KR20090093855A - 가반형 발전장치 - Google Patents

Abstract

<과제>

내연 기관을 이용하지 않고 발전 동력을 얻을 수가 있어, 소음이나 배기가스에 대한 문제가 생기지 않는 가반형 발전장치를 제공한다.

<해결 수단>

보일러(1)에서 승온 매체를 가열하여, 승온 매체의 열을 회수해서 승온 된 매체를 매체순환로(6)로부터 팽창수단(9)에 보내, 매체의 팽창에 따른 선회 스크롤의 선회력을 선회축에 전달해, 선회축의 선회에 의해 회전축을 회전시키는 것에 의해 발전기(10)에서 발전을 일으켜, 소음이나 배기가스에 대한 문제를 없애고 내연 기관을 이용하지 않고 발전 동력을 얻는다.

Description

가반형 발전장치 {PORTABLE GENERATOR}

<1> 본 발명은, 옥외등에서 사용하는 가반형 발전장치에 관한 것이다.

<2> 건설 공사 현장이나 옥외에서의 캠프 또는 노점등에서, 조명이나 기기의 전원이 필요할 경우, 엔진(내연 기관)에 의해 구동되는 발전기를 구비한 가반형 발전장치가 종래부터 널리 사용되고 있다 (예를 들면, 하기 특허문헌1, 특허문헌2등 참조). 일반적으로 사용되는 가반형 발전장치는, 야간에 사용하는 일이 많고, 엔진을 구동시켜서 발전기를 작동시키는 것이므로, 소음에 대한 배려가 불가결 해지고 있다. 이 때문에, 종래부터 제안되고 있는 가반형 발전장치에는, 차음(遮音) 케이스를 이용하는 등, 여러가지의 배려가 되어 있다.

<3> 그러나, 가반형이기 때문에 대규모의 차음 케이스 등을 이용할 수는 없고, 일반적으로는 연료가 저렴한 디젤 엔진이 이용되고 있기 때문에, 소음을 충분히 억제할 수 없는 것이 실상이었다. 또, 내연 기관인 엔진을 구동시키는 장치이기 때문에, 가반형으로서 소형의 엔진을 이용하고 있다고는 해도, 배기가스에 대한 배려도 필요시 되고 있다.

<4> 이와 같이, 가반형 발전장치는, 소음이나 배기가스에 대하여 해결해야 할 문제가 있음에도 불구하고, 설치해서 장기적으로 사용하는 장치가 아니기 때문에, 충분한 조치가 강구되어 있지 않은 것이 실상이었다.

<특허문헌1>JP-P-2004-60567호 공보

<특허문헌2>JP-P-2004-60570호 공보

　<5> 본 발명은, 내연 기관을 이용하지 않고 발전 동력을 얻을 수가 있어 소음이나 배기가스에 대한 문제가 생기지 않는 가반형 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

<6> 상기 목적을 달성하기 위한 청구항1의 본발명의 가반형 발전장치는, 외부 열원에 의해 매체를 승온 시키는 승온 수단과, 고정 스크롤 및 선회 스크롤로 형성되는 팽창실에서 상기 매체를 팽창시키는 팽창수단과, 상기 선회 스크롤에 설치된 선회축 및 상기 선회축을 편심해서 지지하는 회전축을 가지고, 상기 팽창실에서 상기 매체가 팽창되는 것에 의해 상기 선회 스크롤을 통해서 상기 선회축에 선회력이 전달되어, 상기 선회축의 선회력에 의해 상기 회전축이 회전하는 것에 의해 전력을 얻는 발전기와, 상기 팽창수단에서 팽창되어서 일을 마친 상기 매체를 승온 수단에 순환시키는 매체 순환계와, 상기 매체 순환계의 상기 매체를 냉각하는 냉각 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

<7> 청구항1의 본 발명에서는, 발전수단의 회전축에 대해서 편심해서 설치된 선회축을 통하여, 매체의 팽창에 따른 선회 스크롤의 선회력을 회전축의 구동력으로서 발전을 하기 때문에, 100℃∼200℃ 정도의 매체라 하더라도 팽창 동력을 쉽게 얻을 수가 있어, 외부열원에 의해 승온(昇溫) 된 매체에 의해 발전 구동이 가능해 진다.

