KR101561978B1

KR101561978B1 - 태양 에너지와 외부 스팀의 상보적 발전 장치

Info

Publication number: KR101561978B1
Application number: KR1020147016364A
Authority: KR
Inventors: 이롱 첸; 킹핑 양; 얀펭 장
Original assignee: 우한 카이디 엔지니어링 테크놀로지 리서치 인스티튜트 코오퍼레이션 엘티디.
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2015-10-20
Also published as: EP2801723B1; SG11201403128QA; BR112014014312A2; ZA201405001B; RU2602708C2; SI2801723T1; AU2012350645A1; MX345149B; US9841008B2; WO2013086895A1; JP5919390B2; LT2801723T; EP2801723A4; HRP20171933T1; AU2012350645B2; MX2014006972A; EP2801723A1; AP2014007777A0; DK2801723T3; RU2015109761A

Abstract

태양 에너지와 외부 소스 스팀의 상보적 발전 장치는 태양 스팀 발전 장치, 외부 소스 스팀 조절기(15), 터보세트(2) 및 발전기(1)를 구비한다. 태양 스팀 발전 장치의 스팀 출력단은 제1 조절 밸브(16)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결되고; 외부 소스 스팀 조절기(15)의 스팀 출력단은 제2 조절 밸브(20)와 제2 스위치 밸브(19)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결된다. 터보세트(2)의 저압 스팀 출구(4)는 컨덴서(5), 탈기기(6), 워터 공급 펌프(7), 및 스위치 밸브(16)를 차례로 통하여 태양 스팀 발전 장치의 순환수 입력단에 연결된다. 워터 공급 펌프(7)의 출력단은 제4 스위치 밸브(23)를 통해 외부 소스 스팀 물 보구기 바이패스(11)에 연결된다.

Description

태양 에너지와 외부 스팀의 상보적 발전 장치{solar energy and external source steam complementary power generation apparatus}

본 발명은 청정 에너지를 사용하는 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템에 관한 것이다.

전통적인 화석 연료(석탄, 석유, 천연 가스)의 보존량이 감소함에 따라, 청정하고 재생가능한 에너지의 개발에 대한 지대한 관심이 집중되고 있다. 나아가, 화석 에너지의 사용에 의해 야기되는 환경 오염은 인류의 생존과 개발을 직접적으로 위협하고 있으며, 청정하고 재생가능한 에너지의 개발과 강조 및 SO₂와 CO₂ 방출의 절감에 대해 전지구적인 의견일치가 이루어지고 있다. 태양 에너지는 넓게 분포되어 있고, 보존량에 제한이 없으며, 청정하게 수집 및 활용이 가능하고, SO₂와 CO₂ 방출이 없는 장점을 가진다. 그러나, 집중 태양 전력(CSP)의 대규모 개발 및 활용은 태양 에너지의 분산, 강한 날씨 의존성, 및 열 집중의 불안정성과 불균일성과 같은 문제점들 때문에 오랫동안 많이 제한되어 왔다. 현대의 대규모 산업 생산에 있어서, 대량의 폐기물 스팀 부산물이 생산되고 있으나, 그 활용 비율이 매우 낮다. 따라서, 폐기물 스팀과 CSP의 통합 방법은 이러한 기술 분야의 연구원들이 풀어야 할 현안의 문제이다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 날씨 의존적이고, 불안정하고, 불균일한 열 집중과 같은 종래의 태양 발전소의 단점을 극복하기 위해, 대규모 산업 생산에 의해 생성되는 폐기 열을 완전히 활용할 수 있는 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따르면, 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템이 제공되며, 이러한 시스템은 태양 스팀 발전기, 외부 스팀 조절기, 터보세트, 및 터보세트에 연결된 발전기를 구비한다. 태양 스팀 발전기의 스팀 출구는 제1 조절 밸브를 통해 터보세트의 고압 스팀 입구에 연결된다. 외부 스팀 조절기의 스팀 출구단 역시 제2 조절 밸브와 제2 스위치 밸브를 통해 터보세트의 고압 스팀 입구에 연결된다. 터보세트의 저압 스팀 출구는 컨덴서의 입력단에 연결되고, 컨덴서의 출력단은 탈기기의 입력단에 연결된다. 탈기기의 출력단은 워터 공급 펌프의 입력단에 연결된다. 워터 공급 펌프의 출력단은 제1 스위치 밸브를 통해 태양 스팀 발전기의 순환수 입력단에 연결된다. 워터 공급 펌프의 출력단은 또한 제4 스위치 밸브를 통해 외부 스팀의 물-복귀 바이패스에 연결됨으로써 외부 스팀의 작동을 위한 순환 루프를 형성하게 된다. 외부 스팀 조절기는 외부 스팀의 작동 상태들을 조절하도록 구성되어, 외부 스팀의 압력과 온도는 터보세트의 작동 조건들을 만족시킬 수 있다. 다른 작동 조건들에 따라, 외부 스팀 조절기는 온도-강하 압력 감소기 또는 열 부스터일 수 있다. 탈기기는 순환수의 산소를 제거하도록 구성됨으로써 장치와 파이프들의 산화 및 부식을 방지한다.

