KR101384108B1 - 바이오가스 발전용 인터쿨러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오가스와 연소용 공기가 혼합된 혼합가스를 압축시켜 엔진으로 공급할 때 상기 혼합가스를 냉각시키기 위한 바이오가스 발전용 인터쿨러에 관한 것으로, 냉매가 유동하는 다수의 열교환 핀이 내부에 설치되고, 다수의 상기 열교환 핀 사이로 상기 혼합가스가 통과되면서 냉각될 수 있도록 마련된 케이스 및 상기 혼합가스가 통과하는 방향으로 상기 케이스 내부를 가로질러 상기 열교환 핀에 수직되게 장착되는 다수의 플레이트를 적층시킴으로써 형성되되, 상기 혼합가스에 혼합된 상기 바이오가스에 함유된 황화수소 및 수분에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있도록 스테인레스 스틸로 형성된 열교환 튜브를 포함한다.

Description

바이오가스 발전용 인터쿨러 {INTERCOOLER FOR GENERATING USING BIOGAS}

본 발명은 바이오가스 발전용 인터쿨러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전 효율을 증대시킬 수 있고 내부 부식을 방지할 수 있으며 고착된 스케일을 제거할 수 있는 바이오가스 발전용 인터쿨러에 관한 것이다.

교토의정서가 발효되면서 세계 각국은 온실가스를 줄이기 위한 다방면의 노력을 기울이고 있다. 일례로, 음식물쓰레기, 축산폐수, 그리고 도시폐수 등의 유기물이 다량 함유된 폐기물을 소각시키지 않고, 매립, 해양투기 또는 공공처리 등을 통해 처리되고 있다.

보다 구체적으로 예를 들면, 하루에 약 5,500톤 정도의 음폐수와, 약 7,000톤 정도의 가축분뇨와, 약9,500톤 정도의 하수/폐수가, 즉 전체적으로 하루에 약 22,000톤 정도의 엄청난 양의 유기성 폐기물이 해양투기를 통해 처리되고 있다.

그러나, 런던협약으로 인해 해양투기가 금지되고 환경적인 이유로 매립 또한 점점 힘들어질 것으로 예측되기 때문에, 앞으로는 많은 양의 폐기물을 공공처리를 통해 처리할 수밖에 없는 실정이며, 이를 처리하기 위한 장치, 기기들이 많이 개발되고 있는 추세에 있으며, 나아가 이때 발생되는 바이오가스를 사용하여 발전하는 장치, 기기들도 계속하여 개발되고 있는 추세에 있다.

그런데, 이러한 바이오가스를 사용하여 발전하는 장치, 기기들이 계속하여 개발되고 있음에도 불구하고, 이러한 장치, 기기들은 종래의 내연기관의 구성을 그대로 이용하고 있다.

즉, 바이오가스를 사용하여 발전하는 장치, 기기들도, 도 1에 도시된 바와 같이, 바이오가스 유입구(10)와 연소용 공기 유입구(20)로 유입된 바이오가스와 연소용 공기를 가스 혼합부(40)에서 혼합하여 엔진(60)으로 공급될 수 있도록 구성되며 이러한 과정은 제어부(80)를 통해 일괄적으로 제어된다.

이때, 연소용 공기 유입구(20)로 공기를 유입시키는 것은 터보 차져(30)에 의해 배기가스 배출구(70)를 통해 배출되는 배기가스가 유동되는 힘을 이용할 수 있다.

또한, 가스 혼합부(40)에서 혼합된 혼합가스가 엔진(60)으로 유입되기 이전에 더욱 많이 들어갈 수 있도록 이를 압축시키게 되는데, 혼합가스를 압축시키게 되면 역학상 혼합가스의 온도는 상승하게 된다.

