KR20160016314A - 진공 발전 시스템 - Google Patents

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KR20160016314A
KR20160016314A KR1020140100204A KR20140100204A KR20160016314A KR 20160016314 A KR20160016314 A KR 20160016314A KR 1020140100204 A KR1020140100204 A KR 1020140100204A KR 20140100204 A KR20140100204 A KR 20140100204A KR 20160016314 A KR20160016314 A KR 20160016314A
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Abstract

본 발명은 태양열이나 재생에너지 폐열 등의 저온의 외부열원으로 효율적인 발전을 가능하게 할 수 있는 진공 발전 시스템에 관한 것으로, 내부에 액체가 채워지고 일정부분의 진공 공간을 유지하는 저온 응축조와 냉각기를 포함하며, 저온 응축조의 액체를 압송 순환 공급하는 펌프와 순환 액체가 외부열원으로부터 열을 공급받는 흡열부와 흡열부를 거처 나온 액체를 분사하는 다수의 노즐을 포함하며, 흡열부에서 데워진 액체를 저온 응축조로 이동 분사시키면서 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진공 발전 시스템 {Vacuum generator system }
본 발명은 진공 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양열이나 폐열 등의 저온의 외부열원으로 효율적인 발전을 가능하게 할 수 있는 진공 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 발전기라 함은, 전력을 생산하는 장치를 총칭하는 것으로, 화력, 수력, 풍력, 태양열 등의 에너지를 이용하는 발전기가 널리 알려져 있다.
그런데, 화력을 이용할 경우에는, 화석연료의 연소시 방출되는 이산화탄소의 배출로 인하여 환경오염의 문제점을 가지고 있었고, 수력, 풍력을 이용할 경우에는 친환경적인 장점은 있으나 자연조건에 따라 발전 효율이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
그리고, 최근에는 태양열을 이용하여 전기를 생산하는 방법이 널리 사용되고 있으나, 초기 시설투자비가 과다하게 들게 되는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 발명된 것으로, 태양열이나 폐열 등의 저온의 외부열원으로 가열된 물을 저온 응축조로 고속 분사하여 터빈을 회전시키고 이를 통해 전기를 효율적으로 얻을 수 있도록 하는 진공 발전 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
또한 가열수단을 통한 가열 열도 사용할 수 있는 진공 발전 시스템을 제공하는 다른 목적도 있다.
또 냉각기와 가열기 또는 히트펌프를 이용하여 발전효율 좀더 향상시킬 수 있는 다른 목적도 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 액체가 채워지고 일정부분의 진공 공간을 유지하는 저온 응축조와 냉각기를 포함하며, 저온 응축조의 액체를 압송 순환 공급하는 펌프와 순환 액체가 외부열원으로부터 열을 공급받는 흡열부와 흡열부를 거처 나온 액체를 분사하는 다수의 노즐을 포함하며, 흡열부에서 데워진 액체를 저온 응축조로 이동 분사시키면서 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 저온 응축조와 흡열부는 상호 분리되어 있고, 저온 응축조 하부와 흡열부 하부를 연통관으로 상호 연결하고, 사이에 펌프를 설치 구성하며, 발전부는 저온 응축조와 흡열부의 상부를 상호 연통시키는 연결관과 연결관의 끝단에 구성되는 다수의 노즐로부터 저온 응축부에 분사되는 액체에 의해 회전되는 터빈 및 터빈의 출력축과 연결된 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 외부열원은, 태양열 또는 폐열 등 저온의 열원인 것을 특징으로 한다.
또 외부열원은, 가열수단에 의한 가열 열인 것을 특징으로 한다.
또 저온 응축조에는, 터빈의 출력축과 연결된 펌프가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또 저온 응축조에는 히트펌프의 냉각기가 구비되어 있고, 연결관에는 상기 히트펌프의 가열기가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 태양열이나 폐열 등의 저온의 외부열원을 통해 데워진 물을 진공 상태의 공간에 분사하여 전기를 효율적으로 얻을 수 있도록 하는, 고효율의 발전기를 제공하는 효과가 있다.
또한 가열수단을 통한 가열 열도 사용할 수 있어 발전 효율을 최대로 높일 수 있는 효과도 있다.
또 냉각기와 가열기 또는 히트펌프를 이용하여 발전효율을 좀더 향상시킴으로써, 발전 효율을 최대로 높일 수 있는 효과도 있다.
