KR20130093555A - 발전 장치 - Google Patents

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KR20130093555A
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노보루 츠보이
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명의 발전 장치는, 발전기를 효율적으로 냉각하기 위해서, 발전기 하우징에 있어서의 발전기 스테이터를 기준으로 한 팽창기 로터와 반대측의 위치에 설치되어 있는 동시에 작동 매체를 발전기 하우징내에 도입 가능한 도입구와, 순환 펌프로부터 증발기를 통하지 않고 도입구에 작동 매체를 공급하는 냉각 유로와, 응축기에 유도되도록 발전기 하우징으로부터 작동 매체를 도출 가능한 연락구와, 냉각 유로를 통해서 순환 펌프로부터 발전기 하우징내에 유도되는 작동 매체를 감압하는 스로틀 밸브를 구비하고 있다.

Description

발전 장치{POWER GENERATION APPARATUS}
본 발명은 랭킨 사이클을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2004-353571호에 기재된 발전 장치가 알려져 있다.
상기 특허 공보에 기재된 발전 장치는, 작동 매체의 고압 증기를 생성하는 증기 발생기와, 고압 증기에 의해 구동하는 터빈을 갖는 터빈 발전기와, 터빈의 구동에 따라서 발전을 행하는 발전기와, 터빈을 구동한 후의 저압 증기를 냉각해서 응축하는 응축기와, 응축후의 작동 매체를 가압해서 증기 발생기에 보내는 송액 펌프를 구비하고 있다.
이 발전 장치에서는, 발전기의 스테이터의 냉각에 작동 매체가 이용된다. 구체적으로, 발전기의 스테이터의 외주부(스테이터를 수용하는 하우징)에는, 냉각 재킷이 설치되어 있다. 그리고, 송액 펌프에서 가압된 작동 매체(응축액)의 일부가 발전기의 냉각 재킷에 유도됨으로써, 스테이터는 냉각된다. 스테이터의 냉각후의 작동 매체는 냉각 재킷으로부터 응축기에 복귀된다.
그러나, 상기 선행 기술의 발전 장치에서는, 발전기를 효율적으로 냉각할 수 없다. 구체적으로, 냉각 재킷에 도입되는 작동 매체는, 송액 펌프에 의해 가압되고 있기 때문에, 발전기로부터 유효하게 열을 빼앗을 수 없다[발전기의 열은 작동 매체에 대한 현열(顯熱)로서 빼앗기는 것에 지나지 않음]. 또한, 냉각 재킷이 형성된 하우징을 통해서 간접적으로 스테이터가 냉각되기 때문에, 냉각 효율의 향상에 한계가 있다. 또한, 냉각 재킷을 형성할 필요가 있어, 발전기의 제조 비용이 증대한다.
본 발명의 목적은 발전기를 효율적으로 냉각할 수 있는 발전 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 발전 장치이며, 작동 매체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기에 있어서 증발한 작동 매체의 팽창력에 의해 회전하는 팽창기 로터를 갖는 팽창기와, 상기 팽창기 로터에 접속된 발전기 로터와, 상기 발전기 로터의 주위에 배치되어 있는 동시에 상기 발전기 로터와의 사이에서 전력을 발생시키기 위한 발전기 스테이터와, 상기 발전기 로터 및 상기 발전기 스테이터를 수용하는 발전기 하우징을 갖는 발전기와, 상기 팽창기로부터 도출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 상기 증발기에 작동 매체를 보내는 순환 펌프와, 상기 발전기를 냉각하는 냉각 기구를 구비하고, 상기 냉각 기구는, 상기 발전기 하우징에 있어서의 상기 발전기 스테이터를 기준으로 한 상기 팽창기 로터와 반대측의 위치에 설치되어 있는 동시에 작동 매체를 상기 발전기 하우징내에 도입 가능한 도입구와, 상기 순환 펌프로부터 상기 도입구에 작동 매체를 공급하는 냉각 유로와, 상기 응축기에 유도되도록 상기 발전기 하우징으로부터 작동 매체를 도출 가능한 도출구와, 상기 냉각 유로를 통해서 상기 순환 펌프로부터 상기 발전기 하우징내에 유도되는 작동 매체를 감압하는 감압 기구를 구비하고 있다.
본 발명에서는, 작동 매체를 발전기 하우징내에 도입 가능한 도입구와, 냉각 유로를 통해서 순환 펌프로부터 발전기 하우징내에 유도되는 작동 매체를 감압하는 감압 기구를 갖는다. 이로 인해, 감압된 작동 매체를 발전기 로터 및 발전기 스테이터에 직접 접촉시킬 수 있다. 감압된 작동 매체는, 약간의 열량으로 습증기로 되기 때문에, 발전기 로터 및 발전기 스테이터의 열을 작동 매체의 잠열로서 이용할 수 있다. 따라서, 감압된 작동 매체를 발전기 로터 및 발전기 스테이터에 직접 접촉시킴으로써, 발전기의 열을 현열로서 이용하는 동시에 냉각 재킷에 작동 매체를 흘리는 종래의 발전 장치와 비교하여, 소량의 작동 매체를 사용해서 유효하게 발전기를 냉각할 수 있다.
특히, 본 발명에서는, 상기 도입구가 발전기 하우징에 있어서의 발전기 스테이터를 기준으로 한 팽창기 로터와 반대측의 위치에 설치되어 있다. 이로 인해, 발전기 스테이터를 기준으로 한 팽창기 로터측의 위치, 또는 발전기 스테이터의 측방의 위치로부터 작동 매체를 발전기 하우징내에 도입하는 경우와 비교해서 유효하게 발전기를 냉각할 수 있다.