이와 같이 혼합가스의 온도가 상승하게 되면 일정한 용량 내에서 고 밀도의 혼합가스를 생성할 수 없으므로, 가스 혼합부(40)와 엔진(60) 사이에 인터쿨러(50)를 마련하여 혼합가스의 온도를 낮추고, 이를 통해 고 밀도의 혼합가스를 생성하게 된다.

하지만, 이와 같이 종래의 내연기관의 구성을 그대로 이용한 장치, 기기들을 가지고 바이오가스를 사용하여 발전하는 경우 바이오가스에 포함된 황화수소 및 수분에 의해 구성 부품이 쉽게 손상되어 이를 자주 교체하여야 하여 경제적으로 손실이 매우 많다.

이중, 앞서 설명한 종래의 인터쿨러로서, 도 2를 통해 제시된 인터쿨러의 내부는 바이오가스에 장시간 직접적으로 노출되는 부분이어서, 도 3을 통해 확인할 수 있는 바와 같이 부식되는 경우가 빈번하다.

따라서 부식된 종래의 인터쿨러를 교체하여야 하는 경우가 많으며, 설사 교체하지 않아도 될 정도로 스케일이 일부 고착된 정도라 할 경우라도 이를 세척하는 중에 인터쿨러 내부에 마련된 핀 또는 판이 손상되는 경우가 발생할 수 있다.

이와 같이 내식성 및 내구성이 현저히 떨어지기 때문에 종래의 인터쿨러는 다른 구성 부품보다 자주 교체하여야 하므로 이에 대한 용량을 키워 압축된 혼합가스의 온도를 더욱 낮추는 것에 대하여는 경제적으로 더 이상 생각해볼 수 있는 사안이 아니라 할 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발전 효율을 증대시킬 수 있고 내부 부식을 방지할 수 있으며 고착된 스케일을 제거할 수 있는 바이오가스 발전용 인터쿨러를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 바이오가스 발전용 인터쿨러는, 바이오가스와 연소용 공기가 혼합된 혼합가스를 압축시켜 엔진으로 공급할 때 상기 혼합가스를 냉각시키기 위한 바이오가스 발전용 인터쿨러로서, 냉매가 유동하는 다수의 열교환 핀이 내부에 설치되고, 다수의 상기 열교환 핀 사이로 상기 혼합가스가 통과되면서 냉각될 수 있도록 마련된 케이스; 및 상기 혼합가스가 통과하는 방향으로 상기 케이스 내부를 가로질러 상기 열교환 핀에 수직되게 장착되는 다수의 플레이트를 적층시킴으로써 형성되되, 상기 혼합가스에 혼합된 상기 바이오가스에 함유된 황화수소 및 수분에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있도록 스테인레스 스틸로 형성된 열교환 튜브를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 플레이트 각각은, 다수의 상기 열교환 핀 각각이 관통되면서 결합될 수 있도록, 상기 열교환 핀의 개수에 대응하는 개수만큼의 결합홀을 구비하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 결합홀은, 상기 열교환 핀의 외주면과 접하는 상기 결합홀의 내주면 면적을 확장시킬 수 있도록, 상기 플레이트의 일면으로부터 상기 열교환 핀의 개수에 대응하는 개수만큼 돌출되어 형성된 다수의 확장돌기에 구비되어 구성될 수 있다.

이와 같이 상기 확장돌기에 상기 결합홀이 구비됨에 따라 상기 열교환 핀의 외주면과 접하는 상기 결합홀의 내주면 면적이 확장되면, 상기 혼합가스와 상기 냉매가 열교환하는 매개체의 면적도 확장될 수 있다.