도 1는 본 발명에 따른 제1 실시예의 진공 발전 시스템을 나타낸 구성 및 작동도.
도 2는 본 발명 제2 실시예의 온도차 발전기를 나타낸 전체 구성도 및 작동도.
도 3는 도2의 발전부 확대도이며,
도 4는 본 발명 제1 실시예에 따른 다른 실시예의 진공 발전 시스템을 나타낸 전체 구성도 및 작동도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1는 본 발명에 따른 제1 실시예의 진공 발전 시스템을 나타낸 것으로, 전체 구성과 작동도이다.
이에 본 발명에 따른 제1 실시예의 진공 발전 시스템은, 내부에 액체가 채워지고 일정부분의 진공 공간을 유지하는 저온 응축조(2)와 냉각기(21)를 포함하며, 저온 응축조(2)의 액체를 압송 순환 공급하는 펌프(31)와 순환 액체가 외부열원으로부터 열을 공급받는 흡열부(1)와 흡열부(1)를 거처 나온 액체를 분사하는 다수의 노즐(43)을 포함하며, 흡열부(1)에서 데워진 액체를 저온 응축조(2)로 이동 분사시키면서 전기를 생산하는 발전부(4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 저온 응축조와 흡열부(1)는 상호 분리되어 있고, 저온 응축조(2) 하부와 흡열부(1) 하부를 연통관(32)으로 상호 연결하고, 사이에 펌프(31)를 설치 구성하며, 발전부(4)는 저온 응축조(2)와 흡열부(1)의 상부를 상호 연통시키는 연결관(45)과 연결관(45)의 끝단에 구성되는 다수의 노즐(43)로부터 저온 응축부(2)에 분사되는 액체에 의해 회전되는 터빈(41) 및 터빈(41)의 출력축(44)과 연결된 발전기(42)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉각기(21)는 저온 응축조(2)에 저온 진공(T2, P2)이 유지될 수 있도록 별도의 냉각장치(미도시됨)로부터 인출되며, 외부열원의 온도가 상온이 되더라도 흡열부(1)에서 데워진 액체가 저온 응축조(2)에서 비등가속 되어 분사될 수 있도록 저온 진공상태를 유지하는 것이다.
다시 말해 상기 저온 응축조(2), 연통관(32), 펌프(31), 연통관(32) 흡열부(1) 및 연결관(45)은 폐회로 상태를 유지함으로써, 진공 발전 시스템이 정지시에는 흡열부(1)와 저온 응축조(2)를 포함한 시스템 내부는 진공압을 유지하게 되는 것이다.
또한, 상기 터빈(41)과 발전기(42)는 저온 응축조(2) 상부에 별도의 고정수단을 통해 고정되고, 시스템 내부에 위치하여 역시 진공영역에 있는 것이다.
또, 상기 외부열원은, 태양열이나 재생에너지, 폐열 또는 별도의 가열수단 중 어느 하나를 사용할 수 있는데, 도면에서는 태양열을 사용한 상태를 도시하였다. 즉 외부열원으로 태양열을 사용할 경우에는 흡열부(1)는 실외에 구비하고 저온 응축조(2)는 외부 열에 의한 영향이 적도록 단열하여 낮은 온도를 보존하며, 실내에 구비하여 전기를 생산하는 것이 바람직한 것이다.
한편 상기 외부열원으로 공장 등에서 배출되는 폐수 등의 폐열을 사용할 경우에는, 흡열부(1)를 폐수에 침수시키거나 흡열부(1)의 주위에 별도의 폐수관을 구비하여 흡열부(1)와 열교환을 시키는 것이 바람직하다.
그리고 상기 별도의 가열수단을 이용할 경우에는, 흡열부(1)의 주위에 열선 등을 설치하여 흡열부(1)의 온도를 상승시키는 것이 바람직하다.
특히, 상기 흡열부(1)의 외측 둘레에는 외부열원과 접촉면적을 넓힐 수 있도록 다수의 흡열핀(11)이 구비하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기와 같이 구성된 제1 실시예의 진공 발전 시스템의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 흡열부(1)에 태양열 또는 폐열등의 외부열원이 전달되면, 진공 발전 시스템 내에 채워진 물은 온도 상승에 따른 증기압상태를 유지하며, 저온 응축조(2)의 저온(T2)과 저압(P2)은 흡열부(1)의 고온(T1)과 고압(P1)과 같게 된다.
