KR20150140250A - 스팀분사장치에 의한 소화력 열병합발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소규모 열원(熱源)을 이용하는 소화력 열병합발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈 없이, 스팀을 분사하는 다수의 노즐이 장착된 회전가능한 원반형 스팀분사장치의 노즐(106)에서 분사되는 스팀분사력의, 반작용에너지가 원반형 스팀분사장치에 인가되고, 이어 분사된 스팀이 인접한 스팀 분사판(107)에, 분사된 스팀의 반사를 위하여 설치한 스팀반사유도 홈(108)에 충돌 후 유턴하여 돌아오는 스팀의 작용에너지가, 모두 원반형 스팀분사장치에 인가되어, 전기를 생산하는 스팀분사장치의 회전력이 배가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 열병합발전기에 관한 것이다.

Description

스팀분사장치에 의한 소화력 열병합발전기{SMALL FUEL COMBINED HEAT AND POWER BY STEAM JET TYPE SYSTEM}
본 발명은 소규모 열원(熱源)을 이용하는 소화력 열병합발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈 없이, 스팀을 분사하는 다수의 노즐이 장착된 회전가능한 원반형 스팀분사장치의 노즐(106)에서 분사되는 스팀분사력의, 반작용에너지가 원반형 스팀분사장치에 인가되고, 이어 분사된 스팀이 인접한 스팀 분사판(107)에, 분사된 스팀의 반사를 위하여 설치한 스팀반사유도 홈(108)에 충돌 후 유턴하여 돌아오는 스팀의 작용에너지가, 모두 원반형 스팀분사장치에 인가되어, 전기를 생산하는 스팀분사장치의 회전력이 배가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 열병합발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 대부분 화력발전은 석탄과 석유, 가스를 연소시켜 얻은 열에너지로, 물을 가열하여 스팀을 만들고, 그 스팀을 충동식 터빈(turbine)의 날개에 충돌시켜 스팀분사력의 충돌에너지로 전력을 만드는 방식으로, 이는 모두 대량의 고압 스팀을 대형노즐로 스팀터빈 날개에 전체에 부딪혀 충격을 가하고, 그 충격으로 터빈을 회전시키는 대부분의 화력발전과 원자력발전이, 대량의 고압스팀을 필요로 하는 충동식 스팀터빈 방식을 이용한다.
따라서, 이와 같은 충동식 스팀터빈은, 축분이나 음식물쓰레기를 등을 발효시켜 얻는 바이오가스나, 바이오매스, 가연성폐자원 등에서 얻을 수 있는 소규모 열원(熱源)에 의한 소규모 스팀을 용이하게 효과적으로 이용하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다수의 노즐이 장착된 회전가능한 원반형 스팀분사장치 노즐(106)에서 분사되는, 스팀분사력의 반작용에너지가 원반형 스팀분사장치에 인가되고, 이어 분사된 스팀이 인접한 스팀분사판(107)에, 분사된 스팀의 반사를 위하여 설치한 스팀반사유도 홈(108)에 충돌 후 유턴하여 돌아오는 스팀의 작용에너지가, 모두 원반형 스팀분사장치에 인가되어, 전기를 생산하는 스팀분사장치의 회전력이 배가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 열병합발전기에 관한 것으로서,그 목적은 소규모 열원인 바이오가스, 바이오매스, 가연성폐자원 등에서 얻을 수 있는 소규모 열원을 이용하여 용이하게 전기에너지를 생산할 수 있도록 하는, 소화력 열병합발전기를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소화력 열병합발전기(10)는, 스팀이 유입되는 스팀 유입관(102); 상기 스팀유입관의 단부에 스팀누설방지베어링 어셈블리(103)를 매개로 회전가능한 상태로 설치되는 원반형 스팀분사장치 몸체(104); 상기 몸체 외주면과 연결된 스팀분사 유로(105)의 단부에 장착된 스팀분사 노즐(106); 상기 스팀분사노즐에 인접하게 장착된 스팀 분사판(107); 상기 스팀분사판에 분사된 스팀의 반사를 위하여 설치한 스팀반사유도 홈(108); 전기를 생산하는 발전기(109); 온수를 생산하는 열교환부(110) 등으로 구성되어;
발전을 위한 발전시스템에 별도의 터빈 없이, 다수의 스팀분사 노즐이 장착된 원반형 스팀분사장치의 노즐(106)에서 분사되는, 스팀분사력의 반작용에너지가 원반형 스팀분사장치에 인가되고, 이어 분사된 스팀이 인접한 스팀분사판(107)의 스팀반사유도 홈(108)에 충돌 후 유턴하여 돌아오는 스팀의 작용에너지가, 모두 원반형 스팀분사장치에 인가되어, 스팀분사장치의 회전력이 배가되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 스팀누설방지베어링 어셈블리(103)를 매개로 회전하는 스팀분사장치에 유입된 고압의 스팀이, 스팀분사장치 회전축에서 누설되는 것을 방지하여 상기 스팀분사장치의 발전효율이 극대화되도록 구성된다.
