KR101327266B1 - 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치는 회전축, 상기 회전축의 양단에 연결되며, 각각의 터빈 배출구가 상호 마주보도록 대향 배치되어 축하중을 상호 상쇄시키는 한 쌍의 터빈, 상기 회전축과 함께 회전가능하도록 상기 회전축 중심부에 결합된 회전자 및 상기 터빈 각각으로 작동 유체를 유입하는 한 쌍의 작동 유체 유입구, 상기 터빈 각각의 터빈 배출구로부터 연장되어 상기 회전자를 지나는 냉각 유로 및 상기 냉각 유로의 중심부로부터 연장되어 발전기 내부의 냉각을 마친 작동 유체를 배출하는 작동 유체 배출구를 구비하는 하우징을 포함하여 구성된다.

Description

대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치 및 방법{power-generating equipment and method based on symmetrical vapor turbine}

본 발명은 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 터빈의 전, 후방 압력 차이에 의해 발생하는 축하중을 대칭구조의 터빈을 마련함으로써 구조적으로 상쇄시키는 동시에, 터빈에서 팽창이 이루어진 작동 유체를 발전기의 냉각 유체로 활용하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치에 관한 발명이다.

터빈(Turbine)이라 함은 유체가 가지는 에너지를 기계적인 일로 전환시키는 회전형 장치를 말하며, 증기 터빈이라 함은 상대적으로 고온, 고압의 증기를 터빈 내부로 분사하여 터빈 블레이드(blade)에 전달되는 증기의 에너지를 기계적인 일로 전환하고, 상대적으로 저온, 저압의 증기를 배출하는 장치를 말한다.

도1에 나타낸 바와 같이, 증기 터빈을 비롯한 일반적인 터빈은, 작동 유체의 유동으로부터 모든 매커니즘이 비롯되는 본질적인 특성상, 작동 유체가 유입되는 터빈 후면 압력(P2)이 작동 유체가 배출되는 터빈 전면 압력(P1)보다 높게 형성된다.

이러한 터빈 전, 후면의 압력 차이에 의하여, 도1에 나타낸 바와 같이, 터빈 전면 방향(화살표 방향)으로 상기 압력차에 따른 축하중이 발생하게 된다.

일반적인 발전 장치에서는, 터빈에서 발생되는 이러한 축하중을 지지하기 위하여, 터빈에 연결된 회전축의 축방향에 수직한 스러스트 베어링(thrust bearing)을 두거나, 축방향 하중을 분담하는 볼 베어링(ball bearing)을 두는 것이 일반적이다. 그러나, 과도한 축하중이 발생될 경우, 베어링의 증가된 마찰에 의하여, 심지어는 베어링의 손상에 의하여 터빈 및 발전기의 회전체 전체에 파손을 일으켜 큰 손실이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 파손 문제를 근본적으로 방지하기 위하여, 축방향의 하중을 구조적으로 상쇄시킬 필요성이 요구된다. 특히, 상술한 스러스트 베어링 또는 볼 베어링이 아니라, 지지 하중의 범위가 낮은 증기 베어링(Air-bearing or Gas-bearing)을 이용하는 경우, 그 파손의 문제는 더욱 심각하게 된다.

한편, 상술한 축하중을 상쇄하기 위하여, 도2에 도시된 바와 같이, 동일한 크기의 한 쌍의 터빈을 터빈 출구가 바깥쪽을 향하도록 하는 대칭구조로 마련하여 각각 회전축을 기준으로 좌우 외측으로 작동 유체가 배출되도록 함으로써, 한 쌍의 터빈 각각에 발생되는 축하중을 상호 상쇄시키는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 이 경우 각각의 터빈으로 작동 유체가 유입될 때 발전기 하우징 내측으로 작동 유체의 일부가 누설되는 문제점이 발생할 수 있으며, 이 경우 작용 유체의 유량 감소에 따른 출력 저하는 물론이거니와, 유기 냉각 유체 등 경우에 따라서 고가인 작동 유체가 누설될 경우 잦은 작동 유체 보충에 따른 장치 운용 비용상의 문제점이 발생된다. 또한 이 경우에는 터빈 입구에 유입되는 작동유체가 발전기 측으로 유입되는데, 터빈 입구로 유입되는 작동유체는 터빈에서 팽창전의 고온 고압의 상태이므로 발전기 냉각에 도움을 주지 못할 뿐만 아니라 유량제어에도 어려움을 발생시킨다.