또한, 상기 확장돌기에 상기 결합홀이 구비됨에 따라 상기 열교환 핀의 외주면과 접하는 상기 결합홀의 내주면 면적이 확장되면, 상기 열교환 핀 내에서 냉매가 유동하면서 발생되는 진동으로 인해 상기 결합홀의 내주면에 의해 상기 열교환 핀의 손상을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 확장돌기에 상기 결합홀이 구비됨에 따라 상기 열교환 핀의 외주면과 접하는 상기 결합홀의 내주면 면적이 확장되면, 상기 혼합가스가 상기 열교환 핀 사이를 통과하면서 상기 열교환 핀으로 침투됨에 따라 발생되는 상기 열교환 핀의 손상을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러에 포함된 열교환 튜브를 구성하는 상기 확장돌기 각각은 상기 플레이트의 일면으로부터 돌출된 높이가 동일하며, 상기 플레이트가 적층될 때 서로 인접하는 플레이트는 상기 확장돌기의 돌출된 높이만큼 이격되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러에 따르면, 혼합가스의 온도를 더욱 낮출 수 있어 혼합가스의 밀도를 높일 수 있고, 이로부터 연료공급을 증가시켜 엔진의 출력을 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러에 따르면, 내부 부식을 방지할 수 있으며 고착된 스케일을 제거할 수 있으므로, 바이오가스 발전용 인터쿨러의 내식성 및 내구성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 바이오가스 발전이 이루어지는 전 과정을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 종래의 인터쿨러가 장착된 것을 촬영한 사진이다.
도 3은 종래의 인터쿨러의 내부가 부식된 것을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예에 포함된 열교환 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예가 장착된 것을 촬영한 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서의 전방·후방 또는 상측·하측과 같이 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해하기 위하여 기재된 것들로서 상대적인 방향을 지시하는 것으로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.

먼저, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 여기서, 도 4는 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예에 포함된 열교환 플레이트를 도시한 사시도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예가 장착된 것을 촬영한 사진이다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예는 케이스(100)와, 열교환 튜브(200)를 포함하여 구성된다.

케이스(100)는 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 외형을 구성하는 구성요소로서, 혼합가스 및 냉매가 내부에서 유동하면서 열교환할 수 있도록 마련된다.

이때, 냉매는, 효율적인 발전을 위해 압축되는 과정에서 온도가 올라간 혼합가스를 냉각시키기 위해 혼합가스로부터 열을 공급받는 물질로, 다른 내연기관과 같이 냉각수 및 에틸렌글리콜과 같은 부동액으로 구성된다.

이러한 냉매는 상(phase)아 액체이므로, 케이스(100) 내부에서 냉매가 유동할 수 있는 통로가 있어야 하며, 이러한 통로 역할을 하는 것이 케이스(100) 내부에 장착된 열교환 핀(130)이다.

반면, 혼합가스는 엔진(60)에서 연소되면서 발전을 위한 동력을 제공하는 물질로, 바이오가스와 연소용 공기가 혼합되어 구성된다. 여기서, 바이오가스는 매립가스(LFG ; LandFill Gas) 또는 혐기성 소화가스(ADG ; Anaerobic Digestion Gas)를 수집하고 전처리한 가스로서 메탄을 함유하고 있어 연소시켜 발전을 위한 동력을 제공하는 가스이다.

이러한 혼합가스는 상(phase)이 냉매보다 유동성이 큰 기체이므로, 냉매와 같이 케이스(100) 내에서 별도의 통로를 통해 이동하지 않고 혼합가스 유입구(140)와 혼합가스 배출구(150) 사이의 압력차에 의해 케이스(100) 내부에 설치된 열교환 핀(130) 사이로 케이스(100) 내부를 이동하게 된다.

즉, 케이스(100)는, 도면에 도시된 바와 같이 냉매가 유동하는 다수의 열교환 핀(130)이 내부에 설치되고, 열교환 핀(130) 사이로 혼합가스가 통과되면서 냉각될 수 있도록 마련된다.

더욱 구체적으로, 열교환 핀(130)은, 냉매가 유동할 수 있도록, 케이스(100)의 일측부에 마련된 냉매 유입구(110)에서 케이스(100)의 타측부에 마련된 냉매 배출구(120)까지 연통되어 있다.

