KR19990078666A - 소각기 열 흡수식 스팀모타구동 냉각수난방 순환장치. - Google Patents

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야.

매립가스를 모아서 소각시키는 유독성가스 소각장치나, 일반적인 소각장치 또는 산유국의 원유가스 소각장치 등에서 얻어지는 연소열을 전달하고 변환시켜서 동력으로 활용하며, 난방용 열 펌프장치의 에너지 자원으로 활용하는 스팀터빈의 랭킨싸이클과, 냉동공학의 역랭킨싸이클을 복합하여, 유체기기인 스팀모타를 구동하는, 열 전달과 유체의 상태변환과 회전기기의 역학동력이 복합된 에너지순환 장치의 기계공학과, 유독성 가스의 대기오염 환경공학.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제.

1) 소각장치에서 발생하는 열을 대기중에 방출시키지 않고 순수한 증류수인 물을 열전달 매개체로 하여 스팀으로 변환시키면서 증발잠열을 흡수한다.

2) 열에너지를 흡수하여 고온 고압으로 과열상태인 스팀의 비운동 에너지를 이용하여 스팀모타를 구동시켜서 동력으로 활용한다.

3) 스팀모타를 구동시킨 과열상태의 스팀을 냉각수 또는 공기로서 냉각하여 스팀은 증류수로 환원하고, 냉각수나 따뜻한 공기는 난방으로 이용한다.

4) 열에너지의 손실을 줄이고, 에너지 순환장치의 수명을 연장하기 위하여, 열전달 매개체로 이용되는 물이 순수한 증류수 상태로 유지되어야 한다.

3.발명의 해결 방법의 요지.

1) 소각장치의 연소실 외부에 증발기를 설치하여 열전달이 잘되도록 하며, 증류수인 물이 기화되면서 연소열을 흡수하여 스팀을 발생시킨다.

2) 증발기와 저압스팀 탱크 사이에 스팀모타를 설치하여, 고온고압의 스팀이 흐르는 유체운동으로 스팀모타의 동력을 얻어서 발전기를 구동시킨다.

3) 과열상태의 스팀을 액화시킬 수 있는 충분한 용량의 응축기를 설치하여, 스팀의 응축열을 냉각수에 전달하여 온수로 만들어서 난방에 이용한다.

4) 열전달 매개체인 증류수 상태의 물이 순환하는 배관계통은 누설이 없도록 기밀상태로 순환장치를 구성하여, 증류수와 에너지의 손실이 없도록 한다.

4. 발명의 중요한 용도.

김포 매립장을 비롯한 전국의 쓰레기 매립장에서 유독성가스 및 폐기물을 소각하면서, 이차 오염 물질을 배출하고 열방출에 따른 부작용으로 소각장 주변의 온도를 높이고 상승기류를 형성하여 기상이변의 원인이 되고 있으며, 귀중한 열에너지를 활용하지 못하여 낭비하고 있는 심각한 실정이다.

본 발명장치는 대형 매립가스의 소각장치를 비롯한 일반적인 소각장치에서 얻는 열에너지를 스팀모타의 동력으로 전환하여 전기에너지를 이용하면서 복합적으로 대형 풀장이나 목욕탕의 난방에 활용할 수 있는 것이다.

소각장치에서 버리는 열을 이용하는 에너지 전달과 변환 그리고 활용장치임.

Description

소각기 열 흡수식 스팀모타구동 냉각수난방 순환장치.{.}

본 발명장치는 유독성 가스 소각장치나 일반 소각기의 열에너지를, 스팀모타를 구동하는 동력과, 흡수식 냉/난방장치의 열 에너지원으로 활용할 수 있는 기밀상태로 구성된 랭킨 싸이클 원리의 순환장치(Close Loop Cycle)이다.