또한, 고속 터빈 기반의 발전 장치에서는 고정자, 회전자 등이 구비된 발전기 하우징 내부에서 기전력 발생에 따른 전기저항 및 구성요소 간 마찰 등에 의해 많은 양의 발열이 발생된다. 이러한 발열은 발전기 내부의 구성요소의 변형을 일으킬 수 있으며, 또 한편으로는 고정자에 감긴 코일 내부의 전기 저항을 증가시켜 발전 효율의 저하를 불러올 수 있다. 발전기 내부의 냉각을 위하여, 별도의 냉각 유체를 사용하는 것을 고려할 수 있으나, 복잡한 냉각 유로를 별도로 마련해야하는 문제점이 있다.

본 발명은, 상술한 문제점들을 해결하기 위하여, 터빈의 축하중을 구조적으로 상쇄시켜 지나친 축하중에 따른 베어링의 파손 및 효율 저하를 미연에 방지하고, 별도의 냉각 유체를 마련하지 않고 터빈에서 배출되는 작동 유체를 발전기 내부의 냉각 유체로 활용함과 동시에, 작동 유체의 누설을 방지하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치는 회전축, 상기 회전축의 양단에 연결되며, 각각의 터빈 배출구가 상호 마주보도록 대향 배치되어 축하중을 상호 상쇄시키는 한 쌍의 터빈, 상기 회전축과 함께 회전가능하도록 상기 회전축 중심부에 결합된 회전자, 상기 회전자를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어, 그 내주면에는 코일이 감기는 복수 개의 코일 권선부가 형성되며, 그 외주면은 하우징에 결합되는 고정자 및 상기 터빈 각각으로 작동 유체를 유입하는 한 쌍의 작동 유체 유입구, 상기 터빈 각각의 터빈 배출구로부터 연장되어 상기 고정자를 지나는 냉각 유로 및 상기 냉각 유로의 중심부로부터 연장되어 발전기 내부의 냉각을 마친 작동 유체를 배출하는 작동 유체 배출구를 구비하는 하우징을 포함하여 구성된다.

한편, 상기 하우징은, 상기 작동 유체 유입구로 유입된 작동 유체가 터빈에서 팽창되고 순차적으로 터빈 배출구, 냉각 유로를 지나 작동 유체 배출구를 통하여 배출되기까지 하나의 밀폐된 통합 유로를 제공하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 고정자는 상기 원통 형상의 길이방향으로 형성되는 적어도 하나 이상의 냉각홈을 포함하되, 상기 냉각홈은 상기 냉각 유로의 일부로서, 그 양 단이 상기 냉각 유로에 연결되어 작동 유체를 그 내부로 유입하며 그 중심부가 상기 작동 유체 배출구로 연결되어 상기 작동 유체 배출구로 작동 유체를 배출하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각홈은 상기 고정자의 외주면의 일부가 내측으로 함몰되어 형성되거나, 상기 고정자의 외주면과 내주면 사이의 일부 면이 상기 원통 형상의 길이방향으로 관통되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 한 쌍의 터빈은 동일한 크기의 축하중을 발생하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 터빈의 각각의 후면에 설치되어 상기 축하중의 상쇄 후 잔류하는 축하중을 지지하는 베어링을 더 포함하는 것이 바람직하며, 여기서 상기 베어링은 볼 베어링, 스러스트 베어링 또는 증기 베어링인 것을 고려할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법은 회전축 및 각각의 터빈 배출구가 상호 마주보도록 상기 회전축의 양단에 대향 배치되는 한 쌍의 터빈을 마련하여 터빈 전, 후방 압력차에 따른 축하중을 상호 상쇄시키며, 상기 회전축 중심부에 결합되는 회전자를 마련하여 상기 회전축과 함께 회전가능하도록 하고, 상기 터빈 각각으로 작동 유체를 유입하는 한 쌍의 작동 유체 유입구, 상기 터빈 각각의 터빈 배출구로부터 연장되어 상기 고정자를 지나는 냉각 유로 및 상기 냉각 유로의 중심부로부터 연장되어 발전기 내부의 냉각을 마친 작동 유체를 배출하는 작동 유체 배출구를 구비하는 하우징을 마련함으로써, 터빈에서 팽창된 작동 유체를 상기 터빈 배출구로부터 상기 냉각 유로로 유동시켜 발전기 내부의 냉각 유체로 활용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하우징은 상기 작동 유체 유입구로 유입된 작동 유체가 터빈에서 팽창되고 순차적으로 터빈 배출구, 냉각 유로를 지나 작동 유체 배출구를 통하여 배출되기까지 하나의 밀폐된 통합 유로를 제공하여 작동 유체의 누설을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 한 쌍의 터빈은 동일한 크기로 마련하는 것이 바람직할 것이다.