바람직하게, 시스템은 연수(soft water) 저장 탱크를 더 구비한다. 연수 저장 탱크의 워터 출구는 워터 공급 펌프를 통해 탈기기의 워터 입구에 연결되고, 연수 저장 탱크의 워터 출구와 탈기기의 워터 입구를 연결하는 제1 파이프에는 제3 조절 밸브와 제3 스위치 밸브가 마련된다. 결과적으로, 태양 스팀 발전기의 물의 순환을 위한 저장 및 보충 시스템이 구성된다. 연수 저장 탱크는 연수를 저장하도록 구성되고 칼슘과 마그네슘이 제거되는 화학수 처리 장치가 마련되어, 내부 부착을 효과적으로 방지할 수 있다. 제3 조절 밸브와 제3 스위치 밸브는 실제 손실에 따라 순환수를 보충하는 연수의 공급 및 유동 량을 제어한다.

바람직하게, 터보세트의 고압 스팀 입구 근처의 제2 파이프에는 압력계와 온도계가 마련된다. 압력계와 온도계의 배치는 터보세트에 도입되는 스팀의 압력과 온도의 제어에 유용하므로 터보세트의 작동 조건들을 만족시킬 수 있다.

본 발명의 제1 개량예로서, 태양 스팀 발전기는 오버헤드 솔라 보일러와 거기에 매칭되는 다수의 헬리오스탯을 구비하고; 오버헤드 솔라 보일러의 열 파이프의 출력단은 제1 조절 밸브를 통해 터보세트의 고압 스팀 입구에 연결되고; 오버헤드 솔라 보일러의 열 파이프의 입력단은 제1 스위치 밸브를 통해 워터 공급 펌프의 출력단에 연결된다. 오버헤드 솔라 보일러의 열 매체는 물이고, 열교환은 관여되지 않으며, 물은 직접 증발되어 고온 고압의 스팀을 발생시켜서 터보세트를 구동한다. 따라서, 발전 시스템의 구조가 간단해 지고 제조 비용이 낮아 진다.

본 발명의 제2 개량예로서, 태양 스팀 발전기는 오버헤드 솔라 보일러와 거기에 매칭된 다수의 헬리오스탯을 구비하고; 오버헤드 솔라 보일러의 열 파이프 출력단은 제4 스위치 밸브를 통해 축열식 열교환기의 열 매체 출구에 연결되고, 축열식 열교환기의 열매체 출구는 열 펌프를 통해 오버헤드 솔라 보일러의 열 파이프의 입력단에 연결되고; 축열식 열교환기의 스팀 출구는 제1 조절 밸브를 통해 터보세트의 고압 스팀 입구에 연결되고; 축열식 열교환기의 순환수 입구는 제1 스위치 밸브를 통해 워터 공급 펌프의 출력단에 연결된다. 오버헤드 솔라 보일러는 열 매체로서 중유, 파라핀, 용융염, 또는 다른 알려진 열전도성 액상 혼합물과 같은 고온 열전도 오일을 사용한다. 예를 들어, 바이페닐(biphenyl) 산화물과 디페닐(diphenyl) 산화물의 혼합물의 가열 온도는 400℃에 도달할 수 있다. 고온 열 매체는 태양 에너지를 흡수하고 축열식 열교환기에 의해 열 에너지를 물로 통과시킨다. 물은 증발되어 고온 고압의 스팀을 생성하여 안정되고, 안전하게 신뢰성 있게 작동하도록 터보세트를 구동한다.

