KR101963534B1

KR101963534B1 - O.r.c용 동력발생장치

Info

Publication number: KR101963534B1
Application number: KR1020180079320A
Authority: KR
Inventors: 진정홍
Original assignee: 진정홍
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2019-07-31
Also published as: US20210025293A1; US11391183B2; CN112384680A; WO2020009314A1

Abstract

본 발명은, 단일의 하우징 내부에 ORC용 동력발생수단들을 각종 설비들을 복합, 조립하여 동력발생효율은 증대시키면서도 제작과 설치는 단순화하여 시스템의 생산단가 및 설치단가를 절감할 수 있게 하며, 더욱 동력발생효율이 높은 터빈을 제시하여 경제성이 한 단계 업그레이드된 ORC용 동력발생장치를 제공할 수 있게 한다

Description

ORC용 동력발생장치{ Power generation system for ORC }

본 발명은 신재생에너지를 이용하는 유기랭킨사이클 발전시스템에 적용할 수 있는 동력발생장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 대략 최고온도 100도c∼150도c 이하의 비교적 저온의 온도 영역에서 작동유체를 기화시키고 가열시켜 발생되는 압력으로 회전동력을 발생시키고, 다시 최저온도 영하40도c의 온도 영역에서 작동유체를 액화시켜 순환하는 유기랭킨사이클에서, 동력발생효율은 향상시키고 콤팩트한 설비를 제공하여 제작 및 설치비용을 절감하여 실용화를 앞당길 수 있게 하는 ORC용 동력발생장치에 관한 기술이다.

본 발명에 앞서, 본건 출원자가 기 출원한 "재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템"(출원번호 10-2017-0017057)에서 제안된 바,

저온의 열원에서 기화되고 고압화된 작동유체가 사용되는 유기랭킨사이클 발전장치에서 상기 작동유체가 엔진내부로 유입되어 동력을 발생시키는 도중에 엔진 외부케이싱에 구비되는 재가열수단을 통해서 추가로 열에너지를 공급받아 상기 엔진의 동력발생효율을 증대시키는걸 제안하였다.

하지만 상기 엔진에 재가열수단을 추가하여 동력발생을 증대시키는 것만으로는 그 효과가 충분하지 못하고 경제성이 있는 설비를 제공하는 데 만족스럽지 못했다.

신재생에너지의 특성 상 공급되는 열에너지의 밀도가 낮고 넓은 장소에 산재되어 있기에 본 ORC용 동력발생장치도 넓은 지역에 산재된 열원에서 수집한 열에너지를 동력에너지로 변환시키는 데는 경제성을 담보할 수 있는 설비를 제공하는 것이 우선과제이다.

대한민국 공개특허 번호 10-2005-0093002호 "축류형 다단터빈"

대한민국 공개특허 번호 10-2015-0139309호 "통공형 원심식 다단터빈"

대한민국 공개특허 번호 10-2016-0022461호 "통공형 원심식 다단터빈" 등 다수의 동력발생수단이 발명 및 제안되었고, 일부 제품이 생산, 보급되었으나 동력발생효율이 낮아, 발전단가가 높아서 아직도 실용화가 되지 못하고 있다.

상기에 언급한 바와 같이 당 업계에서는 동력발생효율이 높고 발전설비의 가격이 낮아 경제성이 확보되어 발전단가를 낮출 수 있는 ORC 발전시스템설비를 보급해야 하는 것은 당면하고도 시급히 해결해야 할 필수적인 과제이다.

이에 본 발명은, ORC 발전시스템의 각종 설비들을 복합시켜 동력발생효율은 증대시키면서도 제작과 설치는 단순화시켜 시스템의 생산단가 및 설치단가를 낮추는 연구를 실행하였고, 보다 높은 동력발생효율을 기대할 수 있는 터빈을 제시한다.

본 발명에서는 기존에 개발이 완료되어 사용 중인 밀폐형 ORC용 터빈과 추후 개발될 ORC용 터빈을 포함하고, 본 발병에서 제안하는 ORC용 원반형 터빈을 더욱 포함하여 상기 과제에 대한 해결수단을 강구하기로 한다.

첫 번째로, 상기의 제반 ORC용 터빈을 다중으로 설치하고 터빈축을 직렬로 연결하며 각 터빈의 전면에 과열기 및 재열기의 용도로 사용되는 열공급기를 상기 단일의 하우징내부에서 복합, 설치하여 동력발생효율은 상승시키고 구조는 단순화한다.

두 번째로, 상기에 제공되는 ORC용 터빈들을 대신하여, 본 발명에서 제시하는 터빈으로 대체하여 한 단계 업그레이드된 효율을 기대할 수 있는 ORC용 원반형 터빈을 제시한다.

세 번째로, 상기의 제반 ORC용 터빈 중에서 작동유체유입공이 터빈의 일 측면에 조성되고 작동유체배출공은 상기 터빈의 타 측면에 조성되는 터빈이 동일한 하우징 내부에서 병렬로 다중 설치되고 각 터빈들의 작동유체유입공 전면에 과열기 및 재열기의 용도로 사용되는 열공급기를 각각 복합적으로 설치하여 동력발생효율은 상승시키고 구조는 단순화한다.

네 번째로, 상기 단일화된 하우징내부에서 상기의 각 사례에서 제공되는 열공급기와 복합되어 설치되는 터빈들과 제공되는 유체액화기를 더욱 복합하여 설치하여 동력발생을 마친 상기 작동유체를 동일한 하우징내부에서 액화시킴으로서 작동유체가 좁은 배관을 통과하면서 발생하는 병목현상에 따른 압력손실을 방지하여 동력발생효율은 재고시키면서 보다 콤팩트한 설비를 제공한다.

다섯 번째로, 제한된 설치면적에 따라, 상기 동일한 하우징내부에서 다중으로 설치되는 상기 터빈들과 상기 유체액화기만의 조합으로도 설치하여 비교적 고온의 열원이 생성되면서 설치면적이 제한적인 장소에 부합되는 콤팩트한 설비를 제공한다.

본 발명은 작동유체가 유체유입구가 있는 하우징 내부에 설치되는 터빈과 상기 터빈의 작동유체유입공 전면에 설치되는 열공급기에 외부에서 예열된 작동유체(이하 "유체"라 칭함)를 접촉시키고 과열시켜 터빈의 유입공을 통해 터빈에 투입함으로서 동력발생효율을 높일 수 있고, 상기 열공급기와 터빈을 동일의 하우징 내부에 중복 설치하여 상기 열공급기와 터빈을 경과한 유체가 후순위 열공급기와 후순위 터빈을 통과하면서 추가하여 반복적으로 동력을 생산하게 할 수 있게 하며, 또한 작업을 마친 상기 유체를 상기 하우징 내부의 뒷면에 설치되는 유체액화기에서 액화시킴으로서 구조를 단순화하고 조립을 손쉽게 할 수 있게 제작하여 본건 ORC 동력발생장치에 대한 전문지식이 다소 부족한 설치기능인들도 별 무리 없이 설치시공을 할 수 있게 하여, 생산비의 절감과 설치 공간 및 설치비용의 절감효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 터빈축 직렬연결형 ORC용 터빈과 열공급기가 복합된 ORC용 동력발생장치의 구성도.
도2는 본 발명에서 새롭게 제시되는 ORC용 원반터빈과 열공급기가 복합된 ORC용 동력발생장치의 구성도(하측 도면)와,
상기 원반터빈의 각 원반에서 동심원의 원주 상에 각각 조성되는 통공을 도시한 전개도(상측 도면)
도3은 본 발명에 따른 터빈축 병렬연결형 ORC용 터빈과 열공급기가 복합된 ORC용 동력발생장치의 구성도.
도4는 본 발명에 따른 터빈축 직렬연결형 ORC용 터빈과 열공급기와 유체액화기가 일체화되어 제공되는 ORC용 동력발생장치의 구성도.
도5는 본 발명에 따른 터빈축 병렬연결형 ORC용 터빈과 유체액화기가 일체화되어 제공되는 ORC용 동력발생장치의 구성도.
도6은 본 발명에서 제시되는 열공급기를 도시한 전면도.
도7은 본 발명에서 새롭게 제시되는 ORC용 원반터빈과 열공급기와 유체액화기가 일체화되어 제공되는 ORC용 동력발생장치의 구성도와 작동유체의 폐순환회로와 냉동장치의 냉매의 폐순환회로를 도시한 상세도.

