KR101438045B1 - Turbine-integrated generator for Heat pump system - Google Patents

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KR101438045B1
KR101438045B1 KR1020130038609A KR20130038609A KR101438045B1 KR 101438045 B1 KR101438045 B1 KR 101438045B1 KR 1020130038609 A KR1020130038609 A KR 1020130038609A KR 20130038609 A KR20130038609 A KR 20130038609A KR 101438045 B1 KR101438045 B1 KR 101438045B1
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Abstract

The present invention relates to a turbine generator for a heat pump air-conditioning/heating system having high efficiency and, more particularly, to a turbine generator for a heat pump air-conditioning/heating system that is a new and renewable energy-based power generation apparatus which is provided in a heat pump air-conditioning/heating system having a typical configuration so as to generate and recycle electricity with power of a low-pressure turbine. According to the present invention, an expansion valve of a heat pump air-conditioning/heating cycle is replaced with an expansion turbine and a generator is coupled with the expansion turbine so that the expansion turbine is driven with a low-temperature and high-pressure refrigerant flow of the heat pump air-conditioning/heating system for rotation power acquisition and a driving force obtained by the expansion turbine is transmitted to the generator for power generation. In this manner, power generation devices for heat pump air-conditioning/heating systems of the related art that are energy-saving and eco-friendly yet complex in structure, weak in structural stability, and far from economical can be avoided. According to the present invention, a turbine-integrated turbine generator in which a turbine and a generator are integrally coupled is provided, and thus the structure can be simplified, manufacturing can be facilitated, weight reduction can be facilitated, economic feasibility can be improved, and safety can be enhanced. In addition, high-efficiency output can be obtained owing to reinforced rotary dynamic characteristics. Accordingly, high-efficiency and sustainable power generation is allowed in link with a power-saving heat pump air-conditioning/heating system according to the turbine generator for a heat pump air-conditioning/heating system in which the turbine and the generator are integrated with each other.

Description

히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기{Turbine-integrated generator for Heat pump system}{Turbine-integrated generator for heat pump system for heating pump & heating system}

본 발명은 고효율의 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기에 관한 것으로서, 더욱 자세히는 압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 히트펌프 냉난방 시스템에 팽창밸브 대신 구비되어 터빈의 동력으로 전기를 발전하여 재활용하는 신재생에너지 발전장치인 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기로서,The present invention relates to a turbine generator for a high efficiency heat pump cooling and heating system, and more particularly, to a heat pump cooling and heating system composed of a refrigerant circulation pipe in the order of a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator in place of an expansion valve, A turbine generator for a heat pump cooling and heating system,

히트 펌프 냉난방 사이클의 팽창밸브를 팽창 터빈으로 대체하고 팽창 터빈에 발전기를 커플링으로 결합하여 히트펌프 냉난방 시스템의 저온 고압 냉매 흐름으로 팽창 터빈을 구동하여 회전동력을 얻고 팽창 터빈에서 얻어진 구동력을 발전기에 전달하여 전기를 발전시켜 에너지 절약적이고 환경친화적이기는 하나 구조가 복잡하여 구조적인 안정성이 취약하고 비경제적인 종래 기술의 히트펌프 냉난방 시스템용 발전장치를 지양하여 터빈과 발전기가 일체로 결합되는 터빈 일체형 구조의 터빈 발전기를 제공함으로써 구조가 단순하여 제작이 용이하고 경량화가 가능하여 경제적이고 안전하며 또한 회전 동적 특성이 강화됨으로써 고효율의 출력을 얻을 수 있어 절전형 히트펌프 냉난방 시스템에 연계하여 고효율의 지속적 발전이 가능한 터빈과 발전기 일체형 구조의 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기에 관한 것이다.
The expansion valve of the heat pump cooling and heating cycle is replaced by an expansion turbine, the generator is coupled to the expansion turbine by coupling, and the expansion turbine is driven by the low temperature high-pressure refrigerant flow of the heat pump cooling and heating system to obtain the rotational power and the driving force obtained from the expansion turbine Which is energy-saving and eco-friendly. However, since the structure is complicated, the structural stability is poor and the turbine and the generator are integrally combined with each other by avoiding the electric power generator for the heating pump cooling / By providing a turbine generator, it is easy to manufacture and lightweight because it is simple in structure, and it is economical, safe, and also it has high rotational efficiency and high efficiency output. Therefore, it is possible to achieve high efficiency and continuous power generation And development To a turbine generator for a heat pump heating and cooling system of a gas turbine type.

우리나라는 에너지 자원 부족국가의 하나로서 에너지 절약은 필수적인 과제 로서 그리고 석탄과 석유는 연소할 때 대기오염과 지구 온난화의 원인이 되는 CO₂등을 많이 배출하기 때문에 새로운 에너지로의 전환이 요구되고 있다.
Korea is one of the countries lacking energy resources, and energy saving is an essential task. When coal and oil are burned, it emits a lot of CO 2, which is the cause of air pollution and global warming.

대체에너지 중에서도 에너지절약형 열공급원으로 히트 펌프는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치로서 실내의 냉난방에 널리 사용되고 있는데, 히트펌프(Heat Pump) 냉난방 시스템은 냉방 및 난방이 선택적으로 이루어지게 시스템을 구성하고, 냉방모드나 난방모드에 따라 시스템을 선택적으로 운전하여 냉매의 흐름이 서로 역방향으로 행하여지면서 선택 모드에 따라 냉방이나 난방, 급탕이 이루어지도록 한 것으로 운전비용이 저렴하고 배열도 이용할 수 있으며 난방성능도 높은 장점이 있다
Among the alternative energy sources, the heat pump absorbs heat from a low-temperature heat source to heat the high-temperature heat source. The heat pump is widely used for heating and cooling the room. The heat pump heating and cooling system And the system is selectively operated according to the cooling mode or the heating mode so that the refrigerant flows in the opposite direction to each other and cooling, heating, and hot water supply are performed according to the selection mode, And the heating performance is also high.

일반적으로 히트펌프는 도 1에 도시된 바와 같이 압축기(1), 응축기(2), 팽창밸브(3), 증발기(4)로 구성되어 순환매체가 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하도록 되어 있는데 히트펌프는 초기설치비용이 높으나 운영시의 냉난방비가 매우 저렴하므로 장기적으로는 비용절감의 효과가 있으므로 그 수요가 증가하고 있는 추세이다.
1, a heat pump is generally composed of a compressor 1, a condenser 2, an expansion valve 3, and an evaporator 4 so that the circulating medium repeats liquefaction and vaporization, The heat pump has a high initial installation cost, but the cooling / heating ratio during operation is very low, so that the demand for the heat pump is increasing as it has a cost saving effect in the long term.

히트펌프의 구성은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등으로 일반적으로 냉동사이클의 구성과 동일하게 이루어져 있으며, 내부를 순환하는 냉매의 액화와 기화에 의해 실내와 실외 사이에서 열을 전달함으로써 냉방 또는 난방을 수행하게 되는데 냉방시스템으로 동작하는 경우 냉매가 증발기에서 실내의 열을 흡수하여 응축기를 통해 실외로 열을 방출함으로써 실내를 냉방시키고, 난방시스템으로 작동하는 경우 냉매가 증발기에서 실외의 열을 흡수하여 응축기를 통해 실내로 열을 방출함으로써 실내를 난방시키게 되는 히트펌프 냉난방 시스템 구성으로, 상기 히트펌프 시스템은 사이클 내에 방향전환밸브를 추가시킴으로써 냉매의 순환방향을 정 또는 역방향으로 제어함에 의해 여름철에는 냉방장치로 겨울철에는 난방장치로 작동시킬 수 있으며, 그러한 경우 증발기와 응축기의 역할은 서로 바뀌게 되는데 하절기에는 실내기인 증발기와 실외기인 응축기의 역할과, 동절기에는 실내기인 응축기와 실외기인 증발기의 역할을 사방밸브로 냉매의 증발과 응축을 정반대로 교체하는 방식이며 공기를 대상으로 냉, 난방을 하게 된다.
The heat pump is composed of a compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, and the like, and is constructed in the same manner as a refrigeration cycle. By transferring heat between indoor and outdoor by liquefaction and vaporization of circulating refrigerant, The refrigerant absorbs the heat of the room in the evaporator and discharges heat to the outside through the condenser to cool the room. When the refrigerant operates as a heating system, the refrigerant absorbs the heat from the outside of the evaporator And the heat pump system is configured to heat the room by discharging heat to the room through the condenser. The heat pump system adds a direction switching valve in the cycle to control the circulation direction of the refrigerant in the forward or reverse direction, It can be operated by heating in winter, In such a case, the roles of the evaporator and the condenser change each other. In the summer, the evaporator serves as an indoor unit and the condenser serves as an outdoor unit. In the winter, the evaporator serves as an indoor unit and the evaporator serves as an outdoor unit. And the air is cooled and heated.

