KR20160142757A - 보일러 발전 및 난방 시스템 - Google Patents

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Abstract

보일러 발전 및 난방시스템이 제공된다. 상기 보일러 발전 및 난방 시스템은 실린더; 외부 전기 및 회수 전기에 의해 동작하여 가스를 가열하여 고온 고압 가스를 생성하고 고온 고압 가스에 의해 상기 실린더의 피스톤을 작동시키는 보일러; 실린더의 출력단에 연결되어 실린더의 피스톤 작동으로 상기 고온 고압 가스의 압력에 따라 발전하여 실린더 및 보일러의 동작으로 인하여 외부 전기에서 에너지 손실이 발생한 전기양이 감소한 회수 전기를 생성하는 발전기; 보일러에 의한 실린더의 피스톤 작동후 남은 고온 고압 가스와 물을 열교환하여 난방용 온수 및 온도가 낮아진 가스를 생성하는 열교환기; 실린더의 피스톤 작동후 남은 고압가스를 상기 열교환기로 회수하는 제1 회수관; 상기 열교환기와 상기 보일러 사이에 연결되어 상기 열교환기로부터의 상기 온도가 낮아진 가스를 상기 보일러로 회수하는 제2 회수관; 상기 열교환기, 난방 부위, 및 냉방 부위를 경유하여 상기 난방용 온수 및 냉수가 순환되는 순환 배관; 및 상기 순환 배관에 설치되어 상기 열교환기로부터의 상기 난방용 온수 및 상기 냉수를 상기 난방 부위 및 상기 냉방 부위를 통과한 후 상기 열교환기로 순환하는 순환 펌프를 포함하고, 상기 보일러는 상기 열교환기로부터의 상기 온도가 낮아진 가스를 회수하여 재가열하여 상기 고온 고압 가스를 생성하는