본 발명을 실시하기 위해 주어지는 열원의 온도, 설치장소 등 제반 조건에 따라 본 발명에서 제시되는 각각의 [실시예]에 따라 제공되는 ORC용 동력발생장치 종류의 선택이 달라질 수 있다.

상기의 ORC용 동력발생장치는, 현재 개발되어 사용되는 밀폐형 유체터빈과 추후 개발될 밀폐형 유체터빈들과 본 발명에서 새롭게 제시되는 유체터빈을 포함하는 동력발생장치에 있어서 그 효율을 더욱 개선시키기 위한 방안으로 제공되는 것으로, 제공되는 하우징의 내부에 구비되는 1개 이상의 터빈들의 전면에 각각 열공급기를 설치하여 상기 하우징 내부에서 유체의 압력을 증가시켜 동력발생을 재고시키는 것을 특징으로 하는 것이며, 또한 동력발생의 임무를 마친 유체를 액화시킬 유체액화기를 단일의 하우징 내부에서 복합하여 설치하는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치를 사례별로 제시한다.

일반적인 용어로 "터빈"이라 하면, 터빈케이싱과 터빈축과 동력발생수단(이하 "동력수단"이라 칭함)의 조합체라고 공지되고 있으나, 본건 발명에서 언급하는 상기 하우징은 열공급기의 케이싱도 겸하면서 더욱 상기에 언급한 유체액화기의 케이싱 역할도 수행하지만, 터빈의 케이싱 역할도 병용하게 된다.

따라서, 상기에 언급한 하우징은 다목적으로 사용되기에 설명의 명료화를 위하여 상기 하우징은 상기 터빈의 구성요소에서 제외된 독립적 요소로서 설명하며 본건 발명에서 "터빈"이라함은 상기 동력수단과 터빈축의 조합으로만 한정하되, 기존에 개발되어 제공되는 터빈들은 터빈케이싱이 단순히 동력수단과 터빈축을 지지하는 지지대와 외피로서의 역할을 수행하는 것만 아니라 유체가 유동하는 유체통로와 유체분사구와 유체배출구의 역할도 함께 수행하는 경우가 많기에, 이런 경우, 상기 터빈케이싱은 동력수단에 예속된 하나의 부속품으로 간주해야 할 것이며, 이에 따라 본 설명을 진행키로 한다.
그리고, 상기 "유체"는 상기 터빈을 작동시키는 유체로서의 의미로 "작동유체"로도 기재되는데, 이는 본 명세서 상에서 동일한 것임을 밝혀둔다.

또한 구체적인 설명에 앞서 당 업계의 종사자라면 누구라도 공지할 수 있는, 모든 부속품들에서 필수적으로 포함되어야 작동이 가능한 당연 부품들은 다음의 각 [실시에]에서의 설명은 그 부품에 대한 언급은 대체적으로 생략한다.

더욱 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 [실시 예]들을 첨부된 도면과 함께 더욱 상세히 설명한다.

[제1 실시예]

본 [제1 실시예]에서는 도1에 도시한 바와 같이, 현재까지 개발되어 사용되는 ORC용 밀폐형 유체터빈과 추후 개발될 ORC용 밀폐형 유체터빈들 중에서 유체의 진행방향이 제공되는 터빈축의 진행방향과 일치하여 터빈축이 돌출되는 터빈의 앞부분에 작동유체유입공이 구비되며 터빈의 뒷부분으로 작동을 마친 유체가 배출되는 방식의 터빈에서 제시되는 도6에 도시한 바와 같이, 상기 터빈의 전면에 과열기로 사용되는 열공급기가 설치되는 ORC용 동력발생장치에 관한 설명이다.

유체가 유입될 유체유입구(4)가 조성된 전면덮개와 작동을 마친 유체가 유출될 유체유출구(5)가 조성된 후면덮개가 포함되고, 단열되고 밀폐된 구조로 형성되는 하우징(1)이; 제공된다.

상기 하우징(1)은 내부가 원통형으로 조성되고 상기 원통형 하우징(1)이 내장될 외부케이스는 직육면체로 조성하여 제공하는 것이 바람직하나, 외부케이스 없이 원통형 하우징(1)만을 제공하는 것도 무방하다.

상기 하우징(1)은 2부분 이상, 다수로 분리되며 분리된 각각의 절단면에는 연결플렌지(도면 미표시)가 제공되어 볼트 등으로 결합을 용이하게 할 수 있게 하는 것이 바람직하며 이후, 언급은 하지 않을 것이나 본건 발명에서는 제시되는 각 사례 별 모든 하우징(1)은 분리되어 제공되며 상기의 연결플렌지가 각각 제공된다.

상기 하우징(1) 내부에서 터빈축(3)의 앞부분이 연장되어 상기 하우징(1)의 전면덮개의 중앙에 조성되는 천공과 상기 천공에 삽입되어 제공되는 베아링(3a)을 관통하여 외부로 돌출되고 상기 터빈축(3)의 뒷부분이 연장되어 상기 하우징(1)의 후면덮개 중앙에 구비되는 베아링(3b)을 연결하는 터빈축(3)을 설치하며 유체가 상기 터빈축(3)의 앞 방향에서 뒷 방향으로 진행하면서 동력을 발생시키며, 작동유체로서 유기화합물을 사용하는 터빈(2)이; 복수개 제공되고 상기 터빈축(3)들이 직렬로 연결되어 설치된다.

상기 직렬로 연결되는 각각의 터빈축(3) 연결부분에는 유니버샬조인트, 카프링 등 동력연결 수단을 제공한다.

본건 발명에서는 이후 설명될 모든 [실시예]에서, 직렬로 연결되는 터빈(2)들의 터빈축(3) 연결부분에는 상기의 동력연결수단이 체결되어 제공될 것이나 이에 대한 언급도 생략한다.

상기 유체유입구(4)에는 유체를 하우징(1) 내부로 밀어 넣어줄 고압펌프(도면미도시)를 설치함이 바람직하다.

상기 터빈축(3)의 일 측 끝부분이 상기 전면덮개의 천공을 관통하여 외부로 돌출된 부분에 부하가 걸려 발생되는 동력을 직접 이용하거나 발전에 사용된다.

상기 하우징(1)의 내부에서 상기 터빈(2)의 전방에는 그 중앙부분에 상기 터빈축(3)이 관통되고 유체의 과열기로 사용되는 열공급기(6)가; 설치된다.

이렇게 상기 하우징(1)내부에서 상기와 같이 과열기의 용도로 사용되는 열공급기(6)가 터빈(2)의 전방에 설치되어 상기 하우징(1)내부로 예열된 상태로 유입된 유체가 하우징(1)내부에서 상기 열공급기(6)와 접촉하면서 과열되어 고온 고압의 유체가 되어 상기 터빈(2)내부로 투입되어 보다 높은 효율의 동력을 발생시킬 수 있으며, 상기 터빈(2)을 통과한 상기 유체는 보유한 잔여열에너지와 후순위 열공급기(66)에서 추가로 열에너지를 공급받아 소폭 온도와 압력이 상승되어 후순위 터빈(22)으로 유입되어 동력발생을 추가시킨다.
이때, 상기 하우징(1) 내부로 유입된 상기 유체는 상기 하우징(1)의 내부를 따라 이동하면서 상기 열공급기(6)와 상기 터빈(2)을 거치게 되는데, 여기서 상기 유체는 상기 하우징(1) 내부에 별도의 유체용 배관을 구비하여 그 배관 내부를 따라 이송되면서 상기 유체용 배관을 매개로 하여 상기 열공급기(6)와 열교환이 이루어지는 것이 아니라, 상기 유체가 상기 하우징(1)을 따라 이송되면서 상기 열공급기(6)와 직접 접촉하여 열교환이 이루어지므로 상기 열공급기(6)의 모든 면이 상기 유체와 직접 접촉하게 되어 열교환이 신속하게 이루어지며, 배관을 따라 통과하면서 발생될 수 있는 압력 손실이 발생하지 않는다.

