KR20040056869A - 배열 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스의 배열을 이용하여 전력을 발생시키는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중저온의 연도 배기가스 보유열을 열원으로 하여 공기를 가열시킨 뒤 가열된 공기를 상승관에 상향분사하여 상승관내의 물 또는 열매체유의 순환구동력을 발생시키고 그 순환계통에 수력터빈을 설치하여 전력을 발생시키는 배열 발전시스템에 관한 것이다.

Description

배열 발전시스템{Waste heat power generation system}

본 발명은 배기가스의 배열을 이용하여 전력을 발생시키는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중저온의 연도 배기가스 보유열을 열원으로 하여 공기를가열시킨 뒤 가열된 공기를 상승관에 상향분사하여 상승관내의 물 또는 열매체유의 순환구동력을 발생시키고 그 순환계통에 수력터빈을 설치하여 전력을 발생시키는 배열 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 거의 모든 산업제품은 제작 또는 처리과정에서 가열공정을 거치게 되는데, 가열공정에 투입된 열에너지의 일부는 가열에너지로 유효하게 사용되지 못하고 배열의 형태로 배출되며, 가열공정의 열효율은 통상적으로 50~60% 수준에 불과하여 유효하게 이용되지 못하는 배열의 양은 상당한 수준에 이른다. 이 때문에 산업분야에서는 제품의 생산원가를 저감하여 경쟁력을 높이고 환경문제의 경감을 위해 배열을 회수하여 재이용하는 것을 대단히 중요하게 인식하고 있다.

가열공정에 있어서 배열은 제품의 현열, 냉각수 열, 노체의 방산열 그리고 배기가스 보유열 등으로 세분되는데, 이 중에서 배기가스가 보유하는 열량이 배열의 대부분을 차지하고 있다.

배기가스의 보유열을 재이용하는 방법으로는 연소용 공기의 예열과 공정에 필요한 증기의 생산을 들 수 있으며, 현재 대부분의 가열공정에서는 이와 같은 배열회수장치를 적용하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 감안하여 창안된 것으로서, 배기가스 보유열을 적극적으로 재이용하고자 이를 전력으로 전환할 수 있는 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 설치와 작동이 간단하고, 산업체의 에너지 비용 저감과 환경 오염물질의 배출을 경감할 수 있는 배열 발전시스템을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배열 발전시스템의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 송풍기 2 : 연결호퍼

3 : 회전 축열체 4 : 공기관

5 : 공기 분사노즐 6 : 상승관

7 : 강수관 8 : 수력터빈

9 : 발전기 10 : 연돌

10a : 연도 11 : 공기

12 : 가열공기 13 : 상승 수류

14 : 하강 수류 15 : 배기가스

16 : 저온 배기가스 17 : 배출 공기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배열 발전시스템은, 배출되는 배기가스(15)의 연도(10a)에 회전하는 축열체(3)를 설치하고 상기 연도(10a)의 외부에 노출된 상기 축열체(3) 부분의 양단면에 공기 연결 호퍼(2)를 설치하여 송풍기(1)로부터 공급되는 공기(11)가 통과되도록 하여, 상기 축열체(3)에 의해 상기 배기가스(15)의 열이 전열되어 상기 공기(11)가 가열되도록 한 후, 가열공기(12)를 물 또는 열매체유가 충전되어 있는 수직 상승관(6)의 하부에서 공기 분사노즐(5)을 통해 상향 분사되도록 하여 상기 물 또는 열매체유의 상승수류(13)의 순환력을 유발시켜 그 순환통로인 강수관(7)에 수력터빈(8)과 상기 수력터빈(8)의 출력축에 발전기(9)를 연결하여 전력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 배열을 이용한 발전시스템의 구성도이다.

통상 배기가스(15)는 200~300℃ 정도의 온도로 연돌(10)을 통해 방출되는데, 이러한 배기가스(15)가 통과하는 연도(10a)에 얇은 금속판을 적층하거나 하니컴(honeycomb) 형태의 세라믹으로 제작되는 원통형의 회전 축열체(3)를 설치하고, 연도(10a)의 외부에 노출되는 회전축열체(3) 부분의 양단면에 공기 연결 호퍼(2)를 설치하여 송풍기(1)로부터 공급되는 공기(11)가 통과되도록 구성한다.