Description

보일러 발전 및 난방 시스템{Power generation and boiler heating system}
본 발명은 보일러 발전 및 난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스를 고온 가열체로 이용하여 가스의 온도를 높여 발생된 고압으로 전기를 생산하도록 한 보일러 발전 및 난방 시스템에 관한 것이다.
종래의 보일러 스팀을 이용한 유기 랭킨 사이클 발전 시스템인 특허 등록번호 10-1370448에 의하면, 보일러 스팀을 제공하는 보일러 스팀 제공부와 보일러스팀 제공부를 통해 공급되는 유기 매체에 해당되는 작동 유체중 기준 레벨의 온도 범위를 벗어나는 액체를 예열시키는 예열기와, 보일러스팀 제공부를 통해 유기매체에 해당되는 작동 유체중 기준 레벨의 온도범위인 액체를 공급받고, 예열기를 통해 기준 레벨의 온도범위로 예열된 액체를 공급받아 기체를 생성시키는 증발기와, 증발기를 통해 공급되는 기체를 과열시키는 과열기와 과열기를 통해 공급되는 과열된 기체를 예열기의 방향으로 다시 순환시키면서, 과열된 기체를 공급받아 기계적 에너지로 변환시켜 구동하는 터빈과, 터빈의 구동에 의해 전력을 생산하는 전력 생산부와 터빈을 통해 공급되는 과열된 기체를 액체 상태로 응축시키는 응축기와 응축기에 냉매를 제공하고 응축기로 부터 냉매를 회수하여 응축기에 의해 응축된 과열액체를 계속적으로 냉각시키는 엔진 냉각기와, 응축기를 통해 공급되는 응축된 냉각액체를 저장하는 저장 탱크 및 저장 탱크에 저장되는 응축된 냉각액체를 예열기로 공급하도록 펌핑 동작하는 펌프로 되어있다.
상기와 같은 발전 시스템은, 보일러 스팀을 열원으로 재활용함으로서 열원낭비를 줄일 수 있고, 작동 유체 누출로 인한 발전 비용 상승 및 안전 사고를 방지하는 등의 효과가 있으나 보일러스팀을 이용하는 저온의 온도 범위(60℃ 내지 200℃)의 열원을 회수하여 사용하므로 전기의 생산능율이 높지 않아 전기 생산에 대한 채산성이 맞지 않으므로 널리 사용되지 못하는 단점이 있다.
특허 등록번호 10-1370448{등록일 2014년 2월 27일}
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고온 고압 가스를 이용하여 보일러 난방용 온수를 생성하는 동시에 보일러를 가동하는 외부 전기에 추가할 회수 전기를 생성함으로써 발전 생산 능율을 향상시키기 위한 보일러 발전 및 난방시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보일러 발전 및 난방 시스템은 실린더; 외부 전기 및 회수 전기에 의해 동작하여 가스를 가열하여 고온 고압 가스를 생성하고 상기 고온 고압 가스에 의해 상기 실린더의 피스톤을 작동시키는 보일러; 상기 실린더의 출력단에 연결되어 상기 실린더의 피스톤 작동으로 상기 고온 고압 가스의 압력에 따라 발전하여 상기 실린더 및 상기 보일러의 동작으로 인하여 상기 외부 전기에서 에너지 손실이 발생한 전기양이 감소한 상기 회수 전기를 생성하는 발전기; 상기 보일러에 의한 상기 실린더의 피스톤 작동후 남은 고온 고압 가스와 물을 열교환하여 난방용 온수 및 온도가 낮아진 가스를 생성하는 열교환기; 상기 실린더와 상기 열교환기 사이에 연결되어 상기 실린더의 피스톤 작동후 남은 고압가스를 상기 열교환기로 회수하는 제1 회수관; 상기 열교환기와 상기 보일러 사이에 연결되어 상기 열교환기로부터의 상기 온도가 낮아진 가스를 상기 보일러로 회수하는 제2 회수관; 상기 열교환기, 난방 부위, 및 냉방 부위를 경유하여 상기 난방용 온수 및 냉수가 순환되는 순환 배관; 및 상기 순환 배관에 설치되어 상기 열교환기로부터의 상기 난방용 온수 및 상기 냉수를 상기 난방 부위 및 상기 냉방 부위를 통과한 후 상기 열교환기로 순환하는 순환 펌프를 포함하고, 상기 보일러는 상기 열교환기로부터의 상기 온도가 낮아진 가스를 회수하여 재가열하여 상기 고온 고압 가스를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 고온 고압 가스는 600 ℃의 온도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 회수 전기는 상기 외부 전기의 최초양의 30% 내지 50%인 것이 바람직하다. 상기 보일러 발전 및 난방 시스템은 상기 발전기로부터의 상기 회수 전기를 축전하는 축전기 및 상기 축전기에 축전된 상기 회수 전기를 직류 전원에서 교류 전원으로 변환하여 상기 보일러로 공급하는 인버터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 고온(600℃)의 고압 가스로 피스톤을 작동시켜 외부 전기에서 발생한 에너지 손실이 발생한 전기양이 50% 내지 70% 감소하여 30% 내지 50%의 전기 회수율을 갖는 회수 전기를 보일러를 가동하는 외부 전기에 추가하여 사용함으로써 전기 소모를 감소하고 전기 발전의 생산성을 극대화하여 전기 발전의 채산성을 향상시킨다. 또한 상기 피스톤 작동후 남은 고온 고압 가스와 물을 교환하여 난방용 온수를 생성하여 난방을 유용하게 사용할 수 있도록 하며, 연료를 사용하는 연료 시스템이 없어 제어가 쉽고 고장의 발생 요인이 없어 유지보수가 용이한 등의 효과가 있는 것이다.
첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보일러 발전 및 난방 시스템을 나타낸 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보일러 발전 및 난방 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 보일러 발전 및 난방 시스템은 실린더(2), 보일러(1), 발전기(3), 열교환기(6), 제1 회수관(22), 제2 회수관(12), 순환 배관(62), 순환펌프(7), 축전기(4), 및 인버터(5)를 포함한다.
보일러(1)는 외부 전기 및 회수 전기에 의해 동작하여 가스를 600 ℃의 고온 고압 가스를 생성하고 상기 고온 고압 가스에 의해 상기 실린더(2)의 피스톤을 작동시킨다. 발전기(3)는 상기 실린더(2)의 출력단에 연결되어 상기 실린더(2)의 피스톤 작동으로 상기 고온 고압 가스의 압력에 따라 발전하여 상기 실린더 및 상기 보일러의 동작으로 인하여 상기 외부 전기에서 에너지 손실이 발생한 전기양이 감소한 상기 회수 전기를 생성한다. 이때 상기 보일러(1) 및 상기 실린더(2)의 동작으로 인하여 발생한 에너지 손실이 있으며 전기 회수량은 상기 외부 전기의 약 30% 내지 50%이다.
열교환기(6)는 상기 보일러(1)에 의한 상기 실린더(2)의 피스톤 작동후 남은 고압 가스와 물을 열교환하여 난방용 온수 및 온도가 낮아진 가스를 생성한다.
제1 회수관(22)은 상기 실린더(2)와 상기 열교환기(6) 사이에 연결되어 상기 실린더(2)의 피스톤 작동후 남은 고온 고압 가스를 상기 열교환기(6)로 회수한다. 제2 회수관(12)은 상기 열교환기(6)와 상기 보일러(1) 사이에 연결되어 상기 열교환기(6)로부터의 상기 온도가 낮아진 가스를 상기 보일러(1)로 회수한다.
순환 배관(62)은 상기 열교환기(6), 난방 부위(64), 및 냉방 부위(66)를 경유하여 상기 난방용 온수 및 냉수가 순환된다. 순환 펌프(7)는 상기 순환 배관(62)에 설치되어 상기 열교환기(6)로부터의 상기 난방용 온수 및 상기 냉수를 상기 난방 부위(64) 및 상기 냉방 부위(66)를 통과한 후 상기 열교환기(6)로 순환한다.
상기 보일러(1)는 상기 열교환기(6)로부터의 상기 온도가 낮아진 가스를 회수하여 재가열하여 상기 고압 가스를 생성한다. 상기 축전기(4)는 상기 발전기(3)로부터의 상기 회수 전기를 축전한다. 상기 인버터(5)는 상기 축전기(4)에 축전된 상기 회수 전기를 직류 전원에서 교류 전원으로 변환하여 상기 보일러(1)로 공급한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 보일러 발전 및 난방 시스템의 동작을 설명한다.
상기 보일러(1)는 외부 전기 및 상기 인버터(5)로부터의 회수 전기에 의해 동작하여 가스를 가열하여 600 ℃의 고온 고압 가스로 가열하여 실린더(2)의 피스톤(미도시)을 작동시켜 발전기(3)를 작동시켜 전기를 발전하게 된다. 이 경우, 상기 보일러(1)의 초기 작동에서는 오직 외부 전기에 의해 동작하고 상기 발전기(3)의 회수 전기 생성후에는 상기 외부 전기 및 상기 회수 전기에 의해 동작한다.
발전된 회수 전기는 축전기(4)에 축전되고 인버터(5)를 통해 직류 전원에서 교류 전원으로 변환되어 상기 보일러(1)로 공급된다.
한편, 실린더(2)의 피스톤을 작동시킨 고온 고압 가스는 열교환기(6)로 유입되어 열교환기(6)의 물을 데우게 되고 데워진 열교환기(6)의 물은 난방에 이용되게 된다.
이와같은, 난방수는 순환 펌프(7)에 의해 열교환기(6)로 계속해서 순환되어 난방이 이루어지게 되는 것이다.
또한, 상기와 같은 열교환기(6)에 의해 냉수가 순환 펌프(7)로 순환되면 냉방이 이루어지게 되는 것이다.
이렇게, 열교환기(6)에 유입되어 열교환에 의해 온도가 낮아진 가스는 다시 보일러(1)로 회수되어 전기로 가열되고 가열되어 고압이 된 고압 가스는 실린더(2)로 공급되어 실린더(2)의 피스톤을 작동시켜 전술한 바와같이 발전기(3)로 발전을 하게 되는 것이다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
1: 보일러 2: 실린더
3: 발전기 4: 축전기
5: 인버터 6: 열교환기
7: 순환 펌프