상기의 과열기와 재열기의 용도로 사용되는 열공급기(6, 66)들은 워터자켓의 형태로 조성하여 내부에 열매체를 유통시켜 사용할 수도 있겠으나 제시되는 도6에 도시한 바와 같이, 상기 하우징(1) 내부 벽면에 체결될 수 있는 밴드를 제공하고 상기 밴드내부에 열매체가 유통될 배관을 환형코일형태로 설치하고 상기 밴드중앙에 상기 터빈축(3)이 삽입되게 조성함이 바람직 할 것이다.

또한, 상기 과열기의 용도로 제공되는 열공급기(6)에 공급되는 열에너지는 이용 가능한 열원의 온도 중 가장 높은 온도의 열원에서 열에너지를 선택해 공급하고 상기 재열기로 사용되는 후순위 열공급기(66)에는 상기 열공급기(6)를 통과하여 다소 온도가 낮아진 열매체나 혹은 한 단계 낮은 열원에서 열에너지를 취득한 열매체를 이용하여 열에너지를 공급함이 바람직하다.

또한, 상기에 제공되는 터빈(2)에 결합되는 외부케이싱이 유체가 통과하는 유체통로로 이용되든지, 상기 터빈(2)의 작동유체유입공과 작동유체유출공의 역할을 수행하든지 하면 상기 외부케이싱은 상기 터빈(2)의 동력수단들 중 하나의 부속품역할을 수행하기에 상기 외부케이싱이 결합된 체로 상기 하우징(1)내부에 설치해야 할 것이나, 단지 상기 터빈(2)구성체의 외벽역할이나 터빈축(3)의 지지대 역할만을 수행한다면, 제공되는 하우징(1)이 상기 역할들을 대행하기에 상기 케이싱은 제거하고 상기 터빈(2)의 내부구성체인 동력수단을 직접 상기 하우징(1)내부에 결합시키는 것이 바람직 할 것이다.

도1 에 도시한 바와 같이, 이렇게 구성되는 ORC용 동력발생장치는 작동유체가 신재생에너지가 발생하는 열원에서 1차로 예열되어 제공되는 고압펌프(도면미표시)에 의해 하우징(1)내부로 유입되고 과열기의 용도로 제공되는 상기 열공급기(6)를 통과하면서 고온 고압화되어 터빈(2)내부로 분사되어 동력을 발생하고 상기 터빈(2)외부로 유출되어 다시 재열기로 사용되는 상기 후순위 열공급기(66)를 경과하여 재가열되어 후순위 터빈(22)내부로 분사되어 잉여열에너지를 회전동력으로 변환시킨 후 상기 하우징(1)외부로 유출되고 액화기에서 응축되어 액화하여 다시 열원으로 순환한다.

더욱, 제작의 편의와 제작단가의 절감을 위하여 상기에 제공되는 모든 터빈(2)의 구성체에서 볼트, 낫트 등 체결부속과 베아링 등 윤활부속을 제외한 구성품의 전부 혹은 일부를 고강도 플라스틱으로 대체하여 제작하는 것이 더욱 바람직 할 것이며 본건 발명에서 제시되는 모든 사례 별 각각의 터빈(2)에 모두 이를 적용한다.

상기와 같이, 본 [제1 실시예]에서는 열공급기(6)와 터빈(2)이 복합적으로 설치되는 장치를 제공하고 더욱 이를 중복 설치함으로서, 낮은 온도의 신재생열에너지를 동력에너지로 변환시키는 데 있어서 보다 높은 효율을 낼 수 있는 ORC용 동력발생장치를 제공할 수 있다.

[제2 실시예]

본 [제2 실시예]에서는 상기 [제1 실시예]에서 설명한, 기존에 발명되어 사용되는 터빈(2)들을 대신하여 본 발명에서 새롭게 제시되는 터빈을 제공하고 더욱 열공급기(6)가 복합되어 설치되는 사례에 관한 것으로서 도2를 참조하여 설명키로 한다.

본 [실시예]에서 제시하는 터빈을 보다 명확하게 설명하기 위해서 기존에 사용되던 상기 터빈(2)들과 구별되게 상기 터빈의 부속품명칭을 터빈축(3)과 동력수단(100)으로 분류하고 이것들의 결합을 "터빈"이라 칭한다.

상기의 본 [제2 실시예]에서 제시되는 동력수단(100)외에 제공되는 다른 구성요소인 하우징(1)과 터빈축(3)과 열공급기(6)는 모두 그 구성과 역할이 상기 [제1 실시예]에서 언급된 바와 동일하다.

상기 하우징(1)의 내부에 조성되는 1개 단위의 구성체로서 제공되는 본 발명에서의 동력수단(100)은; 그 구성요소로서 상기 유체유입구(4)가 조성된 상기 하우징(1) 내부 전면쪽에서 유체유출구가 조성된 상기 하우징(1)의 후면쪽으로 순차적으로 설치되는 유입판(110), 회전자(120), 고정자(130), 회전자(120) 및 유출판(150)의 조합과 윤활유공급기(160)가 포함되어 구성된다.

더욱 상기 동력수단(100)의 하부면에는 제공되는 상기 윤활유공급기(160)는 급유펌프(도면미표시)가 함께 제공되어 상기 회전자(120)가 상기 유입판(110)과 고정자(130), 유출판(150)사이에서 원활하게 슬라이딩하며 회전을 하게 한다.

상기 유입판(110), 회전자(120), 고정자(130), 유출판(150)에는 모두 유체통로로 이용될 통공이 조성된다.

상기 하우징(1)내부에는 상기 동력수단(100)이 복수개 설치된다.

제시된 도2에 도시한 바와 같이, 원반 형태로 제공되는 상기 회전자(120)는 각각 동심원을 갖는 원주상의 전면 각 지점에서 후면으로 반월형으로, 동일한 규격의 회전자통공(120a)이 각각 형성되고 상기 터빈축(3)에 결합되어 유체가 상기 회전자통공(120a)을 통과하면서 유체가 보유한 온도와 압력에너지를 회전동력으로 변환시킨다.

원반 형태로 제공되는 상기 유입판(110)은, 각각 동심원을 갖는 원주상의 전면 각 지점에서 후면으로 경사진 각도로 조성되며 상기 회전자(120)에 반월형으로 형성된 회전자통공(120a)으로 유체가 유입될 유체입구와 동일한 경사각도로 다수의 유체유입통공(110a)이 형성되며 상기 유입판(110)의 중심에 상기 터빈축(3)이 삽입되고 상기 하우징(1)의 내벽과 결합되어 고정된다.

상기 고정자(130)도 원반 형태로 제공되며, 각각 동심원을 갖는 원주상의 상기 고정자(130)의 전면 각 지점에서 후면으로 상기 고정자(130)의 전면에 설치될 회전자(120)와 후면에 설치될 회전자(120)에 형성된 반월형의 회전자통공(120a)들과는 대응하는 형태인, 역반월형의 고정자통공(130a)이 형성되되, 그 규격과 개수는 상기 회전자통공(120a)들과 동일하게 조성되며 상기 고정자(130)의 중심이 상기 터빈축(3)에 삽입되고 상기 하우징(1) 내벽에 결합되어 고정된다.

상기 유출판(150)은 각각 동심원을 갖는 원주상의 원반전면의 각 지점에서 후면으로 상기 회전자(120)에 반월형으로 형성된 회전자통공(120a)과 숫자와 크기는 동일하되, 유체유출방향이 상기 회전자통공(120a)의 유체유출방향과 대응되는 역방향의 유체유출통공(150a)이 형성되어 상기 유출판(150)의 중심에 상기 터빈축(3)이 삽입되고 상기 하우징(1)에 결합되어 고정된다.

상기 회전자(120)들의 양면은 상기 유입판(110)의 한 면과 상기 고정자(130)의 한 면 사이와 상기 유출판(150)의 한 면과 상기 고정자(130)의 한 면 사이에서 밀착되어 슬라이딩하며 회전할 수 있게 설치된다.