상기 터빈의 각각의 후면에 스러스트 베어링 또는 증기 베어링을 설치하여 상쇄 후 잔류하는 축하중을 지지하도록 하는 것이 바람직하다.

동일한 크기의 한 쌍의 터빈을 회전축을 중심으로 대칭으로 마련함으로써, 터빈 전, 후면의 압력차에 따른 축하중을 구조적으로 상호 상쇄시킬 수 있다. 이와 동시에, 상기 터빈의 배출구를 상기 회전축을 중심으로 상호 마주보도록 배치하고 상기 배출구로부터 연장된 냉각 유로로 터빈에서 팽창된 작동 유체를 배출함으로써, 팽창을 마친 상대적으로 저온의 작동 유체를 발전기 내부의 냉각 유체로 활용할 수 있음과 동시에, 작동 유체 유입구로부터 냉각 유로 및 작동 유체 배출구에 이르기까지 하나의 밀폐형 유로를 제공함으로써 작동 유체의 누설을 방지할 수 있다.

축하중을 상쇄함에 따라서, 지나친 축하중의 발생에 따른 베어링에서의 마찰 증대 또는 베어링의 손상에 따른 터빈 효율 저하 또는 발전 효율 저하를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 팽창된 저온의 작동 유체를 발전기 내부의 냉각 유체로 활용함으로써, 별도의 냉각 유체의 사용에 따른 복잡한 냉각 유로를 따로 마련하지 않아도 되는 장점이 있다.

한편, 하나의 밀폐된 통합 유로를 제공함으로써, 작동 유체의 누설을 미연에 방지하여 잦은 작동 유체 보충에 따른 운용상의 불편을 해소하고, 장치 운용 비용을 절감할 수 있다. 특히 고가의 유기 매체를 작동 유체로 사용하는 경우에는 더욱 그러하다 할 것이다.

도1은 터빈의 전, 후면 압력차에 의한 축하중과 그 방향을 나타내는 발췌도이다.
도2는 축하중을 상쇄하기 위하여 대칭형 터빈을 마련함에 있어서, 작동 유체의 누설을 보여주는 개념도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치의 주요 구성을 나타내는 요부도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치에 있어서, 고정자의 외주면에 결합되는 하우징에 추가적인 냉각 유로를 형성한 것을 나타내는 횡단면도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치에 있어서, 작동 유체의 흐름과 고정자에 형성된 냉각홈을 나타내는 횡단면도이다.
도6 및 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 및 고정자의 냉각홈을 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도3은 본 발명에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치의 주요 구성요소를 나타내는 요부도에 해당한다.

