KR101320044B1

KR101320044B1 - 냉각탑 발전장치

Info

Publication number: KR101320044B1
Application number: KR1020120011781A
Authority: KR
Inventors: 배승운; 문선; 김도경
Original assignee: 주식회사 한국피이엠
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-10-18
Also published as: KR20130090556A

Abstract

본 발명에 의한 냉각탑 발전장치는, 실외 공기가 자유롭게 출입할 수 있는 내부 공간을 갖는 하우징과 냉각장치에서 사용된 냉각수를 하우징의 내부 공간으로 살포하여 실외 공기와 접촉시키는 냉각수 살수관과 실외 공기와 접촉하여 냉각된 냉각수를 집수하는 집수조와 집수조에 집수된 냉각수를 외부로 배출하기 위해 집수조에 연결되는 냉각수 배출관을 갖는 냉각탑, 냉각수 배출관에서 배출되는 냉각수의 낙차에 의해 회전할 수 있도록 냉각수 배출관의 배출구 하부에 설치되는 수차, 수차의 회전력을 제공받아 작동함으로써 전기를 생산하는 발전기를 포함한다. 본 발명에 의한 냉각탑 발전장치는 종래 냉각탑에서 수차와 발전기 등 간단한 구성 요소를 추가함으로써 냉각탑의 미활용 소수력 자원을 활용하여 경제적으로 전기를 생산할 수 있다.

Description

냉각탑 발전장치{Power generating apparatus using cooling tower}

본 발명은 냉각탑 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각수를 냉각시키는 냉각탑에서 떨어지는 냉각수의 배출 낙차를 이용하여 발전기를 작동시킴으로써 전기를 생산할 수 있는 냉각탑 발전장치에 관한 것이다.

최근 화석 연료의 사용량 증가에 따른 지구 온난화 등 환경 문제가 범세계적인 문제로 대두되면서 청정 에너지를 개발하기 위한 다양한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 여러 가지 청정 에너지 중에서 소수력(small hydropower) 자원은 다른 청정 에너지원에 비하여 에너지 밀도가 매우 크기 때문에 개발할 가치가 큰 부존자원으로 평가받고 있다.

소수력 발전은 전세계적으로 매우 광범위하게 이루어지고 있다. 특히 구미 선진국과 중국 등지에서는 일찍부터 소수력 개발의 사회·경제적 중요성을 인식하고 수문학적 자료를 비롯한 기초 통계 자료의 확보와 기술 개발 및 보급에 힘을 기울이고 있으며, 소수력 발전이 에너지원으로서 뿐 아니라 주요 산업으로 자리를 잡아가고 있다. 풍부한 수력에너지를 보유하고 있는 일본의 경우 전체 수력발전에서 소수력 발전이 차지하고 있는 비중은 10%에 달하며, 농업용수로, 하천내 취수구, 사방시설, 상수도를 이용한 소수력 발전에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 국내에서는 소수력 자원의 최대활용과 소수력 발전소의 개발을 촉진하기 위하여 소수력 개발방안이 제정되어 민간자본에 의해 소수력 발전소를 개발할 수 있도록 하고 있다.

소수력 발전은 설비 용량이 15,000㎾ 미만의 소규모 수력 발전을 의미하나 국내에서는 보통 3,000㎾ 미만을 소수력 발전으로 부르고 있다. 소수력 발전은 일반적인 대규모 수력 발전과 원리면에서는 차이가 없으나, 국지적인 지역 조건과 조화를 이루는 규모가 작고 기술적으로 단순한 수력 발전이라고 할 수 있다. 소수력 발전소는 발전 방식에 따라 수로에 의해 낙차를 얻는 수로식 소수력 발전소, 댐에 의해 낙차를 얻는 댐식 소수력 발전소, 수로식과 댐식의 혼합 방식인 터널형 소수력 발전소 등이 있다.

소수력 발전은 화력이나 원자력 등 화석 에너지를 이용하는 발전 기술에 비해 단순성, 신뢰성, 경제성 등이 탁월하고, 공해가 거의 없다는 장점이 있다. 또한 단기간(1년 또는 2년) 내에 계획 수립 및 플랜트 설비가 가능하고, 농업용 저수지, 하수종말처리장, 수도관로, 기력발전소 방류수, 중·소규모의 댐 등 기존의 다양한 수자원의 이용이 가능하다. 또한 수용에 따라 즉각적인 시동과 정지가 가능하여 작동의 신뢰도 및 유연성이 우수하고, 초기의 투자에 비하여 유지 관리비가 아주 낮다.

