KR100649458B1 - 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 발전시스템은, 아래에 기체유입구가 있고, 위에 기체유출구가 있는 종방향의 통형상의 통로의 중간에, 이온버너를 갖춘 가열로를 마련하고, 통로 내에 축류팬을 마련하고, 통로의 바깥에 축류팬과 연동하는 발전기를 마련하고, 상기 이온버너에 의해 가열로 내의 온도 및 이온농도를 상승시켜서, 기체유입구로부터 유입한 기체가 상승와기류가 되어 통로 내를 상승하고, 이 상승와기류에 의해 상기 축류팬이 회전하고, 그 회전에 의해 발전기가 구동되어 발전하도록 한 것이다.

Description

발전시스템{Power generation system}

본 발명은 인공적으로 만들어내어 계속시킨 상승기류의 에너지에 의해 발전을 하는 발전시스템에 관한 것이다.

발전시스템에는 화력발전시스템, 원자력발전시스템, 수력발전시스템 등의 각종 발전시스템이 존재한다. 이들은 어느 것이라도 발전기의 터빈을 회전시켜 발전하는 것을 공통으로 하고 있지만, 터빈을 회전시키는 에너지원이 다르다. 화력발전시스템은 중유와 그 외의 연료를 태워서 발생한 열에 의해 수증기를 만들어내고, 이 수증기의 에너지에 의해 터빈을 회전시킨다. 원자력발전시스템도 수증기의 에너지로 터빈을 회전시키는 것은 화력발전시스템과 동일하지만, 핵분열에 수반하여 발생하는 열에 의해 수증기를 만들어내는 점이 화력발전시스템과는 다르다. 수력발전시스템은 높은 곳으로부터 낙하하는 물의 에너지로 터빈을 회전시킨다. 이들 이외에도 바람의 힘을 이용한 풍력발전시스템과 수소와 산소를 화학반응시켜 전기를 발생시키는 발전시스템 등도 있다.

본 발명은 종래의 발전시스템과는 전혀 다른 에너지에 의해 발전을 하는 시스템이며, 인공적으로 만들어내 계속시킨 상승와기류(인공토네이도)에 의해 회전날 개를 회전시키고, 그 회전력에 의해 발전기를 구동하여 발전을 하는 것이다.

자연의 토네이도는 태양열과 그 외에 의해 뜨거워져 비중이 가벼워진 공기(이온화하고있다)가 상승을 시작하여 상승기류가 발생하면, 그 부분의 기압이 저하하여 저기압이 발생하기 때문에, 이 기압차를 평형시키려고 하여 상승기류를 향하여 공기가 흘러 들어간다. 이 때, 차가운 공기는 더운 공기에 그 주위로부터 유입하는 성질을 갖기 때문에, 태양열과 그 외에 의해 뜨거워져서 상승하는 공기보다 차가운 주위의 공기는 상승기류에 그 주위로부터 유입하고, 와기류가 발생한다. 한번 와기류가 발생하면 주위로부터는 더 공기가 소용돌이치면서 유입하기 때문에 점차 회전력이 높아져 마침내는 토네이도가 발생한다.

또한, 상승기류와 여기로 흘러 들어가는 주위의 공기의 온도차가 적은 경우에는, 와기류가 비교적 낮은 고도에서 발생하기 때문에, 와기류는 증대하여 그 중심부근은 저기압이 되어 태풍이 발생한다.

본 발명의 발전시스템은, 상기와 같은 토네이도와 태풍발생의 원리를 응용하여 인공토네이도를 만들고, 이 에너지에 의해 발생하는 것이다. 구체적으로는 다음과 같이 구성되어있다.

본 건 출원의 발전시스템의 하나는, 아래에 기체유입구가 있고, 위에 기체유출구가 있는 종방향의 통형상의 통로의 중간에, 이온버너를 갖춘 가열로를 마련하고, 통로 내에 축류팬을 마련하고, 통로의 바깥에 축류팬과 연동하는 발전기를 마련하고, 상기 이온버너에 의해 가열로 내의 온도 및 이온농도를 상승시켜서, 기체유입구로부터 유입한 기체가 상승와기류가 되어 통로 내를 상승하고, 이 상승와기 류에 의해 상기 축류팬이 회전하고, 그 회전에 의해 발전기가 구동되어 발전하도록 한 것이다.

본 건 출원의 발전시스템의 다른 하나는, 상기 발전시스템에 있어서, 가열로에 이온버너의 외에, 가열로 내의 온도를 유지하기 위한 방전전극과, 이온농도를 유지 혹은 높이기 위한 입자가속기도 마련하고, 이온버너에 의해 가열로 내의 온도 및 이온농도가 소정레벨에 달하면 이온버너를 일시 정지시키고, 그 후는 상기 방전전극과 입자가속기의 쌍방 또는 일방의 가동에 의해 가열로 내의 온도 또는 이온농도를 유지하고, 온도 또는 이온농도가 소정레벨이하가 되면 이온버너를 재시동시켜 가열로 내의 온도 및 이온농도를 소정레벨로 올리고, 이후, 이온버너의 일시정지 - 방전전극과 입자가속기의 쌍방 또는 일방의 가동 - 이온버너의 재시동의 반복에 의해 가열로 내를 상승와기류의 발생에 적합한 온도 및 이온농도로 하는 것이다.