그런데 통상의 히트펌프 시스템에서 에너지가 전달되는 순서는 역 랭킨사이클로 냉매압축동력을 가하여 냉매의 상태를 일으키면서 기화열을 냉방용으로 또는 응축열을 난방용으로 이용하는 냉/난방 작용의 열만을 이용하였으며, 종래 히트펌프 운전시에 배관 내부에 흐르는 유체냉매의 운동에너지를 전혀 활용하지 못하고 방치하여 버리는 문제점이 있다.
However, the order in which the energy is transferred from the ordinary heat pump system is a cold / heating operation utilizing only the evaporation heat for cooling or the condensation heat for heating by applying the refrigerant compression power to the reverse Rankine cycle, There is a problem in that the kinetic energy of the fluid refrigerant flowing in the piping during the operation of the pump can not be used at all and is left unused.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 특허 제0955235 "히트 펌프를 이용한 발전장치"가 종래 제안되었는데 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 저온의 기체를 압축하는 압축기(compressor)(1), 고온부 열교환기인 응축기(condenser)(2), 응축기에서 나온 냉매의 압력을 낮춰주는 팽창밸브(expansion valve)(3), 그리고 저온부 열교환기인 증발기(evaporator)(4)를 기본 구성으로 하는 히트 펌프 시스템 중에서 상기 팽창밸브(expansion valve)(3)를 대체하는 팽창터빈(5)이 커플링(8)으로 발전기(7)에 결합된 발전 장치를 구성하여 인버터(8)를 통하여 응측기 등의 히트 펌프 장치 구동 전력으로 공급하는 절전형 히트 펌프 시스템 구성으로, To solve the above problem, Japanese Patent No. 0955235 entitled " Power Generation Device Using Heat Pump "has been conventionally proposed. As shown in Figs. 2 and 3, a compressor 1 for compressing a low temperature gas, an expansion valve 3 for lowering the pressure of the refrigerant discharged from the condenser and an evaporator 4 as a low temperature heat exchanger, An expansion turbine 5 replacing an expansion valve 3 constitutes a power generation device coupled to a generator 7 by a coupling 8 and supplied to the heat pump device drive power such as an energizer through an inverter 8 With a power-saving heat pump system configuration,

이는 히트 펌프의 작동 과정에서 냉난방에 사용하고 남은 냉매의 에너지를 상태 변환시켜 그로부터 발생하는 동력과 증발과정에서 흡입하는 공기의 열을 이용하여 전기를 발생시키는 발전장치, 즉 도 3에 도시된 바와 같이 팽창터빈(5)의 회전력을 자력을 이용하여 발전기로 전달하는 커플링(8)을 구비하여 이루어는 발전 장치 구성으로 통상적 구성 히트펌프 냉난방 시스템에 구비되는 팽창밸브를 팽창 터빈으로 대체하고 팽창 터빈(5)에 발전기(6)를 커플링(8)으로 결합하는 터빈과 발전기 연계 구성으로 히트펌프 냉난방 시스템의 저온 고압 냉매 흐름으로 팽창 터빈을 구동하여 회전동력을 얻고 팽창 터빈에서 얻어진 구동력을 발전기에 전달하여 전기를 발전시키는 자체 발전과 열을 순환시키는 냉난방과 기능을 동시에 수행하여 하나의 히트펌프시스템으로 냉매 가스 팽창력을 이용한 저온 발전은 열원만 있으면 24시간 에너지 공급이 가능해 대체 에너지 중 하나로 큰 가치가 있으며 히트 펌프 시스템 냉방 난방 동시 사용중에도 팽창 터빈을 작동시켜 전기를 생산함으로써 히트 펌프 시스템 구동에 사용된 전기에너지의 일부를 재생산하여 사용하므로 히트 펌프 구동 전력을 저렴한 자체 생산 전력으로 충당하여 에너지 절약적이고 환경친화적이고 히트펌프의 실외기에 터빈과 발전기를 간단한 구조 변경을 통해 장착할 수 있기는 하나 터빈과 발전기가 분리 형성되는 구조로 구조가 복잡하여 휠 밸런스 등 구조적인 안정성이 취약하고 비경제적이며 소음이나 진동이 많이 발생하는 동적 안정성 결여로 발전 효율도 낮은 문제점이 있다.
This is a power generation device for generating electricity by using the heat generated by the heat pump and the energy of the refrigerant remaining in the cooling and heating operation during the operation of the heat pump and the heat of the air sucked in the evaporation process, And a coupling (8) for transferring the rotational force of the expansion turbine (5) to the generator by using a magnetic force. In the power generator configuration, the expansion valve provided in the conventional heat pump heating and cooling system is replaced by an expansion turbine 5 and a generator 8 connected to the generator 6 by a coupling 8, the expansion turbine is driven by the low-temperature high-pressure refrigerant flow of the heat pump cooling and heating system to obtain rotational power, and the driving force obtained from the expansion turbine is transmitted to the generator The heat pump system is composed of a heat pump system Low-temperature power generation using refrigerant gas expansion power is a great value as one of alternative energy because it can supply energy for 24 hours only by heat source. Heat pump system It is used to drive heat pump system by generating electricity by operating expansion turbine during simultaneous cooling and heating It is possible to install the turbine and the generator in the outdoor unit of the heat pump through a simple structure change by using the heat pump driving power with the inexpensive own production electric power and to save energy and environment, There is a problem in that the generation efficiency is low due to the lack of dynamic stability in which the generator is separated and formed so that the structure is complicated and the structural stability such as the wheel balance is poor and is not economical and noise and vibration are generated.

즉 종래 기술은 터빈과 발전기가 체결부재로서 커플링의 체결력에 의해 축방향으로 결합된 상태에서 고속 회전하게 되므로, 터빈이나 발전기 가동 중에 부재들 상호간의 진동에 의해 동적 특성이나 구조적인 안정성이 취약하게 되고 터빈 휠 밸런싱에도 문제가 있게 된다.
That is, in the prior art, since the turbine and the generator are rotated at a high speed in a state where they are coupled in the axial direction by the coupling force of the coupling as a fastening member, dynamic characteristics and structural stability are weak due to vibration between the members during turbine or generator operation And turbine wheel balancing becomes a problem.

이에 본 발명자는 구조적 안정성 및 발전 효율이 낮은 종래 기술의 터빈과 발전기를 커플링으로 결합한 분리 결합식 발전장치를 지양하여 터빈과 발전기가 일체로 결합됨으로써 구조가 단순하여 제작이 용이하고 경량화가 가능하여 경제적이고 안전하며 또한 동적 특성이 강화됨으로써 고효율의 출력을 얻을 수 있는 터빈 일체형의 고효율의 히트펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기를 개발함으로써 기존 히트펌프 냉난방 시스템에 용이하게 결합하고 히트 펌프 성능 저하 없이 터빈에서 발생되는 폐 에너지를 효율적으로 회수하여 열손실을 예방하고 고효율 발전을 수행할 수 있는 터빈의 축 동력으로 전기를 발전하여 재활용하는 신재생에너지장치로서 본 발명 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기를 개발하게 된 것이다.Accordingly, the present inventor has eliminated the discrete coupling type power generation device in which the turbine and the generator are coupled by a coupling, which is low in structural stability and power generation efficiency, so that the turbine and the generator are integrally combined, High efficiency heat pump integrated with turbine that can obtain high efficiency output with economical, safe and dynamic characteristics. By developing a turbine generator for heating and cooling system, it can be easily combined with existing heat pump cooling and heating system and generated from turbine without deteriorating heat pump performance. A turbine generator for a heat pump heating and cooling system of the present invention was developed as a new and renewable energy device for generating and recycling electricity as a shaft power of a turbine capable of efficiently recovering waste energy to prevent heat loss and performing high efficiency power generation .