본 발명의 제3 개량예로서, 태양 스팀 발전기는 다수의 솔라 진공 히트 파이프들과 거기에 매칭되는 다수의 트로프(trough) 타입의 포물선 반사기를 구비하고; 솔라 진공 히트 파이프들의 출력단들은 제1 조절 밸브를 통해 터보세트의 고압 스팀 입구에 연결되고; 솔라 진공 히트 파이프들의 입력단들은 제1 스위치 밸브를 통해 워터 공급 펌프의 출력단에 연결된다. 오버헤드 솔라 보일러의 열 매체는 물이고, 열교환은 관여되지 않으며, 물은 직접 증발되어 고온 고압의 스팀을 생성하여 터보세트를 구동한다. 따라서, 발전 시스템의 구조가 간단해지고 제조 비용이 낮아 진다.

본 발명의 제4 개량예로서, 태양 스팀 발전기는 다수의 솔라 진공 히트 펌프들과 거기에 매칭되는 다수의 트로프 타입 포물선 반사기들을 구비하고; 솔라 진공 히트 파이프들의 출력단들은 제5 스위치 밸브를 통해 축열식 열교환기의 열 매체 출구에 연결되고, 축열식 열교환기의 열 매체 출구는 히트 펌프를 통해 솔라 진공 히트 파이프들의 입력단들에 연결되고; 축열식 열교환기의 스팀 출구는 제1 조절 밸브를 통해 터보세트의 고압 스팀 입구에 연결되고; 축열식 열교환기의 순환수 입구는 제1 스위치 밸브를 통해 워터 공급 펌프의 출력단에 연결된다. 오버헤드 솔라 보일러는 중유, 파라핀, 용융염, 액체 또는 다른 알려진 열전도성 액체 혼합물과 같은 고온 열전도성 오일을 열 매체로 사용한다. 예를 들어, 바이페닐 산화물과 디페닐 산화물의 혼합물의 가열 온도는 열 에너지를 축열식 열교환기에 의해 물로 전달한다. 물은 증발되어 고온 고압의 스팀을 생성하여 안정되고, 안전하게 신뢰성 있게 작동하도록 터보세트를 구동한다.

태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템의 작동 원리는 다음과 같다. 햇빛이 풍부할 때 주간에, 제2 스위치 밸브와 제4 스위치 밸브가 닫히고, 제1 스위치 밸브가 개방되고, 태양 스팀 발전기가 작동되어 고온 고압의 스팀을 생성한다. 고온 고압의 스팀은 제1 조절 밸브에 의해 조절되어 정격 압력과 정격 온도에 도달하게 되고, 터보세트에 전송되어 전력을 생산하기 위해 작동된다. 작업을 마친 스팀은 컨덴서에 의해 냉각되어 정상 압력과 낮은 온도의 물로 변화되고, 탈기기로 전송되어 용해된 산소가 제거된 후, 워터 공급 펌프와 다음의 순환을 위한 제1 스위치 밸브를 통해 태양 스팀 발전기로 다시 전송된다. 순환수가 공급될 필요가 있을 때, 제3 스위치 밸브가 개방되고, 연수 저장 탱크에 저장된 연수는 워터 공급 펌프에 의해 흡입되어 탈기기로 전송된다. 순환수의 유동율은 제3 조절 밸브에 의해 조절된다.

야간 또는 비가 오거나 구름 낀 날에는, 제1 스위치 밸브가 닫히고, 제1 조절 밸브는 제로(zero) 위치에 머물고, 제2 스위치 밸브와 제4 스위치 밸브가 개방되어, 외부 스팀이 도입된다. 대규모 산업 생산 시설로부터 나오는 폐기물 스팀은 외부 스팀 조절기와 제2 조절 밸브에 의해 조절되어 정력 압력과 정격 온도에 도달 된 후, 제2 스위치 밸브를 통해 터보세트에 전송되어 작업을 하게 된다. 작업을 마친 스팀은 컨덴서에 의해 냉각되어 정상 압력과 낮은 온도의 물로 변화되고, 탈기기로 전송되어 용해된 산소가 제거된 후, 워터 공급 펌프와 제4 스위치 밸브를 통해 외부 스팀의 물-복귀 바이패스로 전송됨으로써 외부 스팀의 작동 순환을 얻게 된다.