상기 동력수단(100)의 유입판(110)에 형성된 상기 유체유입통공(110a)은 상기의 하우징(1) 내부로 들어오는 유체의 총량에 맞춰서 동력수단(100)의 전면에서 유체의 압력이 일정수준 유지되도록 과부족이 없을 적정량의 유체가 상기의 회전자(120)의 유체통로인 회전자통공(120a)으로 진입하도록 규격과 위치는 상기의 회전자(120)에 형성된 반월형의 회전자통공(120a)과 일치하되 그 숫자는 상기의 회전자(120)에 형성되는 회전자통공(120a)의 숫자보다 적은 제한된 수량의 유체유입통공(110a)이 조성되어 제공된다.

상기 유체유입통공(110a)은 상기 회전자(120)에 형성되는 회전자통공(120a)인 유체통로의 입구와 일치하는 경사진 각도로 조성되어 상기 유입판(110)의 전면에 분산 배치된다.

상기 동력수단(100)을 구성하는 유입판(110), 회전자(120), 고정자(130), 유출판(150)에 형성되는 유체통로인 각 통공들은, 유체가 유입판(110)에서 유출판(150)쪽 방향으로 점차 유동하면서 증가하는 부피에 상응하여 상기 통공들의 크기를 점차 확장함이 바람직할 것이나, 설비의 제작 상, 제작금형의 절약과 제작과정의 단순화를 위해 동일한 규격의 통공으로 통일시켜 조성하는 것이 더욱 바람직할 것이다.

더욱, 상기 동력수단(100)의 각 구성체에 형성되는 통공의 크기보다 후순위 동력수단(200)의 각 구성체에 형성되는 통공의 크기를 점차 확대할 필요가 있을 것이나 제작 경비의 절약 등의 필요에 따라, 상기의 동력수단(100)과 동일한 형태와 규격으로 조성되는 후순위 동력수단(200)을 일정한 간격을 두고 이격시켜 복수로 설치하되, 상기 후순위 동력수단(200)의 유입판(번호미기재)에 형성되는 유체유입통공(번호미기재)의 개수는 상기 선순위 동력수단(100)의 유입판(110)에 형성된 유체유입통공(110a)의 숫자보다 많은 수량의 유체유입통공(번호미기재)을 조성하여 제공함이 바람직할 것이다.

이렇게 조성되는 [제2 실시예]에 따른 ORC용 동력발생장치는, 열원에서 예열과정을 거쳐 비교적 중온, 중저압의 기체가 된 유체가 제공되는 고압펌프(도면미표시)에 의해 유체유입구(4)를 통하여 상기의 하우징(1) 내부로 들어오고 상기 동력수단(100)의 전방에 구비되는 열공급기(6)를 경과하여 과열되어 상기 유입판(110)의 유체유입통공(110a)에서 분사되어 상기 회전자(120)의 유체통로인 회전자통공(120a)으로 진입할 수 있도록 조성된다.

상기의 유체유입통공(110a)에서 분사된 유체는 상기 회전자(120)의 회전자통공(120a)으로 진입하면서 그 추동력으로 상기 회전자(120)에 회전력을 발생시키고 반대방향인 고정자(130)의 고정자통공(130a)으로 유출되면서 그 반동력을 추가하여 상기 회전자(120)의 회전동력을 발생한다.

상기 고정자(130)의 고정자통공(130a)으로 유입된 유체는 유동방향을 바꿔 반대방향인, 고정자(130)의 후면에 설치되는 회전자(120)의 회전자통공(120a)의 유체입구로 진입하면서 상기 후면에 설치되는 회전자(120)를 회전시키면서 추가로 동력을 발생시키고 상기 유출판(150)의 유체유출통공(150a)을 향해 유출되면서 반동력으로 동력발생을 더욱 추가하고 동력수단(100)의 구성체의 모든 통공들을 통과하면서 유체가 가진 압력에너지를 회전동력으로 변환시킨다.

상기 동력수단(100)의 통공들을 통과하면서 일정부분 온도와 압력이 저하되고 부피가 증가한 유체는 상기 [제1 실시예]에서와 동일하게 상기 후순위 열공급기(66)을 경과한 후, 재가열되고 압력도 일부 상승되어 상기 후순위 동력수단(200)을 경과하면서 유체가 보유한 팽창력의 대부분을 소진하고 부피가 늘어나고 온도가 낮아져서 유체유출구(5)를 통해 외부로 유출되어 별도로 구비되는 액화기로 진입하여 열교환하고 액화된다.

본[제2 실시예]에서도 제공되는 상기 열공급기(6, 66)들은 [제1 실시예]에서와 동일하게 밴드를 제공하고 밴드내부에 환형코일형태의 배관으로 조성함이 바람직 할 것이다.
그리고, 본 실시예에 있어서도, 상기 제1실시예에 언급된 바와 마찬가지로, 상기 하우징(1) 내부로 유입된 상기 유체는 상기 하우징(1)의 내부를 따라 이동하면서 상기 열공급기(6)와 상기 터빈(2)을 거치게 되는데, 여기서 상기 유체는 상기 하우징(1) 내부에 별도의 유체용 배관을 구비하여 그 배관 내부를 따라 이송되면서 상기 유체용 배관을 매개로 하여 상기 열공급기(6)와 열교환이 이루어지는 것이 아니라, 상기 유체가 상기 하우징(1)을 따라 이송되면서 상기 열공급기(6)와 직접 접촉하여 열교환이 이루어지므로 상기 열공급기(6)의 모든 면이 상기 유체와 직접 접촉하게 되어 열교환이 신속하게 이루어지며, 배관을 따라 통과하면서 발생될 수 있는 압력 손실이 발생하지 않는다.

이렇게 본 [제2 실시예]에서 제공되는 동력수단(100)은 내부에서 터빈축(3)과 병행하여 각 동력수단의 전면에서 후면으로 유체가 진행하면서 유체가 가진 열과 압력에너지의 대부분을 불필요한 손실이 없이 동력으로 변환시켜 높은 효율의 동력을 얻을 수 있는 동력수단(100)을 제공하며 상기 [제1 실시예]에서와 동일하게 단일의 하우징(1) 내부에서 제공되는 상기 동력수단(100)의 유입판(110)의 앞에 상기 열공급기(6)를 설치하고 더욱 상기 열공급기(6)와 상기 동력수단(100)의 결합체를 중복 설치함으로서 낮은 온도의 신재생열에너지를 보다 높은 효율의 회전동력에너지로 변환시킬 수 있는 ORC용 동력발생장치를 제공할 수 있다.

[제3 실시예]

본 [제3 실시예]에서는 도3에 도시한 바와 같이, 상기 [제1 실시예]에서 언급한 터빈(2)들 중에서 상기 터빈(2)의 일 측면에 작동유체유입공이 형성되어 있고 타 측면에 작동유체유출공이 형성되어 제공되는 터빈(2)으로 조성되는 ORC용 동력발생장치에 관한 설명이다.

유체가 유입될 유체유입구(4)가, 조성된 전면덮개와 유체가 유출될 유체유출구(5)가, 조성된 후면덮개가 포함되고, 단열되고 밀폐된 구조로 형성되는 하우징(1)이; 제공된다.

상기 하우징(1)의 내부는 직육면체로 조성하여 제공하는 것이 바람직하다.

상기 하우징(1) 내부에서 터빈축(3)의 앞부분이 상기 하우징(1)의 측면에 조성되는 천공을 관통하여 외부로 돌출되고 작동유체가 상기 터빈(2)의 일 측면 방향에서 유입되어 대응되는 타 측면 방향으로 배출되면서 동력을 발생시키는 것으로서 복수개의 터빈(2,22)들이 병렬로 설치된다.

상기 하우징(1)외부로 돌출된 터빈축(3)의 앞부분을 기어 등 동력전달매체를 이용하여 발생되는 동력을 한 군데로 집합시켜 이곳에 부하를 걸어 발전 등을 수행한다.

상기 하우징(1)의 내부에서 병렬로 설치되는 각각의 상기 터빈(2, 22)들의 일 측면, 작동유체 유입공이 구비된 전방에 유체의 과열기와 재열기의 용도로 사용되는 열공급기(6, 66)들이 각각 중복 설치된다.