본 건 출원의 발전시스템의 다른 하나는, 상기 발전시스템에 있어서, 축류팬을 통로 내에 2개 이상 마련하고, 그들 축류팬과 연동하는 발전기도 2개 이상 마련한 것이다.

본 건 출원의 발전시스템의 다른 하나는, 상기 발전시스템에 있어서, 축류팬을 동적날개가 정적날개 내에서 회전하는 것으로 한 것이다.

본 건 출원의 발전시스템의 다른 하나는, 상기 발전시스템에 있어서, 통로의 상부에, 통로 내를 상승하는 기체를 재가열하여 기체유출구로부터의 유출을 촉진하기 위한 보조이온버너를 마련한 것이다.

도 1은 본 발명의 발전시스템의 일실시형태를 나타내는 개략도.

도 2는 도 1의 발전시스템에 사용되는 이온버너의 이온화염발생장치를 나타내는 설명도.

도 3은 이온버너의 이온증식기를 나타내는 설명도.

도 4는 이온화염발생장치에 있어서의 연료연무화기의 배치상태를 나타내는 설명도.

도 5는 연료연무화기의 구조를 나타내는 설명도.

도 6은 금속연료공급기를 나타내는 설명도.

도 7은 본 발명의 발전시스템의 일사용예를 나타내는 개략도.

(실시형태 1)

본 발명의 발전시스템은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 내경 약 3m, 높이 약 300m의 원통(1)의 중간부에, 이온버너(2)와 방전전극(3)과 입자가속기(4)를 갖추고있는 가열로(5)를 장착하고, 그 원통(1)과 가열로(5)를 망루(6)에 의해 종방향으로 수직하게 지지되어있다. 이 경우, 원통(1) 중에 가열로(5)보다 위의 상통(7)의 상부는 상방으로 돌출되어있다.

원통(1) 중에 가열로(5)보다 아래의 하통(8)의 하단에는 기체유입구(9)가 형성되며, 그 내부에 축류팬(10)이 수용되어있다. 원통(8) 중에 가열로(5)보다 위의 상통(7)에는 상단에 기체유출구(11)가 형성되며, 내부에 두 개의 축류팬(12, 13)가 수용되며, 상통(7)의 상부에 이온버너(2)가 장착되어있다. 상기 세 개의 축류팬(10, 12, 13)의 회전축(14, 15, 16)에는 고압형의 발전기(17, 18, 19)의 회전축(20, 21, 22)이 각각 연결되어있다.

상기 망루(6)는 굵기 300mm × 300mm, 두께 10mm의 금속제 각파이프를 소망의 개수 연결한 4개의 지주(23)를 콘크리트제의 기초에 의해 입설하여, 상방이 가늘어지는 사각형 프레임형상으로 형성하고, 그 4개의 지주(23)의 종방향 5개소를 급속제 연결구(24)에 의해 연결하고, 게다가 지주(23)의 하단과 최하단의 금속제 연결구(24)의 사이에 금속제보강구(25)를 비스듬히 연결하고, 가열로(5)와 밑에서 3번째의 금속제 연결구(24)의 사이도 금속제 보강구(25)에 의해 비스듬히 연결하여 보강되어있다. 이 망루(6)의 높이는 원통(1)의 높이에 맞추어서 약 320m로 되어있다. 원통(1)은 내경을 3m이상, 높이를 300m이상으로 할 수가 있으며, 그렇게 하였을 때는 그에 맞추어서 망루(6)의 높이도 높아진다.

본 발명의 발전시스템은 도 1의 이온버너(2), 방전전극(3), 입자가속기(4)의 전부 또는 일부를 작동시켜 가열로(5) 내의 온도 및 이온농도를 상승시킴으로써 원통(1)의 내부(통로)에 인공적인 상승와기류를 발생시키고, 이 상승와기류를 가열로(5)보다 상방의 축류팬(10)과 가열로(5)보다 상방의 축류팬(12, 13)에 대어서, 그들 축류팬(10, 12, 13)을 회전시키고, 그 회전력에 의해 각각의 축류팬(10, 12, 13)에 연결되어있는 발전기(17, 18, 19)를 구동하여 발전을 하는 것이다.

도 1에 나타내는 가열로(5)의 주벽에는 캐스터블내화물(예를 들어, 내화성 골재와 알루미나시멘트 또는 인산 등의 수경제(水硬劑)를 혼합한 것)를 사용하고, 그 주벽에 약 100만Kcal의 발열량을 갖는 이온버너(2)가 주위방향으로 등간격으로 3개 설치되어있다(도 1에는 2기밖에 도시되어있지 않다). 3개의 이온버너(2)는 선단을 가열로(5)의 중심으로 향하여 배치함으로써, 각 이온버너(2)로부터 발생하는 폭발적인 연소(13∼15m/sec의 연소)에 의한 고연소음이 서로 충돌하여 음파의 중화작용과 음파의 충돌에 의해 생기는 토플러효과에 의해 소음감소되도록 되어있다.