부패한 음식물 쓰레기가 많은 국내에서 매립장 주변의 악취 및 유독성 가스의 대기 오염을 방지하기 위하여, 많은 경비를 투자하여 가스 포집관과 유독성 가스 소각장치(한국특허 공개번호 특 1998-065104)를 수도권 김포 매립장에 일차적으로 6대를 설치하여, 600 ㎥/min 정도의 매립가스를 연소시키면서 700 - 1300℃의 고온 상태로, 매 분당 약 5,400,000 Kcal/min (600 X 9,000)의 열량을 무방비 상태로 대기 중에 방출하여 소각장 주변의 온도를 높이고 과열된 공기는 상승기류를 형성하여 자연환경의 기상변화에 비 원리적인 악영향을 미치고 있으며, 특히 에너지 자원이 부족한 우리 나라에서 귀중한 열 에너지를 낭비하여 버리고 있는 심각한 현황이다.

본 발명장치는 일반 소각장치를 비롯하여, 대형 가스 소각장치의 연소열을 스팀모타 동력과 냉/난방장치의 열에너지 자원으로 활용하기 위한소각기 열 흡수식 스팀모타구동 냉각수난방 순환장치를 제공함에 있다.

열 에너지를 동력 에너지로 바꾸어 활용하는 기술은 액체인 물을 가열하여 고온 고압의 스팀을 만들어서 터빈을 회전시키는 스팀터빈이 발명된 이래, 선박 기차의 동력장치에서 화력발전 원자력발전의 동력장치로서 약 300여년 동안 랭킨 싸이클 원리를 응용하여 매개체인 물 순환이 개방된 장치로 발전되어, 에너지 전달 매개체인 물과 열에너지의 낭비 및 손실이 많았다.

즉 보일러에서 발생된 고온의 열이 물을 가열시켜 고온 고압의 스팀을 만들어서 열팽창 에너지로 동력을 얻은 후 대기중에 방출시키는 개방 싸이클의 외연기관 장치였으며, 그 이후에 발명된 가솔린이나 디젤 엔진의 내연기관 장치들도 열팽창 에너지로 동력을 얻은 후 대기중에 방출하는 개방장치이다. 개방된 장치로 열팽창만을 이용하는 동력장치들의 에너지 자원낭비 및 배기가스로 인하여 수많은 부작용이 발생되고 있는 심각하고 두려운 현실에서, 열팽창 에너지 이용 기술 체계로부터 전환되는 기술개발이 절실한 것이다.

열과 유체와 역학에너지의 순환장치(Close Loop Cycle)를 구성하고 에너지 전달 매개체로서 고압가스 냉매의 상태변화 특성을 이용하는가스모타 이용 절전 냉동장치(한국 특허 제 147912 호)의 발명특허 기술이 공개된 이후, 열펌프 장치에서 열에너지의 이동으로 유체의 운동에너지를 크게 하여, 에어모타와 동일한 구조의 가스모타 동력을 활용하는 기술이 실현되었으며, 화재위험이 상존 하고 있는 유조선의 갑판상에서 많이 사용되는 스팀모타를 응용하여, 소각장치의 연소열로 스팀을 발생시켜서 기밀상태로 구성된 순환계통에 설치된 스팀모타를 구동하는 장치를 개발할 수 있게된 것이다.

계속적으로 발생되는 열에너지를 동력 에너지로 전환하면서 냉방 또는 난방장치의 열 에너지원으로 활용하는 본 발명장치의 기술을 실현하기 위하여,

첫째로, 소각장치의 연소실에서 발생되는 열을 외부로 방출하지 않고 모두 증발기에 전달하여 액체인 물을 가열시켜 고온 고압의 스팀을 발생시키며,

둘째로, 증발기와 저압스팀 탱크 사이에 기밀 상태의 누설이 없는 스팀모타를 설치하여 스팀이 흐르는 운동으로 동력을 얻어서 발전기를 구동시키며,

셋째로, 스팀모타를 구동시키고 난 스팀을 빠르게 액화하여 저압으로 낮추기 위해서 충분한 용량의 응축기를 설치하여 응축열을 냉각수로 전달하고 냉방 또는 난방장치의 흡수열로 활용하면서 열에너지의 이용효율을 극대화시킨다.

