KR20120035176A - 스팀 분사장치에 의한 소화력 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 지역의 바이오가스, 쓰레기소각 등의 소규모의 열원(熱源)을 이용하여, 터빈 없이 스팀 분사장치를 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 소화력(小火力) 발전기에 관한 것으로서, 스팀을 분사하기 위한 원형의 스팀 분사장치 몸체에 유로(流路)를 형성하고, 유로(流路) 단부에 다수의 스팀 분사 노즐을 장착시켜, 노즐에서 분사되는 스팀의 분사력을 이용하여, 작용과 반작용(action and reaction)의 원리로, 스팀 분사장치 자체를 회전시켜 전기를 생산하는 것으로, 열원이 적어 화력발전으로 사용하기 어려운 소규모 열에너지를, 다수의 소형 스팀 분사노즐이 장착된 원형의 스팀 분사장치를 이용하여 발전하는 것으로, 별도의 터빈 없이 스팀 분사와 스팀 분사에 따른 분사장치 자체의 회전을 병행시켜, 전기에너지를 생산하도록 하는 친환경 소화력 발전기에 관한 것이다.

Description

스팀 분사장치에 의한 소화력 발전기{SMALL FUEL GENERATOR BY STEAM JET TYPE SYSTEM}

본 발명은 소규모 열원(熱源)을 이용한 소화력 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈 없이, 다수의 스팀 분사 노즐이 장착된 원형의 스팀 분사장치에서 분사되는 스팀의 분사력을 이용하여, 작용과 반작용(action and reaction)의 원리로, 상기 스팀 분사장치 자체를 회전시켜, 전기에너지를 생산할 수 있도록 하는 소화력 발전기에 관한 것이다.

일반적으로, 대부분 화력발전은 석탄과 석유, 가스를 연소시켜 얻은 열에너지로, 물을 가열하여 스팀을 만들고, 그 스팀으로 터빈을 돌려, 터빈에 연결된 발전기로 전력을 만드는 방식으로, 스팀을 터빈(turbine)의 날개에 충돌시켜, 열 에너지를 운동에너지로 변환시키고, 이 운동에너지로 발전기를 회전시켜, 다시 전기에너지로 변환시켜, 인류가 편리하게 사용하는 전력을 생산하는 것으로, 대표적으로 화력발전이나 원자력 발전 모두 스팀 터빈을 이용하고 있다.

이는 모두 고압의 스팀이 갖는 속도 에너지를, 터빈 날개에 충돌시켜서 회전력을 얻어 발전하는 방식으로, 대량의 스팀이 고속으로 분사되어, 터빈 날개에 부딪혀 충격을 가하고, 그 충격으로 터빈을 회전시키는 방식으로, 중대형 발전의 대부분은 대량의 고압스팀을 필요로 하는 스팀 터빈 방식을 이용한다.

따라서, 이와 같은 스팀 터빈 방식은 소규모 열원(熱源)에 의한 소화력 발전에 적용하기 곤란한 문제점이 있다.

또한, 대량의 스팀이 고속으로 터빈 날개 전체에 부딪히게 되면, 터빈 내주면 샤프트 쪽으로 부딪히는 스팀의 충돌에너지는, 지렛대의 원리에서와 같이 터빈의 외주면 가장자리에 부딪혀 얻어지는 충돌에너지에 비해, 제대로 충돌에너지를 얻지 못하여 터빈의 회전효율이 떨어지는 문제점도 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 소규모의 열원(熱源)을 이용하여, 유로(流路)가 형성된 원형의 스팀 분사장치에 다수의 스팀 분사 노즐을 장착시켜, 노즐에서 분사되는 스팀의 분사력을 이용하여, 작용과 반작용(action and reaction)의 원리로, 상기 스팀 분사장치 자체를 회전시켜 전기에너지를 얻는 것으로서, 소규모 열원인 바이오가스, 쓰레기소각 등의 열원을 이용하여, 전기에너지를 생산할 수 있도록 한, 친환경 소화력 발전기를 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소화력발전기(10)는, 스팀 유입관(101)과, 상기 유입관의 단부에 설치되어 유입관과 연결되는 스팀 분사장치 몸체(201)와, 상기 몸체 외주면과 연결된 통로(202.203)의 단부에 장착된 일직선분사노즐(204)에서, 분사되는 스팀(205)의 분사력을, 인접한 스팀 분사판(103)에 바로 인가시켜, 그 분사력의 반작용으로 스팀 분사장치 자체를 회전시켜, 전기를 생산하는 발전부(300)와, 외부 케이스(106) 등으로 구성되어;