<8> 이로 인해, 내연 기관을 이용하지 않고 발전수단에 의해 발전 동력이 얻어져, 소음이나 배기가스에 대한 문제가 생기지 않는 가반형의 발전 장치를 실현 할 수 있다.

<9> 청구항2의 본 발명의 가반형 발전장치는, 청구항1에 있어서, 상기 외부 열원은, 연료의 연소 열을 열원으로 하는 것을 특징으로 한다.

<10> 청구항2의 본 발명은, 휴대가스 등의 연료를 열원으로 해서 매체를 승온 시킬 수 있으므로, 외부열원이 대규모로 되는 일이 없다.

<11> 청구항3의 본 발명의 가반형 발전장치는, 청구항2에 있어서, 상기 승온 수단은, 상기 외부열원에 의해 승온 매체를 가열하는 수단을 구비하여, 승온 매체의 열을 회수해서 상기 매체를 승온 시키는 수단인 것을 특징으로 한다.

<12> 청구항3의 본 발명은, 승온 매체를 개재(介在)시켜서 매체를 승온 시키는 것이 가능해져, 외부열원과 승온 매체의 상황을 임의로 설정해서 효율적으로 매체를 승온(昇溫) 시킬 수 있다.

<13> 청구항4의 본 발명의 가반형 발전장치는, 청구항3에 있어서, 상기 승온 매체는 물인 것을 특징으로 한다.

<14> 청구항4의 본 발명에서는, 물을 데우는 것에 의해 매체의 승온이 이루어진다.

<15> 또, 청구항5의 본 발명의 가반형 발전장치는, 청구항3에 있어서, 상기 승온 매체는 기름인 것을 특징으로 한다.

<16> 청구항5의 본 발명은, 승온 매체의 비등(沸騰)을 억제할 수 있는 동시에, 배관의 녹 등을 방지할 수 있다.

<17> 청구항6의 본 발명의 가반형 발전장치는, 청구항1∼청구항5의 어느 한항에 있어서, 상기 냉각 수단은, 상기 매체의 열을 회수해서 온수를 얻는 급탕 수단인 것을 특징으로 한다.

<18> 청구항6의 본 발명에서는, 매체를 냉각 하여 온수를 얻을 수가 있어, 발전에 더해서 급탕 기능을 갖게 하는 것이 가능 해진다.

<19> 본 발명의 가반형 발전 장치는, 내연 기관을 이용하지 않고 발전 동력을 얻을 수가 있어, 소음이나 배기가스에 대한 문제가 생기는 일이 없는 가반형 발전장치가 된다.

<50>

[도 1] 본 발명의 제1실시예의 가반형 발전장치의 개략계통도이다.

[도 2] 도1중의 발전수단의 상세단면도이다.

[도 3] 본 발명의 제2실시예의 가반형 발전장치의 개략계통도이다.

[도 4] 본 발명의 제3실시예의 가반형 발전장치의 개략계통도이다.

[도 5] 본 발명의 제4실시예의 가반형 발전장치의 개략계통도이다.

<부호의 설명>

<51> 1 보일러

2 순환 배관

3 축열 탱크

4 순환 펌프

5 열교환 탱크

6 매체 순환로

7 승압 펌프

8 발전수단

9 팽창수단

10 발전기

12 제2순환 배관

14 곤로

15 기름통(oil bath)

17 가열부

21 케이싱

22 고정 스크롤

23 고정자(stator)

24 회전축

25, 28 베어링

26 회전자(rotor)

27 선회축

31 선회 스크롤

32 팽창실

34 자전 방지 기구

<20> 도1은 본 발명의 제1실시예의 가반형 발전장치의 개략계통을, 도2는 도1중의 발전수단의 구체적인 구조의 단면을 도시한다.