구체적으로, 팽창기 로터측의 위치로부터 작동 매체를 도입했을 경우, 발전기 로터와 팽창기 로터 사이에는 양자를 연결하는 축이 존재하기 때문에, 이 축이 장해가 되어서 작동 매체를 발전기 로터 및 발전기 스테이터에 대하여 유효하게 접촉시킬 수 없다. 또한, 발전기 스테이터의 측방의 위치로부터 작동 매체를 도입했을 경우, 발전기 스테이터의 일부에 밖에 작동 매체를 접촉시킬 수 없어, 발전기 전체를 유효하게 냉각할 수 없다.
이에 대해, 본 발명에서는, 팽창기 로터와 발전기 로터를 연결하는 축과 반대측의 위치에서, 또한 발전기 스테이터의 측면에서 벗어난 위치로부터 작동 매체를 도입할 수 있다. 그로 인해, 본 발명에 따르면, 작동 매체를 발전기 로터 및 발전기 스테이터에 대하여 균일하게 접촉시킬 수 있어, 유효하게 발전기를 냉각할 수 있다.
발전기 하우징과 팽창기 하우징이 하나의 하우징에 의해 구성되어 있는 것을 제외하는 것은 아니지만, 상기 발전 장치에 있어서, 상기 팽창기는 상기 팽창기 로터를 수용하는 팽창기 하우징을 갖고, 상기 발전기 하우징 및 상기 팽창기 하우징은 서로 착탈 가능한 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 발전기 하우징과 팽창기 하우징이 착탈 가능하다. 이로 인해, 발전기 또는 팽창기마다에 메인터넌스 및 부품의 교환 등이 가능해진다.
상기 발전 장치에 있어서, 상기 팽창기 하우징에는, 상기 팽창기 로터의 회전에 제공된 작동 매체를 상기 팽창기 하우징으로부터 도출하기 위한 배출구가 설치되고, 상기 도출구는, 상기 발전기 하우징내의 작동 매체가 상기 배출구에 유도되도록, 상기 발전기 하우징과 상기 팽창기 하우징을 연통시키는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 발전기 하우징내의 작동 매체가 배출구에 유도되도록, 발전기 하우징과 팽창기 하우징이 도출구를 통해서 연통한다. 이로 인해, 팽창기 로터의 회전에 제공된 작동 매체를 응축기에 복귀시키기 위한 배출구를 이용하여, 발전기의 냉각에 제공된 작동 매체도 응축기에 복귀시킬 수 있다. 따라서, 발전기의 냉각에 제공된 작동 매체를 응축기에 복귀시키기 위한 새로운 유로(배관)를 설치하는 것이 불필요하게 되어, 발전 장치의 제조 비용 및 발전 장치의 크기를 억제할 수 있다. 또한, 새로운 유로를 설치하는 경우와 달리, 당해 새로운 유로에 있어서의 작동 매체의 누출 등의 우려도 없다.
상기 발전 장치에 있어서, 상기 도출구는 상기 발전기 스테이터를 기준으로 해서 상기 팽창기 로터측의 위치에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 도출구가 발전기 스테이터를 기준으로 해서 상기 도입구와 반대측에 설치되어 있다. 이로 인해, 도입구로부터 도입된 작동 매체는 도출구에 이르는 과정에 있어서 발전기 로터 및 발전기 스테이터를 경유한다. 따라서, 작동 매체를 발전기에 확실하게 접촉시킴으로써, 보다 유효하게 발전기 로터 및 발전기 스테이터를 냉각할 수 있다.
상기 발전 장치에 있어서, 상기 발전기 하우징은, 상기 발전기 로터의 회전축 주위에서 상기 발전기 스테이터의 주위를 덮는 통형상부와, 상기 통형상부의 개구를 막는 동시에 상기 도입구가 설치된 덮개부를 갖는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 발전기 스테이터의 주위를 덮는 통형상부의 개구를 막는 덮개부에 대하여 도입구가 설치되어 있다. 이로 인해, 발전기 로터의 회전축의 축선 방향을 따라 덮개부로부터 발전기 로터 및 발전기 스테이터를 향해 작동 매체를 분사할 수 있다. 따라서, 발전기를 보다 효과적으로 냉각할 수 있다.
상기 발전 장치에 있어서, 상기 도입구는 상기 발전기 로터의 회전축의 연장선상에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 발전기 로터의 회전축의 연장선상에 도입구가 배치되어 있다. 이로 인해, 도입구로부터 발전기 로터 및 발전기 스테이터에 대하여 보다 균일하게 작동 매체를 분사할 수 있다.
상기 발전 장치에 있어서, 상기 감압 기구는 작동 매체에 압력 손실을 발생시키는 적어도 하나의 유로를 갖는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 감압 기구의 유로에 의해 작동 매체에 압력 손실을 발생시킴으로써, 작동 매체를 감압할 수 있다.
상기 발전 장치에 있어서, 상기 감압 기구는, 상기 발전기 하우징내에 설치되고, 상기 도입구를 통해서 상기 발전기 하우징내에 도입된 작동 매체를 상기 발전기 하우징내에 토출하는 복수의 토출구를 갖는 디스트리뷰터를 구비해도 좋다.