이때 상기 펌프(31)에 시동 전원을 인가하여 펌프(31)를 가동하면 물은 흡열부(1)로 압송되고 흡열부(1)를 거처 연결관(45)을 통하여 다수의 노즐(43)로 압송되고, 고속으로 터빈(41)의 날개를 향해 분사되게 된다.
이때 노즐(43) 내의 분사 직전의 물은 저온 응축조(2)의 저온(T2)과 저압(P2)보다 높은 흡열부(1)의 고온(T1)과 고압(P1)을 가지고 있어 저온 응축조(2) 내의 터빈(41)에 분사되면 노즐(43) 입구에서 노즐(43) 출구 사이에서 온도와 압력은 T1, P1에서 T2, P2로 변하며 압력강하에 따른 잉여 열량만큼 물을 비등시켜 노즐(43) 내의 물의 속도를 가속하고, 노즐(43)을 떠날 때는 고속으로 분사되어 터빈(41)을 돌리게 되는 것이다.
따라서 분출되는 물의 힘을 받아 회전하는 터빈(41)은 출력축(44)으로 이어진 발전기(42)를 돌려 전기를 생산하게 된다.
이때 터빈(41)을 돌리고 난 물은 저온 응축조(2)로 떨어지고 저온, 저압 (T2, P2)으로 변하게 된다.
여기서 초기 펌프(31)에 시동 전원을 인가할 때, 저온 응축조(2)의 별도 냉각장치(미도시됨)로부터 인출되는 냉각기(21)가 동시 가동되어 물이 노즐(43)에서 분사될 때 증발된 미응축 증기를 응축시키고, 저온 응축조(2)의 온도와 압력(T2, P2)을 일정하게 유지하여 발전기(42)가 연속적으로 전기를 생산할 수 있게 하는 것이다.
또한 상기와 같이 발전이 진행되는 과정에서는, 저온 응축조(2)에서 응축된 물은 연통관(32)을 통해 펌프(31)로 유입되고, 물은 펌프(31)로 다시 압송되어 흡열부(1)를 거처 순환됨으로써 연속적인 발전이 가능한 것이다.
그러므로, 태양열이나 폐열 등의 저온의 외부열원을 통해 흡열부(1)에서 흡수된 열은 물을 통해 저온 진공 상태의 저온 응축조(2)에 고속 분사하는 과정을 통해 전기를 효율적으로 얻을 수 있는 특징을 갖는 것이다.
또한 흡열부(1)를 별도의 가열기(12)을 통해 가열함으로써, 노즐(43)에서의 분사 속도를 향상시켜 발전 용량을 증가시킬 수 있는 특징도 갖는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 제2 실시 예의 진공 발전 시스템을 나타낸 전체 구성 및 작동도 이고,
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시 예의 발전부(4) 상세도이다.
이에 본 발명에 따른 제2 실시 예의 진공 발전 시스템은, 내부에 액체가 채워지고 일정부분의 진공 공간을 유지하는 저온 응축조(2)와 냉각기(21)를 포함하며, 저온 응축조(2) 내부 중앙에 배출관(33)이 구비되고, 배출관(33)에 터빈(41) 출력축(44)과 액체를 순환 공급하는 펌프(22)를 연결구성하고, 순환 액체가 외부열원으로부터 열을 공급받는 흡열부(1)와 흡열부(1)를 거처 나온 액체를 분사하는 다수의 노즐(43)을 포함하며, 흡열부(1)에서 데워진 액체를 저온 응축조(2)로 이동 분사시키면서 전기를 생산하는 발전부(4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 저온 응축조와 흡열부(1)는 상호 분리되어 있고, 저온 응축조(2) 하부와 흡열부(1) 하부를 연통관(32)으로 상호 연결하고, 발전부(4)는 저온 응축조(2)와 흡열부(1)의 상부를 상호 연통시키는 연결관(45)으로 연결하고, 연결관(45) 외부에는 가열기(12)를 구비하며, 연결관(45)의 끝단에 구성되는 다수의 노즐(43)로부터 저온 응축부(2)에 분사되는 액체에 의해 회전되는 터빈(41) 및 터빈(41)의 출력축(44)과 연결된 발전기(42)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉각기(21)는 저온 응축조(2)에 저온 진공(T2, P2)이 유지될 수 있도록 별도의 냉각장치(미도시됨)로부터 인출되며, 외부열원의 온도가 상온이 되더라도 흡열부(1)에서 데워진 액체가 저온 응축조(2)에서 비등가속 되어 분사될 수 있도록 저온 진공상태를 유지하는 것이다.