발전을 위한 발전기에 별도의 터빈 없이, 상기 스팀 분사장치의 일직선분사(204)노즐에서 스팀을 일직선으로 분사시켜, 스팀의 분사력을 극대화하고, 극대화된 스팀의 분사력을 인접한 스팀 분사판(103)에 바로 인가시켜, 분사력 손실을 최소화하며, 스팀 분사장치의 회전력을 확보하는 것으로, 열원이 적어 일반 터빈방식으로 발전하기 어려운 열에너지를, 별도의 터빈 없이 스팀 분사장치를 이용하여, 스팀 분사와 스팀 분사에 따른 분사장치 자체의 회전을 병행시켜, 전기에너지를 생산하도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 내측통로(202) 구경은 크고, 외측통로(203) 구경과 일직선 분사노즐의 구경이 점차 좁아져, 유체역학에 따라 유속이 빨라지고, 좁아지는 각도를 따라 생긴 유체의 관성을, 노즐의 일직선 구간을 통과시키며 관성을 소멸시킨 후 일직선으로 분사시켜, 스팀의 분사력이 커지게 구성된 것을 특징으로 한다.

더 바람직하게, 상기 스팀 분사장치(200)의 통로(202.203)를 다수 연결시켜 스팀 분사장치의 지름을 크게 하여 지렛대 원리가 적용되어 회전력을 확보할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스팀 분사장치(200)에 통로(202.203)와 일직선 분사노즐(204)이 방사형으로 다수로 설치되어 분사력을 높이도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스팀 분사장치(200)가 스팀 량에 따라 한 개 이상 수직으로 배열 설치되어 회전력을 배가시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 스팀 분사판(103)에 홈(104)과 스팀 걸림턱(105)을 형성하여 일직선으로 분사되는 스팀 분사력의 손실이 최소화 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 반대로 원형의 케이스(106) 내주면에 일직선 분사노즐(204a)을 장착하고, 인접하게 스팀 분사판(103)이 설치되도록 하여 고압스팀의 분사력 손실을 최소화 하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 소화력 발전기의 발명효과는,

첫째, 본 발명은 소화력 발전기는 소규모 열원(熱源)을 이용하여, 원형의 스팀 분사장치(200)에 장착된 다수의 스팀 분사노즐로 스팀을 분사시켜, 그 분사력의 반작용으로 스팀 분사장치 자체를 회전시켜 전기를 생산하는 것으로, 소규모 열원(熱源)의 열에너지를 효과적으로 이용하여, 전기에너지를 생산하는 경제적인 효과가 있다.

둘째, 본 발명의 소화력 발전기는 환경을 파괴하는 대규모 시설투자를 줄이고, 바이오가스, 쓰레기소각 등의 열원(熱源)이 있는 곳에 소규모로 설치하여 실 수요처에서 바로 전력에너지를 생산하므로 자연환경을 보호하는 효과가 있다.

셋째, 본 발명의 소화력 발전기는 회전력을 얻기 위한 별도의 터빈이 없어, 구조를 간단하게 할 수 있고, 제조원가와 설치비를 줄이고, 유지보수가 편리해지는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화력 발전기의 구성을 나타내는 단면도,
도 2 는 본 발명의 원형 스팀 분사장치 몸체에 다수의 유로와 일직선분사노즐이 방사형으로 장착되고, 일직선으로 분사되는 스팀 줄기와 인접한 스팀 분사판 홈으로 입사되는 모양을 나타내는 평면도,
도 3 은 일반적인 노즐에서 스팀이 부채형으로 분산되는 스팀 줄기 모양과 본 발명의 일직선분사노즐과 일직선으로 분사되는 스팀 줄기 모양을 나타내는 요부확대도,
도 4 는 스팀 분사장치의 유로를 유선형으로 하고, 스팀 분사판에 홈과 스팀 걸림 턱을 부설한 것을 나타내는 평면도.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예로 스팀의 량에 따라, 스팀 분사장치를 수직으로 한 개 이상 설치하여 구성되는 것을 나타내는 단면도.
도 6 은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 소화력 발전기의 케이스 내주면에 일직선분사노즐이 장착되어 구성되는 것을 나타내는 단면도,
도 7 은 본 발명의 소화력 발전기의 케이스 내주면에 장착된 일직선분사노즐과 일직선으로 분사되는 스팀 줄기가 스팀 분사판 홈에 입사되는 스팀 줄기 모양을 나타내는 요부확대도,