도3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치는 회전축(11), 상기 회전축(11)의 양단에 연결되며 터빈 배출구(32)가 상호 마주보도록 대향 배치되어 터빈의 전, 후방 압력차에 따른 축하중을 상호 상쇄시키는 한 쌍의 터빈(20), 상기 회전축(11)과 함께 회전가능하도록 상기 회전축(11) 중심부에 결합된 회전자(12) 및 상기 회전자(12)를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어 그 내주면에는 코일(13)이 감기는 복수 개의 코일 권선부(15)가 형성되며 그 외주면은 하우징(10)에 결합되는 고정자(14)를 포함하여 구성되며, 여기서 상기 하우징(10)은 증발기로부터 연결되어 상기 터빈(20) 각각으로 작동 유체를 유입하는 한 쌍의 작동 유체 유입구(31), 상기 터빈(20) 각각의 터빈 배출구(32)로부터 연장되어 상기 고정자(14)를 지나는 냉각 유로(33) 및 상기 냉각 유로(33)의 중심부로부터 응축기로 연결되며 발전기 내부의 냉각을 마친 작동 유체를 상기 응축기로 배출하는 작동 유체 배출구(34)를 포함하여 구성된다.

여기서 사용된 증발기 및 응축기의 용어는 일반적인 랭킨 사이클에서의 증발기 및 응축기를 의미한다.

한편, 상기 회전축(11)은 한 쌍의 터빈(20)의 회전과 함께 회전될 수 있도록 각각의 터빈(20)에 결합된다. 상기 한 쌍의 터빈(20)은 상술한 바와 같이 상호 마주보도록 대향 배치되며, 이로써 각각의 터빈(20)의 전, 후방 압력차이에 의해 발생되는 서로 반대 방향의 축하중을 상호 상쇄시킬 수 있다.

또한, 상기 하우징(10)은 회전자(12) 및 냉각 유로(33)뿐만 아니라 터빈(20) 측면까지도 모두 둘러싸는 밀폐형으로 이루어지며, 상술한 바와 같이 터빈 배출구(32)로부터 연장되는 냉각 유로(33)를 마련함으로써, 터빈(20)에서 팽창된 저온의 작동 유체를 발전기 내부를 냉각시키기 위한 냉각 유체로서 재사용할 수 있도록 한다.

상기 작동 유체 유입구(31)는 증발기를 통과하여 상대적으로 고온, 고압으로 된 작동 유체를 입력받아 터빈(20)의 노즐로 전달하는 역활을 수행하며, 상기 터빈(20)에서 팽창된 작동 유체는 터빈 배출구(32)를 통해서 배출된다. 이렇게 배출된 작동 유체는 상기 터빈 배출구(32)로부터 밀폐되어 연장된 냉각 유로(33)로 이동되어 발전기 내부의 냉각을 수행한 후, 상기 냉각 유로(33)의 중심부에 형성된 작동 유체 배출구(34)를 통하여 응축기로 전달된다. 여기서 상기 작동 유체 유입구(31), 터빈 노즐을 포함한 터빈 내부, 터빈 배출구(32), 냉각 유로(33) 및 작동 유체 배출구(34)는 작동 유체의 누설이 발생되지 않도록 하나의 밀폐된 통합 유로를 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 여기서 사용된 '밀폐된 통합 유로'의 용어는 작동 유체의 누설이 발생하지 않도록 작동 유체 유입구(31), 터빈 내부, 터빈 배출구(32), 냉각 유로(33) 및 작동 유체 배출구가 하나의 연결된 유로를 형성하며 각각이 상호 밀폐되어 연결된 것을 의미한다.

한편, 상기 냉각 유로(33)는 터빈 배출구(32)로부터 이어져 상기 고정자(14)를 지나 작동 유체 배출구(34)로 연결되는 것이 바람직하다.

상기 냉각 유로(33)가 고정자(14)를 지나 작동 유체 배출구(34)로 이어짐에 있어서, 일 실시예로서, 도4에 나타낸 바와 같이 상기 고정자의 외주면(18)에 결합되는 하우징(10)에 작동 유체 배출구(34)로 이어지는 추가적인 유로를 형성하는 것을 고려할 수 있다. 이때 상기 고정자와 하우징 사이는 반경방향으로 상기 고정자와 하우징을 연결하는 판형의 냉각핀으로 연결되어질 수 있다. 일 실시예로서, 상기 냉각핀은 회전축 방향으로 길게 연장된 판상의 냉각핀이 원주방향을 따라 방사형으로 배치되어질 수 있다.