이때, 냉매 유입구(110) 및 냉매 배출구(120)는, 열교환 핀(130)과 같이 다수의 경로로 냉매가 유입되거나 배출될 수 있도록 구성될 수도 있으나, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예와 연결되는 냉매유입라인(미도시) 및 냉매배출라인(미도시)가 하나의 파이프 형태로 구성되는 것이 일반적이므로, 하나의 경로로 냉매가 유입되거나 배출될 수 있도록 구성된다.

따라서, 도면에 도시된 바와 같이, 냉매 유입구(110)가 마련되는 케이스(100)의 일측부는 냉매가 다수의 열교환 핀(130)으로 분산되기 전까지 냉매를 일시적으로 수용할 수 있도록 마련되고, 냉매 배출구(120)가 마련되는 케이스(100)의 타측부는 냉매가 냉매 배출구(120)로 배출하기 전까지 일시적으로 수용할 수 있도록 마련된다.

이와 같이 구성된 냉매 유입구(110)에서 냉매 배출구(120)까지 연통된 열교환 핀(130)은 재질 및 형상에 있어서 한정되지 않는다. 하지만 상세한 설명을 위해 일례를 들어 설명하기로 한다.

즉, 열교환 핀(130)은 종래의 인터쿨러와 동일하게 열전달률이 좋고 일반적으로 파이프로 많이 사용되어 구하기 쉬운 동합금관으로 구성된다. 하지만, 이러한 열교환 핀(130)은 케이스(100) 내부에 많은 면적을 차지할 수 있도록 종래의 인터쿨러와 동일하게 지그재그 형으로 형성되기보다는, 후술할 열교환 튜브(200)와 쉽게 결합할 수 있도록 일자 형으로 형성된다.

한편, 열교환 튜브(200)는 케이스(100) 내부에 장착된 열교환 핀(130) 사이의 간격을 유지하고 열교환 효율을 높여 주는 구성요소로서, 혼합가스가 통과하는 방향으로 케이스(100) 내부를 가로질러 열교환 핀(130)에 수직되게 장착된다.

즉, 열교환 튜브(200)가 있음으로 해서, 열교환 핀(130)이 중력 또는 냉매가 유동하면서 발생되는 진동으로 인해 장시간 사용시 케이스(100)의 하측 방향으로 처져 열교환 핀(130) 사이의 간격이 줄어드는 것을 방지할 수 있으며, 혼합가스와 냉매가 열교환하는 매개체를 열교환 핀(130)에 국한되지 않도록 함으로써 열교환 효율을 높일 수 있다.

이러한 열교환 튜브(200)는 열교환 핀(130)이 관통되면서 결합될 수 있도록 결합홀(220)이 구비된 다수의 플레이트(210)가 적층되어 구성된다.

이때, 다수의 플레이트(210)의 개수는 케이스(100)의 용량에 따라 달라질 수 있으며, 다수의 플레이트(210)의 형상은 케이스(100)의 내부 형상에 대응한 형상으로 형성될 수 있음은 당연하다.

또한, 결합홀(220)은, 각각의 플레이트(210)에 열교환 핀(130)이 관통되면서 결합되어야 하므로, 열교환 핀(130)에 대응하는 개수 및 형상을 갖는다.

이때, 결합홀(220)은 플레이트(210)의 일면과 타면이 연결되는 면을 내주면으로 하여 플레이트(210)에 마련되는데, 결합홀(220)의 내주면은 열교환 핀(130)의 외주면과 접하여야 혼합가스와 냉매 사이에 열교환이 열교환 핀(130)에서 열교환 튜브(200)까지 거쳐 진행될 수 있을 것이다.

그런데, 이와 같은 결합홀(220)을 플레이트(210)의 일면으로부터 돌출되어 형성된 확장돌기(230)에 마련되도록 한다면, 결합홀(220)의 내주면은 열교환 핀(130)과 접하는 면적이 확장될 것이고, 다음과 같은 점에서 종래의 인터쿨러와 차별될 수 있다.