각각의 이온버너(2)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 터보팬(26)과, 동일 모터(27)에 의해 구동되는 축류압축기(터빈)(28)와, 이온화염발생부(29)로 이루어지는 이온화염발생장치(30)에, 도 3에 나타내는 이온증식기(31)를 부가한 것이다. 상기 터보팬(26)은 공기를 취입하여 터빈(28)에 송출한다. 이 터보팬(26)은 도 2에 나타내는 바와 같이 에어조정밸브(32)를 갖추고 있으며, 상기 에어조정밸브(32)의 개방정도를 조정함으로써 공기흡입량을 조정하여, 터빈(28)에 공급되는 공기량을 제어 가능하게 한다. 터빈(28)은 모터(27)로 회전구동되는 샤프트(33)에 동적날개(34), 압축날개(35), 분배날개(36)를 설치하고 있으며, 이들 날개(34, 35)가 고정된 정적날개(37)의 내측에서 회전되면, 터보팬(26)으로부터 보내져온 공기가 이온화염발생부(29)측에 압축되어 분사된다. 여기서 분사되는 에어는 분배날개(36)로 교반되며, 균압화되어 이온화염발생부(29)의 5개의 연료연무화기(38)로 송출된다.

상기 이온화염발생부(29)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 통형상 본체(39)를 강자성금속(철, 니켈, 코발트 등)으로 제작하고, 이 통형상 본체(39) 내에 5개의 연료연무화기(38)를 도 4와 같이 배치하고, 각각의 연료연무화기(38)의 선단측으로 대략 통형상의 화염접촉전리재(40)(도 2)를 설치한다. 또한 통형상 본체(39)의 외주에는 철심이 들어있는 전자코일(41)이 설치되어있다. 또한 연료연무화기(38)는 도 4에 나타낸 금속판(42)에 의해 통형상 본체(39) 내에 고정되어있다.

상기 연료연무화기(38)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 비자성금속제(황동제, 스텐레스제 등)의 통형상 본체(45)의 후단부 내측에, 약 15katm의 고압공기를 분사하는 비자성금속제의 공기분사노즐(노즐내경 1∼2mmψ)(46)과, 연료(등유, 금속분말혼합유, 물)를 적하하는 비자성금속제의 연료적하노즐(47)이 삽입·고정되어있다. 통형상 본체(45)의 선단부(48)의 내면은 도시되어 있는 바와 같이 외측으로 넓어지게 테이퍼가공되며, 테이퍼면의 각도(θ)는 40∼60도, 테이퍼부 길이(d)는 10∼15mm로 되어있다. 통형상 본체(45)의 후단부의 외주면은, 그 주위방향으로 간격을 두어 폭 1.5∼2mm의 슬릿(49)을 15∼20개 정도 마련하고, 이들 슬릿(49)의 선단측 부분의 각도(ψ)를 45도로 한다. 상기 연료적하노즐(47)은 이들 슬릿(49) 중의 하나로부터 통형상 본체(45)의 내측에 끼워져있다. 통형상 본체(45)의 내경(c)은 35∼45mm, 전장(a+b+d)은 170∼215mm이다. 여기서, (a)는 160∼200mm, (b)는 50∼60mm이다. 또한, 상기 연료적하노즐(47)은 공급되는 연료를 교반하기 위한 교반기(50)를 갖추고 있다. 이 교반기(50)는 스파이어럴형상의 회전날개를 모터(52)로 회전시켜 연료를 교반하도록 한 것이다.

상기 연료연무화기(38)에서는 연료적하노즐(47)로부터 적하되는 연료가, 그 후방의 터빈(28)으로부터 송풍되는 고속의 공기와, 공기분사노즐(46)로부터 분사되는 고압의 공기로 0.01μm이하의 미립자상으로 연무화되어 선단부(48)로부터 분사 된다. 이 연료연무화기(38)에서는 선단부(48)의 테이퍼에 의해, 일단 연무화된 연료가 재액화되는 일없이 스무드하게 분출되며, 높은 연무화효율이 달성된다.

상기 화염접촉전리재(40)는 광활성물질에 자성채를 배합하여 이루어지는 조성물을 산화분위기 중에서 결정화시켜 제조한 것이다. 상기 광활성물질은 셀레늄, 카드뮴, 티타늄, 리튬, 바륨, 탈륨 등의 단체와, 그 산화물, 황화물, 할로겐화물 등의 화합물이며, 자성체는 강자성체(철, 니켈, 코발트 및 그 화합물 등)와 상자성체(망간, 알루미늄, 주석 및 그 화합물), 반자성체(비스무스, 인, 동, 칼슘, 및 그 화합물)이다.