이 형태에서는, 복수의 토출구를 갖는 디스트리뷰터에 의해, 작동 매체를 안개상으로 살포할 수 있다. 따라서, 작동 매체를 확실하게 발전기 로터 및 발전기 스테이터에 접촉시킬 수 있기 때문에, 보다 효율적으로 발전기를 냉각할 수 있다.
상기 발전 장치에 있어서, 상기 감압 기구는, 상기 냉각 유로에 설치되고, 상기 냉각 유로를 흐르는 작동 매체의 유량을 조정 가능한 조정 밸브를 구비해도 좋다.
이 형태에서는, 조정 밸브에 의해 냉각 유로를 흐르는 작동 매체의 유량을 조정할 수 있다. 구체적으로, 조정 밸브를 스로틀 밸브에 의해 구성된 경우, 스로틀 밸브는 비교적 간이한 구조를 갖기 때문에, 발전 장치의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.
상기 발전 장치에 있어서, 상기 감압 기구는 상기 발전기의 온도를 검출하는 검출기와, 상기 검출기에 의한 검출 결과에 기초하여 상기 조정 밸브에 의한 작동 유체의 유량을 제어하는 제어기를 더 구비하고, 상기 제어기는, 상기 발전기의 온도가 높을수록 상기 냉각 유로를 흐르는 작동 매체의 유량이 많아지도록, 상기 발전기의 온도에 따라서 작동 매체의 유량을 제어하도록 해도 좋다.
또한, 상기 발전 장치에 있어서, 상기 감압 기구는 상기 발전기의 온도에 따른 제어 지령을 출력하는 출력기를 더 구비하고, 상기 조정 밸브는, 상기 발전기의 온도가 높을수록 상기 냉각 유로를 흐르는 작동 매체의 유량이 많아지도록, 상기 출력기의 제어 지령에 따라서 작동 매체의 유량을 제어하도록 해도 좋다.
이들의 형태에 의하면, 발전기의 온도에 따라서 조정 밸브에 의한 작동 매체의 유량을 제어할 수 있다. 이로 인해, 발전기의 온도가 높아짐에 따라, 작동 매체의 유량을 늘림으로써, 효과적으로 발전기를 냉각할 수 있다. 한편, 발전기의 온도가 높지 않을 경우에는, 발전기의 냉각에 제공되는 작동 매체의 유량을 줄임으로써, 작동 매체를 본래의 용도(랭킨 사이클의 매체로서의 용도)로 확실하게 사용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 발전기를 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 발전 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 발전 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 발전 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 4는 본 발명의 제4 실시형태에 관한 발전 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 5는 본 발명의 제5 실시형태에 관한 발전 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 6은 본 발명의 제6 실시형태에 관한 발전 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 7은 제6 실시형태에 관한 발전 장치의 변형예를 도시하는 개략도.
이하 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 실시형태는 본 발명을 구체화한 일례이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 성격의 것은 아니다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 발전 장치(1)를 도시하는 개략도이다. 발전 장치(1)는 랭킨 사이클을 이용한 발전 장치이다. 구체적으로, 발전 장치(1)는 작동 매체를 증발시키는 증발기(3)와, 증발기(3)에 있어서 증발된 작동 매체로부터 동력을 취출하는 팽창기(4)와, 팽창기(4)에 의해 취출된 동력에 의해 발전하는 발전기(5)와, 팽창기(4)로부터 도출된 작동 매체를 응축시키는 응축기(6)와, 응축기(6)로부터 증발기(3)에 작동 매체를 보내는 순환 펌프(2)와, 발전기(5)를 냉각하는 후술하는 냉각 기구를 구비하고 있다. 또한, 작동 매체로서는, 예를 들어, R245fa(1,1,1,3,3-펜타플루오로 프로판) 등이 사용된다. 이하, R245fa가 작동 매체인 경우를 예로 해서 설명한다.
증발기(3)는 순환 펌프(2)와 팽창기(4)를 접속하는 공급 유로(R1)에 설치되어 있다. 또한, 증발기(3)는 공급 유로(R1) 내의 작동 매체를 가열한다. 구체적으로, 증발기(3)는 가열용 유로를 흐르는 90℃~100℃의 열원과 작동 매체 사이에서 열교환을 행하게 한다. 또한, 상기 열원으로서는, 예를 들어, 제조 설비 등으로부터 배출되는 온수, 증기, 과열 공기, 또는 배기 가스 등을 이용할 수 있다.
본 실시형태에 관한 팽창기(4)는 증발기(3)에 있어서 증발된 작동 매체의 팽창력을 회전력으로 변환하는 스크류 터빈이다. 구체적으로, 팽창기(4)는 상기 팽창력에 의해 회전하는 한쌍의 팽창기 로터(8)(도면에서는 하나로 도시함)와, 팽창기 로터(8)를 수용하는 팽창기 하우징(9)을 구비하고 있다. 각 팽창기 로터(8)는 작동 매체를 유통시키기 위한 나선 홈이 형성된 팽창기 로터 본체(8a)와, 팽창기 로터 본체(8a)로부터 그 축선 방향의 양측으로 연장하는 팽창기 회전축(8b, 8c)을 각각 구비하고 있다. 각 팽창기 로터 본체(8a, 8a)는 서로 맞물린 상태에서 회전 가능하다. 작동 매체는 각 팽창기 로터 본체(8a, 8a)의 나선 홈 사이에 형성된 공간을 통과하면서 팽창함으로써, 각 팽창기 로터 본체(8a, 8a)를 회전시킨다. 팽창기 하우징(9)은 각 팽창기 회전축(8b, 8c)을 각각 회전 가능하게 지지하는 베어링부(9a, 9b)와, 팽창기 로터 본체(8a, 8a)를 수용하는 로터 수용부(9c)를 구비하고 있다. 로터 수용부(9c)에는, 공급 유로(R1)로부터 각 팽창기 로터 본체(8a)에 작동 매체를 도입하기 위한 흡기구(9d)와, 각 팽창기 로터 본체(8a)의 회전에 제공된 작동 매체를 배출하는 배출구(9e)와, 배출구(9e)와 후술하는 발전기 하우징(12)을 연통시키는 연락구(9f)가 설치되어 있다.