선행기술과 비교할 때, 본 발명의 장점은 다음과 같이 요약될 수 있다.

첫째, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 발전 시스템의 스팀 파워는 청정하고 재생가능한 에너지뿐만 아니라 현대의 대규모 산업 부산물의 폐기물 스팀으로부터 나온다.

둘째, 종래의 화석 에너지를 사용하는 발전과 비교하여, 환경을 오염시키는 SO₂와 CO₂의 방출이 방지될 뿐만 아니라 폐기 열 자원이 완전히 수거되어 활용된다.

셋째, 태양 에너지의 기후 변동에 의한 영향이 경감된다.

따라서, 주간과 야간과 관계없이, 맑은 날과 흐린 날에도 불구하고, 터보세트의 발전을 안정화시킬 수 있다.

도 1은 헬리오스탯과 매칭되는 오버헤드 솔라 보일러가 터보세트를 위한 스팀을 직접적으로 공급하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템의 개략도이다.
도 2는 헬리오스탯과 매칭되는 오버헤드 솔라 보일러가 터보세트를 위한 스팀을 열교환기를 통해 간접적으로 공급하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템의 개략도이다.
도 3은 트로프 타입 포물선 반사기들과 매칭되는 솔라 진공 히트 펌프들이 터보세트를 위한 스팀을 직접적으로 공급하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템의 개략도이다.
도 4는 트로프 타입 포물선 반사기들과 매칭되는 솔라 진공 히트 펌프들이 터보세트를 위한 스팀을 열교환기를 통해 간접적으로 공급하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템의 개략도이다.

본 발명을 더 상세히 설명하기 위해, 태양과 외부 스팀 혼성 발전 시스템의 상세한 실험들이 상술될 것이다. 이어지는 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것이지 그 범위를 제한하는 것은 아니다.

Example 1

도 1에 도시된 바와 같이, 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템은 태양 스팀 발전기, 외부 스팀 조절기(15), 터보세트(2), 및 파이프들과 밸브들에 의해 조립되며, 터보세트(2)에 연결된 발전기(1), 콘덴서(5), 탈기기(6), 워터 공급 펌프(7), 연수 저장 탱크(9), 및 워터 공급 펌프(8)에 연결된 발전기(1)를 기본적으로 구비한다. 밸브들은 파이프들의 연결과 분리를 제어하기 위한 제1 스위치 밸브(16), 제2 스위치 밸브(19), 제3 스위치 밸브(21), 제4 스위치 밸브(23), 및 제5 스위치 밸브(17), 및 파이프들에서 유동하는 유동율을 조절하기 위한 제1 조절 밸브(18), 제2 조절 밸브(20), 및 제3 조절 밸브(22)를 구비한다.

태양 스팀 발전기는 오버헤드 솔라 보일러(13)와 거기에 매칭된 다수의 헬리오스탯들(heliostats)(14)을 구비한다. 헬리오스탯들(14)은 햇빛이 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프에 항상 집중될 수 있도록 태양을 추적할 수 있다. 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프의 출력단은 제5 스위치 밸브(17)와 제1 조절 밸브(18)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결된다. 외부 스팀 조절기(15)의 스팀 출구단 역시 제2 조절 밸브(20)와 제2 스위치 밸브(19)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결된다. 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3) 근처의 제2 파이프에는 스팀의 압력과 온도 파라미터를 직접 표시하기 위한 압력계(P)와 온도계(T)가 마련된다.

터보세트(2)의 저압 스팀 출구(4)는 컨덴서(5)의 입구단에 연결되고, 컨덴서(5)의 출력단은 탈기기(6)의 입력단에 연결된다. 연수 저장 탱크(9)의 워터 출구는 워터 공급 펌프(8)를 통해 탈기기(6)의 워터 입구에 연결된다. 제3 조절 밸브(22)와 제3 스위치 밸브(21)는 워터 공급 파이프의 개,폐와 공급되는 물의 양을 조절하기 위해 연수 저장 탱크(9)의 워터 출구와 탈기기(6)의 워터 입구를 연결하는 제1 파이프에 배치된다. 탈기기(6)의 출력단은 워터 공급 펌프(7)의 입력단에 연결되고; 워터 공급 펌프(7)의 출력단은 제1 스위치 밸브(16)를 통해 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프의 입력단에 연결됨으로써, 태양 스팀 발전기의 순환 루프를 형성하게 된다. 워터 공급 펌프(7)의 출력단은 제4 스위치 밸브(23)를 통해 외부 스팀의 물-복귀 바이패스(11)에 더 연결됨으로써, 외부 스팀의 작동을 위한 순환 루프를 형성하게 된다.