바람직하게, 상기 스팀분사 유로(105)의 구경이 크고, 스팀분사노즐(106)의 구경이 작아, 유체역학에 따라 유속이 빨라져 스팀의 분사력이 커지게 구성된 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게, 상기 스팀분사장치 몸체(104)에 유로(105)를 길게 연결시켜 원반형 스팀분사장치의 지름을 크게 하여 지렛대의 원리로 회전력을 확보할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스팀분사장치를 스팀 생산량에 따라 한 개 이상 수평으로 다중 설치되어 회전력이 배가되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스팀분사장치의 회전력을 확보하는 방법으로 스팀분사 유로를 둥근 유선형으로 하고 그 단부에 노즐을 장착하여, 공기저항을 줄여 회전력 손실을 줄일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 소화력 열병합발전기의 발명효과는,
첫째, 본 발명의 소화력 열병합발전기는 소규모 열원(熱源)을 이용하여, 원반형의 스팀분사장치 몸체(104)에 장착된 다수의 노즐(106)로 스팀을 분사시켜, 그 분사력의 반작용과 작용의 힘으로 스팀분사장치 자체를 회전시켜 전기를 생산하는 것으로, 소규모 열원(熱源)에 의한 소규모 스팀을 용이하게 효과적으로 이용하여, 전기에너지를 생산하는 경제적인 효과가 있다.
둘째, 본 발명의 소화력 열병합발전기는 소형이므로 각 지역의 바이오가스, 바이오매스, 쓰레기소각 등의 소규모 열원(熱源)이 있는 곳이면 어디든 이동 설치하여 전기에너지를 생산하며 자연환경을 보호하는 효과가 있다.
셋째, 본 발명의 소화력 열병합발전기는 회전력을 얻기 위한 별도의 발전 터빈이 없어, 제조원가가 저렴하고 구조가 간단하여 유지보수가 편리한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화력 열병합발전기의 구성을 나타내는 사시도,
도 2 는 소화력 열병합발전기의 스팀 분사판(107)과, 분사된 스팀이 충돌 후 반사되도록 설치한 스팀반사유도 홈(108)에 스팀이 부딪혀 반사되는 스팀의 방향을 나타내는 요부 확대도.
도 3 은 스팀분사장치의 스팀누설방지 베어링 어셈블리의 단면도와 요부확대도.

도 4 는 본 발명의 다른 실시예로 생산되는 스팀의 량에 따라, 스팀분사장치가 수평으로 한 개 이상 다중 설치되어 구성된 것을 나타내는 정면도.
도 5 는 회전하는 스팀분사장치의 공기저항을 줄이기 위하여 스팀분사 유로를 유선형으로 한 것을 나타내는 단면도.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화력 열병합발전기의 구성을 나타내는 사시도, 도 2 는 소화력 열병합발전기의 스팀 분사판(107)과, 분사된 스팀이 충돌 후 반사되도록 설치한 스팀반사유도 홈(108)에 스팀이 부딪혀 반사되는 스팀의 방향을 나타내는 요부확대도. 도 3 은 스팀분사장치의 스팀누설방지 베어링 어셈블리의 단면도와 요부확대도. 도 4 는 본 발명의 다른 실시예로 생산되는 스팀의 량에 따라, 스팀분사장치가 수평으로 한 개 이상 다중 설치되어 구성된 것을 나타내는 정면도. 도 5 는 회전하는 스팀분사장치의 공기저항을 줄이기 위하여 스팀분사 유로를 유선형으로 한 것을 나타내는 단면도이다.
본 발명에 따른 소규모 열병합발전기는 열원(熱源)이 적어, 터빈을 이용할 수 없는 소규모 열원에 의한 소규모 스팀을 이용하여 터빈 없이, 다수의 스팀분사 노즐이 장착된 원반형 스팀분사장치의 노즐(106)에서 분사되는, 스팀분사력의 반작용에너지가 원반형 스팀분사장치에 인가되고, 이어 분사된 스팀이 인접한 스팀분사판(107)의 스팀반사유도 홈(108)에 충돌 후 유턴하여 돌아오는 스팀의 작용에너지가, 모두 원반형 스팀분사장치에 인가되어, 스팀분사장치의 회전력이 배가되도록 구현된다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1에 도시한 소화력 열병합발전기(10)는, 스팀이 유입되는 스팀 유입관(102); 상기 스팀유입관의 단부에 스팀누설방지베어링 어셈블리(103)를 매개로 회전가능한 상태로 설치되는 원반형 스팀분사장치 몸체(104); 상기 몸체 외주면과 연결된 스팀분사 유로(105)의 단부에 장착된 스팀분사 노즐(106); 상기 스팀분사노즐에 인접하게 장착된 스팀 분사판(107); 상기 스팀분사판에 스팀반사를 위하여 설치한 스팀반사유도 홈(108); 전기를 생산하는 발전기(109); 온수를 생산하는 열교환부(110) 등의 구조를 포함하여 구성된다.