다시 말해 상기 저온 응축조(2), 펌프(22), 연통관(32), 흡열부(1) 및 연결관(45)은 폐회로 상태를 유지함으로써, 진공 발전 시스템이 정지시에는 흡열부(1)와 저온 응축조(2)를 포함한 시스템 내부는 진공압을 유지하게 되는 것이다.
또한, 상기 터빈(41)과 발전기(42)는 저온 응축조(2) 상부에 별도의 고정수단을 통해 고정되고, 시스템 내부에 위치하여 역시 진공영역에 있는 것이다.
또, 상기 외부열원은, 태양열이나 재생에너지, 폐열 또는 별도의 가열수단 중 어느 하나를 사용할 수 있는데, 도면에서는 태양열을 사용한 상태를 도시하였다. 즉 외부열원으로 태양열을 사용할 경우에는 흡열부(1)는 실외에 구비하고 저온 응축조(2)는 외부 열에 의한 영향이 적도록 단열하여 낮은 온도를 보존하며, 실내에 구비하여 전기를 생산하는 것이 바람직한 것이다.
한편 상기 외부열원으로 공장 등에서 배출되는 폐수 등의 폐열을 사용할 경우에는, 흡열부(1)를 폐수에 침수시키거나 흡열부(1)의 주위에 별도의 폐수관을 구비하여 흡열부(1)와 열교환을 시키는 것이 바람직하다.
그리고 상기 별도의 가열수단을 이용할 경우에는, 흡열부(1)의 주위에 열선 등을 설치하여 흡열부(1)의 온도를 상승시키는 것이 바람직하다.
특히, 상기 흡열부(1)의 외측 둘레에는 외부열원과 접촉면적을 넓힐 수 있도록 다수의 흡열핀(11)이 구비하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기와 같이 구성된 제2 실시 예의 진공 발전 시스템의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 흡열부(1)에 태양열 또는 폐열등의 외부열원이 전달되면, 진공 발전 시스템 내에 채워진 물은 온도 상승에 따른 증기압상태를 유지하며, 저온 응축조(2)의 저온(T2)과 저압(P2)은 흡열부(1)의 고온(T1)과 고압(P1)과 같게 된다.
이때 상기 가열기(12)와 별도 냉각장치(미도시됨)로부터 인출되는 냉각기(21)에 시동 전원을 인가하면 가열기(12)에서 가열된 물은 연결관(45)을 통해 다수의 노즐(43)로 분사되어 저온,저압의 저온 응축조(2)에 떨어지고, 펌프(22)를 지나 연통관(32)을 통과하고, 흡열부(1)를 거처 다시 연결관(45)으로 순환하게 된다.
계속해서 순환하는 물은 터빈(41)의 회전을 점점 증가시키게 되고, 터빈(41)의 출력축(44)에 연결 구성된 펌프(22)는 물을 압송하게 되며, 물은 흡열부(1)를 거처 연결관(45)을 통하여 다수의 노즐(43)로 고속 분사되어 터빈(41)을 돌리고, 운전 속도에 도달해 발전을 시작하게 된다.
이때 노즐(43) 내의 분사 직전의 물은 저온 응축조(2)의 온도와 압력(T2, P2)보다 높은 흡열부(1)의 온도와 압력(T1, P1)을 가지고 있어 저온 응축조(2) 내의 터빈(41)에 분사되면 노즐(43) 입구에서 노즐(43) 출구 사이에서 온도와 압력은 T1, P1에서 T2, P2로 변하며 압력강하에 따른 잉여 열량만큼 물을 비등시켜 노즐(43) 내의 물의 속도를 가속하고, 노즐(43)을 떠날 때는 고속으로 분사되어 터빈(41)을 돌리게 되는 것이다.
따라서 분출되는 물의 힘을 받아 회전하는 터빈(41)은 출력축(44)으로 이어진 발전기(42)를 돌려 전기를 생산하게 된다.
이때 터빈(41)을 돌리고 난 물은 저온 응축조(2)로 떨어지고 저온, 저압 (T2, P2)으로 변하게 된다.