첫째, 열교환 핀(130)의 외주면과 접하는 결합홀(220)의 내부면 면적을 확장시키면, 혼합가스와 냉매가 열교환하는 매개체의 면적도 확장된다는 점에서 종래의 인터쿨러에 비해 우수한 효과를 갖는다.

즉, 혼합가스와 냉매가 열교환하는 경로는 열교환 핀(130) 및 이와 결합된 열교환 튜브(200)인데, 열교환 튜브(200)를 통한 경로는 열교환 핀(130)과 열교환 튜브(200)가 접하는 면적에 비례하여 열교환 효율이 높아진다. 따라서 열교환 핀(130)의 외주면과 접하는 결합홀(220)의 내부면 면적을 확장되면 열교환하는 매개체의 면적도 확장된다 할 것이고, 이에 따라 종래의 인터쿨러에 비해 높은 열교환 효율을 갖게 된다.

둘째, 열교환 핀(130)의 외주면과 접하는 결합홀(220)의 내부면 면적을 확장시키면, 열교환 핀(130)의 물리적 손상을 방지할 수 있다는 점에서 종래의 인터쿨러에 비해 우수한 효과를 갖는다.

즉, 열교환 핀(130) 내에는 냉매가 유동하고 있으므로 이에 따라 진동이 발생하게 되고 이로 인해 열교환 핀(130)의 외주면은 결합홀(220)의 내주면에 부딪히면서 손상될 수 있는데, 열교환 핀(130)의 외주면과 접하는 결합홀(220)의 내부면 면적이 확장되면 진동을 감쇄시킬 수 있음은 물론 부딪히는 힘을 분산시켜 열교환 핀(130)이 물리적으로 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

특히, 후술하는 바와 같이 열교환 튜브(200)를 스테인레스 스틸로 구성한다면 동합금관으로 구성된 열교환 핀(130)은 경도가 낮아 더욱 손상되기 쉽기 때문에 전술한 효과는 더욱 우수하다고 할 것이다.

셋째, 열교환 핀(130)의 외주면과 접하는 결합홀(220)의 내부면 면적을 확장시키면, 열교환 핀(130)의 화학적 손상을 방지할 수 있다는 점에서 종래의 인터쿨러에 비해 우수한 효과를 갖는다.

즉, 바이오가스에는 황화수소 및 수분이 함유되어 있어, 바이오가스를 포함하는 혼합가스가 열교환 핀(130) 사이를 통과하게 되면 열교환 핀(130)으로 미세하게 침투되고 이에 따라 열교환 핀(130)이 부식되게 되는데, 열교환 핀(130)의 외주면을 감싸는 결합홀(220)의 내부면 면적이 확장되면 열교환 핀(130)이 혼합가스에 노출되는 면적이 줄어들기 때문에 열교환 핀(130)이 화학적으로 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

특히, 후술하는 바와 같이 열교환 튜브(200)를 스테인레스 스틸로 구성한다면 동합금관으로 구성된 열교환 핀(130)을 감싸는 면적이 클수록 혼합가스에 노출되는 면적이 줄기 때문에 전술한 효과는 더욱 우수하다고 할 것이다.

이와 같이 종래의 인터쿨러와 차별화될 수 있는 우수한 효과를 가져오기 위한 수단으로서 이용된 확장돌기(230)는 다음과 같이 다른 효과를 가져오기 위한 수단으로서 활용될 수 있다.

즉, 확장돌기(230)는 플레이트(210)의 일면으로부터 일정 높이만큼 동일하게 돌출되어 있으므로, 이를 기준으로 플레이트(210) 사이의 간격을 조정하는데 이용될 수 있다.

일례로, 플레이트(210)를 케이스(100) 내부에 적층시킬 때 서로 인접하는 제1 플레이트(미도시)와 제2 플레이트(미도시)에 있어서, 제1 플레이트의 확장돌기의 단부가 제2 플레이트의 확장돌기가 형성된 일면에 반대되는 타면과 접하도록 할 수 있다. 다시 말해서, 서로 인접하는 플레이트는 확장돌기의 돌출된 높이만큼 이격되도록 할 수 있다.

