KR20110001174A - 열전소자를 이용한 응축기 - Google Patents

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Abstract

이 발명은, 열전소자(TEC : Thermo Electric Cooler)를 이용하여 증기의 냉각과 냉각수 대용 응축수의 가열을 동시에 진행함으로써 열효율을 향상시킬 수 있으며, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 활용함으로써 사용 냉각수의 양을 줄여서 그만큼 냉각수에 의한 방열손실을 줄일 수 있으며, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 응축수 온도를 높여 줌으로써 보일러의 연료를 절감하고 이산화탄소(CO2) 배출도 저감할 수 있는 열전소자를 이용한 응축기에 관한 것으로서,
증기 터빈의 터빈 날개를 회전시키고 배기되는 저온 저압의 증기가 응축기에서 냉각수 및 응축수에 의해 응축되고, 상기한 응축기에서 응축된 물은 급수 가열기로 이동되어 증기의 잔여 에너지를 가진 추기를 이용하여 가열되고, 상기한 급수 가열기에서 가열된 물은 보일러로 공급되어 연료에 의해 가열됨으로써 증기가 되고, 상기한 보일러에서 나오는 고온 고압의 증기는 증기 터빈으로 입력되어 증기 터빈의 터빈날개를 회전시키는 구조로 이루어지는 발전 플랜트에 있어서, 상기한 응축기는, 내부의 냉각수 흐름를 이용하여 증기를 냉각시키기 위한 냉각수 열교환기와, 내부의 응축수 흐름을 이용하여 증기를 냉각시키기 위한 응축수 열교환기와, 상기한 냉각수 열교환기 및 응축수 열교환기를 통과하면서 응축된 응축수를 모아 두기 위한 저장조와, 상기한 저장조의 응축수를 응축수 열교환기 및 급수 가열기로 이송하기 위한 응축수 펌프와, 상기한 응축수 열교환기의 외주면에 설치되어 증기 의 열을 흡수하여 응축수에 더해줌으로써 증기 냉각과 응축수 가열을 동시에 하는 열전소자를 포함하여 이루어진다.
발전 플랜트, 냉각수 열교환기, 응축수 열교환기, 저장조, 응축수 펌프

Description

열전소자를 이용한 응축기{Compressor using thermo electric coller}
이 발명은 응축기에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 열전소자(TEC : Thermo Electric Cooler)를 이용하여 증기의 냉각과 냉각수 대용 응축수의 가열을 동시에 진행함으로써 열효율을 향상시킬 수 있으며, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 활용함으로써 사용 냉각수의 양을 줄여서 그만큼 냉각수에 의한 방열손실을 줄일 수 있으며, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 응축수 온도를 높여 줌으로써 보일러의 연료를 절감하고 이산화탄소(CO2) 배출도 저감할 수 있는 열전소자를 이용한 응축기에 관한 것이다.
근래 신 재생에너지의 급속한 보급이 이루어지고 있으나, 전력의 생산과 보급은 여전히 기존의 화력 및 원자력 발전소에 절대적으로 의존하고 있다.
상기한 화력 및 원자력 발전소와 같은 플랜트에서 응축기의 효율은 매우 중요하다.
도 1은 종래의 응축기가 설치된 발전 플랜트의 구성도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 응축기가 설치된 발전 플랜트는, 증기 터빈(1)의 터빈 날개를 회전시키고 배기되는 저온 저압의 증기가 응축기(condenser)(2)에서 냉각수에 의해 응축되고, 상기한 응축기(2)에서 응축된 물은 급수 가열기(3)로 이동되어 증기의 잔여 에너지를 가진 추기를 이용하여 가열되고, 상기한 급수 가열기(3)에서 가열된 물은 보일러(4)로 공급되어 연료에 의해 가열됨으로써 증기가 되고, 상기한 보일러(4)에서 나오는 고온 고압의 증기는 증기 터빈(1)으로 입력되어 증기 터빈(1)의 터빈 날개를 회전시키는 구조로 이루어진다.