또 다른 실시예로서, 도5 내지 도7에 나타낸 것과 같이 상기 고정자(14)에 상기 원통 형상의 길이방향으로 형성되는 적어도 하나 이상의 냉각홈(16)을 마련하는 것을 고려할 수 있다. 상기 냉각홈은 그 양 단이 상기 냉각 유로(33)에 연결되어 작동 유체를 그 내부로 유입하며, 그 중심부가 상기 작동 유체 배출구(34)로 연결되어 상기 작동 유체 배출구(34)로 작동 유체를 배출하는 것을 고려할 수 있다.

그리고, 도7에 나타낸 바와 같이 상기 냉각홈(16)은 상기 고정자(14)의 외주면(18)의 일부가 내측으로 함몰되어 형성되는 것을 고려할 수 있다. 여기서 도7에서는 함몰된 냉각홈(16)을 반원형상으로 나타내었지만, 상기 함몰된 냉각홈(16)은 반원형상뿐만 아니라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

또는, 도6에 나타낸 바와 같이 상기 고정자(14)의 외주면(18)과 내주면(17) 사이의 일부 면이 상기 원통 형상의 길이방향으로 관통되어져 형성되는 것을 고려할 수 있다. 상기 일부 면은 도7에서는 원형으로 나타내었지만, 원형뿐만 아니라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 도3 내지 도5에서는 상하 방향으로 2개의 작동 유체 배출구(34)를 나타내었으나, 상기 작동 유체 배출구(34)는 1개만 마련될 수도 있으며, 필요에 따라서 복수개가 마련될 수도 있다. 그리고, 작동 유체 배출구는(34)상기 상기 냉각홈(16)과 일대일로 대응되도록 마련되는 것을 고려할 수도 있다.]

그리고, 상기 냉각홈(16)을 통과한 작동 유체가 원활하게 상기 작동 유체 배출구(34)로 배출될 수 있도록, 상기 하우징(10) 또는 상기 고정자(14)에 상기 작동 유체 배출구(34)와 상기 냉각홈(16)을 서로 연결하는 원주방향의 요홈을 마련하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 요홈은 고리(annulus) 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 축하중을 가장 효율적으로 상쇄시키기 위하여, 상기 한 쌍의 터빈(20)은 동일한 크기로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 각 터빈(20)에 유입되는 작동 유체의 유량 및 압력 구배가 동일한 경우를 전제로 한 것으로, 만약 유입되는 작동 유체의 유량 및 압력 구배가 다를 경우 상호 동일한 크기의 축하중을 발생할 수 있도록 상기 한 쌍의 터빈(20)의 크기를 각각 다르게 마련하는 것도 고려할 수 있다. 결국, 상기 한 쌍의 터빈(20)은 동일한 축하중을 발생시키도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 터빈(20)의 각각의 후면에 설치되어 상기 축하중의 상쇄 후 잔류하는 축하중을 지지하는 베어링(40)을 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 베어링(40)으로는 스러스트 베어링 등을 고려할 수 있다. 그리고, 축하중이 현격히 상쇄될 수 있어 지지 하중에 대한 부담이 크게 줄어들게 되므로, 상기 베어링(40)으로서 비교적 지지 하중의 범위가 낮은 증기 베어링(Air-bearing or Gas-bearing)을 이용하는 것도 고려할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법은, 회전축(11) 및 각각의 터빈 배출구(32)가 상호 마주보도록 상기 회전축(11)의 양단에 대향 배치되는 한 쌍의 터빈(20)을 마련하여 각 터빈의 전, 후방 압력차에 따른 축하중을 상호 상쇄시키도록 한다. 그리고, 상기 회전축(11) 중심부에 결합되는 회전자(12)를 마련하여 상기 회전축(11)과 함께 회전가능하도록 하고, 상기 회전자(12)를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되며, 그 내주면(17)에는 코일(13)이 감기는 복수 개의 코일 권선부(15)가 형성되고, 그 외주면(18)은 하우징(10)에 결합되는 고정자(14)를 마련하여, 상기 회전자(12)의 회전에 따른 자속변화에 따라 상기 코일(14)에 유도 기전력이 발생되도록 한다. 그리고, 상기 터빈(20) 각각으로 작동 유체를 유입하는 한 쌍의 작동 유체 유입구(31), 상기 터빈(20) 각각의 터빈 배출구(32)로부터 연장되어 상기 회전자(12)를 지나는 냉각 유로(33) 및 상기 냉각 유로(33)의 중심부로부터 연장되어 발전기 내부의 냉각을 마친 작동 유체를 배출하는 작동 유체 배출구(34)를 구비하는 하우징(10)을 마련함으로써, 터빈(20)에서 팽창된 작동 유체를 상기 터빈 배출구(32)로부터 상기 냉각 유로(33)로 유동시켜 발전기 내부의 냉각 유체로 활용할 수 있도록 한다. 여기서, 상기 하우징(10)은 상기 작동 유체 유입구(31)로 유입된 작동 유체가 터빈(20)에서 팽창되고 순차적으로 터빈 배출구(32), 냉각 유로(33)를 지나 작동 유체 배출구(34)를 통하여 배출되기까지 하나의 밀폐된 통합 유로를 제공하여 작동 유체의 누설을 방지하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치 및 방법의 작동 유체는 작동 압력 구간 내에서, 특히 터빈 배출구(32) 압력에서, 냉각 매체로 활용될 수 있도록 하우징(10) 내부의 온도에 비하여 낮은 온도를 형성하는 것이 바람직하며, 하우징(10) 내부로 유입되어 냉각 매체로 사용되는 만큼 비전도성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 그 예로서 유기 매체를 작동매체로 사용하는 것을 고려할 수 있으며, 유기 매체를 이용하는 경우 일반적으로 ORC(Organic Rankine Cycle) 시스템이라고 한다. 반면, 작동 유체로서 전도성 물질을 사용하는 경우에는 하우징(10) 내부의 코일(13) 등의 도전성 구성요소를 비전도성 물질로 코팅하는 방안을 고려할 수도 있다.