이렇게 상기 하우징(1)내부에서 상기와 같이 과열기의 용도로 사용되는 열공급기(6)가 터빈(2)의 작동유체유입공의 앞에 설치되어, 하우징(1)외부에서 과열된 유체가 터빈으로 이송되는 도중 발생될 수 있는 열손실이 없이, 외부에서 예열되어 유입된 유체가 상기 하우징(1)내부의 열공급기(6)를 경과하면서 과열되어 상기 터빈(2)으로 분사되어 높은 효율의 동력을 발생시킬 수 있으며 상기 터빈(2)을 통과한 상기 유체가 후순위 열공급기(66)에서 재가열되어 온도와 압력이 다소 상승되어 후순위 터빈(22)으로 분사되어 동력발생을 추가한다.

상기 과열기와 재열기의 용도로 사용되는 열공급기(6, 66)들도 상기 [제1, 제2 실시예]에서와 동일하게 상기 하우징(1) 내부 벽면에 체결될 수 있는 사각형 밴드를 제공하고 상기 밴드내부에 열매체가 유통될 열교환용 배관을 설치함이 바람직 할 것이다.
또한, 본 실시예에 있어서도, 상기 제1 및 제2실시예에 언급된 바와 마찬가지로, 상기 하우징(1) 내부로 유입된 상기 유체는 상기 하우징(1)의 내부를 따라 이동하면서 상기 열공급기(6)와 상기 터빈(2)을 거치게 되는데, 여기서 상기 유체는 상기 하우징(1) 내부에 별도의 유체용 배관을 구비하여 그 배관 내부를 따라 이송되면서 상기 유체용 배관을 매개로 하여 상기 열공급기(6)와 열교환이 이루어지는 것이 아니라, 상기 유체가 상기 하우징(1)을 따라 이송되면서 상기 열공급기(6)와 직접 접촉하여 열교환이 이루어지므로 상기 열공급기(6)의 모든 면이 상기 유체와 직접 접촉하게 되어 열교환이 신속하게 이루어지며, 배관을 따라 통과하면서 발생될 수 있는 압력 손실이 발생하지 않는다.

이렇게 조성되는 본[제3 실시예]에서의 ORC용 동력발생장치는 상기[제1, 제2 실시예]에서 제시된 ORC용 동력발생장치들과 그 효과는 대동소이할 것이나, 본 [제3 실시예]에서는 제공되는 터빈(2)의 구조에 맞춰 변경된 방식의 ORC용 동력발생장치를 제시한다.

[제4 실시예]

본 실시예에서는 상기 제1, 제2 및 제3 실시예에서 제시된 각각의 ORC용 동력발생장치에 본 실시예에서 추가적으로 제시하는 유체액화기(10)가 동일한 하우징(1)의 내부에 함께 구비되어 조립되는 경우를 제시한다. 여기서, 본 실시예에서는 터빈(2)과 열공급기(6)가 각각 1개씩 구비되는 경우도 포함되며, 따라서 이하 본 실시예의 설명은 상기 터빈(2)과 열공급기(6)가 각각 1개 이상이 구비되는 경우를 전제로 하여 설명한다. 이하 도 4를 참조하면서 설명한다.

본 발명에서의 [제4 실시예]와 다음의 [제5 실시예]에서 언급되는 유체증발기(11)와 냉매증발기(12)에는 모두 팽창밸브가 결합되어 제공되는 것으로 추후 이것에 대한 언급은 생략한다.

상기[제1, 제2, 제3 실시예]에서 제공되는 하우징(1)은 후면덮개에 조성된 유체유출구(5)는 폐쇄되고 상기 하우징(1)내부의 후면은 연장되어, 상기 연장된 하우징(1)의 내부에는 유체증발기(11)와 냉매증발기(12)를 포함하여 구성되는 유체액화기(10)가 설치된다.

상기 유체액화기(10)는 상기의 유체증발기(11)나 냉매증발기(12) 중 어느 하나를 각각 단독으로 선택하여 설치하여도 상기 유체액화기(120)의 역할을 수행할 수도 있겠으나, 상기 두 종류의 증발기를 복합적으로 조합시켜 설치함이 유체 액화의 효율적인 측면에서 더욱 바람직 할 것이다.

상기 유체액화기(10)가 설치된 전방에는 동력발생을 마친 유체를 상기 유체액화기(10)로 배송할 송풍펜(8)이 설치된다.

상기 [제1 실시예]와 상기 [제2 실시예]에서와 같이 터빈축(3)이 직렬로 연결되고 터빈(2)과 열공급기(6)의 조합으로 구성되는 사례에서, 상기 하우징(1) 내부에서 제공되는 터빈 중 마지막 순위의 터빈과 상기 송풍펜(8)사이의 공간에 프레임(7)을 설치하고 상기 프레임(7)의 중앙에 상기 하우징(1)의 후면덮개 중앙에 구비될 베아링(3b)을 대신하는 베아링(3b)을 구비하여 이곳과 상기 하우징(1)의 전면덮개 중앙에 조성되는 천공에 삽입되어 구비되는 베아링(3a)사이를 연결하며 그 끝 부분이 외부로 돌출되는 상기의 터빈축(3)을 설치한다.

상기 [제3 실시예]에서와 같이, 제공되는 터빈(2, 22)들이 병렬로 연결되는 경우, 당연히 상기 프레임(7)과 베아링(3a, 3b)는 제공되지 않는다.

상기 유체액화기(10)하부면, 상기 하우징(1)의 바닥의 상부 일 측에 액화된 유체가 집합되고 이송펌프(도면미표시)가 포함되어 설치되는 유체탱크(9)가 제공된다.

이렇게 설치되어 제공되는 [제4 실시예]에서의 ORC용 동력발생장치는 제시되는 도4와, 도7을 참조하여 설명하면, 먼저 하우징(1) 외부 일 측에 별도로 구비되는 폐순환회로상의 냉동장치의 압축기(번호미기재)를 별도로 제공되는 동력으로 가동하면 상기 냉동장치내부를 순환하는 냉동가스는 고온, 고압화되어 상기 하우징(1)내부의 열공급기(6)를 경유하면서 저온으로 액화되어 상기 유체액화기(10)에 포함되어 구성되는 냉매증발기(12)로 이송되어 기화된 후, 외부열원으로 이송되어 열에너지를 취득하여 상기 압축기(번호미기재)로 순환한다.

한편으로, 하우징(1)의 외부열원에서 1차로 예열되고 기화된 유체는 제공되는 고압펌프(도면미표시)로 유체유입구(4)를 통해 하우징(1)내부로 유입되고 상기 열공급기(6)와 접촉하면서 열교환하여 약 80~90℃ 전후의 고온 고압가스가 되어 상기 터빈(2)을 통과하면서 터빈축(3)을 회전시켜 동력을 발생시킨다.

상기 터빈(2)을 통과하여 발생시킨 동력만큼 온도와 압력이 하강한 유체는 다시 후순위 열공급기(66)와 접촉하면서, 상기 후순위 열공급기(66)내부를 순환하는 열매체와 열교환하여 온도와 압력이 다소 상승된 중온, 중압의 가스가 되어 상기 후순위 터빈(22)의 각 구성체를 통과하면서 터빈축(3)을 회전시켜 동력발생을 추가한다.

상기 후순위 열공급기(66)와 상기 후순위 터빈(22)을 경과하면서 압력회복과 동력발생을 반복한 유체는 저온 저압의 기체가 되고, 제공되는 송풍펜(8)으로 먼저 유체액화기(10)의 유체증발기(11)와 접촉하면서, 케스캐이드 콘덴서 역할을 하는 상기 유체증발기(11)에서 기화하며, 자가 ORC회로 내부를 선행하여 순환하는 유체에게 잔여열에너지를 전달하고 대부분의 유체는 액화되어 유체탱크(9)에 포집된다.

상기 유체증발기(11)와 접촉하면서도 액화되지 못한 과포화 상태의 일부 유체는, 압축기(번호미표시)를 이용하여 고온 고압의 가스가 되어 상기 열공급기(6)에서 액화된 냉매가 이송되어 기화하는 상기 냉매증발기(12)와 접촉하면서 모두 액화되어 상기의 유체액화기(10) 하부면에 구비되는 유체탱크(9)에 집합되어 제공되는 순환펌프(도면미표시)로 유체증발기(11)로 이송되어 제공되는 팽창밸브(도면미표시)를 통해 기화된다.