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화력 발전기의 구성을 나타내는 단면도, 도 2 는 본 발명의 원형 스팀 분사장치 몸체에 다수의 유로와 일직선분사노즐이 방사형으로 장착되고, 일직선으로 분사되는 스팀 줄기와 인접한 스팀 분사판 홈으로 입사되는 모양을 나타내는 평면도, 도 3 은 일반적인 노즐에서 스팀이 부채형으로 분산되는 스팀 줄기 모양과 본 발명의 일직선분사노즐과 일직선으로 분사되는 스팀 줄기 모양을 나타내는 요부확대도, 도 4 는 스팀 분사장치의 유로를 유선형으로 하고, 스팀 분사판에 홈과 스팀 걸림 턱을 부설한 것을 나타내는 평면도. 도 5 는 본 발명의 다른 실시예로 스팀의 량에 따라, 스팀 분사장치를 수직으로 한 개 이상 설치하여 구성되는 것을 나타내는 단면도. 도 6 은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 소화력 발전기의 케이스 내주면에 일직선분사노즐이 장착되어 구성되는 것을 나타내는 단면도, 도 7 은 본 발명의 소화력 발전기의 케이스 내주면에 장착된 일직선분사노즐과 일직선으로 분사되는 스팀 줄기가 스팀 분사판 홈에 입사되는 스팀 줄기 모양을 나타내는 요부확대도 이다.

본 발명에 따른 소화력 발전기는 열원(熱源)이 적어, 터빈으로 발전할 수 없는 소량의 열에너지를 이용하여, 터빈 없이 스팀 분사장치를 이용하여, 스팀을 분사시키며 그 분사력의 반작용으로, 스팀 분사장치 자체를 회전시켜, 전기에너지가 생산되도록 구현된다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1에 도시한 소화력 발전기(10)는, 스팀 유입관(101)과 유로로 연결된 원형의 스팀 분사장치 몸체(201)와, 상기 몸체에 연결된 유로(202,203)의 단부에 장착된, 일직선분사노즐(204)에서 스팀이 일직선(205)으로 분사되어, 스팀의 분사력을 극대화하고, 극대화된 스팀 분사력을 인접한 스팀 분사판(103)에 바로 인가시켜, 분사력 손실을 최소화하며 그 반작용으로, 스팀 분사장치 자체의 회전력을 확보하여, 전기에너지를 생산하는, 발전기와 케이스 등의 구조를 포함하여 구성된다.

상기 일직선분사노즐(204)의 내부가 일정구간 일직선 구성되어, 스팀을 일직선(205)으로 강하게 분사시켜, 그 분사력의 반작용에 의한 스팀 분사장치의 회전력이 극대화 될 수 있도록 구성된다.

상기 스팀 분사장치(200)의 일직선분사노즐(204)과 스팀 분사판(103)을 인접하게 설치하여, 일직선으로 분사되는 스팀 줄기의 분사력 손실을 최소화하여, 스팀 분사장치(200)의 회전력을 극대화 할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 스팀 분사장치(200)의 유로(202.203)를 다수로 길게 연결시켜, 스팀 분사장치의 원형 지름을 크게 하여, 일직선분사노즐(204)에서 분사되는 스팀 분사력에 지렛대 원리가 적용되어, 강한 회전력을 같게 할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 스팀 분사장치(200)의 회전력을 확보하는 방법으,로 유로를 둥근 유선형으로 하고 그 단부에 노즐을 장착하여, 공기저항을 줄여 회전력을 손실을 줄일 수 있도록 구성될 수도 있다.

이를 위해, 스팀 분사장치(200)는 상기 스팀 유입관(101)의 단부에 베어링(206)을 매개로, 고압의 스팀이 유로로 공급되며, 회전 가능한 상태로 설치되는 스팀 분사장치 몸체(201))와, 상기 몸체(201)의 외주면에 설치되어 연동되는 다수 개의 유로(202.203)및, 고압 스팀을 분사하는 다수 개의 일직선분사노즐(204)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 스팀 분사장치 몸체(201) 외주면 설치되는 유로와 노즐은, 그 개수 및 방향, 크기 등을 다양하게 변형 설계할 수가 있으며, 이를 통해 분사되는 스팀의 방향 및 수량, 수압 등을 조절할 수가 있게 된다.

또한, 상기 스팀 분사장치(200)에 구비되는 노즐은 일직선분사노즐(204)로, 상기 분사장치와 나란히 수평 방향일 때, 작용에 대한, 반작용의 힘이 최대로 인가되어 고속회전이 되므로, 스팀 분사 각도를 조정하면, 분사장치(200)의 회전속도를 조절할 수도 있게 된다.