<21> 도1에 도시하듯이, 연료 (예를 들면, 도시가스, 프로판가스, 백등유등)의 연소에 의해 승온 매체(물）를 가열하는 외부열원으로서의 보일러(1)(승온 매체를 가열하는 수단)가 구비되어 있고, 보일러(1)에서 가열된 승온 매체(가열 온수)가 순환 배관(2)을 통해서 순환하는 축열(蓄熱) 탱크(3)가 구비되어 있다. 보일러(1)에서 가열된 승온 매체(가열 온수)는 순환 펌프(4)의 구동에 의해 순환 배관(2)을 통해서 보일러(1)와 축열 탱크(3) 사이를 순환한다.

<22> 한편, 상수 (예를 들면, 15℃이하)가 저류(貯留)되는 냉각 수단으로서의 열교환 탱크(5)가 구비되어, 축열 탱크(3)와 열교환 탱크(5)의 사이에는 매체순환로(6)가 구비되어 있다. 매체순환로(6)에는, 예를 들면, 프레온계 가스의 매체가 충전되어, 열교환 탱크(5)에서 열회수 된 매체가 승압펌프(7)에 의해 축열 탱크(3)쪽에 압송된다. 축열 탱크(3)에는, 순환 배관(2)에 의해 보일러(1)에서 가열된 승온 매체(가열 수: 예를 들면, 85℃∼150℃)가 보내져, 축열 탱크(3)에서는, 매체순환로(6)에서 보내진 매체가, 예를 들면, 85℃∼150℃로 가열된다 (승온 수단).

<23> 예를 들면, 85℃∼150℃로 가열된 매체는, 매체순환로(6)에 의해 발전수단(8)으로 보내져, 발전수단(8)에서 일을 마친 매체 (예를 들면, 50℃)는 매체순환로(6)에 의해 열교환 탱크(5)로 보내져, 열교환 탱크(5)안의 상수를 데워, 예를 들면, 40℃∼60℃의 급탕수가 된다. 발전수단(8)에는, 예를 들면, 85℃∼150℃의 매체를 팽창하는 팽창수단 (9) (예를 들면, 순환류식 소형 스크롤 팽창기)이 구비되어, 팽창수단 (9)의 회전축은 발전기(10)의 회전자에 접속되어 있다.

<24> 즉, 발전수단(8)은 팽창수단 (9) 및 발전기(10)로 구성되어, 예를 들면, 85℃∼150℃의 매체가 팽창수단 (9)에서 팽창되어서 회전 동력이 얻어져, 팽창수단 (9)의 회전 동력이 발전기(10)에 전해져서 발전이 이루어져, 전력 (예를 들면, 400W)이 회수된다. 팽창수단 (9)에서 일을 마친 매체는, 예를 들면, 50℃의 배기가 되어서 매체순환로(6)에 의해 열교환 탱크(5)에 보내져, 급탕수의 열원이 된다 (급탕 수단).

<25> 한편 승온 매체로서 물을 적용한 예를 들어서 설명했지만, 승온 매체로서는 기름(油)을 적용하는 것도 가능하다. 기름을 적용하는 것에 의해, 100℃이상의 고온이 된 경우에도 승온 매체가 비등하는 일이 없고, 승온 매체를 안정하게 운용하는 것이 가능해진다. 또, 순환 배관(2)의 녹에 대한 대응책을 고려할 필요가 없어진다. 게다가, 기름으로서 식용유를 적용하는 것이 가능하다. 승온 매체의 기름으로서 식용유를 이용함으로서, 폐유의 처리에 있어서 환경에 영향을 주는 일이 없다.

<26> 도2에 근거해서 발전수단(8)을 상세히 설명한다.

<27> 도2에 도시하듯이, 통 모양의 케이싱(21)의 상부에는 고정 스크롤(22)이 고정되어, 고정 스크롤(22)에는 소용돌이 형태의 랩이 형성되어 있다. 또, 케이싱(21)의 통부의 안쪽에는 고정자(23)가 고정되어, 고정자(23)의 내주(內周)쪽에는 회전축(24)이 베어링(25)을 통해서 회전 자재(自在)하게 지지(支持)되어 있다. 회전축(24)에는 고정자(23)에 대응하는 회전자(26)가 고정되어, 고정자(23), 회전자(26)등에 의해 발전기(10)가 구성되어 있다. 회전축(24)에는, 선회축(27)이 베어링(28)을 통해서 회전 자재하게 지지(支持)되어 있고, 회전축(24)의 축심과 선회축(27)의 축심은 편심(偏心)한 상태로 되어있다. 즉, 선회축(27)은 회전축(24)에 편심(偏心)해서 회전 자재하게 지지되어 있다.