도 2는 종래의 응축기의 구조도이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 응축기(2)의 구성은, 내부의 냉각수 흐름를 이용하여 증기를 냉각시키기 위한 열교환기(21)와, 상기한 열교환기(21)를 통과하면서 응축된 응축수를 모아 두기 위한 저장조(22)와, 상기한 저장조(22)의 응축수를 급수 가열기(3)로 이송하기 위한 응축수 펌프(23)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한 종래의 응축기의 작용은 다음과 같다.
보일러(1)로부터 발생되어 증기 터빈(1)의 터빈 날개를 회전시키고 배기되는 저온 저압의 증기가 응축기(2)로 입력되면, 열교환기(21)의 내부를 흐르는 냉각수에 의해서 응축되어 저장조(22)에 모이게 된다.
열교환기(21)의 내부를 흐르는 냉각수는 외부로 방출되어 버려진다.
그리고, 상기한 저장조(22)에 모여 있는 응축수는 응축수 펌프(23)에 의해 급수 가열기(3)로 보내진다.
이와 같이 급수 가열기(3)로 이동된 응축수는 증기의 잔여 에너지를 가진 추 기를 이용하여 가열된 후에 보일러(4)로 보내진다.
그리고, 보일러(4)로 입력된 응축수는 연료에 의해 가열됨으로써 증기가 되고, 이와 같이 보일러(4)에서 생성된 고온 고압의 증기는 증기 터빈(1)으로 입력되어 증기 터빈(1)의 터빈 날개를 회전시키게 된다.
그러나, 상기한 종래의 응축기(2)를 설치한 화력 및 원자력 발전소는 발전 효율이 40% 정도밖에 되지 않는데, 발전 효율의 대부분의 손실은 응축기(2)에서 배출되는 냉각수에 의한 방열 손실로 인한 것이다. 이는 상기한 응축기(2)의 열교환기(21)의 내부를 흐르는 냉각수가 저온 저압의 증기가 가지고 있던 열을 흡수한 뒤에 그냥 외부로 배출되어 버려지기 때문이다.
따라서 응축기(2)의 열교환기(21)에서 외부로 버려지는 냉각수에 의한 방열 손실을 줄일 수 있다면 발전 플랜트 전체의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 열전소자(TEC : Thermo Electric Cooler)를 이용하여 증기의 냉각과 냉각수 대용 응축수의 가열을 동시에 진행함으로써 열효율을 향상시킬 수 있는, 열전소자를 이용한 응축기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 활용함으로써 사용 냉각수의 양을 줄여서 그만큼 냉각수에 의한 방열손실을 줄여서 열효율을 향상시킬 있는, 열전소자를 이용한 응축기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 응축수 온도를 높여 줌으로써 보일러의 연료를 절감하고 이산화탄소(CO2) 배출도 저감할 수 있는 열전소자를 이용한 응축기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 증기 터빈의 터빈 날개를 회전시키고 배기되는 저온 저압의 증기가 응축기에서 냉각수 및 응축수에 의해 응축되고, 상기한 응축기에서 응축된 물은 급수 가열기로 이동되어 가열되고, 상기한 급수 가열기에서 가열된 물은 보일러로 공급되어 연료에 의해 가열됨으로써 증기가 되고, 상기한 보일러에서 나오는 고온 고압의 증기는 증기 터빈으로 입력되어 증기 터빈의 터빈날개를 회전시키는 구조로 이루어지는 발전 플랜트에 있어서, 상기한 응축기는, 내부의 냉각수 흐름를 이용하여 증기를 냉각시키기 위한 냉각수 열교환기와, 내부의 응축수 흐름을 이용하여 증기를 냉각시키기 위한 응축수 열교환기와, 상기한 냉각수 열교환기 및 응축수 열교환기를 통과하면서 응축된 응축수를 모아 두기 위한 저장조와, 상기한 저장조의 응축수를 응축수 열교환기 및 급수 가열기로 이송하기 위한 응축수 펌프와, 상기한 응축수 열교환기의 외주면에 설치되어 증기의 열을 흡수하여 응축수에 더해줌으로써 증기 냉각과 응축수 가열을 동시에 하는 열전소자를 포함하여 이루어진다.