..

전술한 바와 같이 종래 기술의 터빈과 발전기 커플 결합형 발전장치는 여러 가지 문제점을 가지고 있는바,As described above, the conventional turbine-generator couple-coupled power generation apparatus has various problems,

하나의 히트펌프시스템으로 냉방 난방 동시 사용중에도 터빈을 작동시켜 전기를 생산함으로써 에너지 절약적이고 환경친화적인 히트펌프 냉난방 및 발전 시스템을 구현함에 있어서 구조가 복잡하여 구조적인 안정성이 취약하고 비경제적인 팽창 터빈에 발전기를 커플링으로 결합한 발전 시스템을 지양한 터빈 일체형 터빈 발전기를 형성하고 이렇게 형성된 터빈 발전기를 히트펌프 냉난방 시스템에 효율적으로 연계시켜 히트 펌프 시스템 구동 중에 버려지는 폐 에너지를 효율적으로 회수하여 열손실을 예방하고 고효율 발전을 수행하여 발전효율 향상 및 에너지 소비 감소, 운전비용도 최소화할 수 있게 함으로써 냉매 가스를 이용하는 발전의 용도 요구 특성에 적합한 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기를 창안함으로써 본 발명의 기술적 과제를 해결한 것이다.
A single heat pump system produces electricity by operating a turbine during simultaneous heating and cooling. It is a complex system that is complicated in structure to realize energy saving and environment friendly heat pump cooling and heating system. A turbine-integrated turbine generator that does not have a power generation system that combines a generator with a coupling is formed, and the turbine generator thus formed is efficiently linked to a heat pump cooling and heating system to efficiently recover waste energy that is lost during the operation of the heat pump system to prevent heat loss And by performing high-efficiency power generation, it is possible to improve power generation efficiency, reduce energy consumption, and minimize operating cost, thereby creating a turbine generator for a heat pump cooling and heating system suitable for the application characteristics of power generation using refrigerant gas. It will be solved.

상기한 바와 같이 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, As described above, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems,

히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기로서, 히트 펌프 냉난방 사이클의 팽창밸브를 팽창 터빈으로 대체하고 팽창 터빈에 발전기를 커플링으로 결합하여 히트펌프 냉난방 시스템의 저온 고압 냉매 흐름으로 팽창 터빈을 구동하여 회전동력을 얻고 팽창 터빈에서 얻어진 구동력을 발전기에 전달하여 전기를 발전시켜 에너지 절약적이고 환경친화적이기는 하나 구조가 복잡하여 구조적인 안정성이 취약하고 비경제적인 종래 기술의 히트펌프 냉난방 시스템용 발전장치를 지양하여,As a turbine generator for a heat pump cooling and heating system, an expansion valve of a heat pump cooling and heating cycle is replaced by an expansion turbine, a generator is coupled to an expansion turbine by coupling, and the expansion turbine is driven by a low temperature high pressure refrigerant flow of the heat pump cooling and heating system, And the electric power is generated by transferring the driving force obtained from the expansion turbine to the electric generator to generate electricity. However, since the structure is complicated due to the complicated structure, the electric power generator for the heat pump heating and cooling system, which is uneconomical,

터빈과 발전기가 일체로 결합되는 터빈 일체형 구조의 터빈 발전기를 제공함으로써 구조가 단순하여 제작이 용이하고 경량화가 가능하여 경제적이고 안전하며 또한 회전 동적 특성이 강화됨으로써 고효율의 출력을 얻을 수 있어 절전형 히트펌프 냉난방 시스템에 연계하여 고효율의 지속적 발전이 가능한 터빈과 발전기 일체형 구조의 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기를 제공하는데 목적이 있다.
The present invention provides a turbine generator having a turbine-integrated type structure in which a turbine and a generator are integrally coupled to each other, so that the structure is simple and easy to manufacture and lightweight can be achieved, The present invention provides a turbine generator for a heat pump heating and cooling system having a turbine and a generator-integrated structure capable of continuously generating electricity with high efficiency in connection with an air-conditioning system.

이와 같이 된 본 발명의 터빈과 발전기 일체형 구조의 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기는, 터빈 발전기의 구조를 단순화시켜 제작을 용이하게 하고 이에 따른 제작비용 절감 및 유지보수 비용을 절감할 수 있으며 터빈과 발전기가 일체로 견고하게 결합되어 구조적으로 안정되어 회전시 동적 안정성과 고장율 감소, 수명증가 등의 효과가 구현되며 또한 안정적인 토크의 회전력을 얻을 수 있고 소음이나 진동 및 고열이 발생하지 않으며 발전기 내부 공간을 효율적으로 사용하는 밀폐형 구조로 유체의 손실이 없으면서 터빈부 통과 냉매 가스가 발전부에 전달되지 못하게 하여 축 방향 열 전달을 방지하고 압력 손실도 저감시킬 수 있어 발전 효율이 향상된다.
The turbine generator for a heat pump cooling and heating system having the turbine and generator integrated structure of the present invention can simplify the structure of the turbine generator and can reduce manufacturing cost and maintenance cost, Is structurally stable, thereby achieving effects of reducing dynamic stability, failure rate and life span during rotation, and achieving stable torque torque, noise, vibration and high temperature, The refrigerant gas passing through the turbine can be prevented from being transmitted to the power generation portion without loss of fluid, thereby preventing axial heat transfer and reducing pressure loss, thereby improving power generation efficiency.

즉 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기는 터빈과 발전기가 일체로 결합됨으로써 구조가 단순하여 제작이 용이하고 경량화가 가능하여 발전기의 단순화 및 설비의 소형화에 따라 경제적이고 안전하며 또한 동적 특성이 강화됨으로써 고효율의 출력을 얻을 수 있으며, 종래 서로 분리되어 제작된 터빈 및 발전기 부재들이 일체로 결합되어 터빈과 발전기가 분리된 종래의 구조와 비교할 때, 진동이 감쇄되며 체결력 향상으로 인한 구조적 안정성과 회전자의 회전 역학적 안정성 향상으로 저소음의 쾌적한 환경을 조성할 수 있다.
That is, the turbine generator for a heat pump cooling and heating system of the present invention is economical and safe due to the simplification of the generator and the miniaturization of the facility because the turbine and the generator are integrally combined, And the turbine and the generator are integrally joined to each other to separate the turbine and the generator. As compared with the conventional structure in which the turbine and the generator are integrally combined, the vibration is attenuated and the structural stability due to the improvement of the fastening force, It is possible to create a comfortable environment with low noise.

또한 본 발명에 따른 터빈 발전기로 발전을 하게 되면 히트 펌프 시스템 전력의 자체 생산이 가능하여 전력요금을 절감할 수 있고, 저렴하게 자가 발전을 실현할 수 있으며, 고압가스 냉매가 가지고 있는 에너지로 전기를 얻을 수 있어 에너지 절약적이고 환경친화적이다.
In addition, if the turbine generator according to the present invention is used for power generation, the heat pump system can generate power itself, thereby reducing power charges, realizing low-cost self-power generation, It is energy-saving and environment-friendly.

특히 본 발명은 히트펌프시스템 장치의 실외기에 본 발명 터빈 발전기를 간단한 구조 변경을 통해 장착 가능하여 경제적이며, 에너지 효율면에 있어서도 자가발전에 의한 피드백으로 전기 소비량이 낮고 발전기에서 생산된 잉여 전기는 다시 축전하여 사용할 수 있어 에너지 효율이 높게 되는 효과가 있다.
Particularly, the present invention is economical because it is possible to mount the turbine generator of the present invention to an outdoor unit of a heat pump system device through a simple structure change, and also in terms of energy efficiency, the electricity consumption is low due to feedback by self- So that the energy efficiency can be increased.

