일한 량의 수소가 손실없이 수소흡수 합금Ma와 Mb사이에서 반복적으로 이동될 수 있다. 본 발명의 발전장치는 연속적으로 생성된 고온 열로서 냉각매체 증발기를 가열하고, 상기 매체를 증발하고 증기로서 상기 터빈을 구동함으로써 연속적으로 구동된다.As described above, by using at least two sets of hydrogen absorbing alloys Ma, Mb, high temperature heat is generated continuously, and a uniform amount of hydrogen can be repeatedly transferred between the hydrogen absorbing alloys Ma and Mb without loss. . The generator of the present invention is continuously driven by heating a cooling medium evaporator with continuously generated high temperature heat, evaporating the medium and driving the turbine as steam.
수소 흡수 합금 Ma,Mb로서 상이한 평형 수소압을 가지는 수소 흡수 합금이 이용된다. 이를 구체화하도록 희토 수소 흡수 합금이 바람직하게 화합되어 사용되는데, 예를 들어, LaNi5-xAlx, MmNi5-xAlx, MmNi5-xMnx, MmNi5-xAlX-YMnY(0＜X≤1.0,0＜Y≤X0.5)가 수소 흡수 합금Ma로서 이용될 수 있으며,LaNi5, MmNi5-xAlx, MmNi5-xMnx(0＜X≤1.0)가 수소 흡수 합금Mb로서 이용될 수 있지만, 수소 흡수 합금에 대한 제한은 없다. 상기의 Mm은 희토금속의 혼합물인 Misch metal이다.As the hydrogen absorption alloys Ma and Mb, hydrogen absorption alloys having different equilibrium hydrogen pressures are used. To embody this, rare earth hydrogen absorbing alloys are preferably used in combination, for example LaNi 5-x Al x , MmNi 5-x Al x , MmNi 5-x Mn x , MmNi 5-x Al XY Mn Y (0 <X≤1.0,0 <Y≤X0.5) may be used as the hydrogen absorption alloy Ma, and LaNi 5 , MmNi 5-x Al x , MmNi 5-x Mn x (0 <X≤1.0) are hydrogen absorption Although used as the alloy Mb, there is no limitation on the hydrogen absorbing alloy. Mm is Misch metal which is a mixture of rare earth metals.
다음의 테이블은 수소 흡수 합금 및 저열을 이용하는 본 발명의 발전장치를 동작시키는 일례의 기본조건이다.The following table shows the basic conditions of an example of operating the power generator of the present invention using a hydrogen absorbing alloy and low heat.
본 발명의 수소 흡수 합금 및 저열을 이용하는 발전장치는 테양 에너지, 지열 에너지 공장 및 쓰레기 소각로의 에너지를 수소 흡수 합금을 이용하여 고 품질(고온)열로 변환할 수 있으며, 그열로 효율적으로 발전을 할 수 있어서, 유류 소비를 줄일 수 있으며, 지구환경의 보존에 기여할 수 있다.The power generation device using the hydrogen absorption alloy and low heat of the present invention can convert the energy of Teyang energy, geothermal energy plant and waste incinerator into high quality (high temperature) heat using hydrogen absorption alloy, and can efficiently generate electricity by the heat. Therefore, it can reduce oil consumption and contribute to the preservation of the global environment.
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Family Applications (1)
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