<28> 선회축(27)은 상단이 회전축(24) 및 케이싱(21)으로부터 돌출하여 배치되어, 선회축(27)의 상단에 선회 스크롤(31)이 설치되어 있다. 선회 스크롤(31)에는 고정 스크롤(22)과 동일한 랩이 설치되어, 선회 스크롤(31)의 랩과 고정 스크롤(22)의 랩이 겹쳐서 배치되어 있다. 선회 스크롤(31)의 랩과 고정 스크롤(22)의 랩이 겹치는 것에 의해서 복수의 팽창실(32)이 형성되어, 팽창실(32)에 연통(連通)하는 매체순환로(6)가 고정 스크롤(22)에 접속되어 있다. 한편, 도2는 매체가 팽창한 상태의 팽창실(32)을 도시하고 있다.

<29> 한편, 선회축(27)의 하단이 회전축(24)으로부터 돌출하여 배치되어, 선회축(27)의 하단은 자전 방지 기구(34)에 의해 지지되어 있다. 자전 방지 기구(34)는, 케이싱(21)쪽에 고정되는 베이스 부재(部材)에 대하여 선회 이동이 가능한 선회 부재가 설치되어, 선회 부재가 선회축(27)에 부착된 것으로서, 회전축(24)의 회전에 따르는 선회축(27)의 선회를 허용하여, 회전축(24)에 대한 자전을 방지하는 기구로 되어 있다.

<30> 팽창수단(9) 및 발전기(10)로 구성되는 발전수단(8)에서는, 가열된 (예를 들면, 85℃∼150℃)매체가 매체순환로(6)로부터 팽창실(32)로 보내져, 팽창실(32)에서 팽창되는 것에 의해서 선회축(27)이 선회(旋回)한다. 선회축(27)은 회전축(24)에 대하여 자전이 불가능하게 되어 있으므로, 선회축(27)이 선회하는 것에 의해 회전축(24)이 회전된다. 회전축(24)의 회전에 의해 발전기(10)가 작동해서 전력이 얻어져, 팽창실(32)에서 순차적으로 팽창된 매체 (예를 들면, 50℃)는 매체순환로(6)에 의해 열교환 탱크(5)(도1 참조)로 보내진다.

<31> 팽창수단(9)을 구비한 발전수단(8)은, 매체의 팽창 동력이 선회 스크롤(31)의 선회축(27)에 전달되어, 선회축(27)의 선회에 의해 발전기(10)의 회전축(24)을 회전시키는 구조로 되어 있으므로, 회전축(24)의 시동(始動)시의 저항이 대폭 저감되어, 저(低) 토크 상태로부터 회전축(24)의 회전을 스무스하게 시킬 수 있어, 토크와 회전속도의 관계를 리니어하게 유지할 수 있다. 이로 인해, 120℃정도의 중고온의 매체이여도 충분히 팽창 동력을 얻어 발전기(10)의 회전축(24)을 구동할 수 있어, 보일러(1)에서 가열한 열매체에 의해 승온 되는 120℃정도의 온도의 매체이여도, 팽창 동력에 의해, 예를 들면, 400W정도의 전력을 얻을 수가 있다.

<32> 상술한 가반형 발전장치의 작용을 설명한다. 도시한 가반형 발전장치는 사용 장소에 설치해서 장기간 사용되는 것이 아니고, 사용 장소에 운반되어서 필요할 때에만 발전이 이루어 진다.

<33> 보일러(1)에 의해 승온 매체가 가열되어 (예를 들면, 85℃∼150℃), 순환 펌프(4)의 구동에 의해 순환 배관(2)으로부터 축열 탱크(3)에 보내진다. 축열 탱크(3)에서 열회수된 승온 매체는 순환 펌프(4)의 구동에 의해 보일러(1)에 되돌려져서 가열된다.