상기 전자코일(41)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 철심(53)에 동선코일(54)을 설치한 것이며, 동선코일(54)에는 도시되어있지 않은 전원장치가 접속되어있다. 이 전자코일(41)은 전원장치로부터 펄스전류가 인가되면 동 코일내측에 강력한 고주파자장을 발생하고, 이온화염발생부(29)의 통형상 본체(39)를 강력히 자화한다. 상기 고주파자장은, 예를 들어 자속밀도 10000이상, 주파수 20∼50MHz 정도의 것이다. 전자코일(41)로 자화된 통형상 본체(39)는 그 내측에 고주파자장을 발생하고, 화염접촉전리재(40)를 활성화하며, 화염접촉전리재(40)에 접촉되는 탄화수소화염을 양이온(탄소이온, 수소이온, 철이온 등)과 음이온(산소이온)을 다수 갖는 이온화염으로 한다. 또한, 고주파자장에서 활성화된 화염접촉전리재(40)에서는 연무화된 연료가 접촉되는 것만으로 발화가 유발되지만, 화염접촉전리재(40)에 착화전극(55)을 마련하여 착화의 확실성을 높인다.

상기 이온증식기(31)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 통형상 본체(60)를 비 자성금속(황동, 스텐레스 등)의 링(61)과 강자성금속(철, 니켈, 코발트 등)의 링(62)을 교대로 연결하여 통형상으로 하고, 각 강자성금속링(62)의 외주에 전자코일(63)을 설치한다. 강자성금속링(62)은 3단 있으며, 전자코일(63)도 3단 있다. 각 전자코일(63)은 강자성금속링(62)의 외주에 절연지(64)를 끼워서, 절연된 동선(65)을 감고, 그 외주에 절연선(64)을 끼워서 냉각용 강파이프(66)를 감고, 그 외주에 절연지(64)를 끼워서 금속커버(67)를 감은 것이다. 또한, 개개의 전자코일(63)은 발생한 자력과 이온버너(2)의 진동으로 위치 어긋남 등을 일으키지 않도록 통형상 본체(60)의 외주의 플랜지(68)에 강고하게 고정되어있다.

상기 각 전자코일(63)의 절연된 동선(65)은 도시되어있지 않은 전원장치에 접속하고, 이 전원장치로부터 대 펄스전류를 인가할 수 있도록 되어있다. 이 전자코일(63)은 대펄스전류를 흘리면 코일내측에 강력한 고주파자장을 발생하고, 이 고주파자장에서 내측의 강자성금속링(62)을 강력히 자화하고, 자화된 각 강자성금속링(62)은 그 내측에 강력한 고주파자장을 형성한다. 이 강자성금속링(62)의 내측의 고주파자장은 이온화염발생부(29)에서 발생되는 이온화염 중의 이온을 진동시킴과 함께 양이온을 화염분사구 측으로 가속하고, 음이온을 이온화염발생부(29)측으로 가속하고, 또한 양이온과 음이온을 다른 입자(이온화된 입자와 되어있지 않은 입자)에 탄성충돌시키면서 양이온 및 음이온의 수를 증대시킨다. 또한 교대로 배치된 강자성금속링(62) 및 비자성금속링(61)에 의해 이온화염에 단계적으로 자기를 좁혀서 압축하고(핀치효과), 압축한 양이온화염을 가열로(5) 내로 분사한다. 또한 음이온화염은 이온화염발생부(29)측으로 분사된다. 또한, 음이온화염은 이온화염 발생부(29)측으로 분사된다.

상기 각 전자코일(63)의 냉각용 동파이프(66)는 도시되어있지 않은 냉각장치와 배관하고, 냉각용 동파이프(66)에 냉각수를 흘려서 전자코일(63)을 냉각할 수 있도록 한다. 전자코일(63)은 대전류가 흐르는 절연된 동선(65)의 열과, 내측의 이온화염에 의한 열을 받아서 고온이 되지만, 상기 냉각수에 의해 과열화방지를 달성한다. 전자코일(63)의 냉각에는 물, 그 외의 각종 냉매를 이용하는 외에도 강제공냉방식을 채용할 수도 있다.

이상 설명한 이온화염발생장치(30)에 있어서, 이온증식기(31)는 다단식의 전자코일(63)에 의한 고주파자장을 이용하였지만, 이온증식기(31)의 통형상 본체(60) 내에 이온을 진동시키고, 가속시킬 수 있는 강자장을 형성하도록 하여도 좋다.

상기 이온화염발생장치(30)의 연료적하노즐(47)(도 5)에는 파이프를 통하여 연료장치(70)로부터 연료가 공급되도록 한다. 이 연료장치(70)는 등유, 금속분말혼합유, 물을 공급하기 위한 등유공급기(71), 물공급기(72), 금속연료공급기(73)의 3개로 이루어진다. 이 중에 등유공급기(71)는 등유를 모아두는 탱크, 물공급기(72)는 물을 모아두는 탱크이다.

