KR20160047859A - 스팀을 이용한 공기 여과 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스팀터빈 발전설비에서 생산되는 스팀 또는 각종 스팀장비에서 외부로 방출되는 폐 스팀을 내연기관으로 흡입되는 흡입 공기와 서로 열교환 되도록 개선하여 흡입 공기의 온도에 대한 세분화 조절이 수월해 지고, 그로 인해 내연기관의 수명 연장은 물론, 연소 효율을 더 향상시킬 수 있도록 한 것으로, 내연기관에 연결되어 외부 공기가 내연기관으로 흡입되도록 도와주는 공기 흡입라인; 상기 공기 흡입라인과 소통 연결되며 여과필터를 수용하여 구성되는 공기 여과 유닛; 상기 공기 여과 유닛에 내장되어 여과필터를 통과하는 흡입 공기와 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기; 스팀터빈 발전설비와 열교환기를 서로 연결하여 상기 공기 여과 유닛을 지니 가는 흡입 공기에 스팀의 열을 제공하도록 하는 스팀 순환공급라인; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스팀를 이용하여 공기 여과 시스템.

Description

스팀을 이용한 공기 여과 시스템{Air Filtration System of using Steem}

본 발명은 스팀을 이용한 공기 여과 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스팀터빈 발전설비에서 생산되는 스팀 또는 각종 스팀장비에서 외부로 방출되는 폐 스팀을 내연기관으로 흡입되는 흡입 공기와 서로 열교환 되도록 개선하여 흡입 공기의 온도에 대한 세분화 조절이 수월해 지고, 그로 인해 내연기관의 수명 연장은 물론, 연소 효율을 더 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 예를 들면, 발전설비에 탑재되는 내연기관(10)에는 원활한 연소를 위해 외부 공기가 내연기관(10)으로 흡입될 수 있도록 공기 흡입라인(12)이 연결되어 있다.

이러한 상기 공기 흡입라인(12)에는 외부 공기에 포함되어 있는 이물질이 내연기관(10)으로 유입됨으로써 발생하는 내연기관(10)의 수명 저하 및 연소 효율 저하 등을 방지하고자 제1 및 제2 여과필터(14, 16)를 포함하여 구성되는 공기 여과 유닛(18)이 연결되어 있다.

또한, 상기 공기 여과 유닛(18)의 내부에는 제1 및 제2 여과필터(14, 16) 사이에 별도의 가열장치(20)가 설치되어 있으며, 이러한 가열장치(20)는 공기 여과 유닛(18)을 통과하는 흡입 공기를 가열시켜 흡입 공기의 온도를 높이는 작용을 수행하게 된다.

따라서, 외부로부터 흡입되는 공기는 제1 여과필터(14)와 제2 여과필터(16)를 순차적으로 통과한 후 내연기관(10)으로 흡입되게 되는데, 이때 혹한이나 극저온 지역의 흡입 공기는 온도가 매우 낮기 때문에 낮은 온도를 형성하는 공기가 내연기관(10)으로 바로 흡입될 경우, 연소 효율이 좋지 못하므로 앞서 언급된 바와 같이 가열장치(20)가 흡입 공기를 가열하여 내연기관(10)의 연소 효율에 적합한 온도로 상승시킴으로써 내연기관(10)의 수명 단축 및 연소 효율의 저하를 막고 있다.

그런데, 배경기술과 같이 별도의 가열장치(20)는 통상 버너 또는 전기열선 등을 채용하고 있어, 연료 또는 전력의 사용료에 대하여 막대한 비용이 발생 되는 문제가 있었다.

또한, 위와 같은 용도로 사용되고 있는 상기 가열장치(20)는 일반적으로 대용량이므로 소용량과 같이 세분화된 온도 조절이 용이하지 못하여 흡입 공기의 온도 조절이 용이하지 못하고, 그로 인해 해당 지역의 기온 변화에 따라 흡입 공기의 온도 조절이 효과적으로 이루어지지 못함으로써, 내연기관의 수명 연장은 물로, 연소 효율성을 그 이상 향상시키지 못하는 문제가 있었다.

나아가, 앞서 언급 바와 같이 가열장치(20)가 대용량이므로 구입에 따른 비용 부담이 크게 발생하게 되고, 가열 장치의 장착 따른 충분한 공간 확보에도 어려움이 있어 요구하는 용량의 가열 장치를 선택하여 장착하기에 많은 어려움이 있었다.