공급 유로(R1)로부터 흡기구(9d)를 통해서 작동 매체가 팽창기 하우징(9) 내에 도입되면, 각 팽창기 로터 본체(8a, 8a) 사이에 형성되는 유로를 따라 작동 매체가 유통함으로써, 각 팽창기 로터 본체(8a)는 팽창기 회전축(8b, 8c)의 축선 주위로 회전한다. 각 팽창기 로터 본체(8a)의 회전에 제공된 작동 매체는 배출구(9e)를 통해서 팽창기 하우징(9)으로부터 도출된다.
발전기(5)는 팽창기 로터(8)의 회전력을 사용해서 발전을 행한다. 구체적으로, 발전기(5)는 팽창기 회전축(8c)에 접속된 발전기 로터(10)와, 발전기 로터(10)의 주위를 둘러싸는 발전기 스테이터(11)와, 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)를 수용하는 발전기 하우징(12)을 구비하고 있다. 발전기 로터(10)는 팽창기 회전축(8c)에 접속된 발전기 회전축(10a)과, 발전기 회전축(10a)의 축선 주위로 회전 가능한 발전기 로터 본체(10b)를 구비하고 있다. 발전기 회전축(10a)은 상기 베어링부(8c)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 즉, 팽창기 회전축(8c) 및/또는 발전기 회전축(10a)은 팽창기 하우징(9)을 관통하고 있다. 발전기 하우징(12)은 발전기 로터(10)의 회전축[발전기 회전축(10a)의 축] 주위에서 발전기 스테이터(11)의 주위를 덮는 통형상부(12a)와, 통형상부(12a)의 한쪽의 개구(도 1의 우측의 개구)를 막는 덮개부(12b)를 구비하고 있다. 통형상부(12a)는, 도시하지 않은 고정 부재(볼트 등)에 의해, 팽창기 하우징(9)에 대하여 착탈 가능하다. 통형상부(12a), 덮개부(12b) 및 팽창기 하우징(9)에 의해, 발전기실(S1)이 형성된다. 덮개부(12b)에는, 후술하는 냉각 유로(R3)로부터 발전기 하우징(12) 내에 작동 매체를 도입하기 위한 도입구(12c)가 형성되어 있다. 도입구(12c)는 발전기 로터(10)의 회전축의 연장선상에 배치되어 있다. 따라서, 도 1의 화살표로 도시한 바와 같이, 도입구(12c)로부터 도입된 작동 유체는 발전기(5)에 대하여 고르게 접촉한다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 팽창기(4) 및 발전기(5)는, 소위 반밀폐형의 발전기를 구성한다. 또한, 본 발명의 적용 대상은 반드시 반밀폐형의 발전기에 한정되는 것은 아니다.
응축기(6)는 팽창기(4)로부터 순환 펌프(2)에 작동 매체를 복귀시키기 위한 복귀 유로(R2)에 설치되어 있다. 응축기(6)는 팽창기(4)로부터 도출된 작동 매체를 응축시킨다.
본 실시형태에 관한 냉각 기구는, 상기 도입구(12c)와, 냉각 유로(R3)와, 상기 연락구(도출구)(9f)와, 스로틀 밸브(감압 기구)(7)를 구비하고 있다. 도입구(12c)는, 발전기 하우징(12)에 있어서의 발전기 스테이터(11)를 기준으로 한 팽창기 로터(8)와 반대측의 위치에 설치되어 있는 동시에 작동 매체를 발전기 하우징(12) 내에 도입 가능하다. 냉각 유로(R3)는 순환 펌프(2)로부터 증발기(3)를 통하지 않고 도입구(12c)에 작동 매체를 공급한다. 구체적으로, 냉각 유로(R3)는, 순환 펌프(2)와 증발기(3) 사이에서 공급 유로(R1)로부터 분기해서 도입구(12c)에 접속되어 있다. 연락구(9f)는, 상술한 바와 같이, 발전기 하우징(12) 내의 작동 매체가 배출구(9e)에 유도되도록, 발전기 하우징(12)과 팽창기 하우징(9)을 연통시킨다. 또한, 연락구(9f)는 발전기 스테이터(11)를 기준으로 해서 팽창기 로터(8)측의 위치에 설치되어 있다. 스로틀 밸브(7)는 냉각 유로(R3)를 통해서 순환 펌프(2)로부터 발전기 하우징(12) 내에 유도되는 작동 매체를 감압한다. 구체적으로, 스로틀 밸브(7)는, 작동 매체의 유로 단면적을 제한함으로써, 작동 매체에 압력 손실을 발생시킨다. 또한, 스로틀 밸브(7)는 작동 유체의 유량을 조정 가능하다.
이하, 본 실시형태에 관한 냉각 기구에 의한 작용을 설명한다.