도 5의 금속연료공급기(73)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 절연물질로 제작한 등유탱크(74)의 바닥중앙에 도전성금속을 원기둥형상으로 형성하여 이루어지는 마이너스전극(75)을 수직하게 세운 상태로 고정하고, 이 마이너스전극(75)의 근방에 철을 긴 환봉으로 성형한 플러스전극봉(76)과, 알루미늄을 긴 환봉상으로 성형한 플러스전극봉(76)을 각각 배치하고, 양 전극(75, 76)을 고압전원장치(78)에 접 속하여, 양 전극(75, 76)사이에 예를 들어 30000∼100000V의 전압을 인가 가능하게 한 것이다. 이 금속연료공급기(73)에서는, 마이너스전극(75)과 철 또는 알루미늄제의 플러스전극봉(76)과의 사이에 상기 전압을 인가하여 양 전극(75, 76) 사이에 방전을 일으키면, 플로스전극봉(76)의 표면으로부터 미립자(0.5mm이하의 분말)상의 철분말, 알루미늄분말이 벗겨져 등유 중에 방출된다. 이 때 등유 중에서 탄화수소의 탄소가 설출되며, 그 석출된 탄소에 철과 알루미늄의 금속분말이 부착하여 금속분말과 등유가 혼합한 금속분말혼합유가 제조된다. 이 금속혼합유에는 필요에 따라서 계면활성제를 가할 수 있으며, 이와 같이 하면 금속분말혼합유를 비교적 장시간 저장해두는 것도 가능하게 된다. 단 사용하는 계면활성제는 연소를 막지 않는 것으로 한다.

상기 2개의 플러스전극봉(76)은 탱크(74)의 양 측벽에 개설된 끼움부로부터 탱크(74) 내에 수평하게 끼워져있다. 끼움부에는 끼운 플러스전극봉(76)을 끼고 빼기 가능하게 지지함과 함께 액누출을 방지하는 팩킹(79)을 설치한다. 각각의 플러스전극봉(76)은 자동송입기(전극가동장치)(80)에 의해, 탱크(74)로의 끼움길이를 조절 가능하게 하며, 플러스전극봉(76)의 선단과 마이너스전극(75)의 선단과의 간격이 양 선단 사이에서 방전이 일어나기 쉬운 간격이 되도록 조정한다. 자동송입기(80)는 플러스전극봉(76)의 선단이 줄어들어 짧아지면, 그 짧아진 만큼 플러스전극봉(76)을 마이너스전극(75)측에 자동적으로 송출하여 양 전극(75, 76) 사이의 거리를 항상 일정하게 유지할 수 있다. 여기서, 상기 자동송입기(80)에 의한 플러스전극봉(76)의 송출량제어는 예를 들어 탱크(74)의 외측으로부터 광학센서로 양 전 극(75, 76) 사이의 거리를 측정하는, 전극 사이의 전위와 전류를 모니터하여 적절한 방전이 일어나도록 하는, 방전에 의한 전극봉의 감소상태를 단위시간당의 감소량으로 하여 미리 구해놓는, 등의 각종 방법에 의해 실행할 수 있다.

마이너스전극(75) 및 플러스전극봉(76)은 양 전극의 사이에서 효율적인 방전이 실현되면 상기 이외의 형상이라도 좋고, 예를 들어 마이너스전극(75) 및 플러스전극봉(76)의 쌍방 또는 일방을 각봉형상으로 할 수도 있다. 또한, 양 전극(75, 76) 사이에 인가되는 전극과 전류는 마이너스전극(75)과 플러스전극봉(76)의 형상과 극간거리, 전극소재에 따라서 적절히 설정할 수 있다.

상기 탱크(74)에는, 탱크 내의 연료량을 계측하는 연료량감시장치(도시되어있지 않다)가 마련되어 있고, 탱크(4) 내의 마이너스전극(75) 및 플러스전극봉(76)이 액면으로부터 노출하는 것을 방지할 수 있도록 한다. 이 연료량감시장치는 예를 들어 연료가 소정량 감소하면 그 감소분을 추가 공급하거나 혹은 관리자에게 통지하는 것이다. 이 연료량감시장치에 의해, 액면으로부터 전극이 노출된 상태에서 방전이 일어나지 않게 되며, 연료인 등유에 착화하여 탱크(74)가 화재, 폭발하는 것을 방지할 수 있다.

탱크(74)의 상부에는 교반장치(81)를 마련한다. 이 교반장치(81)는 모터(82)와 이 모터(82)에 의해 구동되어 회전하는 프로펠러(83)로 이루어지며, 탱크(74) 내의 등유를 프로펠러(83)에 의해 교반할 수 있다. 프로펠러(83)의 회전수는 적절히 설정할 수 있다.

도 5에 나타내는 등유공급기(71)에는, 크랙킹장치를 마련할 수도 있다. 크 랙킹장치는, 비점이 높은 중질석유를 분해하여 비점이 낮은 경질석유(가솔린 등)를 제조하는 것이다. 이 크랙킹장치는 예를 들어 실리카-알루미나촉매를 이용하는 접촉분해방식의 것과, 촉매를 이용하지 않고 고온(800∼850도)에서 분해를 하는 열분해방식의 것이 있다. 또한, 니켈, 텅스텐 등을 실리카-알루미나에 담지시킨 촉매를 이용하고, 고압의 수소를 이용하여 분해를 하는 수소화분해방식의 것도 있다. 이 크랙킹장치는, 등유를 대신하여 중유 등의 비점이 높은 연료를 이용하는 경우에 특히 유효하다.