이 발명의 구성은, 상기한 증기를 냉각시키는데 사용되는 냉각수의 양은, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 활용함으로써 그만큼 양이 줄어 들게 됨으로써 냉각수에 의한 방열손실을 줄이는 구조로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 응축수 열교환기의 응축수는 3웨이 밸브를 통해 급수 가열기의 입구와 출구로 인가됨으로써 열응력이 최소화되는 구조로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 열전소자는 파이프형 또는 판형으로 제작되면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 급수 가열기는 증기의 잔여 에너지를 가진 추기를 이용하여 응축수를 가열하면 바람직하다.
이 발명은, 열전소자를 이용하여 증기의 냉각과 냉각수 대용 응축수의 가열을 동시에 진행함으로써 열효율을 향상시킬 수 있으며, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 활용함으로써 사용 냉각수의 양을 줄여서 그만큼 냉각수에 의한 방열손실을 줄일 수 있으며, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 응축수 온도를 높여 줌으로써 보일러의 연료를 절감하고 이산화탄소(CO2) 배출도 저감할 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 응축기가 설치된 발전 플랜트의 구성도이다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 응축기의 구성은, 증기 터빈(5)의 터빈 날개를 회전시키고 배기되는 저온 저압의 증기가 응축기(6)에서 냉각수 및 응축수에 의해 응축되고, 상기한 응축기(7)에서 응축된 물은 급수 가열기(7)로 이동되어 증기의 잔여 에너지를 가진 추기를 이용하여 가열되고, 상기한 급수 가열기(7)에서 가열된 물은 보일러(8)로 공급되어 연료에 의해 가열됨으로써 증기가 되고, 상기한 보일러(8)에서 나오는 고온 고압의 증기는 증기 터빈(5)으로 입력되어 증기 터빈(5)의 터빈날개를 회전시키는 구조로 이루어진다.
도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 응축기의 구조도이다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 응축기(6)의 구성은, 내부의 냉각수 흐름를 이용하여 증기를 냉각시키기 위한 냉각수 열교환기(61)와, 내부의 응축수 흐름을 이용하여 증기를 냉각시키기 위한 응축수 열교환기(64)와, 상기한 냉각수 열교환기(61) 및 응축수 열교환기(64)를 통과하면서 응축된 응축수를 모아 두기 위한 저장조(62)와, 상기한 저장조(62)의 응축수를 응축수 열교환기(64) 및 급수 가열기(7)로 이송하기 위한 응축수 펌프(63)와, 상기한 응축수 열교환기(64)의 외주면에 설치되어 증기의 열을 흡수하여 응축수에 더해줌으로써 증기 냉각과 응축수 가열을 동시에 하는 열전소자(65)를 포함하여 이루어진다.
상기한 열전소자(65)는 파이프형 또는 판형으로 제작되는 구조로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 응축기의 작용은 다음과 같다.
보일러(8)로부터 발생되어 증기 터빈(5)의 터빈 날개를 회전시키고 배기되는 저온 저압의 증기가 응축기(6)로 입력되면, 응축수 열교환기(64)의 외부에 설치되어 있는 열전소자(65)와 냉각수 열교환기(61)의 내부를 흐르는 냉각수에 의해서 응축되어 저장조(62)에 모이게 된다. 이와 동시에 열전소자(65)는 증기로부터 열을 빼앗으므로써 증기를 냉각시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 증기로부터 빼앗은 열을 응축수 열교환기(64)의 내부를 흐르는 응축수에 인가함으로써 응축수의 온도를 높여주는 역할을 동시에 하게 된다.
상기한 열전소자(65)는 최근 냉온수기, 화장품냉장고, 차량용 냉온장고, 반도체 생산 설비 등에 폭넓게 적용되는 부품으로서 펠티어(Peltier) 효과를 이용하 여 기계적인 구동부 없이 동작하는 열펌프(Heat Pump)이다. 대부분의 경우 냉각(Cooling)용으로 이용하며, 일부 가열(Heating)용으로 사용되기도 하나, 본원 발명의 실시예에서와 같이 냉각과 가열 기능을 동시에 이용하는 장치는 많지 않다. 본원 발명의 열전소자(65)는 파이프 형태 또는 판형 열교환기 형태로 제작하고, 여기에 전기에너지를 투입함으로써 증기 냉각과 응축수 가열의 효과를 동시에 얻는다.