제1 실시예의 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템의 작동 공정은 다음과 같다. 햇빛이 풍부한 주간에, 제2 스위치 밸브(19)와 제4 스위치 밸브(23)는 닫히고, 제1 스위치 밸브(16), 제3 스위치 밸브(21), 및 제5 스위치 밸브(17)가 개방되어, 시스템이 집중 태양열 발전 상태로 작동하게 된다. 이때, 헬리오스탯들(14)은 햇빛을 추적하여 햇빛의 열 에너지를 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프에 집중하여 그 안의 순환수를 가열하여 고온 고압의 스팀을 형성한다. 고온 고압의 스팀은 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프로부터의 출력되고, 제1 조절 밸브(18)에 의해 조절되어 정격 압력과 정격 온도에 도달하고, 터보세트(2)로 전송되어 발전을 위해 작동한다. 작업을 마친 스팀은 컨덴서(5)에 의해 냉각되어 정상 압력과 대략 40℃의 낮은 온도의 물로 변화되고, 용해된 산호의 제거를 위해 탈기기(6)로 전송된 후, 다음 순환을 위해 워터 공급 펌프(7)를 통해 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프로 다시 전송된다. 한편, 표면수(surface water) 또는 우물 물(well water)은 수거되고, 미리 정화되고, 그 안에 있는 칼슘과 마그네슘 이온을 제거하기 위한 화학수 처리 플랜트에 의해 처리되고, 연수 저장 탱크(9)로 전송되어 저장된다. 물의 공급이 필요할 때, 연수는 워터 공급 펌프(8)에 의해 흡입되고, 그러면 물의 유동량은 제3 조절 밸브(22)에 의해 조절되고, 연수는 물 손실을 보충하기 위해 탈기기(6)로 전송된다.

야간 또는 비가 오거나 구름 낀 날에는, 제1 스위치 밸브(16), 제3 스위치 밸브(21), 및 제5 스위치 밸브(17)가 닫히고, 제1 조절 밸브(18)와 제3 조절 밸브(22)가 제로(zero) 상태로 유지되고, 제2 스위치 밸브(19)와 제4 스위치 밸브(23)가 개방되어, 시스템이 외부 스팀 발전 상태로 운전된다. 외부 폐기물 스팀은 폐기물 스팀의 실제 작동 상태에 따른 압력과 온도를 감소시키거나 압력과 온도를 증가시키기 위해 외부 스팀 조절기(15)로 도입된 후, 제2 조절 밸브에 의해 적절히 조절되어 정격 압력과 정격 온도에 도달하게 되고, 터보세트(2)로 전송되어 작동하게 된다. 작업을 마친 스팀은 컨덴서(5)에 의해 냉각되어 정상 압력과 대략 40℃의 낮은 온도의 물로 변화되고, 용해된 산소의 제거를 위해 탈기기(6)로 전송된 후, 워터 공급 펌프(7)와 외부 스팀의 물-복귀 바이패스(11)를 통해 외부 폐기물 스팀 소스로 다시 이송되거나 연수 저장 탱크(9)로 전송되어 저장된다.

Example 2

도 2에 도시된 바와 같이, 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템은 태양 스팀 발전기, 외부 스팀 조절기(15), 터보셋트(2), 및 파이프들과 밸브들에 의해 조립되고, 터보세트(2)에 결합된 발전기(1), 컨덴서(5), 탈기기(6), 연수 저장 탱크(9), 및 워터 공급 펌프(8)를 기본적으로 구비한다. 밸브들은 파이프들의 연결과 단절을 제어하기 위한 제1 스위치 밸브(16), 제2 스위치 밸브(19), 제3 스위치 밸브(21), 제4 스위치 밸브(23), 및 제5 스위치 밸브(17), 및 파이프들 내부의 유동율을 조절하기 위한 제1 조절 밸브(18), 제2 조절 밸브(20), 및 제3 조절 밸브(22)를 구비한다.