여기서 초기 시동 전원을 인가할 때, 저온 응축조(2)의 별도 냉각장치(미도시됨)로부터 인출되는 냉각기(21)가 동시 가동되어 물이 노즐(43)에서 분사될 때 증발된 미응축 증기를 응축시키고, 저온 응축조(2)의 온도와 압력(T2, P2)을 일정하게 유지하여 발전기(42)가 연속적으로 전기를 생산할 수 있게 하는 것이다.
또한 상기와 같이 발전이 진행되는 과정에서는, 저온 응축조(2)에서 응축된 물은 배출관(33)을 통해 펌프(22)로 유입되고, 물은 펌프(22)로 다시 압송되어 흡열부(1)를 거처 순환됨으로써 연속적인 발전이 가능한 것이다.
그러므로, 태양열이나 폐열 등의 저온의 외부열원을 통해 흡열부(1)에서 흡수된 열은 물을 통해 저온 진공 상태의 저온 응축조(2)에 고속 분사하는 과정을 통해 전기를 효율적으로 얻을 수 있는 특징을 갖는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 제1 실시 예에 따른 다른 실시 예의 진공 발전 시스템을 나타낸 전체 구성 및 작동도 이다.
이에 본 발명에 따른 제1 실시 예에 따른 다른 실시 예의 진공 발전 시스템은, 상기 저온 응축조(2)에는 히트펌프(5)의 냉각기(51)를 설치하고 흡열부(1)의 연결관(45)에는 히트펌프(5)의 가열기(52)를 동시에 설치함으로써, 흡열부(1)와 저온 응축조(2)의 온도 차이를 최대로 크게 하여 발전효율을 극대화할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 다른 구성과 작동은 도 1의 설명과 동일하다.
1 : 흡열부
11 : 흡열핀
12 : 가열기
2 : 저온 응축조
21 : 냉각기
3 : 연통부
31 : 펌프
32 : 연통관
33 : 배출관
4 : 발전부
41 : 터빈
42 : 발전기
43 : 노즐
44 : 출력축
45 : 연결관
5 : 히트펌프
51 : 냉각기
52 : 가열기
T1 : 고온
T2 : 저온
P1 : 고압
P2 : 저압(진공)

Claims (7)

  1. 내부에 액체가 채워지고 일정부분의 진공 공간을 유지하는 저온 응축조(2)와 냉각기(21)를 포함하며,
    상기 저온 응축조(2)의 액체를 압송 순환 공급하는 펌프(31)와,
    순환 액체가 외부열원으로부터 열을 공급받는 흡열부(1)와,
    흡열부(1)를 거처 나온 액체를 분사하는 노즐(43)을 포함하며,
    상기 흡열부(1)에서 데워진 액체를 저온 응축조(2)로 이동 분사시키면서 전기를 생산하는 발전부(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저온 응축조(2)와 흡열부(1)는 상호 분리되어 있고,
    상기 저온 응축조(2) 하부와 흡열부(1) 하부를 연통관(32)으로 상호 연결하고, 사이에 펌프(31)를 설치 구성하며,
    상기 발전부(4)는 저온 응축조(2)와 흡열부(1)의 상부를 상호 연통시키는 연결관(45)과 연결관(45)의 끝단에 구성되는 다수의 노즐(43)로부터 저온 응축부(2)에 분사되는 액체에 의해 회전되는 터빈(41) 및 터빈(41)의 출력축(44)과 연결된 발전기(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 펌프(31)는,
    상기 저온 응축조(2) 내부 중앙에 배출관(33)이 구비되고,
    상기 배출관(33)에 터빈(41)의 출력축(44)과 펌프(22)를 연결구성하는 것을 특징으로 하는 진공 발전 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부열원은,
    태양열 또는 폐열인 것을 특징으로 하는 진공 발전 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부열원은,
    가열수단에 의한 가열 열인 것을 특징으로 하는 진공 발전 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡열부(1)에는,
    가열기(12)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 진공 발전 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저온 응축조(2)에는 히트펌프(5)의 냉각기(51)가 구비되어 있고,
    상기 연결관(45)의 둘레에는 상기 히트펌프(5)의 가열기(52)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 발전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024105286A1 (es) * 2022-11-17 2024-05-23 Santiago Lopez Comin Procedimiento de obtención de energía libre en ciclo termodinámico cíclico e instalación para la puesta en práctica del mismo

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WO2024105286A1 (es) * 2022-11-17 2024-05-23 Santiago Lopez Comin Procedimiento de obtención de energía libre en ciclo termodinámico cíclico e instalación para la puesta en práctica del mismo

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