도 1은 종래 기술의 일반적인 히트 펌프의 블록 구성도
도 2는 종래 기술의 히트 펌프 냉난방 시스템에 팽창 밸브를 대체한 팽창 터빈과 발전기가 결합된 블록 구성도
도 3은 도 2의 히트 펌프 냉난방 발전시스템 터빈과 발전기 결합을 개략적으로 도시한 블록 구성도
도 4는 본 발명의 전체 시스템 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 팽창 터빈과 발전기 일체형 터빈 발전기의 사시도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 팽창 터빈과 발전기 일체형 터빈 발전기의 요부 분리 사시도
도 7은 본 발명의 팽창 터빈과 발전기 일체형 터빈 발전기의 분해 사시도
도 8은 본 발명의 터빈 발전기 터빈부 앞 커버(노즐 기능)를 도시한 도면
도 9는 본 발명의 터빈 발전기 발전부 회전자 구성을 도시한 도면
도 10은 본 발명의 터빈 발전기 발전부 고정자 구성을 도시한 도면
도 11은 본 발명의 터빈 발전기 터빈부 구성을 도시한 도면
1 is a block diagram of a conventional heat pump
2 is a block diagram of a conventional heat pump cooling / heating system in which an expansion valve is replaced with a generator and a generator
3 is a block diagram schematically showing the combination of the turbine and the generator of the heat pump cooling /
4 is a block diagram schematically showing the entire system configuration of the present invention.
5 is a perspective view of an expansion turbine and a generator-integrated turbine generator according to an embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view of an essential part of an expansion turbine and a turbine generator with a generator according to an embodiment of the present invention.
7 is an exploded perspective view of an expansion turbine and a generator-
8 is a view showing the front cover (nozzle function) of the turbine generator turbine portion of the present invention
9 is a view showing the configuration of a turbine generator power generation section rotor of the present invention
10 shows a turbine generator power station stator configuration of the present invention
11 is a view showing a turbine generator turbine section configuration of the present invention

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described more fully with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown.

본 발명은 압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 히트펌프 냉난방장치에서 팽창밸브를 대체하고 히트펌프 냉난방 시스템에 구비되어 터빈의 동력으로 전기를 발전하여 재활용하는 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기로서,The present invention relates to a heat pump cooling / heating system that replaces an expansion valve in a heat pump cooling / heating apparatus composed of a refrigerant circulation pipe in the order of compressor, condenser, expansion valve and evaporator and is provided in a heat pump cooling / As a turbine generator,

상기 히트 펌프 냉난방 사이클의 팽창밸브를 팽창 터빈으로 대체하고 팽창 터빈에 발전기를 커플링으로 결합하여 히트펌프 냉난방 시스템의 저온 고압 냉매 흐름으로 팽창 터빈을 구동하여 회전동력을 얻고 팽창 터빈에서 얻어진 구동력을 발전기에 전달하여 전기를 발전시키는 종래 기술의 히트펌프 냉난방 시스템용 발전장치를 대체하는 터빈과 발전기가 일체로 결합되는 터빈 일체형 통합 구조의 터빈 발전기로서 구조가 단순하여 제작이 용이하고 경량화가 가능하여 경제적이고 안전하며 또한 회전 동적 특성이 강화됨으로써 고효율의 출력을 얻을 수 있어 절전형 히트펌프 냉난방 시스템에 연계하여 고효율의 지속적 발전이 가능한 터빈과 발전기 일체형 구조의 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기이다.
The expansion valve of the heat pump cooling and heating cycle is replaced by an expansion turbine, the generator is coupled to the expansion turbine by coupling, and the expansion turbine is driven by the low temperature high pressure refrigerant flow of the heat pump cooling and heating system to obtain rotational power, To generate electric power. The turbine generator is a turbine integrated type integrated turbine generator in which a turbine and a generator, which replace the power generator for a heating and cooling system, are integrally combined. The turbine generator is simple in structure, It is a turbine generator for a heat pump cooling and heating system with integrated structure of a turbine and a generator that can achieve high efficiency and continuous power generation in connection with a power saving type heat pump heating and cooling system by obtaining a high efficiency output by enhancing safety and rotation dynamic characteristics.

본 발명에 있어서 터빈 발전기(200)에 연계되는 히트 펌프 냉난방 시스템(100)은 전술한 바와 같이 압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 히트펌프 냉난방장치 구성에서 팽창밸브를 대체하여 히트 펌프 냉난방 시스템에 터빈 발전기가 상호 연계되어 냉난방 열에너지와 전기 에너지를 동시에 공급하여 난방(급탕), 냉방, 전력생산이 동시에 가능한 터빈 발전기를 연계한 히트펌프 냉난방 시스템을 구성하면 무방하나, The heat pump cooling and heating system 100 connected to the turbine generator 200 according to the present invention can replace the expansion valve in the heat pump cooling and heating system constituted by the refrigerant circulation piping in the order of the compressor, the condenser, the expansion valve, A heat pump cooling / heating system in which a turbine generator is connected to a heat pump cooling / heating system to supply a cooling / heating heat energy and an electric energy at the same time to connect a turbine generator capable of simultaneous heating (hot water supply), cooling,

바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이 저온, 저압의 기체상태인 유체를 압축하여 고온, 고압의 기체상태인 유체를 배출하는 압축기(10)와, 상기 압축기로부터 공급받은 고온, 고압의 기체상태인 유체를 냉매 배관을 통하여 축열조(70)에 열에너지를 공급하고 환수하는 제 1 열교환기로서 응축기(20)와, 상기 응축기(1차 열교환기)(20)에서 공급받은 저온 고압의 냉매로 압축기 쪽으로 흡입되는 식은 냉매를 데워주는 제 2 열교환기(30), 상기 제 2 열교환기(30)에서 저온 고압의 냉매가 공급되면 냉매의 온도가 적정범위를 넘는 경우 선택적으로 열을 식혀 주는 제 3 열교환기(31), 상기 제 3 열교환기(31)로부터 발생하는 응축 가스 내의 습기를 제거하기 위한 제습기(81), 상기 제습기(81) 다음 단에 냉매의 흐름을 볼 수 있도록 하고 습도의 유무를 색으로 표시하는 액면계(82)가 형성되고 그 후단으로는 터빈부(220)와 발전부(230)가 일체로 구비되어 냉매의 충돌 흐름으로 구동되는 터빈부(220) 터빈 휠(223)의 터빈 회전축(225) 축 동력을 자석(M)의 자력을 이용하여 발전부(230) 회전자(231)에 전달하고 전기를 생산하는 터빈 발전기(200)를 구비하여 터빈부(220)의 회전력을 발전부(230)로 전달하여 전기를 생성하고, 발생된 전기는 인버터(50)를 거쳐 다시 히트 펌프의 전원의 일부로 사용되게 히트 발전 시스템을 구성하며, 상기 터빈 발전기(200) 후단으로는 터빈 발전기(200)를 회전시키고 나온 저온 저압의 기화된 냉매 가스로 외부 공기의 열을 빼았아서 저온저압의 냉매로 기화시켜 증발 기능을 수행하고 냉매를 압축기(10)로 보내는 증발기(60)와 부대 장치로서 토출되는 냉매 중 기체와 액체를 분리하여 기체만 상기 압축기로 공급하는 기액 분리기(83), 기액분리기(83)를 거친 냉매의 이물질을 제거하는 저압 필터(84)가 각각 구비되는 구성으로 4, a compressor 10 for compressing a low-temperature and low-pressure gaseous fluid to discharge a high-temperature, high-pressure gaseous fluid, and a high-temperature, high- A condenser 20 as a first heat exchanger for supplying heat to the heat storage tank 70 through a refrigerant pipe and returning the heat to the condenser 20 through a refrigerant pipe and a refrigerant of low temperature and high pressure supplied from the condenser (primary heat exchanger) A second heat exchanger 30 for warming the refrigerant, a third heat exchanger 30 for selectively cooling the refrigerant when the temperature of the refrigerant exceeds a suitable range when the low temperature and high pressure refrigerant is supplied from the second heat exchanger 30 31), a dehumidifier (81) for removing moisture in the condensed gas generated from the third heat exchanger (31), a flow of the refrigerant at the next stage of the dehumidifier (81) Amount to make A turbine section 220 having a turbine section 220 and a turbine section 220 and a generator section 230 integrally provided at a rear end of the turbine section 220 and a turbine section 220 driven by a coolant impinging flow, And a turbine generator 200 for transmitting the shaft power to the rotor 231 of the power generator 230 using the magnetic force of the magnet M to produce electric power to rotate the turbine generator 220, And the generated electricity is used as a part of the power source of the heat pump via the inverter 50. The turbine generator 200 is connected to the rear end of the turbine generator 200 by rotating the turbine generator 200 The evaporator 60 removes the heat of the outside air by the low temperature and low pressure vaporized refrigerant gas and discharges the refrigerant to a low temperature and low pressure refrigerant to perform the evaporation function and sends the refrigerant to the compressor 10, And the liquid is separated, and only the gas is supplied to the compressor A low-pressure filter 84 for removing foreign substances from the refrigerant through the gas-liquid separator 83 and the gas-liquid separator 83,