넷째로, 열전달 매개체는 소각장치의 고온의 열에 의해서 폭팔 위험이 없고, 배관 장치를 부식하지 않도록 순수한 증류수를 이용하며, 액체와 기체상태로 전환되면서 순환하는 증류수의 배관계통은 누설이 전혀 없도록, 완전 기밀된 순환장치(Close Loop Cycle)를 구성하여, 소각장치의 연소열로 스팀모타를 구동하여 동력을 활용하고, 냉/난방의 열 에너지원으로 활용하는 복합계통의소각기 열흡수식 스팀모타구동 냉각수난방 순환장치를 개발하고자 한다.

제 1 도는 본 발명장치의 설치구성과 열매개체인 증류수의 상태변환 관계를 나타낸 순환장치의 전체 계통도.

제 2 도는 소각기의 연소실 외부에 원통형으로 설치된 증발기의 측면도.

제 3 도는 본 발명장치의 기본원리를 나타낸 흡수식 냉동장치의 계통도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

EVP : 원통형 증발기 HIEVC : 열 차단 증발기 케이스

SMDS : 스팀모타 구동장치 SMGEN : 스팀모타 발전기

LSTK : 저압 스팀 탱크 CDP(1-5) : 다수의 응축기(5대)

DBT : 분배기 튜브 HES : 난방용 열교환기

IN : 냉각수 입구 OUT : 냉각수 출구

WTK : 증류수 탱크 CKV : 책크 발브

DYC : 동력연결 캬프링 WLG : 증류수 레벨 게이지

본 발명 장치는 각종 소각장치의 연소열을 대기중에 무단 방출시키지 않고 열에너지를 매개체에 전달하여, 동력과 난방 열 에너지원으로 활용하는 기밀상태의 순환장치(Close Loop Cycle)로 복합 에너지장치를 구성한 것이다.

이하 첨부된 도면에 따라 본 발명 장치의 전체 구성과 상세한 작동 원리를 설명하고자 한다.

제 1 도는 본 발명장치의 설치구성과 열매개체인 증류수의 상태변환 관계를 나타낸 순환장치의 전체 계통도이며, 제 2 도는 소각장치의 연소실 외부에 원통형으로 설치된 증발기의 측면도이다.

순환장치의 전체 배관은 증발기(EVP)-스팀모타구동장치(SMDS)-저압스팀탱크(LSTK)-다수대의 응축기(CDP 1-5)-분배기 튜브(DBT)-난방용 열교환기(HES)-증류수 탱크(WTK)-책크발브(CKV)-증류수 레벨 게이지(WLG)로 연결되어 완전 기밀상태로 구성되며,

소각장치에서 발생하는 열이 없을 때는 순수한 증류수가 액체상태로 증류수 탱크(WTK), 증발기(EVP), 열교환기(HES) 등의 빗금친 부분에 채워져 있으며 점점으로 표시된 배관계통 내부는 진공상태이다.

소각장치의 연소실에서 열이 발생하면 진공상태에 있는 증류수는 증발하여 고온 고압의 스팀으로 만들어져서 스팀모타 구동장치(SMDS)를 회전시키면서 저압 스팀탱크(LSTK)로 흐르고, 과열된 스팀은 다수대의 응축기(CDP 1-5)에서 고온의 열이 급격하게 방출되면서 액화되고, 분배기 튜브(DBT)를 거쳐서 난방용 열교환기(HES)를 통과하는 동안에 계속해서 열을 방출하며, 열교환기에 들어온(IN) 냉각수를 가열시켜서 난방수로 배출(OUT)한다.