본 발명은 스팀터빈 발전설비에서 생산되는 스팀 또는 각종 스팀장비에서 외부로 방출되는 폐 스팀을 내연기관으로 흡입되는 흡입 공기와 서로 열교환 되도록 개선하여 흡입 공기의 온도에 대한 세분화 조절이 수월해 지고, 그로 인해 내연기관의 수명 연장은 물론, 연소 효율을 더 향상시킬 수 있도록 한 스팀을 이용한 공기 여과 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 내연기관에 연결되어 외부 공기가 내연기관으로 흡입되도록 도와주는 공기 흡입라인; 상기 공기 흡입라인과 소통 연결되며 여과필터를 수용하여 구성되는 공기 여과 유닛; 상기 공기 여과 유닛에 내장되어 여과필터를 통과하는 흡입 공기와 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기; 스팀터빈 발전설비와 열교환기를 서로 연결하여 상기 공기 여과 유닛을 지나가는 흡입 공기에 스팀의 열을 제공하도록 하는 스팀 순환공급라인;을 포함하여 구성되는 스팀를 이용하여 공기 여과 시스템이 제공된다.

한편, 본 발명에서는 내연기관에 연결되어 외부 공기가 내연기관으로 흡입되도록 도와주는 공기 흡입라인; 상기 공기 흡입라인과 소통 연결되며 여과필터를 수용하여 구성되는 공기 여과 유닛; 상기 공기 여과 유닛에 내장되어 여과필터를 통과하는 흡입 공기와 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기; 스팀 기계와 열교환기를 서로 연결하여 상기 공기 여과 유닛을 지나가는 흡입 공기에 스팀의 열을 제공하도록 하는 스팀 공급라인; 을 포함하여 구성되는 스팀을 이용하여 공기 여과 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 스팀을 이용한 공기 여과 시스템을 사용하게 되면, 흡입 공기와의 열교환을 위해 열교환기로 공급되는 스팀의 공급량에 대한 미세 조절이 가능하여 내연기관으로 흡입되는 흡입 공기의 온도 조절이 보다 수월해지는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 스팀을 이용한 공기 여과 시스템을 사용하게 되면, 혹한이나 극저온 지역의 기온에 따라 흡입 공기의 온도를 효과적으로 관리할 수 있게 되고, 이러한 관리에 의해 내연기관의 효율성을 더 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 스팀을 이용한 공기 여과 시스템을 사용하게 되면, 별도의 가열 장치에 대한 장착이 필요 없게 됨으로써, 가열 장치의 구입에 따른 비용 절감과 함께 장착 공간 확보에 대한 어려움도 해소할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 일반적인 내연기관의 공기 여과 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 스팀을 이용한 공기 여과 시스템을 나타낸 것으로, 도 2a는 스팀을 생산하는 스팀터빈 발전설비과 연결된 것이고, 도 2b는 스팀을 사용하는 스팀 기계와 연결된 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 설명에 앞서 도 1과 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하고 중복된 설명을 피하고자 생략한다.

본 발명에 따른 스팀을 이용한 공기 여과 시스템은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 내연기관(10)에는 배경기술과 마찬가지로 공기 흡입라인(12)이 연결되어 있으며, 이와 같이 연결되는 공기 흡입라인(12)을 통해 외부의 공기가 내연기관(10)으로 흡입되게 된다.

또한, 상기 공기 흡입라인(12) 상에는 제1 및 제2 여과필터(14, 16)를 수용하여 구성된 공기 여과 유닛(18)이 연결되어 있으며, 아울러 상기 공기 여과 유닛(18)의 내부에는 제1 및 제2 여과필터(14, 16) 사이에 열교환기(28)가 배치되는 형태로 설치되어 있다.

그에 따라 상기 공급 흡입라인(12)을 따라 흡입되는 공기는 공기 여과 유닛(18)에 내장된 제1 여과필터(14), 열교환기(28), 제2 여과필터(16)를 순차적으로 각각 통과 후 내연기관(10)으로 흡입 되게 된다.

한편, 상기 공기 여과 유닛(18)의 내부에 설치되는 열교환기(28)와 스팀터빈 발전설비(30) 간에는 발전을 위해 생산되는 스팀의 일부가 열교환기(28)를 흐르는 상태로 순환할 수 있도록 스팀 순환공급라인(32)이 연결되어 있다.