태양 스팀 발전기는 오버헤드 솔라 보일러(13)와 거기에 매칭되는 다수의 헬리오스탯들(14)을 더 구비한다. 헬리오스탯들(14)은 태양을 추적하여 햇빛이 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프에 항상 집중되도록 할 수 있다. 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프의 출력단은 제5 스위치 밸브(17)를 통해 축열식 열교환기의 열 매체 입구에 연결되고, 축열식 열교환기(12)의 열 매체 출구는 히트 펌프(10)를 통해 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프의 입력단에 연결된다. 열 매체는 열 절연층이 마련된 축열식 열교환기(12)에 채워진 바이페닐 산화물과 디페닐 산화물을 구비하는 혼합 용액이다. 열 매체가 열을 흡수할 때, 그 온도는 열교환기가 고압 고온의 증기를 생성하기에 충분할 만큼 대략 400℃로 증가된다. 축열식 열교환기(12)의 스팀 출구는 제1 조절 밸브(18)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결된다. 외부 스팀 조절기(15)의 스팀 출구단 역시 제2 조절 밸브(20)와 제2 스위치 밸브(19)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결된다. 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3) 부근의 제2 파이프에는 스팀의 압력과 온도 파라미터들을 직접 표시하기 위한 압력계(P)와 온도계(T)가 마련된다.

터보세트(2)의 저압 스팀 출구(4)는 컨덴서(5)의 입력단에 연결되고, 컨덴서(5)의 출력단은 탈기기(6)의 입력단에 연결된다. 연수 저장 탱크(9)의 워터 출구는 워터 공급 펌프(8)를 통해 탈기기(6)의 워터 입구에 연결된다. 제3 조절 밸브(22)와 제3 스위치 밸브(21)는 워터 공급 파이프의 개,폐와 공급되는 물의 양을 조절하기 위해 연수 저장 탱크(9)의 워터 출구와 탈기기(6)의 워터 입구를 연결하는 제1 파이프에 배치된다. 탈기기(6)의 출력단은 워터 공급 펌프(7)의 입력단에 연결되고; 워터 공급 펌프(7)의 출력단은 제1 스위치 밸브(16)를 통해 축열식 열교환기(12)의 순환 워터 입구에 연결됨으로써, 태양 스팀 발전기의 순환 루프를 형성하게 된다. 워터 공급 펌프(7)의 출력단은 제4 스위치 밸브(23)를 통해 외부 스팀의 물-복귀 바이패스(11)에 더 연결됨으로써, 외부 스팀의 작동을 위한 순환 루프를 형성하게 된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템의 작업 공정은 다음과 같다. 햇빛이 풍부한 주간에, 제2 스위치 밸브(19)와 제4 스위치 밸브(23)가 닫히고, 제1 스위치 밸브(16), 제3 스위치 밸브(21), 및 제5 스위치 밸브(17)가 개방되어, 시스템이 집중 태양열 발전 상태로 작동한다. 이때, 헬리오스탯들(14)은 햇빛을 추적하여 햇빛의 열 에너지를 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프에 집중시켜서 바이페닐 산화물과 디페닐 산화물을 포함하는 혼합 용액인 열 매체가 열을 흡수할 수 있게 한다. 바이페닐 산화물과 디페닐 산화물을 구비하는 혼합 용액은 대략 400℃로 가열되어 제5 스위치 밸브(17)를 통해 축열식 열교환기(12)로 유동하여 축열식 열교환기(12)의 다른 파이프에서 순환하는 물과 열을 교환한다. 따라서, 바이페닐 산화물과 디페닐 산화물을 구비하는 혼합 용액의 온도는 축열식 열교환기(12)로부터 흘러나온 후 점차적으로 감소하여 대략 245℃로 된다. 바이페닐과 디페닐 산화물을 구비하는 혼합 용액은 태양 에너지 흡수의 다음 순환을 위해 히트 펌프(10)의 구동에 의해 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프로 다시 전송된다. 축열식 열교환기(12)의 순환수는 바이페닐과 디페닐 산화물을 구비하는 고온의 혼합 용액과 열교환 후 고온 고압의 스팀으로 변화된다. 고온 고압의 스팀은 축열식 열교환기(12)로부터 출력되고, 제1 조절 밸브(18)에 의해 조절되어 정격 압력과 정격 온도에 도달된 후, 터보세트(2)로 전송되어 작업을 한다. 작업을 마친 후의 스팀은 컨덴서(5)에 의해 냉각되어 정상 압력과 대략 40℃의 저온의 물로 변환되고, 용해된 산소의 제거를 위해 탈기기(6)로 전송된 후, 워터 공급 펌프(7)를 통해 축열식 열교환기(12)로 다시 전송되어 열을 교환함으로써, 고온 고압 스팀을 다시 형성하게 된다. 한편, 표면수 또는 우물 물이 수집되고, 미리 정화되어, 그 속에 있는 칼슘과 마그네슘 이온을 제거하기 위해 화학수 처리 플랜트에 의해 처리되어 연수 저장 탱크(9)로 전송되어 저장된다. 물의 공급이 필요할 때, 연수는 워터 공급 펌프(8)에 의해 흡입되고, 연수의 유동율은 제3 조절 밸브(22)에 의해 조절된 후, 연수는 물 손실을 보충하기 위해 탈기기(6)로 전송된다.