압축기(10)-응축기(1차 열교환기)(20)-터빈발전기(200)-증발기(60) 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 4 사이클의 공기를 열원으로 하는 히트펌프 냉난방 시스템 냉매 배관 상에 가온 냉각 등 선택적 용도별 다수 개 열교환기(제 2열교환기 및 제3열교환기)를 추가로 장착 배열하여 냉각 열 및 가온 열을 상호 선택적으로 보충시키는 히트 펌프 냉난방 시스템 구성으로 응축기(300)와 증발기(400) 기능을 상호 간에 바꿔서 운전하는 환경친화적이고 에너지 절약형의 히트 펌프 냉난방 시스템을 형성하여 히트펌프 냉난방 시스템 운전 중 연속적인 압축과 팽창을 통해 발생되는 냉매 에너지로 생성되는 터빈부의 회전운동에너지를 발전부에 전달하여 전기를 생성하는 일체형 구조의 터빈 발전기를 냉매 배관상에 장착하여 전기를 생성하게 하는 것이 바람직하다.
Heat pump with four cycles of air, which consists of compressor (10) - condenser (primary heat exchanger) (20) - turbine generator (200) - evaporator (60) refrigerant circulation piping (Second heat exchanger and third heat exchanger) are additionally arranged and arranged to selectively supplement the cooling heat and the heating heat. The condenser 300 and the evaporator 400) function is exchanged with each other to form an environment-friendly and energy-saving heat pump cooling / heating system, and the rotational kinetic energy of the turbine portion generated by the refrigerant energy generated through continuous compression and expansion during operation of the heat pump cooling / To generate electricity by mounting the turbine generator of the integral structure on the refrigerant pipe.

먼저 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기는 압축기(1)-응축기(2)-팽창밸브(3)-증발기(4) 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 4 사이클의 통상적 구성 히트펌프 냉난방 시스템(도 1 참조)에서 팽창밸브(3)를 대체하고 터빈 발전기(200)를 결합시킨 절전형의 히트펌프 발전 시스템을 구성하게 되는데, 본 발명은 팽창밸브를 팽창 터빈으로 대체 팽창 터빈(5)에 발전기(8)를 커플링(축 이음 수단)(8)으로 결합하고 히트펌프 냉난방 시스템의 저온 고압 냉매 흐름으로 팽창 터빈(5)을 구동하여 회전동력을 얻고 팽창 터빈(5)에서 얻어진 구동력을 발전기(6)에 전달하여 전기를 발전시키고 발전된 전기는 발전기(6)와 인버터(7)를 통하여 히트펌프 시스템에 투입된 전력의 일부를 재생산하여 자체 전력 소모를 줄여줌으로써 시스템 에너지 절감 효율을 극대화시키는 종래 기술의 히트펌프 냉난방 시스템용 발전 장치(도 2 내지 3 참조)와 다르게, 터빈부(220)과 발전부(230)가 일체로 결합됨으로써 구조가 단순하여 제작이 용이하고 경량화가 가능하여 경제적이고 안전하며 또한 회전 동적 특성이 강화됨으로써 고효율의 출력을 얻을 수 있는 터빈 일체형의 고효율 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기(200)를 형성하게 된다.
First, the turbine generator for a heat pump cooling and heating system of the present invention is a conventional four-cycle heat pump system for heating and cooling (hereinafter, referred to as a "heat pump system") comprising a compressor 1, a condenser 2, an expansion valve 3, The present invention can be applied to a heat pump power generation system in which the expansion valve 3 is replaced with a turbine generator 200, 8) is coupled by a coupling (shaft connecting means) 8 and the expansion turbine 5 is driven by the low-temperature high-pressure refrigerant flow of the heat pump cooling and heating system to obtain rotational power and the driving force obtained from the expansion turbine 5 is transmitted to the generator 6 ), And the generated electricity is used to maximize the efficiency of energy saving by reducing the power consumption of the heat pump system by regenerating a part of the electric power supplied to the heat pump system through the generator 6 and the inverter 7 (See FIGS. 2 to 3), the turbine unit 220 and the power generation unit 230 are integrally coupled to each other, so that the structure is simple, The turbine generator 200 for a high efficiency heat pump cooling and heating system having a turbine integrated type capable of obtaining a high efficiency output by enhancing the rotational and dynamic characteristics is provided.

상기 본 발명의 터빈 일체형의 히트펌프 냉난방 시스템용 고효율 터빈 발전기(200)는 샤프트 길이가 최소화되고 축의 쏠림이 없게끔 균형잡히게 한 축으로 결합되는 터빈부와 발전부 양쪽 대칭의 2중 케이싱 구조로서, 덮개로서 발전기 하우징 앞 커버(211)와 몸체로서 발전기 발전기 하우징(210)이 일체로 형성된 원통 형상의 터빈 발전기(200) 내측에 터빈부(220)와 터빈부 터빈 회전축(225) 축 동력을 전기에너지로 변환시키는 발전부(230)가 터빈 회전축(225)을 통하여 일체로 연결됨으로써 히트 펌프 냉난방 시스템 운전시 응축기에서의 열 교환 과정에서 생성되는 저온고압의 액체 가스가 터빈부(220)을 통과하면서 저온저압의 기화 가스로 변환될 때 생기는 힘으로 터빈부(170)의 터빈 휠(223)을 구동시킴에 따라 터빈부(170)와 연결된 발전부(330)의 회전자(231)를 가동시켜서 전기를 생산하고 생산된 전기는 인버터(50)를 통하여 히트펌프 시스템의 압축기나 응축기와 증발기 구동용 전기 일부로 재사용되게 함으로써 에너지를 절감시키게 하는 구성이다.
The high-efficiency turbine generator 200 for a heat pump cooling and heating system of the present invention is a dual-casing structure having both a turbine portion and a generator portion symmetrically coupled to a shaft with a shaft length minimized, The axial power of the turbine portion 220 and the turbine portion turbine rotary shaft 225 is transmitted to the inside of the cylindrical turbine generator 200 having the front cover 211 of the generator housing as a cover and the generator generator housing 210 as a body, The low temperature and high pressure liquid gas generated in the heat exchanging process in the condenser during operation of the heat pump cooling and heating system passes through the turbine portion 220 while being cooled at a low temperature The rotor 231 of the power generation unit 330 connected to the turbine unit 170 is driven by the turbine wheel 223 of the turbine unit 170 by the force generated when the gasified gas is converted into the low- By having the same thereby producing electricity and produce the electricity is reused via the inverter 50, as part of the electrical drive for the evaporator or the condenser, the compressor of the heat pump system is configured to thereby save energy.