이와 같은 일례로 플레이트(210)를 적층하게 되면, 실질적으로 열교환 핀(130)의 외주면은 바이오가스에 노출되는 부분이 거의 없게 될 것이다.

이상 설명한 바와 같은 열교환 튜브(200)는, 동합금관으로 구성되는 열교환 핀(130)과는 달리, 혼합가스에 혼합된 바이오가스에 함유된 황화수소 및 수분에 의해 부식되는 것이 최대한 방지될 수 있도록 스테인레스 스틸(stainless steel)로 구성된다.

물론, 열교환 핀(130)을 포함한 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예 전체를 스테인레스 스틸로 구성하면, 바이오가스에 의한 내식성에 가장 강한 효과를 가져올 수 있으나, 이를 지지하기 힘들 정도의 하중이 작용하며 비용도 만만치 않을 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예 중에서 혼합가스에 가장 많이 노출될 수 있는 열교환 튜브(200)만을 스테인레스 스틸로 구성하고 나머지 케이스(100) 및 열교환 핀(130)은 종래와 같이 카본 스틸 및 동합금관으로 구성한다.

한편, 이와 같이 스테인레스 스틸로 열교환 튜브(200)를 구성하는 경우, 종래의 인터쿨러와 같이 동합금으로 구성하는 경우에 비해 열전도율이 작아 열교환 효율이 떨어질 수 있다는 문제가 발생될 수 있으나, 이는 종래의 인터쿨러에 비해 열교환 튜브(200)의 면적을 크게 하거나 열교환 튜브(200)의 개수를 늘림으로써 해결할 수 있으므로 문제되지 않는다.

오히려, 열교환 튜브(200)의 면적을 크게 함에 따라 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예의 용량을 증대시킬 수 있는 기회로 작용될 것이다.

또한, 이와 같이 열교환 튜브(200)를 스테인레스 스틸로 구성하는 경우, 바이오가스에 의한 부식이 발생하는 과정에서 고착된 스케일을 제거하기 용이한 효과를 가져올 수 있다.

즉, 스테인레스 스틸로 열교환 튜브(200)를 구성한다고 하더라도, 동합금에 비해 바이오가스에 대한 내식성이 크다는 것이지 완전히 바이오가스에 대한 부식을 차단할 수 있는 것은 아니어서, 부식이 발생되고 이 과정에서 스케일이 고착되게 된다. 이렇게 고착된 스케일은 부식을 가속화시킬 수 있으므로 제거되어야 하는데, 제거하는 과정에서 열교환 튜브(200)가 손상될 위험이 있다.

그러나 열교환 튜브(200)가 스테인레스 스틸로 구성되면 동합금으로 구성될 때보다 내구성이 뛰어나므로, 스케일을 제거할 때에도 손상될 위험이 줄어들기 때문에 유리하다.

한편, 이러한 열교환 튜브(200)는 케이스(100) 내부에 장착될 때, 혼합가스가 통과하는 것을 방해하여서는 안 될 것이다.

따라서 열교환 튜브(200)를 형성하기 위해 플레이트(210)를 적층시킬 때 플레이트(210)를 케이스(100) 내부에 장착시킬 때에는, 플레이트(210)의 혼합가스가 통과하는 상하측 방향이 아닌 좌우측 방향에 마련된 장착부(240)를 이용하여 케이스(100) 내부에 장착시킨다.

한편, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예는, 종래의 인터쿨러를 발전시설에 고정시키는 브래킷보다 더 큰 지지력을 갖는 고정 브래킷(300)으로 발전시설에 고정될 것이다.