소수력 자원의 적극적인 개발은 에너지원의 개발 차원뿐 아니라 경제·사회적으로 전력 수요 급증시의 부하 평준화 효과, 석유 수입 대체 효과, 환경 친화적인 에너지원의 개발을 통한 지역 개발의 촉진과 이로 인한 경제적 파급 효과, 관련 기술의 수출 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있다.

소수력 발전은 다른 발전 방식에 비해 탁월한 경제성을 갖고 있으나, 대규모 수력발전을 위해서는 초기의 높은 시설비, 주변 환경에 대한 영향문제, 계획수립 및 실행의 장기성 등의 문제가 있다. 따라서 소수력 발전의 확산을 위해서는 미활용 소수력 자원을 활용하여 댐 설치비 등 초기 투자비를 절감할 필요가 있다. 특히 국내의 경우 자연낙차가 큰 소수력 발전 입지는 매우 제한되어 있기 때문에 다양한 미활용 소수력 자원을 활용할 수 있는 소수력 발전 기술을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 각종 냉각장치의 냉각수를 냉각시키는 냉각탑의 미활용 소수력 자원을 활용하여 발전기를 작동시킴으로써 전기를 생산할 수 있는 냉각탑 발전장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 냉각탑 발전장치는, 실외 공기가 자유롭게 출입할 수 있는 내부 공간을 갖는 하우징과 냉각장치에서 사용된 냉각수를 상기 하우징의 내부 공간으로 살포하여 실외 공기와 접촉시키는 냉각수 살수관과 실외 공기와 접촉하여 냉각된 냉각수를 집수하는 집수조와 상기 집수조에 집수된 냉각수를 외부로 배출하기 위해 상기 집수조에 연결되는 냉각수 배출관을 갖는 냉각탑, 상기 냉각수 배출관에서 배출되는 냉각수의 낙차에 의해 회전할 수 있도록 상기 냉각수 배출관의 배출구 하부에 설치되는 수차, 상기 수차의 회전력을 제공받아 작동함으로써 전기를 생산하는 발전기를 포함한다.

상기 수차는 상기 냉각수 배출관에서 배출되는 냉각수를 집수하기 위한 냉각수조의 상부에 설치될 수 있다.

상기 냉각수 배출관은 상기 집수조에 집수된 냉각수가 유입될 수 있도록 상기 집수조의 하부에 배치되는 제 1 배출부, 상기 배출구를 구비하고 상기 수차 및 상기 제 1 배출부보다 상부에 배치되는 제 2 배출부, 상기 제 1 배출부와 상기 제 2 배출부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.

상기 배출구의 최대 높이는 상기 집수조에 집수되는 냉각수의 최대 수위와 같은 것이 좋다.

본 발명에 의한 냉각탑 발전장치는 상기 수차의 회전축과 상기 발전기의 회전축을 연결하여 상기 수차의 회전력을 상기 발전기에 전달하는 동력전달기구를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 냉각탑 발전장치는 종래 냉각탑에서 수차와 발전기 등 간단한 구성 요소를 추가함으로써 냉각탑의 미활용 소수력 자원을 활용하여 전기를 생산할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 냉각탑 발전장치는 종래 냉각탑을 이용함으로써, 저렴한 초기 투자로 유지 관리비가 거의 없고, 경제적이며, 공해 발생이 없이 전기를 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑 발전장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑 발전장치의 일부 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑 발전장치의 작용을 설명하기 위한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 냉각탑 발전장치에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑 발전장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑 발전장치의 일부 구성을 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑 발전장치의 작용을 설명하기 위한 것이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑 발전장치(100)는 냉각장치에서 사용된 냉각수를 실외 공기와 접촉시켜 냉각시키는 냉각탑(110), 냉각탑(110)에서 배출되는 냉각수의 낙차에 의해 회전하는 수차(130), 수차(130)의 회전력을 제공받아 작동함으로써 전기를 생산하는 발전기(140), 수차(130)의 회전력을 발전기(140)에 제공하는 동력전달기구(150)를 포함한다. 냉각탑(110)에서 배출되어 수차(130)를 회전시키는 냉각수는 냉각수조(160)로 유입되어 저장되었다가 다시 냉각장치로 공급된다.