즉 본 발명의 히트펌프 냉난방 시스템용 고효율 터빈 발전기(200)는 하우징 앞 커버(211)와 발전기 몸체 기능의 발전기 하우징(210)이 일체로 형성된 원통 형상의 터빈 발전기(200) 내측에 냉매 가스가 팽창하는 과정에서 동력을 얻어내는 터빈부(220)와 터빈부 터빈 회전축(225) 축동력을 전기에너지로 변환시키는 발전부(230)가 일체로 형성된 터빈 발전기(200)로서,That is, the high-efficiency turbine generator 200 for a heat pump cooling and heating system of the present invention includes a housing front cover 211 and a generator housing 210 functioning as a generator body, A turbine generator 220 for generating power from the turbine generator 220 and a turbine generator 230 for converting the shaft drive force of the turbine turbine rotor shaft 225 into electric energy,

상기 터빈부(220)는 터빈 회전축(225)이 터빈 하우징에 축결합된 채 외부의 간섭없이 고압의 유체운동으로 충분히 회전될 수 있도록 구성되는데,       The turbine portion 220 is configured such that the turbine rotary shaft 225 is axially coupled to the turbine housing and can be sufficiently rotated to a high-pressure fluid motion without external interference,

평판형 몸체 외주 일측단에 니플로 연통된 냉매 유입구(221a), 냉매 토출구를 각각 구비하여 고압의 냉매가 통과하게 되는 유로를 구비하는 유체 분사노즐장치로서 터빈 하우징 앞 커버(221)와 터빈 하우징 뒷 커버(222)로 이루어지고,
상기 터빈 하우징 앞 커버(221)와 터빈 하우징 뒷 커버(222) 사이로 원주방향의 톱니 모양 블레이드(224)가 구비된 터빈 휠(223)이 양 측부에 복수 개의 자석(M)이 대칭되게 구비된 터빈 회전축(225)으로 결합되고,
상기 터빈 회전축(225)은 복수 개 베어링(B)을 양측 대칭으로 개재하여 복수 개의 고정 너트(N)에 의하여 일체로 결합되는 축결합 구조로서
The fluid injection nozzle device includes a turbine housing front cover (221) and a turbine housing rear wall (221) having a refrigerant inlet port (221a) communicating with a nipple at one end of the outer periphery of the flat plate- And a cover 222,
A turbine wheel 223 having a circumferential sawtooth blade 224 between the turbine housing front cover 221 and the turbine housing rear cover 222 includes a turbine wheel 223 having turbine wheel 223 symmetrically provided with a plurality of magnets M on both sides, Is coupled to the rotating shaft 225,
The turbine rotary shaft 225 is an axially coupled structure in which a plurality of bearings B are integrally coupled by a plurality of fixing nuts N symmetrically with each other

상기 저온 고압의 냉매가스는 내부에는 소정공간의 압력실이 형성되는 노즐 기능의 터빈 하우징 앞 커버(221)에 구비되는 냉매 유입구(221a)와 냉매 토출구로 이루어지는 냉매 가스 유로를 통해 통과하면서 원주방향으로 분사되어 팽창되고 터빈 휠(223)을 밀어서 터빈 회전축(225)을 구동시키는 과정에서 저압상태로 변환되어 토출됨으로써 저온 고압의 냉매 가스가 팽창하는 과정에서 축동력을 얻어내는 회전동력변환장치를 구성하게 된다.
The low-temperature and high-pressure refrigerant gas passes through a refrigerant gas flow path formed of a refrigerant inlet port 221a and a refrigerant discharge port provided in a turbine housing front cover 221 having a nozzle function, in which a pressure chamber in a predetermined space is formed, The turbine wheel 223 is expanded and injected to be converted into a low pressure state in the course of driving the turbine rotary shaft 225, thereby constituting a rotary power converting apparatus that obtains a shaft force in the course of expansion of the low temperature and high pressure refrigerant gas .

상기 니플로 연결되는 냉매 유입구(221a)가 외주 일측단에 그리고 외곽 방향에 냉매 토출구가 평판형 몸체에 각각 형성되어 고압의 냉매가 통과하게 되는 내부 관통 유로가 형성되는 터빈 하우징 앞 커버(221)는 냉매 유입구(221a)부터 유입된 유체의 높은 압력 속도의 종래 소멸되는 에너지가 운동 방향을 바꾸는 원주 방향 소용돌이 선회운동으로 터빈부에서 사용되고 난 뒤 온도 및 압력이 떨어진 상태로 냉매 토출구(221b)를 통하여 배출시키는 유체 분사 노즐 기능을 수행하여 터빈 휠의 회전력 극대화로 유입되는 고압 냉매 가스의 축 동력 변환효율을 높이게 된다.
A turbine housing front cover 221 in which a coolant inlet port 221a connected to the nipple is formed at one end of the outer periphery and a coolant outlet port is formed in the outer periphery of the turbine housing body, The energy of the high pressure of the fluid introduced from the coolant inlet port 221a is used in the turbine part in the circumferential vortex pivoting motion in which the direction of motion is changed and then discharged through the coolant outlet 221b in a state where the temperature and pressure are distant from each other And the shaft power conversion efficiency of the high-pressure refrigerant gas flowing into the turbine wheel is maximized by increasing the rotational force of the turbine wheel.

그리고 상기 터빈 회전축(Shaft)(225)과 터빈 회전축에 심어진 비틀림 날개로서 냉매의 속도에너지를 직접 회전력으로 변환시키는 톱니 형상 블레이드(Blade)(224)로 구성된 링 형상 터빈 휠(223)은 분사되는 고압 냉매로 유체와의 반발력을 통해 밀쳐서 회전하는 터빈 휠(223)의 회전력이 극대화되도록 유체의 분사방향을 기준으로 블레이드의 폭과 각도를 적절히 형성하여 유체 회전반경이 커지게 함으로써 빠른 회전이 가능하게 하는 것이 바람직하다.
The ring-shaped turbine wheel 223, which is composed of the turbine rotating shaft 225 and a sawtooth blade 224 that transforms the velocity energy of the refrigerant directly into rotational force as a twisting blade embedded in the turbine rotating shaft, The width and angle of the blades are appropriately formed based on the direction of spraying the fluid so that the rotating force of the rotating turbine wheel 223 is maximized by pushing the fluid through the repulsive force with the refrigerant, .

미설명 부호 H1은 가스 토출구, H2는 전선홀이다.The reference numerals H1 and H2 denote gas discharge ports and wire holes, respectively.

또한 기계적인 자석의 상호 견인력으로 전달되는 상기 터빈 회전축(225) 축동력을 전기에너지로 변환시키는 발전부(230)는 자기장이 존재하는 공간에서 코일을 회전시키면 유도기전력의 전류가 발생하는 발전기의 원리를 이용하는 것으로서, 발전부(230)는 회전바(231b) 내측 원주 방향으로 다수 개 자석(M)과 중심에 회전축(231a)이 구비된 회전자(231)와 도전성 코일을 감아서 만든 전기코일의 권선(233)을 가진 자기 코어로서 고정자(232)를 구비하고 고정자가 회전자를 둘러싸서 전기를 발생시키는 기구적 구성으로 터빈부(170)의 터빈 휠(223) 구동시킴에 따라 터빈부(170)와 연결된 발전부(230)의 회전자(231)가 가동되어 전기를 생산하게 하는 구성이다.
The power generating unit 230 converts the shaft driving force of the turbine rotating shaft 225, which is transmitted as a mutual traction force of a mechanical magnet, into electrical energy. The power generating unit 230 rotates the coil in a space where the magnetic field exists. The power generation section 230 includes a rotor 231 having a plurality of magnets M in the inner circumferential direction of the rotary bar 231b and a rotary shaft 231a at the center thereof, The turbine portion 170 is provided with a stator 232 as a magnetic core having a magnetic core 233 and a stator surrounding the rotor to drive the turbine wheel 223 of the turbine portion 170 in a mechanical configuration for generating electricity, And the rotor 231 of the power generation unit 230 connected to the generator 230 is operated to produce electricity.