도 5에 나타내는 공급기(71, 72, 73)로부터는 연료절환기 등에 의해 필요한 연료만을 하나 혹은 두 개 이상을 조합하여 연료적하노즐(47)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 이온화염발생장치(30)의 점화개시로부터 1800도 정도까지는 등유만을 공급하고, 그 후 2500도 정도까지는 금속분말혼합유를 공급하고, 그 후는 금속분말혼합유와 물을 공급할 수 있으며, 연소온도에 따라서 적절한 연료를 선택하여 공급할 수 있도록 한다.

상기 가열로(5)의 주벽 중에서, 이온버버(2)의 상방에는 도 1에 나타내는 바와 같이 방전전극(3)이 대향하도록 배치되어있다. 이 방전전극(3)은 도시되어있지 않은 전원장치에 접속되어있으며, 양 전극에 전압을 인가하여 양 전극 사이에서 방전을 일으킴으로써, 이온버너(2)에 의해 가열된 가열로(5) 내의 온도를 유지하는 것이다.

또한, 가열로(5)의 주벽에는 4개의 입자가속기(4)가 마련되어있다. 이 입자가속기(4)는 가열로(5) 내의 이온농도를 유지하거나 게다가 이온을 증식시켜 이온 농도를 높이기 위한 것이다. 입자가속기(4)에는 베타트론, 사이클로트론, 싱크로트론을 사용할 수 있다. 베타트론이라는 것은 도너츠형의 진공용기 내에 전자를 넣고, 외부로부터 교류자장을 가하여 전자를 가속하는 것이며, 가속된 전자를 가열로(5) 내에 방출함으로써 상기 가열로(5) 내의 이온농도를 높일 수 있다. 사이클로트론이라는 것은 하전입자가 직류자장 중에서 로렌츠힘에 의해 행하는 일정주기의 원운동에 동기하는 사이클로트론진동수의 고주파전장에서 반복하여 가속을 하여 고에너지입자를 얻는 것이며, 이 고에너지입자를 가열로(5) 내에 방출함으로써 상기 가열로(5) 내의 이온농도를 높일 수 있다. 싱크로트론이라는 것은 상기 사이클로트론의 에너지상한을 넘도록 한 가속기이며, 입자속도의 증가에 대하여 자속밀도가 증가되도록 일정반경의 원형궤도상에 전자석을 배치한 가속기이다.

원통(1)의 기체유입구(9)에는 댐퍼가 마련되어있으며, 상기 가열로(5) 내의 온도 및 이온농도가 소정레벨(예를 들어 온도 : 1800℃∼3500℃, 이온농도 30%∼80%)에 달한 시점에서 댐퍼를 열음으로써 원통(1) 내에 기체(외기)를 도입할 수 있도록 한다. 또한, 댐퍼의 개폐량을 바꿈으로써, 원통(1) 내로 유입하는 기체의 양을 조절할 수 있다. 게다가, 기체유입구(9)의 하단은 당해 댐퍼로부터 하방으로 돌출하도록 하여 댐퍼를 열었을 때에 외기가 원통(1) 내에 스무드하게 유입하도록 한다. 또한, 이 기체유입구(9)의 하단에는 금속망 등을 마련하여 원통(1) 내에 이물질이 침입하는 것을 방지하도록 한다.

상기 축류팬(10, 12, 13)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 회전축(14, 15, 16)의 주위에 그 길이방향을 따라서 복수의 동적날개(90)를 마련한 것이며, 원통(1) 내를 하방에서 상방을 향하는 상승와기류가 당해 동적날개(90)에 닿으면 그 기류의 에너지에 의해 회전축(14, 15, 16)이 회전하도록 한다. 각각의 축류팬(10, 12, 13)의 회전축(14, 15, 16)은 기어를 통하여 고압형의 발전기(1만V∼2만V)(17, 18, 19)의 회전축(20, 21, 22)에 연결되어있으며, 각각의 축류팬(10, 12, 13)이 회전하면 각각의 발전기(17, 18, 19)가 구동되어 발전이 행해지도록 한다. 도 1에서는 하나의 축류팬에 의해 두 개의 발전기를 구동하도록 하여 합계 6기의 발전기를 구동 가능하게 한다. 3개의 축류팬(10, 12, 13) 중에서, 중단의 축류팬(12)은 동적날개(90)의 수가 다른 축류팬(10, 13)에 비하여 적지만, 이는 원통(1)의 중앙부근에서는 상승와기류가 안정하기 때문에, 동적날개(90)의 수가 적더라도 충분한 회전력을 얻을 수 있기 때문이다. 이들 축류팬은 유속 150m/sec의 상승와기류에 견딜 수 있도록 한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 원통(1)의 내측에서 각각의 축류팬(10, 12, 13)의 주위에는 정적날개(91)가 돌설되어있으며, 축류팬(10, 12, 13)의 동적날개(90)는 당해 정적날개(91)의 내측에서 회전하도록 한다. 이에 따라서 상승와기류가 균일하게 동적날개(90)에 닿고, 당해 축류팬(10, 12, 13)을 효율적으로 회전시킬 수 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 상단의 축류팬(13)보다도 상방에는 상승와기류가 외부로 배기되는 기체유출구(11)가 개설되어있다. 이 기체유출구(11)의 상단은 망루(6)로부터 상방으로 돌출시켜서 기체가 스무드하게 배기되도록 한다. 또한, 기체유출구(11)의 근방에는 보조용의 이온버너(발열량 약 120만Kcal)(2)를 마련하여 원통(1) 내를 상승해온 기체를 재가열하여 당해 기체의 배기가 촉진되도록 한다. 이 보조이온버너(2)의 구조는 가열로(5)에 설치되어있는 이온버너(2)와 동일하다.