냉각탑(110)은 냉각장치에서 사용된 냉각수를 실외 공기와 접촉시켜 냉각시키고 냉각된 냉각수를 냉각수조(160) 쪽으로 배출한다. 냉각탑(110)은 냉각수조(160) 위에 설치되며, 하우징(111), 하우징(111) 내에 설치되어 냉각수를 살포하는 냉각수 살수관(115), 하우징(111) 하부에 배치되어 냉각수 살수관(115)에서 살포되는 냉각수를 집수하는 집수조(120), 집수조(120)에 집수된 냉각수를 외부로 배출하는 냉각수 배출관(123)을 포함한다.

하우징(111)은 상부가 개방되고 집수조(120)에 결합된 복수의 기둥(113)에 의해 집수조(120) 위에 집수조(120)로부터 이격되도록 배치된다. 하우징(111)과 집수조(120)의 사이에는 거름망(114)이 배치된다. 거름망(114)은 하우징(111) 내부로 유입되는 실외 공기 중에 함유된 이물질을 걸러내는 역할을 한다. 하우징(111)의 내부에는 실외 공기가 자유롭게 출입할 수 있는 내부 공간(112)이 마련되고, 내부 공간(112)에는 냉각수 살수관(115), 필러(filler, 117) 및 팬(118)이 설치된다.

냉각수 살수관(115)은 냉각장치에서 사용되어 온도가 상승한 냉각수를 하우징(111)의 내부 공간(112) 중으로 살포한다. 냉각수 살수관(115)은 냉각장치에서 배출되는 냉각수를 안내하는 냉각수 안내관(116)에 결합된다. 냉각수 안내관(116)은 집수조(120) 하부에 배치된 냉각수 안내부재(121)에 결합되어 하우징(111)의 내부 공간(112) 중간에 기립 상태로 배치된다. 냉각장치에서 배출되는 냉각수는 펌프에 의해 냉각수 안내부재(121)의 냉각수 유입유로(122) 쪽으로 펌핑되고, 냉각수 유입유로(122)를 통해 유입되는 냉각수는 냉각수 안내관(116)을 따라 냉각수 살수관(115)으로 유동하여 냉각수 살수관(115)에서 하우징(111)의 내부 공간(112) 중으로 살포된다.

냉각수 살수관(115)에서 살포되는 냉각수는 필러(117)를 통과하면서 실외 공기와 접촉하면서 냉각된다. 잘 알려진 것과 같이 필러(117)는 냉각수와 공기가 통과할 수 있도록 상하 방향으로 배치된 다수의 통로를 갖는다. 냉각수 살수관(115)에서 살포되는 냉각수는 필러(117)의 통로를 따라 하강하면서 실외 공기와 접촉하여 냉각된다. 냉각수를 냉각시키기 위해 하우징(111)의 내부 공간(112)으로 유입되는 실외 공기는 냉각수와 반대 방향으로 유동하여 필러(117)의 통로를 통과한다.

팬(118)은 하우징(111)의 상부에 배치되며 모터(119)에 의해 회전하면서 냉각수를 냉각시키기 위한 실외 공기를 하우징(111) 내부로 유입시킨다. 팬(118)이 모터(119)에 의해 회전하면 하우징(111) 외부의 공기가 하우징(111)과 집수조(120) 사이의 거름망(114)을 통과하여 하우징(111) 내부로 유입된다. 그리고 하우징(111) 내부로 유입된 공기는 하부에서 상부 방향으로 필러(117)의 통로를 통과하여 하우징(111) 상부에 마련된 개방부를 통해 외부로 방출된다.

도 1에 도시된 것과 같이, 집수조(120)는 하우징(111)의 하부에 배치되어 필러(117)를 통과하면서 냉각된 냉각수를 임시 저장한다. 집수조(120)의 하부에는 냉각장치에서 펌핑된 냉각수를 냉각수 안내관(116)으로 안내하고 집수조(120)에 집수된 냉각수를 냉각수 배출관(123)으로 안내하는 냉각수 안내부재(121)가 구비된다. 냉각수 안내부재(121)에는 냉각장치에서 펌핑되는 냉각수를 냉각수 안내관(116)으로 유입시키는 냉각수 유입유로(122) 및 집수조(120)에 임시 저장된 냉각수를 냉각수 배출관(123)으로 유입시키는 냉각수 배출유로(미도시)가 마련된다. 집수조(120)의 냉각수는 냉각수 안내부재(121)의 냉각수 배출유로를 통해 냉각수 배출관(123)으로 유동하여 외부로 배출된다.