순환 펌프(2)에 의해 가압된 작동 매체는 증발기(3) 및 스로틀 밸브(7)에 각각 유도된다. 증발기(3)에 유도된 작동 매체는 발전에 사용되어서 순환 펌프(2)에 복귀된다. 한편, 스로틀 밸브(7)에 유도된 작동 매체의 유량은 스로틀 밸브(7)의 개방도에 따른 유량으로 제한된다. 즉, 작동 매체는 스로틀 밸브(7)에 의해 감압된다. 그리고, 감압된 작동 매체는 도입구(12c)를 통과해서 발전기 하우징(12) 내에 도입되고, 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)에 직접 접촉한다. 여기서, 감압된 작동 매체는 약간의 열량으로 습증기로 되기 때문에, 발전기의 열을 작동 매체의 잠열로서 이용할 수 있다. 따라서, 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)를 유효하게 냉각할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시형태에서는, 작동 매체를 발전기 하우징(12) 내에 도입 가능한 도입구(12c)와, 냉각 유로를 통해서 순환 펌프(2)로부터 발전기 하우징(12) 내에 유도되는 작동 매체를 감압하는 스로틀 밸브(7)를 갖는다. 감압된 작동 매체를 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)에 직접 접촉시킴으로써, 발전기의 열을 현열로서 이용하는 동시에 냉각 재킷에 작동 매체를 흘리는 종래의 발전 장치와 비교하여, 소량의 작동 매체를 사용해서 유효하게 발전기(5)를 냉각할 수 있다.
특히, 상기 실시형태에서는, 상기 도입구(12c)가 발전기 하우징(12)에 있어서의 발전기 스테이터(11)를 기준으로 한 팽창기 로터(8)와 반대측 위치에 설치되어 있다. 이로 인해, 발전기 스테이터(11)를 기준으로 한 팽창기 로터(8)측의 위치, 또는 발전기 로터(10)의 측방의 위치로부터 작동 매체를 발전기 하우징(12) 내에 도입하는 경우와 비교해서 유효하게 발전기(5)를 냉각할 수 있다.
구체적으로, 팽창기 로터(8)측의 위치로부터 작동 매체를 도입했을 경우, 발전기 로터(10)와 팽창기 로터(8) 사이에는 양자를 연결하는 축[회전축(8b, 10a)]이 존재하기 때문에, 이 축이 장해가 되어서 작동 매체를 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)에 대하여 유효하게 접촉시킬 수 없다. 또한, 발전기 스테이터(11)의 측방의 위치로부터 작동 매체를 도입했을 경우, 발전기 스테이터(11)의 일부밖에 작동 매체를 접촉시킬 수 없어, 발전기(5) 전체를 유효하게 냉각할 수 없다.
이에 대해, 상기 실시형태에서는, 팽창기 로터(8)와 발전기 로터(10)를 연결하는 축[회전축(8b, 10a)]과 반대측의 위치에서, 또한 발전기 스테이터(11)의 측면으로부터 벗어난 위치로부터 작동 매체를 도입할 수 있다. 그로 인해, 본 발명에 따르면, 작동 매체를 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)에 대하여 균일하게접촉시킬 수 있고, 유효하게 발전기(5)를 냉각할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 발전기 하우징(12)과 팽창기 하우징(9)이 착탈 가능하다. 이로 인해, 발전기(5) 또는 팽창기(4)마다 메인터넌스 및 부품의 교환 등이 가능해진다. 또한, 상기 실시형태에서는, 발전기 하우징(12)과 팽창기 하우징(9)이 별도의 부재인 예에 대해서 설명했지만, 이것들이 하나의 하우징에 의해 구성되어서 있어도 된다.
상기 실시형태에서는, 발전기 하우징(12) 내의 작동 매체가 배출구(9e)에 유도되도록, 발전기 하우징(12)과 팽창기 하우징(9)이 연락구(9f)를 통해서 연통된다. 이로 인해, 팽창기 로터(8)의 회전에 제공된 작동 매체를 응축기(6)에 복귀시키기 위한 배출구(9e)를 이용하여, 발전기(5)의 냉각에 제공된 작동 매체도 응축기(6)에 복귀시킬 수 있다. 따라서, 발전기(5)의 냉각에 제공된 작동 매체를 응축기(6)에 복귀시키기 위한 새로운 유로(배관)를 설치하는 것이 불필요하게 되어, 발전 장치(1)의 제조 비용 및 발전 장치(1)의 크기를 억제할 수 있다. 또한, 새로운 유로를 설치하는 경우와 달리, 당해 새로운 유로에 있어서의 작동 매체의 누출 등의 우려도 없다.
상기 실시형태에서는, 연락구(9f)가 발전기 스테이터(11)를 기준으로 해서 상기 도입구(12c)와 반대측[팽창기 로터(8)측]에 설치되어 있다. 이로 인해, 도입구(12c)로부터 도입된 작동 매체는 연락구(9f)에 이르는 과정에 있어서 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)를 경유한다. 따라서, 작동 매체를 발전기 로터 및 발전기 스테이터(11)에 확실하게 접촉시킴으로써, 보다 유효하게 발전기를 냉각할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 발전기 스테이터(11)의 주위를 덮는 통형상부(12a)의 개구를 막는 덮개부(12b)에 대하여 도입구(12c)가 설치되어 있다. 이로 인해, 발전기 로터(10)의 회전축(10a, 10b)의 축선 방향을 따라서 덮개부(12b)로부터 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)를 향해서 작동 매체를 분사할 수 있다. 따라서, 발전기(5)를 보다 효과적으로 냉각할 수 있다.