이러한, 상기 스팀 순환공급라인(32)은 스팀을 열교환기(28)로 제공하기 위한 공급라인(34)과, 열교환기(28)로부터 스팀을 회수하기 위한 회수라인(36)으로 이루어져 있다.

또한, 상기 스팀 순환공급라인(32)의 공급라인(34)에는 개폐는 물론, 개도 조절 기능이 제공되는 개폐밸브(38)가 설치되어 있고, 상기 회수라인(36)에는 열교환 후 회수되는 응축(凝縮)수가 워터 해머(water hammer)의 원인이 되기 때문에 필요에 따라 제거해야 하는데, 이때 스팀이 배출되면 열 효율이 나빠지게 된다.

따라서, 되도록 드레인 만을 자동 적으로 배출하기 위한 장치 즉, 스팀 트랩(40)이 연결되어 있다. 이러한 스팀 트랩(40)은 디스크(disc)방식, 바이메탈(bimetal)식 및 버킷(bucket)식 중 어느 하나의 타입으로 설치된다.

그러나, 앞서 설명된 바와 같이 상기 열교환기(28)가 스팀터빈 발전설비(30)와 반드시 연결될 필요는 없으며, 도 2b에 도시된 같이 스팀을 제공받는 각종 스팀 기계(50)와 열교환기(28) 간에 스팀 공급라인(54)을 통해 연결되는 구성도 본 발명에 포함된다. 구체적으로, 스팀 기계(50)에서 사용된 폐 스팀은 대부분 스팀 기계(50)의 스팀 배출라인(52)을 통해 외부로 방출되는데, 이때 스팀 기계(50)에서 방출되는 폐 스팀의 일부가 열교환기(28)로 제공되어 흡입 공기의 온도를 상승시키는 열원으로 사용되고, 열교환된 스팀은 스팀 배출라인(52)을 통해 외부로 방출되도록 구성된다.

이러한 상기 스팀 공급라인(54)도 스팀 기계(50)로부터 폐 스팀을 열교환기(28)로 제공하기 위한 공급라인(56)과, 열교환된 스팀을 회수하며 회수되는 스팀을 외부로 방출시키고자 스팀 배출라인(52)과 연결되는 형태를 취하는 회수라인(58)으로 이루어져 있다.

아울러, 이러한 상기 스팀 공급라인(54)의 공급라인(56)에도 개폐는 물론, 개도 조절 기능이 제공되는 개폐밸브(60)가 설치되어 있다.

따라서, 상기 개폐밸브(38, 60)의 동작을 통해 열교환기(28)로 공급되는 스팀의 공급량에 대한 가변적인 미세 조절이 가능함으로써, 내연기관(10)으로 흡입되는 흡입 공기의 온도에 대한 세분화된 조절이 가능해지게 된다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 스팀터빈 발전설비(30)에서 발전을 위해 생산되는 스팀의 일부가 열교환기(28)를 흐를 수 있도록 스팀 순환공급라인(32)으로 공급됨으로써 열교환기(28)로 스팀이 흐르게 된다.

아울러, 공기 흡입라인(12)을 통해 흡입되는 흡입 공기는 공기 여과 유닛(18)을 지나가게 되는데, 이때 상기 흡입 공기는 제1 여과필터(14), 열교환기(28), 제2 여과필터(16)를 순차적으로 통과 후 내연기관(10)에 흡입되게 된다.

위와 같이 스팀이 열교환기(10)를 흐르고 있는 상황에서 흡입 공기가 열교환기(28)을 통과하게 되면, 흡입 공기는 열교환기(28)를 지나가는 스팀과 열교환을 하게 된다.

위와 같이 흡입 공기와 스팀이 열교환을 하게 되면, 저온을 형성하고 있는 흡입 공기는 연소 효율에 적합한 온도로 상승 된 상태에서 내연기관(10)으로 공급된다. 그에 따라 내연기관(10)의 예열 및 예열 시간에 단축은 물론, 스팀의 미세 조절을 통해 흡입 공기가 적합한 최적의 온도를 형성할 수 있게 됨으로써 내연기관(10)의 연소 효율이 더 향상되게 된다.