상기와 같이, 유체증발기(11)에서 기화된 유체는 배관을 경유해 외부열원으로 이송되고 제공되는 신재생에너지를 열교환하여 예열된 후, 다시 상기 하우징(1)의 유체유입구(4)로 순환하면서 동력발생을 반복한다.

상기 냉매증발기(12)에서 기화하는 냉매는 유체보다 기화온도가 낮은 유기물질을 사용함이 바람직하다.

더욱, 본 [제4 실시예]에서 제시되는 열공급기(6)와 터빈(2)과 유체액화기(10)를 모두 포함하여 내부에 설치하는 상기 하우징(1)의 전체규격이 제공되는 설치공간을 초과하면 상기 유체액화기(10)와 송풍펜(8)이 내장된 하우징(1)의 일부분을 분리하여 타 처에 이격시켜 연결배관(도면미표시)으로 연결하여 설치할 수 있을 것이며, 상기 분리된 하우징(1)을 연결하는 연결배관(도면미표시)의 최소 단면적이 상기 하우징(1)내부 공간의 최소 단면적의 10%이상인 연결배관(도면미표시)을 제공함이 바람직하다.

상기와 같이 터빈(2,22)들과 열공급기(6,66)들이 포함되는 하우징(1)과, 유체액화기(10)가 포함되는 하우징(1)이 분리되어 각각 이격된 장소에 설치되어도 상기 터빈(2, 22)들을 모두 통과한 유체가 내부 단면적이 일정수준 충분히 확보되는 상기 연결배관(도면미표시)을 통과하면서 병목현상으로 발생할 수 있는 저항력을 최소화시켜, 유체액화기(10)와 터빈(2, 22)들과 열공급기(6, 66)들이 하나의 하우징(1)내부에 복합되어 설치된 경우와 대동소이한 효과를 볼 수 있는 ORC용 동력발생장치를 제공할 수 있다.

상기 분리된 하우징(1)의 절단면과 상기 연결배관의 테두리에 각각 연결플렌지가 제공되어 분리 및 결합을 용이하게 함이 역시 바람직할 것이나, 상기 연결배관은 외기와 차단되게 밀폐되어야 할 것이나, 단열할 필요는 선택적 사안이다.

상기의 압축기(번호미표시)와 고압펌프(도면미표시)와 이송펌프(도면미표시) 등을 가동시키기 위한 기동동력은 먼저 외부의 동력으로 사용하지만 본 ORC용 동력발생장치가 가동을 시작한 이후에는 자체동력을 사용하는 것이 바람직한 방법이다.

이렇게 본 [제4 실시예]에서는 생성되는 신재생에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 유기랭킨사이클 동력발생장치에 있어서, ORC회로의 대부분의 과정을 단일의 하우징(1)내부에서 one-stop으로 수행할 수 있는 장치를 제공하여 생성되는 신재생에너지를 높은 효율의 동력에너지로 변환할 수 있고 비교적 숙련도가 낮은 설치기능인도 용이하게 설치할 수 있으며 생산코스트와 보수를 위한 경비지출도 줄일 수 있는 ORC용 동력발생장치를 제공한다.
한편, 상기 제1 내지 제4 실시예에서, 별도로 구비되는 독립된 페순환회로를 구성하여 작동되는 별개의 냉동장치의 냉매응축기를 상기 열공급기(6)로 이용하여, 상기 냉동장치의 응축열에너지를 상기 열공급기(6, 66)에 공급하여 이용할 수도 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 실시예에서, 열매체가 상기 열공급기(6, 66)와 외부의 열원을 순환하면서 열을 전달함에 있어서, 상기 외부의 열원을 신재생에너지 열원으로 하여 상기 열공급기(6, 66)에 신재생에너지를 공급할 수도 있다.

[제5 실시예]

본 실시예는 제4 실시예의 변형으로서, 신재생열에너지를 공급하는 고밀도의 열원이 상기 하우징(1)의 유체유입구(4) 전방에 위치하여 상기 하우징(1)내부에 열공급기(6)를 터빈(2)과 함께 설치할 필요가 적은 제철소, 화력발전소 등 비교적 고온의 폐열에너지가 생성되는 공장 등에 필요한 설비로서, 제시되는 도5에 도시된 바와 같이, 상기의 하우징(1) 내부에서 1개 이상 설치되는 상기 터빈(2, 22)들과 상기 유체액화기(10)와 상기 유체탱크(9)와 상기 송풍펜(8)만의 조합으로 설치되는 ORC용 동력발생장치를 제공한다.

이 장치는 고온의 폐열이 발생하여 확산되는 제철소, 화력발전소 등 공장내부에 설치되기에 설치장소와 제작경비를 절약하면서 높은 동력발생효율을 기대할 수 있다.
본 실시예에서도, 상기 제4 실시예에서와 마찬가지로, 상기 터빈(2)과 유체액화기(10)가 모두 내부에 설치되는 상기 하우징(1)의 전체 규격이 제공되는 설치공간을 초과하면, 상기 유체액화기(10)와 송풍펜(8)이 내장된 하우징(1)의 일부분을 분리하여 다른 곳에 이격시켜 연결배관(도면미표시)으로 연결하여 설치할 수 있으며, 상기 분리된 하우징(1)을 연결하는 상기 연결배관(도면미표시)의 최소 단면적이 상기 하우징(1) 내부 공간의 최소 단면적의 10%이상인 연결배관(도면미표시)으로 제공됨이 바람직하다.

1. 하우징 2. 터빈
3. 터빈축 3a. 베아링
3b. 베아링 4. 유체유입구
5. 유체유출구 6. 열공급기
7. 프레임 8. 송풍펜
9. 유체탱크 10. 유체액화기
11. 유체증발기 12. 냉매증발기
22. 후순위 터빈 66. 후순위 열공급기
100. 동력수단
110. 유입판 110a. 유체유입통공
120. 회전자 120a. 회전자통공
130. 고정자 130a. 고정자통공
150. 유출판 150a. 유체유출통공
160. 윤활유탱크 200. 후순위 동력수단