특히, 상기 실시형태에서는, 발전기 로터(10)의 회전축(10a, 10b)의 연장선상에 도입구(12c)가 위치하기 때문에, 도입구(12c)로부터 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)에 대하여 보다 균일하게 작동 매체를 분사할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 스로틀 밸브(7)에 의해 냉각 유로(R3)를 흐르는 작동 매체의 유량을 조정할 수 있다. 또한, 스로틀 밸브(7)는 비교적 간이한 구조를 갖기 때문에, 발전 장치(1)의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 팽창기(4)에 대한 작동 매체의 공급 유로(R1)와, 발전기(5)에 대하여 작동 매체를 공급하는 냉각 유로(R3)가 따로따로 설치되어 있다. 이로 인해, 팽창기(4)로부터 도출된 작동 매체를 발전기(5)의 냉각에 사용하는 경우와 달리, 작동 매체중의 금속의 먼지(즉, 콘터미네이션)가 발전기(5)에 혼입되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 구체적으로, 예를 들어 팽창기(4)와 응축기(6) 사이의 복귀 유로(R2), 또는 냉각 유로(R3)에는, 금속의 먼지를 제거하기 위한 도시하지 않은 필터가 설치되어 있기 때문에, 이 필터에 의해 금속의 먼지가 제거된 후의 작동 매체를 냉각 유로(R3)를 통해서 발전기(5)에 유도할 수 있다.
[제2 실시형태]
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 관한 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
제2 실시형태에 관한 발전 장치(1)는, 상기 스로틀 밸브(7) 대신에, 발전기 하우징(12) 내에 설치된 디스트리뷰터(14)를 구비하고 있다. 디스트리뷰터(14)는, 도입구(12c)를 통해서 발전기 하우징(12) 내에 도입된 작동 매체를 발전기 하우징(12) 내에 토출하는 복수의 토출구를 갖는다. 구체적으로, 디스트리뷰터(14)는 도입구(12c)에 연통하는 하나의 기간 유로(14a)와, 이 기간 유로의 선단으로부터 분기하는 4개의 분기 유로(14b)를 구비하고 있다. 각 분기 유로(14b)의 선단부는 각각 발전기 하우징(12) 내로 개방된 토출구를 구성한다.
기간 유로(14a) 및 각 분기 유로(14b)는 이것들을 흐르는 작동 매체에 압력 손실을 발생시킨다. 구체적으로는, 디스트리뷰터(14)는 각 분기 유로(14b)로부터 토출되는 작동 매체가 통과하는 위치에 설치된 스로틀부를 갖는다. 이 스로틀부는, 기간 유로(14a), 각 분기 유로(14b)의 적어도 일부에 설치되고, 냉각 유로(R3)의 단면적보다도 단면적이 작게 된 부분이다.
상기 실시형태에 따르면, 복수의 토출구를 갖는 디스트리뷰터(14)에 의해, 작동 매체를 안개상으로 살포할 수 있다. 따라서, 작동 매체를 확실하게 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)에 접촉시킬 수 있기 때문에, 보다 효율적으로 발전기(5)를 냉각할 수 있다.
[제3 실시형태]
이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 관한 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
제3 실시형태에 관한 발전 장치(1)는, 상기 스로틀 밸브(7) 대신에, 냉각 유로(R3)에 설치된 모세관 튜브(15)를 구비하고 있다. 모세관 튜브(15)는 냉각 유로(R3)를 흐르는 작동 매체에 압력 손실을 발생시킨다. 구체적으로, 모세관 튜브(15)는 냉각 유로(R3)의 단면적보다도 작은 단면적의 유로를 갖는다.
상기 실시형태에 따르면, 스로틀 밸브(7)와 비교해서 간이한 구성을 갖는 모세관 튜브를 사용할 수 있다. 이로 인해, 발전 장치(1)의 제조 비용을 더 저감할 수 있다.
[제4 실시형태]
이하, 도 4를 참조하여 본 발명에 관한 제4 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
제4 실시형태에 관한 발전 장치(1)는, 상기 스로틀 밸브(7) 대신에, 냉각 유로(R3)에 설치된 팽창 밸브(조정 밸브)(17)와, 발전기(5)에 설치된 감온통(출력기)(18)을 구비하고 있다.
팽창 밸브(17)는 냉각 유로(R3)를 흐르는 작동 매체의 유량을 조정 가능하다. 구체적으로, 팽창 밸브(17)는, 도시를 생략하지만, 다이어프램과, 다이어프램의 변위에 따라서 유로의 개구 면적을 변화시키는 밸브봉을 구비하고 있다. 감온통(18)은 발전기(5)의 온도에 따른 제어 지령을 출력한다. 구체적으로, 감온통(18)은, 주위의 온도에 따라서 팽창 또는 수축하는 가스를 내부에 갖고, 이 가스의 팽창력 또는 수축력을 제어 지령으로 해서 팽창 밸브(17)의 다이어프램에 전달한다. 이 감온통(18)은 발전기 하우징(12)의 외표면 중 발전기 스테이터(11)에 대응하는 위치에 설치되어 있다.