이는 전술한 바와 같이 열교환 튜브(200)를 스테인레스 스틸로 구성할 경우 열교환 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위해 열교환 튜브(200)의 개수를 늘리거나 크기를 크게 할 때 발전설비에 고정시키기 위한 지지력이 부족한 경우 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예가 발전설비로부터 이탈되어 안전사고가 발생될 수 있기 때문이다.

이어서, 이상 설명한 바에 따른 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예의 작용 및 효과에 대하여, 도 4 내지 도 7을 재참조하고, 엔진 제품을 특정할 때의 구체적인 수치를 참조하여 이하 상세히 설명하기로 한다.

이때, 바이오가스를 이용한 발전의 전반적인 과정은, 발명의 배경이 되는 기술에서 설명하였는바, 이에 대한 설명은 상세한 생략하고 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예의 작용과 관련된 것만 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예를 이용하여 압축된 혼합가스를 이용하여 발전하는 엔진을 두산인프라코어 주식회사에서 제조한 천연가스용 왕복 동 엔진 중 GV222TI 모델명을 가진 제품으로 특정하여 본다.

이와 같이 특정된 엔진을 최대 효율로 작동시키기 위해서, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예는 혼합가스의 온도를 45도까지 낮추는 것이 유리하다.

이와 같이 혼합가스의 온도를 낮추기 위해서 케이스(100)는 244[mm]의 내부 높이를 갖고 650[mm]의 내부 폭을 갖도록 하고, 이러한 케이스(100)의 내부에 열교환 핀(130) 및 열교환 튜브(200)가 차지하는 면적이 47.01[m²]가 되도록 다수의 열교환 핀(130) 및 열교환 튜브(200)를 설치한다.

이와 같이 열교환 핀(130) 및 열교환 튜브(200)가 내부에 설치된 케이스(100)의 일측부에 마련된 냉매 유입구(110)로 32.00도의 냉매를 유입시키면 열교환 핀(130)을 거쳐 냉매 배출구(120)로 33.65도의 냉매가 배출된다.

이는 케이스(100)의 상부에 마련된 혼합가스 유입구(140)로 111.15도의 혼합가스가 45.00도까지 낮아진 온도를 갖고 혼합가스 배출구(150)로 배출되는 과정에서 열교환이 이루어졌기 때문이다.

이때, 혼합가스의 온도가 종래의 인터쿨러에 의해 낮아질 경우 53.00도 정도되는데, 이와 같이 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예에 의할 때 혼합가스의 온도가 더 낮아진 것은, 열교환 튜브(200)를 스테인레스 스틸로 구성하는 과정에서 크기를 키웠기 때문이기도 하지만, 열교환 튜브(200)를 구성하는 플레이트(210)에 돌출 형성된 확장돌기(230)로 인해 열교환 핀(130)과 열교환 튜브(200) 사이에 열교환되는 매개체의 면적도 확장되었기 때문이다.

이와 같이 열교환이 이루어지는 과정에 있어서 냉매가 열교환 핀(130)을 2.9[BarG] 압력으로 유동하므로 진동이 발생할 수 있는데, 이러한 진동은 열교환 튜브(200)를 구성하는 플레이트(210)에 돌출 형성된 확장돌기(230)로 인해 감쇄될 것이다.

또한, 이러한 확장돌기(230)로 인해 열교환 핀(130)이 둘러싸여져 있기 때문에 바이오가스에 함유된 황화수소 및 수분에 의해 부식되는 정도는 현저히 감소될 것이다.

더욱이, 확장돌기(230)를 포함한 열교환 튜브(200) 전체가 스테인레스 스틸로 구성되어 있으므로, 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예는 매우 우수한 내식성을 가지고 있음은 앞서 설명한 바와 같음은 물론, 일정 강도의 내구성도 보장되므로 부식되면서 고착화된 스케일을 제거하는 과정에서 열교환 튜브(200)의 손상도 적게 될 것임은 당연하다.