한편, 도 2b에 도시된 같이 각종 스팀 기계(50)에서 스팀 사용 후 외부로 방출되는 폐 스팀의 일부가 열교환기(28)로 제공되어 흡입 공기의 온도 상승을 위한 열원으로 사용된 후 회수라인(58)을 따라 스팀 배출라인(52)를 통해 외부로 방출하게 되면 에너지 효율은 물론, 경제성을 더 높일 수 있게 된다.

또한, 위와 같이 본 발명에 따른 스팀을 이용하여 공기 여과 시스템을 사용하게 되면, 스팀 순환공급라인(32) 및 스팀 공급라인(54) 상에 설치된 개폐밸브(38, 60)의 기능에 의해 열교환기(28)로 공급되는 스팀의 공급량 조절은 물론,미세 조절이 가능하여 내연기관(10)으로 흡입되는 흡입 공기의 온도 조절이 보다 수월해 짐으로써, 혹한이나 극저온 지역의 기온에 따라 흡입 공기의 온도를 효과적으로 관리 및 조절할 수 있게 되며, 이러한 관리에 의해 내연기관(10)의 수명 연장은 물론, 연소 효율을 더 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 흡입 공기의 온도를 상승시키기 위한 별도의 가열 장치에 대한 장착이 필요 없게 됨으로써, 가열 장치의 구입에 따른 비용 절감과 함께 장착 공간 확보에 대한 어려움을 해소할 수 있게 된다.

10 : 내연기관 12 : 공기 흡입라인
14 : 제1 여과필터 16 : 제2 여과필터
18 : 공기 여과 유닛 20 : 가열장치
28 : 열교환기 30 : 스팀터빈 발전설비
32 : 스팀 순환공급라인 34, 56 : 공급라인
36, 58 : 회수라인 38, 60 : 개폐밸브
40 : 스팀 트랩 50 : 스팀 기계
52 : 스팀 배출라인 54 : 스팀 공급라인

Claims (6)

1. 내연기관(10)에 연결되어 외부 공기가 내연기관(10)으로 흡입되도록 도와주는 공기 흡입라인(12);
   상기 공기 흡입라인(12)과 소통 연결되며 여과필터(14, 16)를 수용하여 구성되는 공기 여과 유닛(18);
   상기 공기 여과 유닛(18)에 내장되어 여과필터(14, 16)를 통과하는 흡입 공기와 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기(28);
   스팀터빈 발전설비(30)와 열교환기(28)를 서로 연결하여 상기 공기 여과 유닛(18)을 지니 가는 흡입 공기에 스팀의 열을 제공하도록 하는 스팀 순환공급라인(32);
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스팀를 이용하여 공기 여과 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 스팀 순환공급라인(32)은 스팀을 열교환기(28)로 제공하기 위한 공급라인(34)과, 열교환된 스팀을 회수하기 위한 회수라인(36)으로 이루어지며, 상기 스팀 순환공급라인(32)에는 개폐와 개도 조절 기능이 제공되는 개폐밸브(38)가 설치되어 있는 스팀을 이용한 공기 여과 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 회수라인(36)에는 열교환 후 회수되는 스팀의 응축수만을 배출시키기 위한 스팀 트랩(40)이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스팀을 이용한 공기 여과 시스템.
   
4. 내연기관(10)에 연결되어 외부 공기를 내연기관(10)으로 흡입되도록 도와주는 공기 흡입라인(12);
   상기 공기 흡입라인(12)과 소통 연결되며 여과필터(14, 16)를 수용하여 구성되는 공기 여과 유닛(18);
   상기 공기 여과 유닛(18)에 내장되어 여과필터(14, 16)를 통과하는 흡입 공기와 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기(28);
   스팀 기계(50)와 열교환기(28)를 서로 연결하여 상기 공기 여과 유닛(18)을 지나가는 흡입 공기에 스팀의 열을 제공하도록 하는 스팀 공급라인(54);
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스팀을 이용하여 공기 여과 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 스팀 공급라인(54)은 스팀 기계(50)로부터 폐 스팀을 열교환기로 제공하기 위한 공급라인(56)과, 열교환된 스팀을 회수하며 스팀 기계(50)의 스팀 배출라인(52)과 연결되는 회수라인(58)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 스팀을 이용한 공기 여과 시스템.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 스팀 공급라인(54)에는 개폐와 개도 조절 기능이 제공되는 개폐밸브(60)가 설치되어 있는 스팀을 이용한 공기 여과 시스템.

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