상기 스팀누설방지베어링 어셈블리(103)를 매개로 회전하는 스팀분사장치에 유입된 고압의 스팀이, 회전축의 베어링에서 누설되는 것을 방지하여 상기 스팀분사장치의 발전효율이 극대화되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 스팀분사장치의 스팀분사 노즐(106)과 스팀 분사판(107)을 인접하게 설치하여, 노즐에서 분사되는 스팀을 유턴시켜, 스팀분사장치의 회전력이 극대화 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 스팀분사 유로(105)구경이 크고, 스팀분사노즐(106)의 구경이 작아, 유체역학에 따라 유속이 빨라져 스팀의 분사력이 커지게 구성된 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게, 상기 스팀분사장치 몸체(104)에 유로(105)를 길게 연결시켜 원반형 스팀분사장치의 지름을 크게 하여 지렛대의 원리로 회전력을 확보할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스팀분사장치 몸체(104)를 스팀 생산량에 따라 한 개 이상 수평으로 다중 설치되어 회전력이 배가되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스팀분사장치의 회전력을 확보하는 방법으로 스팀분사 유로를 둥근 유선형으로 하고 그 단부에 노즐을 장착하여, 공기저항을 줄여 회전력 손실을 줄일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 스팀분사장치는 상기 스팀 유입관(102)의 단부에 스팀누설방지 베어링(103)을 매개로, 고압의 스팀이 유로로 공급되며, 회전 가능한 상태로 설치되는 스팀분사장치 몸체(104))와, 상기 몸체(104)의 외주면에 설치되어 연동되는 다수의 스팀분사 유로(105)및, 고압 스팀을 분사하는 다수 개의 스팀분사노즐(106)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 스팀분사장치 몸체(104) 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 스팀분사장치에 구비되는 노즐은 스팀분사 노즐(106)로, 상기 분사장치와 나란히 수평 방향일 때, 작용에 대한, 반작용의 힘이 최대로 인가되어 고속회전이 되므로, 스팀 분사 각도를 조정하여, 스팀분사장치의 회전속도를 조절할 수도 있게 된다.
이에, 상기 스팀분사장치의 회전축의 베어링(103) 부분은 스팀누설이 발생하는 부분으로, 고압스팀의 스팀누설 유무는 에너지 효율과 직결되므로, 운전시 장착된 강철판 실드(Shield)가 스팀 압력에 의해 스팀누설방지 링에 밀착되어 회전되게 하므로, 최소의 마찰 저항으로 누설되는 스팀을 효과적으로 차단하여, 상기 스팀분사장치를 효율적으로 회전되게 하는 구조를 갖도록 구성된다.
이어, 상기 발전기(109)는 스팀분사장치와 직결로 설치되도록 이루어지며, 스팀분사장치의 회전에 따른 전기에너지를 생산하는 구조를 갖도록 구성된다.
또, 상기 스팀분사장치는 그 사용환경에 따라 설치 개수 및 지름의 크기 등을 다양하게 변형 설계할 수가 있음은 물론이다.
도 2 에 도시한 스팀분사 유도 홈 확대도는, 스팀이 노즐(106)에 의해 인접한 스팀분사판(107)에 분사되고, 스팀분사판에 설치한 스팀반사유도 홈(108)에 충돌하여 반사되는 모양을 도시한 것으로, 스팀분사에 따른 반작용에너지와 분사 후 분사된 스팀의 반사에 따른 작용에너지를 모두, 원반형 스팀분사장치에 인가시켜 회전력이 극대화될 수 있도록 구성된다.
도 3 에 도시한 스팀분사장치의 스팀누설방지 베어링 어셈블리 단면도와 요부확대도는 , 스팀분사장치의 스팀누설이 에너지 효율과 직결되므로, 운전시 장착된 강철판 실드(Shield)(103e)가 스팀 압력에 의해 스팀누설방지 링(103f)에 밀착되어 회전되게 하므로, 최소의 마찰 저항으로 누설되는 스팀을 효과적으로 차단하고, 각각 다중으로 설치하여 상기 스팀분사장치의 발전효율이 극대화되도록 구성된다.