이에, 상기 스팀 분사장치(200)의 회전을 위한 베어링(206)은 스팀의 압력 손실 방지를 위해, 스팀누설방지 세라믹볼베어링(400) 내륜에 리데나(Oil Seal)를 부설하고 외륜에 실드(Shield)를 장착하여, 운전시 장착된 실드(Shield)가 스팀 압력에 의해 상기 리데나에 밀착되어 회전되므로 압력 손실이 방지되어, 최소의 마찰 저항으로 손실되는 압력을 효과적으로 차단하여, 상기 스팀 분사장치(200)를 고속으로 회전되게 하는 구조를 갖도록 구성된다.

이어, 상기 발전기(300)는 스팀 분사장치(200)의 상부에 설치되도록 이루어지며, 이에 상기 스팀 분사장치(200)의 회전에 따른 전기에너지를 생산하는 구조를 갖도록 구성된다.

또, 상기 스팀 분사장치(200)는 그 사용환경에 따라 설치 개수 및 지름의 크기 등을 다양하게 변형 설계할 수가 있음은 물론이다.

또한, 실 수요처와 가까이 있는 열원이므로 먼저 전기에너지를 생산하고, 배출되는 배기 스팀의 열에너지를 효율적으로 사용하는 소규모의 열병합발전을 할 수가 있음은 물론이다.

도 2 에 도시한 스팀 분사장치(200)는 유로와 일직선 분사노즐이 방사형으로 다수로 설치되어 구성되며, 또 유로(202.203)를 다수 연결시켜 원형인 스팀 분사장치의 지름을 크게 하고, 유입 스팀을 일직선 분사노즐(204)로 일직선(205)으로 분사시켜, 스팀 분사판 홈(104)과 스팀 걸림턱(105)에 분사력을 인가시켜, 그 반작용으로 스팀 분사장치(200)의 회전력을 극대화 할 수 있도록 구성된다.

도 3 에 도시한 a 와 같이 일반 분사노즐에서 분사되는 스팀 줄기는, 좁아진 노즐의 구멍을 통과하며 유속이 빨라지고, 더불어 좁아진 노즐을 통과하며 생긴 스팀의 관성에 따라 화살표와 같이 스팀이 넓게 분산되어, 분사력이 분산되고 공기저항도 많이 받아 분사력 급격히 떨어진다. 이에 도시한 b 와 같이 상기 스팀 분사장치(200)의 일직선분사노즐(204)은 노즐 출구의 일정구간이 일직선으로 되어 노즐이 좁아지며 생긴 스팀의 관성이 소멸 된 후에 일직선(205)으로 분사되어, 스팀 분사력의 손실을 최소화시켜, 상기 물 분사장치의 회전력을 배가시킬 수 있도록 구성된다.

또한, 도 4 는 상기 스팀 분사장치(200)의 유로를 둥근 유선형으로 하여 회전시 공기저항을 덜 받게 구성하고, 일직선으로 분사되는 스팀 줄기의 분사력이 인가되는 스팀 분사판(103)의 홈(104)과 스팀 걸림턱(105)을 구비하여 분사력 손실을 최소화할 수 있도록 구성된다.

도 5 에 도시한 소화력 발전기는 본 발명의 다른 실시예로, 공급되는 스팀의 량에 따라, 한 개 이상의 분사장치가 수직으로 배치되어 구성되며, 이는 회전력을 높여, 소화력 발전기의 발전능력을 더욱 향상시킬 수가 있게 구성된다.

한편, 도 6 에 도시한 소화력 발전기는 본 발명의 또 다른 스팀 분사장치(200)의 구성을 나타내는 단면도로, 유입된 고압 스팀이 갖는 에너지를 최대로 이용하기 위해, 원형의 케이스 내주면에 다수의 일직선 분사노즐(204) 장착하고, 인접하게 스팀 분사 홈(103)이 설치되도록 하여 분사된 스팀 분사력 손실을 최소화 하며 회전능력을 더욱 향상시킬 수가 있게 구성된다.

또, 도 7 은 상기 케이스(106) 내주면에 장착된 일직선분사노즐(204)에서 일직선으로 분사되는 스팀 분사줄기 분사력이 인가되는 스팀 분사판(103)의 홈(104)과 스팀 걸림턱05)을 부설하여, 스팀 분사력의 반작용에 의한 회전력을 극대화할 수 있도록 구현된다.