팽창 밸브(17)의 동작을 설명한다. 발전기(5)[특히, 발전기 로터(10)]의 온도가 높아지면, 감온통(18) 내의 가스가 팽창하여, 다이어프램을 통해서 팽창 밸브(17)의 밸브봉이 밀어 내려진다. 이로 인해, 작동 매체의 유로의 개구 면적이 커지고, 발전기(5)의 냉각이 촉진된다. 한편, 발전기(5)의 온도가 낮아지면, 감온통(18) 내의 가스가 수축하여, 다이어프램을 통해서 팽창 밸브(17)의 밸브봉이 끌어 올려진다. 이로 인해, 작동 매체의 유로의 개구 면적이 작아져, 발전기(5)의 냉각이 억제된다.
상기 실시형태에 따르면, 발전기(5)의 온도에 따라서 팽창 밸브(17)에 의한 작동 매체의 유량을 제어할 수 있다. 이로 인해, 발전기(5)의 온도가 높아지는 것에 따라, 작동 매체의 유량을 늘림으로써, 효과적으로 발전기(5)를 냉각할 수 있다. 한편, 발전기(5)의 온도가 높지 않을 경우에는, 발전기(5)의 냉각에 제공되는 작동 매체의 유량을 줄임으로써, 작동 매체를 본래의 용도(랭킨 사이클의 매체로서의 용도)에 확실하게 사용할 수 있다.
[제5 실시형태]
이하, 도 5를 참조하여 본 발명에 관한 제5 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
제5 실시형태에 관한 발전 장치(1)는, 상기 스로틀 밸브(7) 대신에, 냉각 유로(R3)에 설치된 전자기 밸브(19)와, 발전기 로터(10)의 온도를 검출하는 온도 센서(검출기)(20)와, 온도 센서(20)에 의한 검출 결과에 기초하여 전자기 밸브(19)를 제어하는 컨트롤러(제어기)(21)를 구비하고 있다.
전자기 밸브(19)는 작동 매체의 유로의 단면적을 변화시킴으로써, 냉각 유로(R3)를 흐르는 작동 매체의 유량을 조정 가능하다. 온도 센서(20)는 발전기 로터(10)의 온도에 따른 전기 신호를 컨트롤러에 출력한다. 컨트롤러(21)는, 발전기 로터(10)의 온도가 높을수록 작동 매체의 유량이 많아지도록, 전자기 밸브(19)의 동작을 제어한다.
본 실시형태의 작용을 설명한다. 발전기 로터(10)의 온도가 높아지면, 온도 센서(20)로부터의 전기 신호에 따라서 작동 매체의 유량이 증가하도록 전자기 밸브(19)의 동작을 제어한다. 이로 인해, 발전기(5)의 냉각이 촉진된다. 발전기 로터(10)의 온도가 낮아지면, 온도 센서(20)로부터의 전기 신호에 따라서 작동 매체의 유량이 감소하도록 전자기 밸브(19)의 동작을 제어한다. 이로 인해, 발전기(5)의 냉각이 억제된다.
상기 실시형태에 따르면, 발전기(5)의 온도에 따라서 전자기 밸브(19)에 의한 작동 매체의 유량을 제어할 수 있다. 이로 인해, 발전기(5)의 온도가 높아지는 것에 따라, 작동 매체의 유량을 늘림으로써, 효과적으로 발전기(5)를 냉각할 수 있다. 한편, 발전기(5)의 온도가 높지 않을 경우에는, 발전기(5)의 냉각에 제공되는 작동 매체의 유량을 줄임으로써, 작동 매체를 본래의 용도(랭킨 사이클의 매체로서의 용도)에 확실하게 사용할 수 있다.
[제6 실시형태]
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 관한 제6 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
도 6 및 도 7에 도시하는 발전 장치(1)에서는, 도입구(12c)의 배치가 제1 실시형태와 상이하다. 구체적으로, 도 6에 도시하는 도입구(12c)는, 덮개부(12b)에 있어서의 발전기 로터(10)의 회전축의 연장선으로부터 벗어난 위치(도 6에서는, 위로 벗어난 위치)에 배치되어 있다. 한편, 도 7에 도시하는 도입구(12c)는, 발전기 하우징(12)의 통형상부(12a)에 있어서의 발전기 스테이터(10)보다도 덮개부(12b)측의 위치에 설치되어 있다.