도 1 및 도 3에 도시된 것과 같이, 냉각수 배출관(123)은 집수조(120)의 냉각수를 냉각수조(160) 쪽으로 배출하기 위해 냉각수 안내부재(121)에 결합된다. 냉각수 배출관(123)은 냉각수 안내부재(121)에 결합되는 제 1 배출부(124), 제 1 배출부(124) 보다 높게 배치되는 제 2 배출부(125), 제 1 배출부(124)와 제 2 배출부(125)를 연결하는 연결부(126)를 포함한다. 제 2 배출부(125)의 끝단에는 냉각수가 배출되는 배출구(127)가 구비된다.

냉각수를 수차(130) 쪽으로 배출하는 배출구(127)의 최대 높이는 집수조(120)에 집수되는 냉각수의 최대 수위와 같다. 이것은 수차(130)를 회전시키기 위한 냉각수의 최대 유효 수두를 확보하고 수차(130)의 설치 공간을 확보하기 위한 것이다. 수차(130)의 회전력은 발전기(140)의 발전량과 직결되고, 수차(130)의 회전력을 높이기 위해서는 냉각수의 유효 수두를 높일 필요가 있다. 배출구(127)의 최대 높이를 집수조(120)에 집수되는 냉각수의 최대 수위와 같게 하면, 냉각수를 배출구(127)를 통해 최대 유량으로 최고 높이에서 수차(130) 쪽으로 떨어뜨릴 수 있어 주어진 조건에서 수차(130)의 최대 회전력을 얻을 수 있다.

또한 배출구(127) 및 제 2 배출부(125)의 높이를 가능한 높게 하면 냉각수조(160) 위에서 수차(130) 설치를 위한 공간 확보에 유리하고, 가능한 큰 직경의 수차(130)를 설치하여 이용할 수 있다. 수차(130)의 크기 또한 발전기(140)의 발전량에 영향을 주는 중요한 설계 요소이므로, 제 2 배출부(125)의 높이를 높여 수차(130)의 크기를 가능한 크게 하는 것도 주어진 조건에서 발전량을 높일 수 있는 방법이다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 수차(130)는 냉각수조(160) 상부에 배치된 받침대(135)에 회전 가능하게 설치된다. 받침대(135)에는 수차(130)의 일부를 수용하고 수차(130) 쪽으로 떨어진 냉각수를 냉각수조(160)로 유입시키기 위한 개구(136)가 마련된다. 수차(130)의 중앙에 구비된 회전축(131)은 받침대(135)에 결합된 한 쌍의 지지부재(137)에 회전 가능하게 결합된다. 수차(130)의 회전력은 동력전달기구(150)를 통해 발전기(140)에 전달된다.

발전기(140)는 동력전달기구(150)를 통해 수차(130)의 회전력을 제공받아 회전하는 회전축(141)을 구비한다. 발전기(140)의 회전축(141)이 회전하면 발전기(140) 내부의 발전부가 작동하여 전기를 생산한다. 발전기(140)에서 생산되는 전기는 외부로 송전되어 다양한 용도로 사용될 수 있다. 발전기(140)는 받침대(135)에 결합된 지지대(145) 위에 고정된다.