상기 회전자(231)는 방사상으로 회전바(231b)가 형성된 다수개의 디스크 형태 원판 내측 원주 방향으로 다수 개 자석(M)과 중심에 회전축(231a)이 구비되어 회전하여 고정자로 둘러싸인 자기장 분위기에서 유도 전기를 생산하는 구조로 동시에 발전기 하우징 외부로 고정자 권선에서 발생하는 열을 송출하는 송풍팬 기능을 수행하여 고정자 코일 권선(233)에서 발생하는 열의 방출로 같은 용량의 권선에 비하여 더 많은 전류를 흐르게 하는데 코일 권선의 발생전압은 고정자(232)와 회전자(231)간에 공극의 자속에 비례하고 또한 회전수에도 비례한다.
The rotor 231 is provided with a plurality of magnets M in the inner circumferential direction of a plurality of disc-shaped discs with the rotating bar 231b formed radially and a rotary shaft 231a at the center thereof. The rotors 231 are rotated and guided in a magnetic- And at the same time, performs a blowing fan function for transmitting heat generated from the stator windings to the outside of the generator housing to discharge more heat than the same capacity of windings due to the heat generated in the stator coil winding 233 The generated voltage of the coil winding is proportional to the magnetic flux of the gap between the stator 232 and the rotor 231 and is also proportional to the number of revolutions.

그리고 내부공간 전체가 두 개의 공간으로 분할되는 2중 케이싱의 밀폐형 유체기기로서 본 발명의 터빈 발전기(200)는 유체의 손실이 없으면서 냉매 가스가 발전부에 전달되지 못하게 하는 밀폐형 구조로, 상기 고압의 냉매가 통과하게 되는 유로가 형성되는 터빈 하우징 앞 커버(221)와 터빈 하우징 뒷 커버(222)로 이루어지는 터빈 하우징을 구비하고 분사되는 작동유체로서 냉매 가스가 터빈 하우징 앞 커버(221) 내부로 진입시 상기 발전부(230)의 내부로 침투되지 못하도록 고정 너트(N)로 밀봉 고정 기밀을 유지시켜 터빈부(220)의 압력이 발전부(230)로 전달되지 못하도록 차단하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 구성에 더하여 터빈부(220)와 발전부(230)가 대칭으로 장착되어 축의 쏠림 현상을 방지할 수 있으며, 베어링(B)을 사용하여 마찰도 줄이고 상기 터빈부의 터빈 회전축(225) 및 상기 발전부(230)의 회전자(231)가 하나의 일체로 견고하게 장착됨으로써 분리 구성된 종래 기술의 커플링을 이용한 발전장치 장착 구조와 비교할 때 체결력 향상으로 전달력과 진동이 감소되는 구조적 안정성으로 냉매 가스의 분자운동에너지를 축동력으로 바꾸기 위한 고속 팽창이 가능하고, 팽창된 유체가 터빈 휠(223)의 블레이드(224)와 충돌할 때, 터빈 휠(223)에 대한 유체의 분자운동에너지의 전달이 충분히 이루어지게 하는 구성으로, 안정적이고도 평활한 토오크의 회전력을 얻을 수 있고 소음이나 진동 및 고열을 수반하지 아니하여 고효율의 전기 출력을 얻게끔 구성된다.
The turbine generator 200 of the present invention is a sealed type structure in which the refrigerant gas is prevented from being transmitted to the power generation unit without loss of fluid, and the high-pressure And a turbine housing including a turbine housing front cover 221 and a turbine housing rear cover 222 on which a flow path through which refrigerant passes is formed. When the refrigerant gas is injected into the turbine housing front cover 221 as a working fluid to be injected, A configuration in which power generation efficiency can be improved by preventing the pressure of the turbine unit 220 from being transmitted to the power generation unit 230 by holding the sealing and fixing airtightness with the fixing nut N so as not to penetrate into the power generation unit 230 The turbine portion 220 and the power generation portion 230 are installed symmetrically to prevent the shaft from being tilted. By using the bearing B, friction can be reduced, The turbine rotating shaft 225 of the power generating unit 230 and the rotor 231 of the power generating unit 230 are integrally and rigidly mounted so as to be separated from each other. The structural stability with reduced vibration allows fast expansion to change the molecular kinetic energy of the refrigerant gas to the shaking force and allows the expansion of the turbine wheel 223, A stable and smooth torque torque can be obtained and a high efficiency electric output can be obtained without accompanying noise, vibration and high temperature.

또한 본 발명에 있어서 상기 터빈 발전기(200)의 상기 터빈 하우징 앞 커버(211)의 센터에는 냉매를 배출하는 홀(H1), 그리고 상기 터빈 하우징 뒷 커버(211)의 상부 일측으로는 열을 방출하는 홀(H2)이 각각 형성되어 있으며, 본 발명의 터빈 발전기(200)를 구성하는 발전기 하우징과 터빈 하우징 및 구성 부품을 결합하는 채결부재로서 마개 기능의 탭(T)이 다수 개 형성되어 있다.
In the present invention, the center of the turbine housing front cover 211 of the turbine generator 200 is provided with a hole H1 for discharging refrigerant, and a hole for discharging heat to the upper side of the turbine housing rear cover 211 A plurality of tabs T serving as stoppers are formed as coupling members for coupling the generator housing constituting the turbine generator 200 of the present invention to the turbine housing and the component parts.

그리고 본 발명의 터빈 발전기를 연계한 히트펌프 냉난방 시스템은 미활용에너지를 유효하게 이용하되, 4 계절 에너지 부하의 원활한 대응, 경제적 운전에 따른 종합 열효율 향상을 구현함과 동시에 성능계수가 향상된 터빈 발전기 직렬연결 구성의 히트펌프 냉난방 시스템에 더하여 고효율의 발전이 가능하여 환경친화적이고 난방 . 냉방 . 급탕 및 발전의 복합부하에 효율적으로 대처할 수 있게 구성되는데 터빈 발전기와 히트 펌프 시스템을 연계 구성하는 장치 모두 상호 전기적으로 연결 구성되며 시스템장치의 작동은 히트펌프 출구온도(냉,온수)의 설정 값을 조정할 수 있도록 제어프로그램이 격납된 제어장치(미도시함)로 통합적이고 일괄적으로 제어되어 동절기 과냉 현상에 의한 증발기 동파 방지 및 고효율 운전을 실행하게 된다.
In addition, the heat pump cooling / heating system that connects the turbine generator of the present invention effectively utilizes the unused energy, but realizes the improvement of the total heat efficiency due to the smooth response of the four season energy loads and economic operation, In addition to the heating and cooling system of the heat pump, it is possible to generate high efficiency, environmentally friendly and heating. cooling . The turbine generator and the device that connect the heat pump system are electrically connected to each other. The operation of the system device is controlled by the set value of the heat pump outlet temperature (cold, hot water) The control program is integrally and collectively controlled by a control device (not shown) so that the control program can be controlled, thereby preventing the evaporator from being frozen due to overcooling in the winter season and performing high-efficiency operation.

결국 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기는 터빈과 발전기가 일체로 결합됨으로써 구조가 단순하여 제작이 용이하고 경량화가 가능하여 경제적이고 안전하며 또한 동적 특성이 강화됨으로써 고효율의 출력을 얻을 수 있으며, 종래 서로 분리되어 제작된 터빈 및 발전기 부재들이 일체로 결합되어 터빈과 발전기가 분리된 종래의 구조와 비교할 때, 진동이 감쇄되며 체결력 향상으로 인한 구조적 안정성과 회전자의 회전 역학적 안정성 향상으로 저소음의 쾌적한 환경을 조성할 수 있게 되는 것이다.
As a result, the turbine generator for a heat pump cooling and heating system of the present invention can be manufactured easily and lightweight by being integrated with a turbine and a generator integrally, thereby achieving economical, safe, and dynamic characteristics, Compared with the conventional structure in which the turbine and the generator are separated from each other, the turbine and the generator are separated from each other and the turbine and the generator are separated from each other. Compared to the conventional structure, the vibration is attenuated and the structural stability due to the improvement of the fastening force and the rotational stability of the rotor are improved. It is possible to create an environment.