야간 또는 비가 오거나 흐린 날에는, 제1 스위치 밸브(16), 제3 스위치 밸브(21), 및 제5 스위치 밸브(17)가 닫히고, 제1 조절 밸브(18)와 제3 조절 밸브(22)가 제로 위치에 머물고, 제2 스위치 밸브(19)와 제4 스위치 밸브(23)가 개방되어, 시스템은 외부 스팀 발전 상태로 가동된다. 외부 폐기물 스팀은 폐기물 스팀의 실제 작업 조건에 따라 압력과 온도를 감소시키거나 압력과 온도를 증가시키기 위해 외부 스팀 조절기(15)로 유입된 후, 제2 조절 밸브에 의해 정교하게 조절되어 정격 압력과 정격 온도에 도달하고, 터보세트(2)로 전송되어 작업을 한다. 작업을 마친 스팀은 컨덴서(5)에 의해 냉각되어 정상 압력과 대략 40℃의 저온의 물로 변화되고, 탈기기(6)로 이송되어 용해된 산소를 제거한 후, 워터 공급 펌프(7)와 외부 스팀의 물-복귀 바이패스(11)를 통해 외부 폐기물 스팀 소스로 다시 전송되거나 연수 저장 탱크(9)로 전송되어 저장된다.

Example 3

도 3에 도시된 바와 같이, 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템의 구조는 태양 스팀 발전기가 다수의 솔라 진공 히트 파이프들(13') 및 거기에 매칭되는 다수의 트로프 타입 포물선 반사기들(14')을 구비하는 몇 가지 변형을 제외하고 기본적으로 도 1에 도시된 그것과 동일하다. 솔라 진공 히트 파이프들(13')의 출력단들은 제5 스위치 밸브(17)와 제1 조절 밸브(18)를 통해 터보세트(1)의 고압 스팀 입구(3)에 연결된다. 솔라 진공 히트 파이프들(13')의 입력단들은 제1 스위치 밸브(16)를 통해 워터 공급 펌프(7)의 출력단에 연결된다. 2개의 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템들의 작동 공정들은 기본적으로 동일하기 때문에, 본 실시예에서는 반복해서 설명하지 않는다.

Example 4

도 4에 도시된 바와 같이, 태양과 외부 증기의 혼성 발전 시스템의 구조는 태양 스팀 발전기가 다수의 솔라 진공 히트 파이프들(13') 및 거기에 매칭되는 다수의 트로프 타입 포물선 반사기들(14')을 구비하는 몇 가지 변형을 제외하고 도 2에 도시된 그것과 기본적으로 동일하다. 솔라 진공 히트 파이프들의 출력단들은 제5 스위치 밸브(17)를 통해 축열식 열교환기(13)의 열 매체 입구에 연결된다. 축열식 열교환기(12)의 열 매체 출구는 히트 펌프(10)를 통해 솔라 진공 히트 파이프들(13')의 입력단들에 연결된다. 축열식 열교환기(12)의 스팀 출구는 제1 조절 밸브(18)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결된다. 축열식 열교환기(12)의 순환수 입구는 제1 스위치 밸브(16)를 통해 워터 공급 펌프(7)의 출력단에 연결된다. 2개의 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템들의 작업 공정들은 기본적으로 동일하기 때문에, 본 실시예에서는 반복적으로 설명하지 않는다.