동력전달기구(150)는 수차(130)의 회전축(131)과 발전기(140)의 회전축(141)을 연결하여 수차(130)의 회전력을 발전기(140)에 전달한다. 동력전달기구(150)는 수차(130)의 회전축(131)에 결합되는 구동풀리(151), 발전기(140)의 회전축(141)에 결합되는 종동풀리(152), 구동풀리(151)와 종동풀리(152)를 연결하는 벨트(153)를 포함한다. 물론 동력전달기구(150)의 구조는 이러한 것으로 한정되는 것은 아니며, 수차(130)의 회전력을 발전기(140)에 전달할 수 있는 다양한 구조로 변경될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 냉각탑 발전장치(100)의 작용에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 냉각장치를 거쳐 온도가 상승한 냉각수는 냉각수 안내부재(121)의 냉각수 유입유로(122) 쪽으로 펌핑된다. 냉각수 유입유로(122)로 유입되는 냉각수는 냉각수 안내관(116)을 통해 냉각수 살수관(115)으로 유동한 후, 냉각수 살수관(115)에서 하우징(111)의 내부 공간(112)으로 살포된다. 냉각수 살수관(115)에서 살포되는 냉각수는 필러(114)를 통과하여 하강하면서 팬(118)에 의해 하우징(111) 내부로 유입되는 실외 공기와 접촉하여 냉각된다. 필러(114)를 통과하면서 냉각된 냉각수는 집수조(120)로 떨어져 모인 후, 냉각수 안내부재(121)를 통해 집수조(120)에서 배출된다. 냉각수 안내부재(121)에서 배출되는 냉각수는 냉각수 배출관(123)의 제 1 배출부(124), 연결부(126) 및 제 2 배출부(125)를 통과하여 배출구(127)를 통해 수차(130) 쪽으로 배출된다.

냉각수 배출관(123)에서 배출되는 냉각수가 수차(130)로 떨어지면 수차(130)가 회전하고, 수차(130)의 회전력은 동력전달기구(150)를 통해 발전기(140)의 회전축(141)에 전달된다. 발전기(140)의 회전축(141)이 회전하면 발전기(140) 내부의 발전부가 작동하여 전기를 생산하고, 생산된 전기는 외부로 송전되어 다양한 용도로 사용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 냉각탑(110)의 구조, 수차(130)의 구조나 수차(130)와 발전기(140)의 연결 구조 등 구체적인 구성은 다양하게 변경될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 냉각탑 발전장치(100)는 종래 냉각탑에서 수차(130)와 발전기(140) 등 간단한 구성 요소를 추가함으로써 냉각탑의 미활용 소수력 자원을 활용하여 전기를 생산할 수 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100 : 냉각탑 발전장치 110 : 냉각탑
111 : 하우징 113 : 기둥
114 : 거름망 115 : 냉각수 살수관
116 : 냉각수 안내관 117 : 필러
118 : 팬 119 : 모터
120 : 집수조 121: 냉각수 안내부재
123 : 냉각수 배출관 124, 125 : 제 1, 2 배출부
126 : 연결부 130 : 수차
131, 141 : 회전축 135 : 받침대
145 : 지지대 150 : 동력전달기구
151 : 구동풀리 152 : 종동풀리
153 : 밸트

Claims

실외 공기가 자유롭게 출입할 수 있는 내부 공간을 갖는 하우징, 냉각장치에서 사용된 냉각수를 상기 하우징의 내부 공간으로 살포하여 실외 공기와 접촉시키는 냉각수 살수관, 실외 공기와 접촉하여 냉각된 냉각수를 집수하는 집수조, 상기 집수조에 집수된 냉각수를 외부로 배출하기 위해 상기 집수조에 연결되어, 상기 집수조로부터 외부로 연장된 냉각수 배출관을 갖는 냉각탑;
상기 냉각수 배출관에서 배출되는 냉각수의 낙차에 의해 회전할 수 있도록 상기 냉각탑 외부의 상기 냉각수 배출관의 배출구 하부에 설치되는 수차; 및
상기 수차의 회전력을 제공받아 작동함으로써 전기를 생산하는 발전기;를 포함하고,
상기 수차는 상기 냉각수 배출관에서 배출되는 냉각수를 집수하기 위한 냉각수조의 상부에 설치되며,
상기 냉각수 배출관은 상기 집수조에 집수된 냉각수가 유입될 수 있도록 상기 집수조의 하부에 배치되는 냉각수 안내부재에 연결되어 상기 집수조의 하부에 배치되는 제 1 배출부, 상기 배출구를 구비하고 상기 수차 및 상기 제 1 배출부보다 상부에 배치되는 제 2 배출부, 상기 제 1 배출부와 상기 제 2 배출부를 연결하는 연결부를 포함하고,
상기 배출구의 최대 높이는 상기 집수조에 집수되는 냉각수의 최대 수위와 같은 것을 특징으로 하는 냉각탑 발전장치.
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 수차의 회전축과 상기 발전기의 회전축을 연결하여 상기 수차의 회전력을 상기 발전기에 전달하는 동력전달기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각탑 발전장치.