따라서 본 발명은 냉매가 터빈부에서 기체에너지에서 터빈을 돌리는 운동에너지로 변환된 에너지로 동축상으로 연결되는 발전부를 가동시켜 필요한 전기에너지로 변환되어 전기를 사용할 수 있게 되는 것으로서,Therefore, according to the present invention, a refrigerant is coaxially connected to energy converted into kinetic energy for rotating a turbine in gas energy in a turbine portion,

본 발명에 따른 터빈과 발전기 일체형 구조 터빈 발전기로 발전을 하게 되면 지금까지 소멸되고 있었던 냉매 압력에너지를 전기에너지라는 새로운 에너지 형태로 재생시켜 히트 펌프 시스템 전력의 자체 생산이 가능하여 전력요금을 절감할 수 있고, 저렴하게 자가 발전을 실현할 수 있으며, 고압가스 냉매가 가지고 있는 에너지로 전기를 얻을 수 있어 에너지 절약적이고 환경친화적이다.
When the turbine and generator-integrated turbine generator according to the present invention is developed, it is possible to regenerate the refrigerant pressure energy, which has been consumed until now, as a new energy form of electric energy, And it is possible to realize low-cost self-generation, and energy can be obtained from the energy possessed by the high-pressure gas refrigerant, thereby being energy-saving and environmentally friendly.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. .

1:압축기 2:응축기
3:팽창밸브 4:증발기
5:팽창터빈 6:발전기
7:인버터 8:커플링
100:히트펌프 냉난방 시스템
10:압축기 20;응축기(제1열교환기)
30:제2열교환기(가열) 50:제3열교환기(냉각)
60: 증발기 70:축열조
81:제습기 82:액면계
83:가액분리기 84:저압 필터
200:터빈 발전기
210:발전기 하우징 211:발전기 하우징 커버
220:터빈부 221:터빈 하우징 앞 커버
221a:냉매유입구
222:터빈 하우징 뒷 커버 223:터빈 휠
224:블레이드 225:터빈 축
230:발전부 231:회전자
231a:회전축 231b:회전바
232:고정자 233:권선
T:탭 M:자석 B:베어링 N:너트
H1, H2: 홀
1: compressor 2: condenser
3: expansion valve 4: evaporator
5: expansion turbine 6: generator
7: Inverter 8: Coupling
100: Heat pump heating and cooling system
10: compressor 20: condenser (first heat exchanger)
30: second heat exchanger (heating) 50: third heat exchanger (cooling)
60: Evaporator 70: Heat storage tank
81: Dehumidifier 82:
83: Valve separator 84: Low pressure filter
200: Turbine generator
210: generator housing 211: generator housing cover
220: Turbine part 221: Turbine housing front cover
221a: refrigerant inlet
222: turbine housing rear cover 223: turbine wheel
224: Blade 225: Turbine shaft
230: power generator 231: rotor
231a: rotating shaft 231b: rotating bar
232: stator 233: winding
T: Tab M: Magnet B: Bearing N: Nut
H1, H2: Hole

Claims (3)

압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 히트펌프 사이클에서 팽창밸브를 대체하고 히트펌프 냉난방 장치에 구비되어 터빈의 동력으로 전기를 발전하는 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기에 있어서,
상기 터빈 발전기(200)는 하우징 앞 커버(211)와 발전기 하우징(210)로 이루어지고 터빈 회전축(225)으로 연결된 터빈부(220)와 발전부(230)가 하나의 몸체에 내장되는 터빈과 발전기 일체형 구조로서,
히트 펌프 냉난방 시스템 운전시 응축기에서의 열 교환 과정에서 생성되는 저온고압의 액체 가스가 터빈부(220)에서 저온저압의 기화 가스로 변환되는 냉매 에너지로 생성된 터빈부(170)의 터빈축 축 동력으로 발전부(230)의 회전자(231)를 구동시켜 전기를 생산하여 히트펌프 장치에 공급함을 특징으로 하는 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기
A turbine generator for a heat pump cooling / heating system for replacing an expansion valve in a heat pump cycle composed of a compressor-condenser-expansion valve-evaporator sequence refrigerant circulation piping and being provided in a heat pump cooling and heating apparatus to generate electricity by the power of a turbine,
The turbine generator 200 includes a turbine 220 including a housing front cover 211 and a generator housing 210 and a turbine 220 coupled to the turbine rotary shaft 225, As an integral structure,
The turbine shaft power of the turbine section 170 generated by the refrigerant energy in which the low-temperature high-pressure liquid gas generated in the heat exchange process in the condenser during operation of the heat pump cooling and heating system is converted into the vaporized gas of low temperature and low pressure in the turbine section 220 Wherein the rotor (231) of the generator (230) is driven to produce electricity and supply the generated electricity to the heat pump unit.
제 1항에 있어서,
터빈 발전기(200)를 구성하는 상기 터빈부(220)는,
평판형 몸체 외주 일측단에 니플로 연통된 냉매 유입구(221a), 냉매 토출구를 각각 구비하여 고압의 냉매가 통과하게 되는 유로를 구비하는 유체 분사노즐장치로서 터빈 하우징 앞 커버(221)와 터빈 하우징 뒷 커버(222)로 이루어지고,
상기 터빈 하우징 앞 커버(221)와 터빈 하우징 뒷 커버(222) 사이로 원주방향의 톱니 모양 블레이드(224)가 구비된 터빈 휠(223)이 양 측부에 복수 개의 자석(M)이 대칭되게 구비된 터빈 회전축(225)으로 결합되고,
상기 터빈 회전축(225)은 복수 개 베어링(B)을 양측 대칭으로 개재하여 복수 개의 고정 너트(N)에 의하여 일체로 결합되는 축결합 구조로서,
상기 터빈 하우징 앞 커버(221)에 형성된 냉매 가스 유로를 통해 원주방향으로 분사되는 저온 고압의 냉매가스 팽창력으로 터빈 휠(223)을 밀어서 터빈 회전축(225)으로 축동력을 얻어내는 회전동력변환장치임을 특징으로 하는 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기
The method according to claim 1,
The turbine section 220, which constitutes the turbine generator 200,
The fluid injection nozzle device includes a turbine housing front cover (221) and a turbine housing rear wall (221) having a refrigerant inlet port (221a) communicating with a nipple at one end of the outer periphery of the flat plate- And a cover 222,
A turbine wheel 223 having a circumferential sawtooth blade 224 between the turbine housing front cover 221 and the turbine housing rear cover 222 includes a turbine wheel 223 having turbine wheel 223 symmetrically provided with a plurality of magnets M on both sides, Is coupled to the rotating shaft 225,
The turbine rotary shaft 225 is an axially coupled structure that is integrally coupled by a plurality of fixing nuts N with a plurality of bearings B symmetrically disposed on both sides,
And is a rotary power converting apparatus that obtains a shaking force from a turbine rotary shaft 225 by pushing a turbine wheel 223 with a refrigerant gas inflating force of low temperature and high pressure which is injected in a circumferential direction through a refrigerant gas flow path formed in the turbine housing front cover 221 Turbine generator for heating and cooling system
제 1항에 있어서, 터빈 발전기(200)를 구성하여 상기 터빈 회전축(225) 축동력을 전기에너지로 변환시키는 발전부(230)는 회전바(231b) 내측 원주 방향으로 다수 개 자석(M)과 중심에 회전축(231a)이 구비된 회전자(231)와 전기코일의 권선(233)을 가진 자기 코어로서 고정자(232)를 구비하고 고정자가 회전자를 둘러싸서 전기를 발생시키는 기구적 구성으로 터빈부(170)의 터빈 휠(223)을 구동시킴에 따라 터빈부(170)와 연결된 발전부(230)의 회전자(231)가 가동되어 전기를 생산함을 특징으로 하는 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기 The turbine generator according to claim 1, wherein the turbine generator (200) comprises a generator (230) for converting the shaft drive force of the turbine shaft (225) into electric energy, A stator 232 as a magnetic core having a rotor 231 having a rotating shaft 231a and a winding 233 of an electric coil and a stator 232 surrounding the rotor to generate electricity, And the turbine wheel (223) of the turbine section (170) is driven to rotate the rotor (231) of the power generation section (230) connected to the turbine section (170)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100955235B1 (en) 2009-11-13 2010-04-30 고제국 An apparatus for generating electricity by using a heat pump

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