(사용예)

상기 도 1에 나타내는 본 발명의 발전시스템을 사용하여 발전을 하는데는 예를 들어 다음과 같이 한다.

1. 기체유입구(9)의 댐퍼를 닫은 상태에서 이온버너(2)를 작동시켜서 가열로(5) 내의 공기를 가열하고, 이온화시킨다. 가열로(5) 내에서 가열되어 이온농도가 높아진 공기는 원통(1) 내를 상승하여 기체유출구(11)로부터 외부로 배기되므로, 원통(1) 내는 고온이 됨과 함께, 외부보다 기압이 낮은 상태가 된다.

2. 가열로(5) 내의 온도 및 이온농도가 소정레벨(예를 들어 온도 1600℃, 이온농도 30%)이 되면 기체유입구(9)의 댐퍼를 연다. 원통(1) 내는 외부보다 기압이 낮기 때문에, 댐퍼를 열면 그 기압을 평형시키려고 하여 기체유입구(9)로부터 원통(1) 내로 외기가 유입한다. 이 때, 온도가 낮은 공기는 온도가 높은 공기로 그 주위로부터 유입한다는 성질을 갖기 때문에, 원통(1) 내의 공기보다 온도가 낮은 외기는 소용돌이치면서 기체유입구(9)로부터 원통(1) 내로 유입하고, 하단의 축류팬(10)에 닿아서 상기 축류팬(10)을 회전시킨다. 하단의 축류팬(10)이 회전하면, 이에 연결되어있는 2기의 발전기(17, 17)가 각각 구동되어 발전이 행해진다.

3. 하단의 축류팬(10)을 통과한 기체는 상기 축류팬(10)의 회전에 의해 와류속도가 가속되면서 가열로(5)로 유입하고, 상기 가열로(5)에서 순시간에 가열되어 상승와기류가 되어 원통(1) 내를 상승한다. 이 상승와기류의 유속은 가열로(5)의 온도 및 이온농도에 비례한다.

4. 다음으로 상승와기류는 중단의 축류팬(12)에 닿아서 상기 축류팬(12)을 회전시킨다. 게다가 상단의 축류팬(13)에 닿아서 상기 축류팬(13)을 회전시킨다. 두 개의 축류팬(12, 13)이 회전하면, 각각의 축류팬에 연결되어있는 발전기(18, 19)가 구동되어 발전이 행해진다.

5. 중단 및 상단의 축류팬(12, 13)을 통과한 상승와기류는 기체유출구(11)의 앞에서 보조이온버너(2)에 의해 다시 가열되어, 기체유출구(11)로부터 외부로 배기된다. 배기되는 상승와기류중의 공기(이온화되어있다)에는, 외기(중성)가 외측으로부터 유입하기 때문에, 중화되어 중성이 된다.

6. 이상에 의해, 하단, 중단, 상단의 각각의 축류팬이 회전되며, 각각의 축류팬에 연결된 발전기가 구동되어 발전이 행해진다. 발전된 전기는 필요에 따라서 강압시켜서 송전하거나 사용하거나 한다.

상기 이온버너(2)는 가열로(5) 내의 온도 및 이온농도가 소정레벨에 달하면 일시정지하고, 그 후는 방전전극(3)에 의한 방전으로 가열로(5) 내의 온도를 유지함과 함께, 입자가속기(4)에 의해 가열로(5) 내의 이온농도를 유지한다. 가열로(5) 내의 온도 및 이온농도가 소정레벨을 밑돌면 이온버너(2)를 재시동시킨다. 이와 같이 간헐구동하면 이온버너(2)의 연료를 절약할 수 있음과 함께, 이산화탄소의 발생량을 저감할 수 있다.

(다른 실시형태)

상기 사용예에서는 본 발명의 발전시스템을 1기만 사용하는 경우를 나타내었 지만, 본 발명의 발전시스템은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 2기 이상 병설하여 사용할 수도 있다. 가열로에 설치하는 이온버너의 수는 3개에 한정되지 않고 이보다 적어도 많아도 좋다. 통로에 설치하는 축류팬의 수, 발전기의 수는 상기한 것에 한정되지 않고 이보다 적어도 많아도 좋다. 또한, 발전기는 고압형의 발전기가 아니라도 좋다. 상기 실시형태에 나타낸 망루의 높이, 지주의 굵기, 원통의 길이 및 직경에 관한 수치와 그 외의 치수는 모두 일예이다.