<34> 축열 탱크(3)에서는 승온 매체(가열 온수)의 열에 의해 매체가 승온 되어 (예를 들면, 85℃∼150℃), 승온 된 매체가 매체순환로(6)로부터 발전수단(8)의 팽창수단(9)의 팽창실(32)에 보내져서 팽창된다. 매체가 팽창실(32)에서 팽창되는 것에 의해, 선회축(27)이 선회해서 회전축(24)이 회전되어, 발전기(10)가 작동해서 전력이 얻어진다.

<35> 그리고, 팽창실(32)에서 순차적으로 팽창된 매체 (예를 들면, 50℃)는 매체순환로(6)에 의해 열교환 탱크(5)로 보내져서 열회수 되어, 승압펌프(7)에서 승압되어서, 매체순환로(6)에서 축열 탱크(3)에 보내져서 다시 승온 된다. 열교환 탱크(5)에서는, 팽창실(32)에서 순차적으로 팽창된 매체 (예를 들면, 50℃)에 의해, 상수가 가열되어서 급탕용의 온수가 된다.

<36> 이로 인해, 회전축(24)에 대해서 편심해서 설치된 선회축(27)을 통하여서, 매체의 팽창에 따른 선회 스크롤(31)의 선회력을 회전축(24)의 구동력으로서 발전을 하기 때문에, 예를 들면, 85℃∼150℃정도의 매체라 하더라도 팽창 동력을 쉽게 얻을 수가 있어, 외부열원에 의해 승온 된 매체에 의해 발전 구동이 가능해 진다. 이로 인해, 내연 기관을 이용하지 않고 발전수단(8)에 의해 발전 동력이 얻어져, 소음이나 배기가스에 대한 문제가 생기는 일이 없는 가반형의 발전 장치를 실현할 수 있다.

<37> 또, 열교환 탱크(5)에서 매체의 열을 회수해서 (매체를 냉각해서) 온수를 얻으려고 하고 있으므로, 매체를 냉각하여 온수를 얻을 수 있어, 발전에 더하여 급탕 기능을 갖게 할 수 있다. 이에 의해, 발전을 하면 함께 급탕을 하여, 난방 등에도 이용하는 것이 가능해진다.

<38> 본 발명의 제2실시예를 설명한다.

<39> 도3은 본 발명의 제2실시예의 가반형 발전장치의 개략계통을 도시한다. 도1, 도2에 도시한 제1실시예의 가반형 발전장치의 구성 부재와 동일구성 부재에 대해서는 동일부호를 부하여 중복하는 설명은 생략했다.

<40> 도3에 도시한 제2실시예의 가반형 발전장치는, 보일러(1)에서 가열한 승온 매체(가열 온수)를 열교환 탱크(5)에 순환시키는 제2순환 배관(12)을 구비한 것이다. 그 밖의 구성은 제1실시예와 동일하다.

<41> 제2실시예의 가반형 발전장치에서는, 보일러(1)에서 가열한 승온 매체를 유효하게 이용할 수 있다. 승온 매체가 가열 온수이면, 급탕의 온수에 직접 혼합시키는 것도 가능하다.

<42> 본발명의 제3실시예, 제4실시예를 설명한다.

<43> 도4는 본 발명의 제3실시예의 가반형 발전장치의 개략 계통을, 도5는 본 발명의 제4실시예의 가반형 발전장치의 개략계통을 도시한다. 한편, 도1, 도2에 도시한 제1실시예의 가반형 발전장치의 구성 부재와 동일한 부재는 동일 부호를 부하여 중복하는 설명은 생략했다.

<44> 도4에 도시하듯이, 연료 (예를 들면, 휴대연료등)의 연소에 의해 열원을 얻는 곤로(14)가 설치되어, 곤로(14)에 의해 기름통(oil bath)(15)안의 기름이 가열된다. 기름통(15)과 열교환 탱크(5)의 사이에는 매체순환로(6)가 설치되어, 기름통(15)에서는, 매체순환로(6)에서 보내진 매체가, 예를 들면, 85℃∼150℃로 가열된다. 그 밖의 구성은 제1실시예와 동일하다.