여기서, 회전 축열체(3)는 단위 부피당 전열 면적이 넓기 때문에 작은 부피로도 큰 열전달 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 회전 축열체(3)가 회전운동을 하게 되면 배기가스(15)의 열에 의하여 회전 축열체(3)에 축열이 이루어지며, 축열된 부분이 회전하여 공기 연결 호퍼(2)측으로 이동하였을 때 공기(11)에 열이 전달되는 열재생작용이 이루어지게 된다.

이와 같이 함으로써 배기가스(15)의 보유열을 효과적으로 저압 공기(11)로 전달할 수 있으며, 이로써 회전 축열체(3)를 통과하고 난 배기가스(16)는 온도가 50℃ 이상 저하된 상태로 배출되게 된다.

한편, 회전 축열체(3)에 의하여 공기(11)의 온도는 상승하게 되며 이에 따른 부피팽창에 의하여 체적유량이 증대되어지며, 가열된 공기(12)는 상승관(6) 하부에 설치된 공기 분사노즐(5)에서 물 또는 열매체유에 상향 분사되며, 상승관(6) 내부의 물 또는 열매체유는 분사된 공기(12)에 의하여 형성되는 기포의 부력과 분사 압력 자체에 의하여 상승관(6) 내부에서 상승하게 된다.

이러한 작동은 기포펌프의 작동원리와 유사하며, 결과적으로 공기(12)의 압력에너지는 상승 수류(13)의 운동에너지로 전환되어지며, 상승관(6)을 통과하면서 에너지의 전달이 이루어진 공기(12)는 다시 저온, 저압 상태로 되어 상승관(6) 상부에서 대기로 방출되어진다.

이와 같이, 상승관(6) 내부에서 상승하는 수류(13)가 형성되고 내부에 기포가 존재하면, 상승관(6)과 강수관(7)간에는 수두차가 발생하게 되어 강수관(7) 내부에서는 하향하는 하강 수류(14)가 발생하게 되는데, 수력발전에서와 마찬가지로 강수관(7)의 중간에 수력터빈(8)을 설치함으로써 하강 수류(14)의 운동에너지를 일에너지로 변환시킬 수 있게 된다.

그리고, 터빈(8)의 출력축에 발전기(9)를 연결하여 전력을 발생시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서, 수력터빈(8)의 경우 수두차가 2~3m 수준이 되면 전력을 발생시킬 수 있으므로 상승관(6)과 강수관(7)의 높이를 최소한 2m 이상으로 할 경우 전력의 발생이 가능하다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 송풍기(1)로부터 공급되는 공기(11)를 배기가스(15)의 열을 이용하여 가열한 다음 직접적으로 공기터빈을 회전시키는 일반적인 방법에 비하여 설비투자비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유지 관리가 대단히 간편해지는 유리한 장점이 있다.

즉, 공기터빈은 그 자체가 고가일 뿐만 아니라 윤활장치와 조속장치 그리고 제어장치 등과 같은 주변장치가 필요하며, 그에 따른 유지 관리가 요구되는 단점이 있는 반면, 본 발명에서는 단순한 구조의 상승관과 하강관 그리고 기상용화된 수력터빈만으로 배열 발전시스템을 구성할 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 배기가스 배열의 이용처가 확장되어 확보되고, 환경 오염물질의 배출을 경감할 수 있으며, 산업체의 에너지 비용 저감에 따른 생산원가의 저감을 통해 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 배출되는 배기가스(15)의 연도(10a)에 회전하는 축열체(3)를 설치하고 상기 연도(10a)의 외부에 노출된 상기 축열체(3) 부분의 양단면에 공기 연결 호퍼(2)를 설치하여 송풍기(1)로부터 공급되는 공기(11)가 통과되도록 하여, 상기 축열체(3)에 의해 상기 배기가스(15)의 열이 전열되어 상기 공기(11)가 가열되도록 한 후, 가열공기(12)를 물 또는 열매체유가 충전되어 있는 수직 상승관(6)의 하부에서 공기 분사노즐(5)을 통해 상향 분사되도록 하여 상기 물 또는 열매체유의 상승수류(13)의 순환력을 유발시켜 그 순환통로인 강수관(7)에 수력터빈(8)과 상기 수력터빈(8)의 출력축에 발전기(9)를 연결하여 전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 배열 발전시스템.