본 발명에 따른 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치 및 방법의 실시예를 설명하기 위해 사용된 상, 하, 좌, 우 등의 위치관계는 첨부된 도면을 중심으로 설명된 것으로서, 실시 태양에 따라 그 위치관계는 달라질 수 있다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다고 할 것이다. 아울러, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 할 것이다.

이상에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예는 물론, 본 발명에 기존의 공지기술을 단순 주합하거나, 본 발명을 단순 변형한 실시 또한, 당연히 본 발명의 권리 범위에 해당한다고 보아야 할 것이다.

10: 하우징
11: 회전축
12: 회전자
13: 코일
14: 고정자
15: 코일 권선부
16: 냉각홈
17: 내주면
18: 외주면
20: 터빈
31: 작동 유체 유입구
32: 터빈 배출구
33: 냉각 유로
34: 작동 유체 배출구
40: 베어링
P1: 터빈 전방 압력
P2: 터빈 후방 압력

Claims (16)

1. 회전축;
   상기 회전축의 양단에 연결되며, 터빈 배출구가 상호 마주보도록 대향 배치되어 터빈의 전, 후방 압력차에 따른 축하중을 상호 상쇄시키는 한 쌍의 터빈;
   상기 회전축과 함께 회전가능하도록 상기 회전축 중심부에 결합된 회전자; 및
   상기 회전자를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어, 그 내주면에는 코일이 감기는 복수 개의 코일 권선부가 형성되며, 그 외주면은 하우징에 결합되는 고정자;를 포함하되,
   상기 하우징은 증발기로부터 연결되어 상기 터빈 각각으로 작동 유체를 유입하는 한 쌍의 작동 유체 유입구, 상기 터빈 각각의 터빈 배출구로부터 연장되어 상기 고정자를 지나는 냉각 유로 및 상기 냉각 유로의 중심부로부터 응축기로 연결되며 발전기 내부의 냉각을 마친 작동 유체를 상기 응축기로 배출하는 작동 유체 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 작동 유체 유입구로 유입된 작동 유체가 터빈에서 팽창되고 순차적으로 터빈 배출구, 냉각 유로를 지나 작동 유체 배출구를 통하여 배출되기까지 하나의 밀폐된 통합 유로를 제공하는 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정자는 상기 원통 형상의 길이방향으로 형성되는 적어도 하나 이상의 냉각홈을 포함하되, 상기 냉각홈은 상기 냉각 유로의 일부로서, 그 양 단이 상기 냉각 유로에 연결되어 작동 유체를 그 내부로 유입하며 그 중심부가 상기 작동 유체 배출구로 연결되어 상기 작동 유체 배출구로 작동 유체를 배출하는 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 냉각홈은 상기 고정자의 외주면의 일부가 내측으로 함몰되어 형성된 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 냉각홈은 상기 고정자의 외주면과 내주면 사이의 일부 면이 상기 원통 형상의 길이방향으로 관통되어 형성된 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 터빈은 각각 동일한 크기의 축하중을 발생하도록 형성된 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 터빈의 각각의 후면에 설치되어 상기 축하중의 상쇄 후 잔류하는 축하중을 지지하는 증기 베어링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 터빈의 각각의 후면에 설치되어 상기 축하중의 상쇄 후 잔류하는 축하중을 지지하는 스러스트 베어링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 장치.
   