한편, 냉각수 열교환기(61)의 내부를 흐르는 냉각수는 외부로 방출되어 버려지게 되는데, 증기를 냉각시키는데 사용되는 냉각수의 양은, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 활용함으로써 그만큼 양이 줄어 들게 됨으로써 냉각수에 의한 방열손실을 줄일 수 있게 된다.
상기한 저장조(62)에 모여 있는 응축수는 응축수 펌프(63)에 의해 급수 가열기(7)로 보내진다.
그리고, 급수 가열기(7)로 이동된 응축수는 증기의 잔여 에너지를 가진 추기를 이용하여 가열된 후에 보일러(8)로 보내진다. 이 경우에, 열전소자(65)에 의해 증기로부터 열을 빼앗아 온도가 상승된 응축수 열교환기(64)의 응축수가 3웨이 밸브(66)를 통해 급수 가열기(7)의 입구와 출구로 인가됨으로써 열응력이 최소화되며, 응축수 열교환기(64)의 응축수는 저장조(62)의 응축수보다 상대적으로 온도가 높기 때문에 추기의 에너지를 많이 필요로 하지 않음으로써 결과적으로 플랜트의 방열을 효율적으로 회수하는 역할을 한다.
보일러(8)로 입력된 응축수는 연료에 의해 가열됨으로써 증기가 되는데, 응 축수의 온도가 상대적으로 높은 상태이기 때문에 연료를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 이산화탄소(CO2) 배출도 저감할 수 있게 된다.
보일러(8)에서 생성된 고온 고압의 증기는 증기 터빈(5)으로 입력되어 증기 터빈(5)의 터빈 날개를 회전시키게 된다.
도 1은 종래의 응축기가 설치된 발전 플랜트의 구성도이다.
도 2는 종래의 응축기의 구조도이다.
도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 응축기가 설치된 발전 플랜트의 구성도이다.
도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 열전소자를 이용한 응축기의 구조도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
5 : 증기 터빈 6 : 응축기
7 : 급수 가열기 8 : 보일러

Claims (6)

  1. 증기 터빈의 터빈 날개를 회전시키고 배기되는 저온 저압의 증기가 응축기에서 냉각수 및 응축수에 의해 응축되고, 상기한 응축기에서 응축된 물은 급수 가열기로 이동되어 가열되고, 상기한 급수 가열기에서 가열된 물은 보일러로 공급되어 연료에 의해 가열됨으로써 증기가 되고, 상기한 보일러에서 나오는 고온 고압의 증기는 증기 터빈으로 입력되어 증기 터빈의 터빈날개를 회전시키는 구조로 이루어지는 발전 플랜트에 있어서,
    상기한 응축기는,
    내부의 냉각수 흐름를 이용하여 증기를 냉각시키기 위한 냉각수 열교환기와,
    내부의 응축수 흐름을 이용하여 증기를 냉각시키기 위한 응축수 열교환기와,
    상기한 냉각수 열교환기 및 응축수 열교환기를 통과하면서 응축된 응축수를 모아 두기 위한 저장조와,
    상기한 저장조의 응축수를 응축수 열교환기 및 급수 가열기로 이송하기 위한 응축수 펌프와,
    상기한 응축수 열교환기의 외주면에 설치되어 증기의 열을 흡수하여 응축수에 더해줌으로써 증기 냉각과 응축수 가열을 동시에 하는 열전소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 응축기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 증기를 냉각시키는데 사용되는 냉각수의 양은, 응축수의 일부를 냉각수로 대용하여 활용함으로써 그만큼 양이 줄어 들게 됨으로써 냉각수에 의한 방열손실을 줄이는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 응축기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기한 응축수 열교환기의 응축수는 3웨이 밸브를 통해 급수 가열기의 입구와 출구로 인가됨으로써 열응력이 최소화되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 응축기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기한 열전소자는 파이프형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 응축기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기한 열전소자는 판형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 응축기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기한 급수 가열기는 증기의 잔여 에너지를 가진 추기를 이용하여 응축수를 가열하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 응축기.
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