본 실시형태에 있어서도, 도입구(12c)는 발전기 스테이터(11)를 기준으로 해서 팽창기 로터(8)와 반대측의 위치에 설치되어 있다. 이로 인해, 발전기 스테이터(11)를 기준으로 한 팽창기 로터(8)측의 위치, 또는 발전기 스테이터(11)의 측방의 위치로부터 작동 매체를 발전기 하우징(12) 내에 도입할 경우와 비교해서 유효하게 발전기를 냉각할 수 있다. 구체적으로, 발전기 스테이터(11)를 기준으로 해서 팽창기 로터(8)와 발전기 로터(10)를 연결하는 축(8c, 10a)과 반대측의 위치에서, 또한 발전기 스테이터(11)의 측면으로부터 벗어난 위치로부터 작동 매체를 도입할 수 있다. 그로 인해, 본 발명에 따르면, 작동 매체를 발전기 로터(10) 및 발전기 스테이터(11)에 대하여 균일하게 접촉시킬 수 있고, 유효하게 발전기를 냉각할 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에 관한 발전 장치(1)는 스로틀 밸브(7), 디스트리뷰터(14), 모세관 튜브(15), 팽창 밸브(17)[감온통(18)], 전자기 밸브(19)[온도 센서(20), 컨트롤러(21)]를 택일적으로 구비하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 구체적으로, 발전 장치(1)는 스로틀 밸브(7), 디스트리뷰터(14), 모세관 튜브(15), 팽창 밸브(17)[감온통(18)], 전자기 밸브(19)[온도 센서(20), 컨트롤러(21)] 중 적어도 하나를 구비하고 있으면 좋다. 여기서, 디스트리뷰터(14)와 다른 것을 조합할 경우, 작동 매체의 감압은 디스트리뷰터(14)가 아니라 다른 것에 의해 실현하면 좋다. 즉, 디스트리뷰터(14)는 작동 매체의 유로를 분할하기 위해서만 이용할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태로에서는, 스로틀 밸브(7), 디스트리뷰터(14), 모세관 튜브(15), 팽창 밸브(17)[감온통(18)], 전자기 밸브(19)[온도 센서(20), 컨트롤러(21)]에 의해 작동 매체에 압력 손실을 발생시키고 있지만, 이것들에 한정되지 않는다. 구체적으로, 작동 매체가 흐르는 유로의 단면적을 다른 부분보다도 좁힐 수 있는 다른 구성을 채용할 수도 있다. 또한, 도입구(12c)의 단면적을 냉각 유로(R3)의 단면적보다도 작게 함으로써, 작동 매체에 압력 손실을 발생시킬 수도 있다. 즉, 이 경우에는, 도입구(12c)가 감압 기구도 겸한다.

Claims (11)

  1. 발전 장치이며,
    작동 매체를 증발시키는 증발기와,
    상기 증발기에 있어서 증발한 작동 매체의 팽창력에 의해 회전하는 팽창기 로터를 갖는 팽창기와,
    상기 팽창기 로터에 접속된 발전기 로터와, 상기 발전기 로터의 주위에 배치되어 있는 동시에 상기 발전기 로터와의 사이에서 전력을 발생시키기 위한 발전기 스테이터와, 상기 발전기 로터 및 상기 발전기 스테이터를 수용하는 발전기 하우징을 갖는 발전기와,
    상기 팽창기로부터 도출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 상기 증발기로 작동 매체를 보내는 순환 펌프와,
    상기 발전기를 냉각하는 냉각 기구를 구비하고,
    상기 냉각 기구는,
    상기 발전기 하우징에 있어서의 상기 발전기 스테이터를 기준으로 한 상기 팽창기 로터와 반대측의 위치에 설치되어 있는 동시에 작동 매체를 상기 발전기 하우징내에 도입 가능한 도입구와, 상기 순환 펌프로부터 상기 도입구에 작동 매체를 공급하는 냉각 유로와,
    상기 응축기로 유도되도록 상기 발전기 하우징으로부터 작동 매체를 도출 가능한 도출구와,
    상기 냉각 유로를 통해서 상기 순환 펌프로부터 상기 발전기 하우징내에 유도되는 작동 매체를 감압하는 감압 기구를 구비하고 있는, 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팽창기는 상기 팽창기 로터를 수용하는 팽창기 하우징을 갖고,
    상기 발전기 하우징 및 상기 팽창기 하우징은 서로 착탈 가능한, 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 팽창기 하우징에는, 상기 팽창기 로터의 회전에 제공된 작동 매체를 상기 팽창기 하우징으로부터 도출하기 위한 배출구가 설치되고,
    상기 도출구는, 상기 발전기 하우징내의 작동 매체가 상기 배출구에 유도되도록, 상기 발전기 하우징과 상기 팽창기 하우징을 연통시키는, 발전 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도출구는 상기 발전기 스테이터를 기준으로 해서 상기 팽창기 로터측의 위치에 설치되어 있는, 발전 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 발전기 하우징은 상기 발전기 로터의 회전축 주위에서 상기 발전기 스테이터의 주위를 덮는 통형상부와, 상기 통형상부의 개구를 막는 동시에 상기 도입구가 설치된 덮개부를 갖는, 발전 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도입구는 상기 발전기 로터의 회전축의 연장선상에 배치되어 있는, 발전 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 감압 기구는 작동 매체에 압력 손실을 발생시키는 적어도 하나의 유로를 갖는, 발전 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 감압 기구는, 상기 발전기 하우징내에 설치되고, 상기 도입구를 통해서 상기 발전기 하우징내에 도입된 작동 매체를 상기 발전기 하우징내에 토출하는 복수의 토출구를 갖는 디스트리뷰터를 갖는, 발전 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 감압 기구는, 상기 냉각 유로에 설치되고, 상기 냉각 유로를 흐르는 작동 매체의 유량을 조정 가능한 조정 밸브를 갖는, 발전 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 감압 기구는 상기 발전기의 온도를 검출하는 검출기와, 상기 검출기에 의한 검출 결과에 기초하여 상기 조정 밸브에 의한 작동 유체의 유량을 제어하는 제어기를 더 구비하고,
    상기 제어기는, 상기 발전기의 온도가 높을수록 상기 냉각 유로를 흐르는 작동 매체의 유량이 많아지도록, 상기 발전기의 온도에 따라서 작동 매체의 유량을 제어하는, 발전 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 감압 기구는 상기 발전기의 온도에 따른 제어 지령을 출력하는 출력기를 더 구비하고,
    상기 조정 밸브는, 상기 발전기의 온도가 높을수록 상기 냉각 유로를 흐르는 작동 매체의 유량이 많아지도록, 상기 출력기의 제어 지령에 따라서 작동 매체의 유량을 제어하는, 발전 장치.
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