또한, 도 8 에 도시한 바와 같이, 회전하는 스팀분사장치의 스팀 압력 손실을 방지하기 위하여, 스팀분사장치 내에 장착된 스팀누설방지 세라믹볼베어링(400) 내륜(401)에 리데나(Oil Seal)(402)를 부설하고, 리데나에 실드(Shield)(403)를 결합시켜 외륜(404)에 장착시켜, 스팀의 압력 손실을 최소화하여, 상기 스팀 분사장치(200)를 고속으로 회전되게 하는 구조를 갖도록 구성된다.

이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 소화력 발전기는 터빈 없이, 스팀 분사장치를 매개로, 발전기를 회전시키는데 있어서, 상기 스팀 유입관(101)으로부터 상기 스팀 분사장치(200)에 고압의 스팀이 유입되도록 한다.

이에, 상기 스팀 분사장치(200) 측으로 유입된 고압의 스팀은, 연결 유로(202.203)를 통해 일직선분사노즐(204)로 강하게 분사되게 되는데, 고압 스팀이 상기 스팀 분사장치(200)의 회전방향 반대방향으로 분사됨에 따라, 그 분사력에 의한 작용과 반작용(action and reaction)의 원리로, 상기 스팀 분사장치(200) 자체를 회전시켜, 터빈 없이 전기에너지를 생산하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 소화력 발전기는 소규모 열원(熱源)이 있는 곳이면 언제 어디서나 스팀을 생산하여 전기를 발전할 수 있게 하는 것으로, 일반 터빈발전기로 발전할 수 없는 소규모의 열원을 이용할 수 있으므로, 친환경적으로 전기에너지를 생산할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 상술한 바와 같은 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형 내지 조정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 본 발명의 모든 변형을 포함한다.

10: 소화력 발전기 101: 스팀 유입관
102: 스팀 배출관 103: 스팀 분사판
104: 스팀 분사판 홈 105: 홈의 스팀 걸림턱
106: 케이스 200: 스팀 분사장치
201: 스팀 분사장치 몸체 202: 내측 연결유로
203: 외측 연결유로 204: 일직선분사노즐
204a: 케이스 내주면에 설치된 일직선 분사노즐
205: 일직선으로 분사되는 스팀 206: 스팀 누설 방지베어링
300: 발전부 301: 발전기
302: 베벨기어 303: 회전축
400: 스팀누설방지베어링 401: 내륜
402: 리데나(oil seal) 403: 실드(shield)
404: 외륜 405: 볼

Claims (5)

1. 소규모 열원을 이용하는 소화력 발전기에 있어서,
   스팀이 유입되는 스팀 유입관과;
   상기 스팀 유입관과 유로로 연결되어 설치된 원형의 스팀 분사장치 몸체에 장착된 일직선분사노즐;
   상기 노즐에서 일직선으로 분사되는 스팀 줄기의 분사력이 바로 인가되는 스팀 분사판;
   상기 스팀 분사판에 인가된 스팀 분사력의 반작용으로 회전되도록 하는 스팀 분사장치;
   상기 스팀 분사장치와 연동되는 발전기와 외부 케이스 등으로 구성되어;
   발전을 위한 발전기에 별도의 터빈 없이, 상기 스팀 분사장치의 일직선분사노즐에서 스팀을 일직선으로 분사시켜, 스팀의 분사력을 극대화하고, 극대화된 스팀의 분사력을 인접한 스팀 분사판에 바로 인가시켜, 분사력 손실을 최소화하며, 스팀 분사장치의 회전력을 확보하는 것으로, 열원이 적어 일반 터빈방식으로 발전하기 어려운 열에너지를, 별도의 터빈 없이 스팀 분사장치를 이용하여, 스팀 분사와 스팀 분사에 따른 분사장치 자체의 회전을 병행시켜, 전기에너지를 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 소화력 발전기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 소화력 발전기에 한 개 이상의 스팀 분사장치가 수직으로 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 발전기.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 스팀 분사장치의 일직선분사노즐과 스팀 분사판이 인접하게 설치되어 스팀이 분사판에 바로 분사될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 발전기.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 스팀 분사장치의 연결 유로를 다수로 길게 연결하여 원형의 지름을 크게 할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 발전기.
   
5. 제 1항 있어서,
   상기 케이스 내주면에 일직선 스팀 분사노즐(204a)을 장착되고, 인접하게 스팀 분사판이 설치되어 스팀이 분사판에 바로 분사될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 발전기.

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