Claims

신재생열에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 장치에 있어서,
유체유입구가 조성된 전면덮개와 유체유출구가 조성된 후면덮개를 구비하고 외기와 단열되고 밀폐된 구조로 제공되는 하우징과;
터빈축의 일 측 끝 부분이 상기 하우징의 전면덮개의 중앙에 구비되는 천공과 베아링을 관통하여 외부로 돌출되고 타 측의 끝 부분이 상기 하우징의 후면덮개 중앙에 구비되는 베아링과 결합되어 설치되며, 작동유체로서 유기화합물을 사용하는 복수개의 터빈과;
상기 하우징 내부에 구비되며, 복수개의 상기 터빈 각각의 작동유체유입공의 전방에 설치되는 열공급기를;
포함하여 구성되어,
단일의 하우징 내부에서 상기 복수개의 터빈이 직렬로 연결되어 배치되며,
상기 각 열공급기가 상기 하우징 내부에 구비되어, 상기 유체유입구를 통하여 상기 하우징 내부로 유입되는 상기 작동유체가 상기 열공급기와 직접 접촉하여 열교환을 한 후 상기 터빈으로 공급되도록 하여 동력발생의 효율을 상승시키는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
제1항에 있어서,
상기 터빈을 대신하여 제공되는 것으로,
일 측의 끝 부분이 상기 하우징의 전면덮개의 중앙에 구비되는 천공과 베아링을 관통하여 외부로 돌출되고, 타 측의 끝 부분이 상기 하우징의 후면덮개 중앙에 구비되는 베아링에 결합되어 설치되는 터빈축과;
원반의 형태로 제공되며 상기 하우징의 내벽 면과 결합되어 고정되며 중심부에 상기 터빈축이 관통되어지며, 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 경사진 각도로 유체유입통공이 형성되어 제공되는 유입판과,
원반의 형태로 제공되고 상기 하우징의 내벽 면과 결합되어 고정되고 중심부에 상기 터빈축이 관통되어지며, 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 역반월형으로 고정자통공이 형성되고, 상기 고정자통공의 유체입구는 하기 회전자에 형성되는 회전자통공의 유체출구와 동일한 경사각으로 조성되며, 상기 고정자통공의 유체출구는 하기 회전자에 형성되는 회전자통공의 유체입구와 동일한 경사각으로 조성되어져 1개 이상의 개수로 제공되는 고정자와,
원반의 형태로 제공되고 상기 터빈축과 결합되어 회전하게 설치되며 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 반월형으로 회전자통공이 설치되며, 상기 회전자통공의 유체입구는, 상기 유입판의 유체유입통공, 또는 상기 고정자에 형성되는 상기 고정자통공의 유체출구와 동일한 경사각으로 조성되며, 상기 회전자통공의 유체출구는 상기 고정자통공의 유체입구와 동일한 경사각으로 조성되어져 1개 이상의 개수로 제공되는 회전자와,
원반의 형태로 제공되며 상기 하우징의 내벽 면과 결합되어 고정되며 중심부에 상기 터빈축이 관통되어지며, 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 상기 회전자에 형성된 상기 회전자통공의 유체출구와 대응되는 역방향의 경사진 각도로 유체유출통공이 형성되어 제공되는 유출판과,
상기 회전자의 원활한 슬라이딩 회전을 위하여 상기 유입판, 회전자, 고정자 및 유출판의 하부에 설치되는 윤활유탱크가, 각각 구성부품으로 제공되는 동력수단을;
포함하여 구성되며 작동유체로 유기화합물을 사용하는 터빈으로서,
단일의 하우징 내부에서 복수개 제공되는 상기 터빈들이 서로 직렬로 연결되어 설치되며,
상기 각 열공급기가 상기 하우징 내부에서 상기 각 터빈의 유입판 전방에 각각 설치되어, 상기 유체유입구를 통하여 상기 하우징 내부로 유입되는 상기 작동유체가 상기 열공급기와 직접 접촉하여 열교환을 한 후 상기 터빈으로 공급되도록 하여 동력발생의 효율을 상승시키는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
신재생에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 장치로서,
유체유입구가 조성된 전면덮개와 유체유출구가 조성된 후면덮개를 구비하고 외기와 단열되고 밀폐된 구조의 하우징과;
상기 하우징 내부에서 터빈축의 앞부분이 상기 하우징의 측면에 조성되는 천공을 관통하여 외부로 돌출되고 작동유체유입공이 일 측면에 구비되고, 작동유체로 유기화합물을 사용하며, 복수개가 병렬로 설치되는 터빈과;
상기 하우징 내부에 구비되며, 복수개의 상기 터빈 각각의 작동유체유입공의 전방에 설치되는 열공급기를;
포함하여 구성되어,
상기 각 열공급기가 상기 하우징 내부에 구비되어, 상기 유체유입구를 통하여 상기 하우징 내부로 유입되는 상기 작동유체가 상기 열공급기와 직접 접촉하여 열교환을 한 후 상기 터빈으로 공급되도록 하여 동력발생의 효율을 상승시키는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
신재생에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 장치로서,
유체유입구가 조성된 전면덮개와 후면덮개를 구비하고 외기와 단열되고 밀폐된 구조의 하우징과;
상기 하우징내부의 중간 일 측의 원주면을 대각선으로 가로질러 설치되며 중앙에 베아링이 구비되어 제공되는 프레임과;
터빈축의 일 측 끝 부분이 상기 하우징의 전면덮개의 중앙에 구비되는 천공과 베아링을 관통하여 외부로 돌출되고 타 측 끝 부분이 상기 프레임의 중앙에 구비되는 베아링과 결합되며, 작동유체로서 유기화합물을 사용하며, 1개 이상 구비되는 터빈과;
상기 각 터빈의 작동유체유입공의 전방에 설치되며 1개 이상 구비되는 열공급기와;
상기 프레임의 후방에 설치되며 상기 터빈을 통과하여 동력발생을 마친 작동유체를 액화시키기 위해 제공되는 유체액화기와;
상기 프레임과 상기 유체액화기 사이에 설치되며 지속적으로 상기 작동유체를 유체액화기에 순환 및 접촉시키기 위해 제공되는 송풍펜과;
상기 유체액화기 하부 일 측에 구비되며 이송펌프가 포함되어 제공되는 것으로서, 액화된 상기 작동유체를 포집하기 위해 제공되는 유체탱크를;
포함하여 구성되어,
단일의 상기 하우징 내부에서 상기 터빈이 복수개가 구비되는 경우에는 상기 각 터빈들이 서로 직렬로 연결되어 설치되며,
상기 각 열공급기가 상기 하우징 내부에서 상기 각 터빈의 작동유체유입공의 전방에 각각 설치되어, 상기 유체유입구를 통하여 상기 하우징 내부로 유입되는 상기 작동유체가 상기 열공급기와 직접 접촉하여 열교환을 한 후 상기 터빈으로 공급되도록 하여 동력발생의 효율을 상승시키고, 단일의 상기 하우징 내부에서 상기 작동유체를 액화시킴으로써 설비는 콤팩트하게 제공하는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
제4항에 있어서,
상기 터빈을 대신하여 제공되는 것으로서,
일 측의 끝 부분이 상기 하우징의 전면덮개의 중앙에 구비되는 천공과 베아링을 관통하여 외부로 돌출되고, 타 측의 끝 부분이 상기 하우징의 후면덮개 중앙에 구비되는 베아링에 결합되어 설치되는 터빈축과;
원반의 형태로 제공되며 상기 하우징의 내벽 면과 결합되어 고정되며 중심부에 상기 터빈축이 관통되어지며, 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 경사진 각도로 유체유입통공이 형성되어 제공되는 유입판과,
원반의 형태로 제공되고 상기 하우징의 내벽 면과 결합되어 고정되고 중심부에 상기 터빈축이 관통되어지며, 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 역반월형으로 고정자통공이 형성되고, 상기 고정자통공의 유체입구는 하기 회전자에 형성되는 회전자통공의 유체출구와 동일한 경사각으로 조성되며, 상기 고정자통공의 유체출구는 하기 회전자에 형성되는 회전자통공의 유체입구와 동일한 경사각으로 조성되어지며 1개 이상의 개수로 제공되는 고정자와,
원반의 형태로 제공되고 상기 터빈축과 결합되어 회전하게 설치되며 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 반월형으로 회전자통공이 설치되며, 상기 회전자통공의 유체입구는, 상기 유입판의 유체유입통공, 또는 상기 고정자에 형성되는 고정자통공의 유체출구와 동일한 경사각으로 조성되며, 상기 회전자통공의 유체출구는 상기 고정자통공의 유체입구와 동일한 경사각으로 조성되며 1개 이상의 개수로 제공되는 회전자와,
원반의 형태로 제공되며 상기 하우징의 내벽 면과 결합되어 고정되며 중심부에 상기 터빈축이 관통되어지며, 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 상기 회전자에 형성된 회전자통공의 유체출구와 대응되는 역방향의 경사진 각도로 유체유출통공이 형성되어 제공되는 유출판과,
상기 회전자의 원활한 슬라이딩 회전을 위하여 상기 유입판, 회전자, 고정자, 유출판의 하부에 설치되는 윤활유탱크가, 각각 구성부품으로 제공되는 동력수단을;
포함하여 구성되며 작동유체로 유기화합물을 사용하는 터빈으로서,
단일의 상기 하우징 내부에서 상기 터빈이 복수개가 구비되는 경우에는 상기 각 터빈들이 서로 직렬로 연결되어 설치되며,