난방용 열교환기(HES)에서 완전히 액화된 순환용 증류수는 중력에 의해서 증류수 탱크(WTK)에 들어가며, 강압된 중력작용으로 책크 발브(CKV)를 통해서 증발기(EVP)에 들어가서 열을 흡수하여 증기가 되어 계통을 순환한다. 고압스팀의 흐름으로 구동되는 스팀모타의 동력축에 연결된 발전기의 출력을 전기 에너지로 활용하며, 다수대의 응축기(CDP 1-5)는 과열스팀의 양을 조절하여 사우나탕의 물을 용도에 따라서 뜨거운 온도로 가열할 수 있으며, 난방용 열교환기(HES)의 냉각수는 대형 풀장의 물이나 건축 공간의 난방열로 적절하게 활용할 수 있게되는 것이다.

제 3 도는 본 발명장치에서 열에너지의 전달이 이루어지는 기본원리를 나타내는 흡수식 냉동장치의 계통도로서, 열에너지 전달 매개체가 저온에서 증발하는 프레온 등의 고압가스 냉매를 순환시켜서 열 펌프작용을 복합적으로 구성하는 냉방장치로서, 고압가스 냉매 압축기를 이용하는 냉/난방 열펌프장치의 원리를 복합시킨, 열과 유체와 역학 에너지 장치를 설명하고 있다.

본 발명장치는 고온의 열에너지를 대기중에 방출하고 있는 가스 소각장치의 연소열을 전달하는 매개체로 폭팔 위험이 없는 증류수의 상태변화 특성을 이용하여 동력과 냉/난방장치의 열에너지로 활용하고자 완전히 기밀된 상태로소각기 열흡수식 스팀모타구동 냉각수난방 순환장치를 구성한 것이다.

열이 있거나 유체의 운동이 있는 것은 바로 에너지이기 때문에 태양열이나 풍력을 이용하기 위해서 노력을 하고 있으나 에너지 효율이 저조하였다.

그러나 음식물 쓰레기가 많은 우리 나라의 매립가스 소각장치는 대단히 큰 열량을 방출하기 때문에 안전하게 활용하는 것은 경제적인 가치가 크며, 환경보존과 에너지 자원의 활용으로 대단히 중요한 기술인 것이다.

본 발명은 매립장 주변에 스팀모타 발전장치를 갖추어 자체적으로 필요한 전기를 생산할 수 있으며, 대형 수영장이나 사우나탕 시설을 하여 버려지고 있는 열에너지를 공짜로 활용하면서도 대기중에 열방출을 방지하여,

자연환경 보호와 에너지활용 교육장이 되면서, 유락 시설의 관광 사업을 할수 있는소각기 열흡수식 스팀모타구동 냉각수난방 순환장치이다.

Claims (1)

1. 유독성 가스 소각장치의 연소열을 대기중에 무단 방출시키지 않고 스팀모타의 동력 에너지와 냉방/ 난방장치의 열에너지 원으로 활용하여 랭킨 싸이클 원리로 증류수를 발생시키는 기밀상태의 순환장치를 구성하기 위하여,

   증발기(EVP)-스팀모타 구동장치(SMDS)-저압스팀 탱크(LSTK)-다수대의 응축기(CDP 1-5)-분배기 튜브(DBT)-난방용 열교환기(HES)-증류수 탱크(WTK)-책크발브(CKV)-증류수 레벨 게이지(WLG) 등의 배관계통을 완전 기밀상태로 연결하여, 순수한 증류수를 증류수 탱크(WTK)와 증발기(EVP)와 열교환기(HES)의 내부에 채우고, 나머지 배관계통 내부는 완전한 진공을 형성하여 기밀상태의 증류수 순환장치를 구성하여,

   장치를 운전하기 위하여 소각장치의 연소실에서 열이 발생하면 진공상태에 있는 증류수가 증발하여 고온 고압의 스팀으로 발생되고, 배관계통 내부를 빠르게 순환시키기 위하여 다수대의 응축기(CDP 1-5)와 열교환기(HES)를 설치하였으며, 스팀모타구동장치(SMDS)와 연결된 스팀모타발전기(SMGEN)를 구동하여 전기 에너지를 얻고, 버려지는 열로 수영장이나 사우나탕에서 물을 끓이는특징의 소각기 열흡수식 스팀모타구동 냉각수난방 순환장치.