도 4 에 도시한 소화력 열병합발전기는 본 발명의 다른 실시예로, 공급되는 스팀의 량에 따라, 한 개 이상의 스팀분사장치가 수평으로 다중 설치되어, 소화력 열병합발전기의 발전능력을 더욱 향상시킬 수가 있게 구성된다.
한편, 도 5 에 도시한 스팀분장치는 스팀분사 유로(105)를 둥근 유선형으로 하고 그 단부에 노즐을 장착하여, 공기저항을 줄여 회전력을 손실을 줄일 수 있도록 구현된다.
이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 소화력 열병합발전기는 대량의 고압스팀이 필요한 충동식터빈 없이, 스팀을 분사시키는 노즐이 장착된 원반형 스팀분사장치를 매개로, 발전기를 회전시키는데 있어서, 상기 스팀 유입관(102)으로부터 상기 스팀분사장치 몸체(104)에 고압의 스팀이 유입되도록 한다.
이에, 상기 스팀분사장치 몸체에 유입된 고압의 스팀은, 스팀분사 유로(105)를 통해 스팀분사 노즐(106)에서 강하게 분사하게 되는 분사력의 반작용에너지와 반사 홈에 부딪혀 되돌아오는 작용에너지가 모두 스팀을 분사시키는 상기 스팀분사장치 자체를 회전시켜, 터빈 없이 전기에너지를 생산하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 소화력 열병합발전기는 소규모 열원(熱源)이 있는 곳이면 언제 어디서나 스팀을 생산하여 전기를 발전할 수 있게 하는 것으로, 일반 충동식 터빈발전기로 발전할 수 없는 소규모의 열원을 용이하게 이용할 수 있으므로, 친환경적으로 편리하게 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 열병합발전기. 101: 발전기 하우징.
102: 스팀 유입관 103: 스팀 누설방지베어링 어셈블리.
103a: 스팀분사장치 회전축의 볼베어링. 103b: 스팀유입방향.
103c: 스팀누설방지 실드(Shield) 2단 고정턱(베어링 외륜과 결합).
103d: 스팀누설방지용 강철판실드 고정용 스냅링
103e: 스팀누설방지 강철판 실드(Shield).
103f: 스팀누설방지 링(Ring).
103g: 스팀누설방지 실드(Shield) 2단턱(베어링 내륜과 결합).
103h: 스팀분사장치에 유입된 스팀의 스팀누설 압력방향.
104: 스팀분사장치 몸체. 105: 스팀분사 유로.
106: 스팀분사 노즐. 107: 스팀 분사판.
108: 스팀 반사유도 홈. 109: 발전기.
110: 열 교환부. 111: 냉수 급수관.
112: 온수 배출관.

Claims (5)

  1. 소규모 열원을 이용하는 소화력 열병합발전기(10)에 있어서,
    스팀이 유입되는 스팀 유입관(102);
    상기 스팀유입관의 단부에 스팀누설방지베어링 어셈블리를 매개로 회전가능한 상태로 설치되는 원반형 스팀분사장치 몸체(104);
    상기 몸체 외주면과 연결된 스팀분사 유로(105)의 단부에 장착된 스팀분사 노즐(106);
    상기 스팀분사 노즐에 인접하게 장착된 원형 스팀 분사판(107);
    상기 스팀분사판에 분사된 스팀의 반사를 위하여 설치한 스팀반사유도 홈(108);
    전기를 생산하는 발전기(109)와; 온수를 생산하는 열교환부(110); 등으로
    구성되어;
    발전을 위한 발전시스템에 별도의 터빈 없이, 다수의 스팀분사 노즐이 장착된 원반형 스팀분사장치의 노즐(106)에서 분사되는, 스팀분사력의 반작용에너지가 원반형 스팀분사장치에 인가되고, 이어 분사된 스팀이 인접한 스팀분사판(107)의 스팀반사유도 홈(108)에 충돌 후 유턴하여 돌아오는 스팀의 작용에너지가, 모두 원반형 스팀분사장치에 인가되어, 스팀분사장치의 회전력이 배가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 열병합발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소화력 열병합발전기의 스팀누설방지베어링 어셈블리(103)에 스팀누설을 방지용 강철판 실드(Shield)(103e)와 스팀누설방지 링(Ring)(103f)이 적어도 한 개 이상 다중으로 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 열병합발전기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스팀분사장치의 스팀분사 유로(105)를 길게 연결시켜, 스팀분사장치의 지름을 키워 회전력을 확보할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 열병합발전기.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 소화력 열병합발전기에 원반형 스팀분사장치가 한 개 이상 수평으로 다중 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 열병합발전기.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스팀분사장치의 스팀분사 유로를 유선형으로 하여 공기의 저항을 줄일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 소화력 열병합발전기.
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