상기 각 열공급기가 상기 하우징 내부에서 상기 각 터빈의 상기 유입판 전방에 각각 설치되어, 상기 유체유입구를 통하여 상기 하우징 내부로 유입되는 상기 작동유체가 상기 열공급기와 직접 접촉하여 열교환을 한 후 상기 터빈으로 공급되도록 하여 동력발생의 효율을 상승시키고, 단일의 상기 하우징 내부에서 상기 작동유체를 액화시킴으로써 설비는 콤팩트하게 제공하는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
신재생에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 장치로서,
유체유입구가 조성된 전면덮개와 후면덮개를 구비하고 외기와 단열되고 밀폐된 구조의 하우징과;
상기 하우징 내부에서 터빈축의 앞부분이 상기 하우징의 측면에 조성되는 천공을 관통하여 외부로 돌출되고 작동유체유입공이 일 측면에 구비되며, 작동유체로 유기화합물을 사용하며, 1개 이상이 구비되되 복수개로 구비되는 경우 병렬로 설치되는 터빈과;
상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 각 터빈의 작동유체유입공의 전방에 설치되는 열공급기와;
상기 터빈의 유체배출공 후방에 설치되며 상기 터빈을 통과하여 동력발생을 마친 작동유체를 액화시키기 위해 제공되는 유체액화기와;
상기 터빈과 상기 유체액화기 사이에 설치되며 지속적으로 작동유체를 유체액화기에 순환 및 접촉시키기 위해 제공되는 송풍펜과;
상기 유체액화기 하부 일 측에 구비되며 이송펌프가 포함되어 제공되는 것으로서, 액화된 상기 작동유체를 포집하기 위해 제공되는 유체탱크를;
더욱 포함하여 구성되어,
상기 각 열공급기가 상기 하우징 내부에 구비되어, 상기 유체유입구를 통하여 상기 하우징 내부로 유입되는 상기 작동유체가 상기 열공급기와 직접 접촉하여 열교환을 한 후 상기 터빈으로 공급되도록 하여 동력발생의 효율은 상승시키고, 단일의 상기 하우징 내부에서 상기 작동유체를 액화시킴으로써 설비는 콤팩트하게 제공하는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
신재생에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 장치로서,
유체유입구가 조성된 전면덮개와 후면덮개를 구비하고 외기와 단열되고 밀폐된 구조의 하우징과;
상기 하우징내부의 중간 일 측의 원주면을 대각선으로 가로질러 설치되며 중앙에 베아링이 구비되어 제공되는 프레임과;
터빈축의 일 측 끝 부분이 상기 하우징의 전면덮개의 중앙에 구비되는 천공과 베아링을 관통하여 외부로 돌출되고 타 측의 끝 부분이 상기 프레임의 중앙에 구비되는 상기 베아링과 결합되고, 작동유체로서 유기화합물을 사용하며, 1개 이상으로 제공되는 터빈과;
상기 프레임의 뒷면에 설치되며 상기 터빈을 통과하여 동력발생을 마친 상기 작동유체를 액화시키기 위해 제공되는 유체액화기와;
상기 프레임과 상기 유체액화기 사이의 공간에 설치되며 지속적으로 상기 작동유체를 유체액화기에 순환 및 접촉시기 위해 제공되는 송풍펜과;
상기 유체액화기 하부 일 측에 구비되며 이송펌프가 포함되어 제공되는 것으로서, 액화된 상기 작동유체를 포집하기 위해 제공되는 유체탱크를;
포함하여 구성되어,
상기 터빈이 복수개가 구비되는 경우에는 단일의 상기 하우징 내부에서 상기 각 터빈들이 서로 직렬로 연결되고, 단일의 상기 하우징 내부에서 상기 작동유체를 액화시킴으로써, 동력발생효율은 상승시키고 설비는 콤팩트하게 제공하는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
제7항에 있어서,
상기 터빈을 대신하여 제공되는 것으로서,
일 측의 끝 부분이 상기 하우징의 전면덮개의 중앙에 구비되는 천공과 베아링을 관통하여 외부로 돌출되고, 타 측의 끝 부분이 상기 프레임의 중앙에 구비되는 베아링과 결합되어 설치되는 터빈축과;
원반의 형태로 제공되며 상기 하우징의 내벽 면과 결합되어 고정되며 중심부에 상기 터빈축이 관통되어지며, 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 경사진 각도로 유체유입통공이 형성되어 제공되는 유입판과,
원반의 형태로 제공되고 상기 하우징의 내벽 면과 결합되어 고정되고 중심부에 상기 터빈축이 관통되어지며, 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 역반월형으로 고정자통공이 형성되고, 상기 고정자통공의 유체입구는 하기 회전자에 형성된 회전자통공의 유체출구와 동일한 경사각으로 조성되며, 상기 고정자통공의 유체출구는 하기 회전자에 형성된 회전자통공의 유체입구와 동일한 경사각으로 조성되어져 1개 이상의 개수로 제공되는 고정자와,
원반의 형태로 제공되고 상기 터빈축과 결합되어 회전하게 설치되며 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 반월형으로 회전자통공이 설치되며, 상기 회전자통공의 유체입구는, 상기 유입판의 유체유입통공, 또는 상기 고정자에 형성되는 고정자통공의 유체출구와 동일한 경사각으로 조성되며, 상기 회전자통공의 유체출구는 상기 고정자통공의 유체입구와 동일한 경사각으로 조성되어져 1개 이상의 개수로 제공되는 회전자와,
원반의 형태로 제공되며 상기 하우징의 내벽 면과 결합되어 고정되며 중심부에 상기 터빈축이 관통되어지며, 상기 원반의 동심원 상의 원주면 전면에서 후면으로 상기 회전자에 형성된 회전자통공의 유체출구와 대응되는 역방향의 경사진 각도로 유체유출통공이 형성되어 제공되는 유출판과,
상기 회전자의 원활한 슬라이딩 회전을 위하여 상기 유입판, 회전자, 고정자 및 유출판의 하부에 설치되는 윤활유탱크가, 각각 구성부품으로 제공되는 동력수단을;
포함하여 구성되며, 작동유체로 유기화합물을 사용하는 터빈으로서,
상기 터빈이 복수개가 구비되는 경우에는 단일의 상기 하우징 내부에서 상기 각 터빈들이 서로 직렬로 연결되고, 단일의 상기 하우징 내부에서 상기 작동유체를 액화시킴으로써, 동력발생효율은 상승시키고 설비는 콤팩트하게 제공하는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
신재생열에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 장치로서,
유체유입구가 조성된 전면덮개와 후면덮개를 구비하고 외기와 단열되고 밀폐된 구조의 하우징과;
상기 하우징 내부에서 터빈축의 앞부분이 상기 하우징의 측면에 조성되는 천공을 관통하여 외부로 돌출되고 작동유체유입공이 일 측면에 구비되며, 작동유체로 유기화합물을 사용하며, 1개 이상이 구비되되 복수개로 구비되는 경우 병렬로 설치되는 터빈과;
상기 터빈을 통과하여 동력발생을 마친 상기 작동유체를 액화시키기 위해 제공되는 유체액화기와;
상기 터빈과 상기 유체액화기 사이의 공간에 설치되며 지속적으로 상기 작동유체를 유체액화기에 순환 및 접촉시기 위해 제공되는 송풍펜과;
상기 유체액화기 하부 일 측에 구비되며 이송펌프가 포함되어 제공되는 것으로서, 액화된 상기 작동유체를 포집하기 위해 제공되는 유체탱크를;
포함하여 구성되어,
상기 터빈이 복수개가 구비되는 경우에는 단일의 상기 하우징 내부에서 상기 각 터빈들이 서로 병렬로 연결되고, 단일의 상기 하우징 내부에서 상기 작동유체를 액화시킴으로써, 동력발생효율은 상승시키고 설비는 콤팩트하게 제공하는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
제4항 내지 제9항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서,
상기 하우징은,
상기 터빈과 열공급기가 내장되는 하우징과, 상기 유체액화기와 송풍펜이 내장된 하우징으로 분리하여 이격 설치되고,
상기 분리된 하우징을 연결하는 연결배관이 더욱 구비되어,
각각 분리되어 이격 설치된 상기 하우징을 하나로 연결하여 제공하는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
제10항에 있어서,
상기 연결배관은, 내부공간의 최소 단면적이 상기 하우징의 내부공간의 최소 단면적의 10% 이상인 것이 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
제1항 내지 제6항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서,
상기 열공급기로서, 별도로 구비되는 독립된 폐순환회로에서 작동되는 냉동장치의 냉매응축기를 설치하여, 상기 냉동장치의 응축열에너지를 상기 열공급기에 공급하는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
제1항 내지 제6항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서,
상기 열공급기에는,
상기 열공급기와 외부의 신재생에너지 열원을 순환하는 열매체를 통하여, 신재생열에너지가 공급되는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
제4항 내지 제9항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서,
상기 유체액화기에는, 자가회로 케스캐이드 콘덴서인 작동유체증발기가 포함되는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.
제4항 내지 제9항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서,
상기 유체액화기에는, 별도로 구비되는 독립된 폐순환회로에서 작동되는 냉동장치의 냉매증발기가 포함되는 것을 특징으로 하는 ORC용 동력발생장치.