1. 본 발명의 발전시스템은, 화력발전시스템에 비하여 대단히 적은 연료로 충분한 전기를 발전할 수 있다. 또한, 이산화탄소의 발생량도 적다.

2. 원자력발전시스템처럼 방사능 등의 위험물질이 누설하는 위험이 없다. 또한, 사용한 연료의 처리에 곤란하지도 않다.

3. 수력발전시스템처럼 댐을 건설할 필요도 없다.

4. 구조가 간결하며, 설비비를 낮게 억제할 수 있다.

5. 대체로 종래의 각종 발전시스템에 비하여 용이하면서 저비용으로 충분한 발전을 할 수 있으며, 환경에의 악영향도 없다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 하부에 형성된 기체유입구 및 상부에 형성된 기체유출구를 구비한 종방향의 통형상의 통로;

   상기 통로내의 중간에 설치되며, 화염발생장치 및 이온증식기를 구비하여 온도 및 이온농도를 상승시키는 이온버너: 온도를 유지하기 위한 방전전극: 및 상기 가열로 내에서 이온농도를 유지하거나 또는 상기 이온농도를 상승시키기 위하여 이온을 증가시키는 입자가속기:를 구비한 가열로;

   상기 통로내의 상기 가열로의 상방에 하나 또는 2이상 설치된 축류팬; 및

   상기 통로의 외측에 설치되고, 상기 축류팬과 연동하는 하나 또는 2이상의 발전기;를 포함하여 이루어짐으로써,

   상기 이온버너에 의해 상기 가열로내의 온도 및 이온농도를 소정레벨로 상승시켜서, 상기 기체유입구로부터 상기 통로내에 유입한 기체가 상승과기류가 되어 통로내를 상승시키고, 이 상승과기류에 의해 상기 축류팬이 회전하고, 축류팬의 회전에 의해 상기 발전기가 구동되어 발전하도록 하고,

   상기 가열로 내의 온도 및 이온농도가 상기 이온버너에 의해 소정 레벨에 도달하면, 상기 이온버너는 일시적으로 정지하고, 그 후 상기 방전전극과 입자가속기의 쌍방 또는 일방의 가동에 의해 가열로 내의 온도 또는 이온농도를 유지하고, 온도 또는 이온농도가 소정레벨 이하가 되면 상기 이온버너를 재시동시켜 상기 가열로 내의 온도 및 이온농도를 소정레벨로 올리고, 이후, 상기 이온버너의 일시정지, 상기 방전전극과 입자가속기의 쌍방 또는 일방의 가동, 상기 이온버너의 재운전의 반복에 의해 가열로 내를 상승와기류의 발생에 적합한 온도 및 이온농도로 유지하는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 하부에 형성된 기체유입구 및 상부에 형성된 기체유출구를 구비한 종방향의 통형상의 통로;

   상기 통로내의 중간에 설치되며, 화염발생장치 및 이온증식기를 구비하여 온도 및 이온농도를 상승시키는 이온버너: 온도를 유지하기 위한 방전전극: 및 이온농도를 유지하거나 또는 상기 이온농도를 상승시키기 위하여 이온을 증가시키는 입자가속기:를 구비한 가열로;

   상기 통로내의 상기 가열로의 상방에 설치된 축류팬; 및

   상기 통로의 외측에 설치되고, 상기 축류팬과 연동하는 발전기;를 포함하여 이루어짐으로써,

   상기 이온버너에 의해 상기 가열로내의 온도 및 이온농도를 소정레벨로 상승시켜서, 상기 기체유입구로부터 상기 통로내에 유입한 기체가 상승과기류가 되어 통로내를 상승시키고, 이 상승과기류에 의해 상기 축류팬이 회전하고, 축류팬의 회전에 의해 상기 발전기가 구동되어 발전하도록 하고,

   상기 가열로 내의 온도 및 이온농도가 상기 이온버너에 의해 소정 레벨에 도달하면, 상기 이온버너는 일시적으로 정지하고, 그 후 상기 방전전극과 입자가속기의 쌍방 또는 일방의 가동에 의해 가열로 내의 온도 또는 이온농도를 유지하고, 온도 또는 이온농도가 소정레벨 이하가 되면 상기 이온버너를 재시동시켜 상기 가열로 내의 온도 및 이온농도를 소정레벨로 올리고, 이후, 상기 이온버너의 일시정지, 상기 방전전극과 입자가속기의 쌍방 또는 일방의 가동, 상기 이온버너의 재운전의 반복에 의해 가열로 내를 상승와기류의 발생에 적합한 온도 및 이온농도로 유지하고, 상기 축류팬은 동적날개를 정적날개 범위내에서 회전되도록 설계된 것을 특징으로 하는 발전시스템.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 2 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 통로의 상부에, 상기 통로 내를 상승하는 기체를 재가열하여 상기 기체유출구로부터의 유출을 촉진하기 위한 보조 이온버너를 더 부가한 것을 특징으로 하는 상기 발전시스템.

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