이와 같이 냉각 효율과, 내식성 및 내구성에서 있어서 우수한 효과를 갖는 본 발명에 따른 바이오가스 발전용 인터쿨러의 일 실시예에 의하면, 궁극적으로 종래에 300[KW]에 그쳤던 엔진 출력을 400[KW]까지 올릴 수 있음은 물론 인터쿨러의 손상에 의한 교체 비용을 줄일 수 있어 경제적으로 많은 이익을 가져올 것이다.

앞에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 바이오가스 유입구 20 : 연소용 공기 유입구
30 : 터보 차져 40 : 가스 혼합부
50 : 종래의 인터쿨러 52 : 종래의 인터쿨러 고정 브래킷
60 : 엔진 70 : 배기가스 배출구
80 : 제어부 100 : 케이스
110 : 냉매 유입구 120 : 냉매 배출구
130 : 열교환 핀 140 : 혼합가스 유입구
150 : 혼합가스 배출구 200 : 열교환 튜브
210 : 플레이트 220 : 결합홀
230 : 확장돌기 240 : 장착부
300 : 고정 브래킷

Claims (7)

1. 바이오가스와 연소용 공기가 혼합된 혼합가스를 압축시켜 엔진으로 공급할 때 상기 혼합가스를 냉각시키기 위한 바이오가스 발전용 인터쿨러로서,
   냉매가 유동하는 다수의 열교환 핀이 내부에 설치되고, 다수의 상기 열교환 핀 사이로 상기 혼합가스가 통과되면서 냉각될 수 있도록 마련된 케이스; 및 상기 혼합가스가 통과하는 방향으로 상기 케이스 내부를 가로질러 상기 열교환 핀에 수직되게 장착되는 다수의 플레이트를 적층시킴으로써 형성되는 열교환 튜브;를 포함하되,
   상기 열교환 튜브는, 상기 혼합가스에 혼합된 상기 바이오가스에 함유된 황화수소 및 수분에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있도록, 스테인레스 스틸로 형성되고,
   상기 케이스 내부에 설치된 상기 다수의 열교환 핀은, 스테인레스 스틸로 형성될 경우 상기 바이오가스 발전용 인터쿨러 전체의 하중 증가로 인해 상기 바이오가스 발전용 인터쿨러를 지지할 수 없는 것을 방지할 수 있도록, 동합금으로 형성되며,
   상기 플레이트 각각은, 다수의 상기 열교환 핀 각각이 관통되면서 결합될 수 있도록 상기 열교환 핀의 개수에 대응하는 개수만큼의 결합홀을 구비하되,
   상기 결합홀은, 상기 열교환 핀의 외주면과 접하는 상기 결합홀의 내주면 면적을 확장시킬 수 있도록, 상기 플레이트의 일면으로부터 상기 열교환 핀의 개수에 대응하는 개수만큼 돌출되어 형성된 다수의 확장돌기에 구비되고,
   상기 확장돌기에 상기 결합홀이 구비됨에 따라, 상기 열교환 핀의 외주면과 접하는 상기 결합홀의 내주면 면적이 확장됨으로써, 상기 혼합가스가 상기 열교환 핀 사이를 통과하면서 상기 열교환 핀으로 침투됨에 따라 발생되는 상기 열교환 핀의 손상을 방지하고, 상기 혼합가스와 상기 냉매가 열교환하는 매개체의 면적도 확장되며, 상기 열교환 핀 내에서 냉매가 유동하면서 발생되는 진동으로 인해 상기 결합홀의 내주면에 의해 상기 열교환 핀의 손상을 방지할 수 있으며,
   상기 확장돌기 각각은 상기 플레이트의 일면으로부터 돌출된 높이가 동일하며, 상기 플레이트가 적층될 때 서로 인접하는 플레이트는 상기 확장돌기의 돌출된 높이만큼 이격되어 있어서, 상기 열교환 핀의 외주면이 상기 혼합가스에 노출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는,
   바이오가스 발전용 인터쿨러.
   
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