<45> 또, 도5에 도시하듯이 , 연료 (예를 들면, 휴대연료등)의 연소에 의해 열원을 얻는 곤로(14)가 설치되어, 곤로(14)에 의해 가열되는 가열부(17)가 매체순환로(6)에 형성되어 있다. 가열부(17)에서는, 매체순환로(6)에서 보내지는 매체가, 예를 들면, 85℃∼150℃로 가열된다. 그 밖의 구성은 제1실시예와 동일하다.

<46> 제3실시예 및 제4실시예의 가반형 발전장치에서는, 간이(簡易)의 곤로(14)를 이용해서 손쉽게 발전을 일으킬 수 있다.

<47> 제1실시예∼ 제4실시예의 가반형 발전장치에서는, 열교환 탱크(5)를 이용해서 상수를 온수로서 급탕하는 예를 들어서 설명했지만, 냉각 탱크에 상수를 모아서 온수로서 급수(給水)하는 것도 가능하다. 또한, 상수에 대신하여, 열교환 탱크(5)나 냉각 탱크에 항온 순환기등으로부터의 항온수를 공급하는 것도 가능하다. 게다가, 급탕을 하지 않고, 유수(流水)에 의해 매체를 냉각하는 기능을 갖게 하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 이 경우의 유수로서는, 상수나 각종시설의 배수(排水), 빗물등을 이용하는 것이 가능하다. 게다가, 외부열원에 부가해서 환경 에너지(태양열이나 대기로부터의 흡열)의 열을 이용해서 매체를 가열하는 구성을 적용하는 것도 가능하다.

<48> 상술한 실시예의 가반형 발전장치는, 내연 기관을 이용하지 않고 발전 동력을 얻을 수 있고, 소음이나 배기가스에 대한 문제가 생기는 일이 없는 가반형 발전장치가 된다. 이로 인해, 사용 장소나 사용 시간대등의 제약을 대폭 줄이는 것이 가능해져, 손쉽게 발전을 실시할 수 있어, 전원의 확보가 지극히 쉬워진다. 또한, 내연 기관을 이용하지 않고 보일러(1)나 곤로(14)의 배기 가스가 생길 뿐이므로, 가반형 발전장치가 보급되는 것에 의해, 전체적인 CO2 배출이 감소하여, CO2삭감에 대해 유리한 장치가 된다.

<49> 본 발명은, 옥외등에서 사용하는 가반형 발전장치의 산업분야에 이용할 수 있다.

Claims (6)

1. 외부열원에 의해 매체를 승온(昇溫) 시키는 승온수단과, 고정 스크롤 및 선회 스크롤로 형성되는 팽창실에서 상기 매체를 팽창시키는 팽창수단과, 상기 선회 스크롤에 설치된 선회축 및 상기 선회축을 편심해서 지지하는 회전축을 가지고, 상기 팽창실에서 상기 매체가 팽창되는 것에 의해 상기 선회 스크롤을 통해서 상기 선회축에 선회력이 전달되어, 상기 선회축의 선회력에 의해 상기 회전축이 회전하는 것에 의해 전력을 얻는 발전기와, 상기 팽창수단으로 팽창되어서 일을 끝낸 상기 매체를 승온수단에 순환시키는 매체순환계와, 상기 매체순환계의 상기 매체를 냉각하는 냉각 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 가반형 발전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 외부 열원은, 연료의 연소열을 열원으로 하는 것을 특징으로 하는 가반형 발전장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 승온 수단은, 상기 외부열원에 의해 승온 매체를 가열하는 수단을 구비하고, 승온 매체의 열을 회수해서 상기 매체를 승온 시키는 수단인 것을 특징으로 하는 가반형 발전장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 승온 매체는 물인 것을 특징으로 하는 가반형 발전장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 승온 매체는 기름인 것을 특징으로 하는 가반형 발전장치.
6. 제1항~제5항의 어느 한항에 있어서, 상기 냉각 수단은, 상기 매체의 열을 회수해서 온수를 얻는 급탕 수단인 것을 특징으로 하는 가반형 발전장치.