9. 회전축 및 각각의 터빈 배출구가 상호 마주보도록 상기 회전축의 양단에 대향 배치되는 한 쌍의 터빈을 마련하여 터빈 전, 후방 압력차에 따른 축하중을 상호 상쇄시키며,
   상기 회전축 중심부에 결합되는 회전자를 마련하여 상기 회전축과 함께 회전가능하도록 하고,
   상기 회전자를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되며, 그 내주면에는 코일이 감기는 복수 개의 코일 권선부가 형성되고, 그 외주면은 하우징에 결합되는 고정자를 마련하여, 상기 회전자의 회전에 따른 자속변화에 따라 상기 코일에 유도 기전력이 발생되도록 하며,
   증발기에 연결되어 상기 터빈 각각으로 작동 유체를 유입하는 한 쌍의 작동 유체 유입구, 상기 터빈 각각의 터빈 배출구로부터 연장되어 상기 고정자를 지나는 냉각 유로 및 상기 냉각 유로의 중심부로부터 연장되어 발전기 내부의 냉각을 마친 작동 유체를 응축기로 배출하는 작동 유체 배출구를 구비하는 하우징을 마련함으로써, 터빈에서 팽창된 작동 유체를 상기 터빈 배출구로부터 상기 냉각 유로로 유동시켜 발전기 내부의 냉각 유체로 활용할 수 있도록 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 작동 유체 유입구로 유입된 작동 유체가 터빈에서 팽창되고 순차적으로 터빈 배출구, 냉각 유로를 지나 작동 유체 배출구를 통하여 배출되기까지 하나의 밀폐된 통합 유로를 제공하여 작동 유체의 누설을 방지하는 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 원통 형상의 길이방향으로 형성된 적어도 하나 이상의 냉각홈을 마련하여, 상기 냉각홈의 양 단이 상기 냉각 유로에 연결되어 작동 유체가 그 내부로 유입되도록 하며, 그 중심부가 상기 작동 유체 배출구로 연결되어 상기 작동 유체 배출구로 작동 유체가 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각홈은 상기 고정자의 외주면의 일부가 내측으로 함몰되어 형성된 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 냉각홈은 상기 고정자의 외주면과 내주면 사이의 일부를 상기 원통의 길이방향으로 관통시켜 형성된 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법.
    
14. 제9항에 있어서,
    상기 한 쌍의 터빈은 동일한 크기의 축하중을 발생하도록 형성된 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법.
    
15. 제9항에 있어서,
    상기 터빈의 각각의 후면에 증기 베어링을 설치하여, 상쇄 후 잔류하는 축하중을 지지하도록 하는 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법.
    
16. 제9항에 있어서,
    상기 터빈의 각각의 후면에 스러스트 베어링을 설치하여, 상쇄 후 잔류하는 축하중을 지지하도록 하는 것을 특징으로 하는 대칭형 증기 터빈 기반 발전 방법.
    

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