1...발전기 2...터보세트
3...고압 스팀 입구 4...저압 스팀 출구
5...콘덴서 6...탈기기
7...워터 공급 펌프 8...워터 공급 펌프
9...연수 저장 탱크 10...히트 펌프
11...물-복귀 바이패스 12...축열식 열교환기
13...오버헤드 솔라 보일러 14...헬리오스탯
15...외부 스팀 조절기 16...제1 스위치 밸브
17...제5 스위치 밸브 18...제1 조절 밸브
19...제2 스위치 밸브 20...제2 조절 밸브
21...제3 스위치 밸브 22...제3 조절 밸브
23...제4 스위치 밸브

Claims

태양 스팀 발전기, 외부 스팀 조절기(15), 터보세트(2), 및 터보세트(2)에 연결된 발전기(1)를 구비하는 태양과 외부 스팀의 혼성 발전 시스템에 있어서,
태양 스팀 발전기의 스팀 출구단은 제1 조절 밸브(18)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결되고;
외부 스팀 조절기(15)의 스팀 출구단은 제2 조절 밸브(20)와 제2 스위치 밸브(19)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결되고;
터보세트(2)의 저압 스팀 출구(4)는 컨덴서(5)의 입력단에 연결되고, 컨덴서(5)의 출력단은 탈기기(6)의 입력단에 연결되고;
탈기기(6)의 출력단은 워터 공급 펌프(7)의 입력단에 연결되고;
워터 공급 펌프(7)의 출력단은 제1 스위치 밸브(16)를 통해 태양 스팀 발전기의 순환수 입력단에 연결되고;
워터 공급 펌프(7)의 출력단은 제4 스위치 밸브(23)를 통해 외부 스팀의 물-복귀 바이패스(11)에 연결되고,
연수 저장 탱크(9)를 더 구비하고,
연수 저장 탱크(9)의 워터 출구는 워터 공급 펌프(8)를 통해 탈기기(6)의 워터 입구에 연결되고, 연수 저장 탱크(9)의 워터 출구와 탈기기(6)의 워터 입구를 연결하는 제1 파이프에 마련된 제3 조절 밸브(22)와 제3 스위치 밸브(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3) 부근의 제2 파이프에 마련된 압력계(P)와 온도계(T)를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
태양 스팀 발전기는 오버헤드 솔라 보일러(13)와 거기에 매칭되는 대수의 헬리오스탯들(14)을 구비하고;
오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프의 출력단은 제1 조절 밸브(18)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결되고;
오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프의 입력단은 제1 스위치 밸브(16)를 통해 워터 공급 펌프(7)의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
태양 스팀 발전기는 오버헤드 솔라 보일러(13)와 거기에 매칭되는 다수의 헬리오스탯들(14)을 구비하고;
오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프 출력단은 제5 스위치 밸브(17)를 통해 축열식 열교환기(12)의 열 매체 입구에 연결되고, 축열식 열교환기(12)의 열 매체 출구는 히트 펌프(10)를 통해 오버헤드 솔라 보일러(13)의 히트 파이프의 입력단에 연결되고;
축열식 열교환기(12)의 스팀 출구는 제1 조절 밸브(18)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결되고;
축열식 열교환기(12)의 순환수 입구는 제1 스위치 밸브(16)를 통해 워터 공급 펌프(7)의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
태양 스팀 발전기는 다수의 솔라 진공 히트 파이프들(13')과 거기에 매칭되는 다수의 트로프 타입 포물선 반사기들을 구비하고;
솔라 진공 히트 파이프들(13')의 출력단들은 제1 조절 밸브(18)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결되고;
솔라 진공 히트 파이프들(13')의 입력단들은 제1 스위치 밸브(16)를 통해 워터 공급 펌프(7)의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
태양 스팀 발전기는 다수의 솔라 진공 히트 파이프들(13')과 거기에 매칭되는 다수의 트로프 타입 포물선 반사기들을 구비하고;
솔라 진공 히트 파이프들(13')의 출력단들은 제5 스위치 밸브(17)를 통해 축열식 열교환기(12)의 열 매체 입구에 연결되고;
축열식 열교환기(12)의 스팀 입구는 제1 조절 밸브(18)를 통해 터보세트(2)의 고압 스팀 입구(3)에 연결되고;
축열식 열교환기(12)의 순환수 입구는 제1 스위치 밸브(16)를 통해 워터 공급 펌프(7)의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.