Claims (5)

  1. 실린더;
    외부 전기 및 회수 전기에 의해 동작하여 가스를 가열하여 고온 고압 가스를 생성하고 상기 고온 고압 가스에 의해 상기 실린더의 피스톤을 작동시키는 보일러;
    상기 실린더의 출력단에 연결되어 상기 실린더의 피스톤 작동으로 상기 고온 고압 가스의 압력에 따라 발전하여 상기 실린더 및 상기 보일러의 동작으로 인하여 상기 외부 전기에서 에너지 손실이 발생한 전기양이 감소한 상기 회수 전기를 생성하는 발전기;
    상기 보일러에 의한 상기 실린더의 피스톤 작동후 남은 고온 고압 가스와 물을 열교환하여 난방용 온수 및 온도가 낮아진 가스를 생성하는 열교환기;
    상기 실린더와 상기 열교환기 사이에 연결되어 상기 실린더의 피스톤 작동후 남은 고압가스를 상기 열교환기로 회수하는 제1 회수관;
    상기 열교환기와 상기 보일러 사이에 연결되어 상기 열교환기로부터의 상기 온도가 낮아진 가스를 상기 보일러로 회수하는 제2 회수관;
    상기 열교환기, 난방 부위, 및 냉방 부위를 경유하여 상기 난방용 온수 및 냉수가 순환되는 순환 배관; 및
    상기 순환 배관에 설치되어 상기 열교환기로부터의 상기 난방용 온수 및 상기 냉수를 상기 난방 부위 및 상기 냉방 부위를 통과한 후 상기 열교환기로 순환하는 순환 펌프를 포함하고,
    상기 보일러는 상기 열교환기로부터의 상기 온도가 낮아진 가스를 회수하여 재가열하여 상기 고온 고압 가스를 생성하는 보일러 발전 및 난방 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 고온 고압 가스는 600 ℃의 온도를 갖는 보일러 발전 및 난방 시스템.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 회수 전기는 상기 외부 전기의 최초양의 30% 내지 50%인 보일러 발전 및 난방 시스템.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 발전기로부터의 상기 회수 전기를 축전하는 축전기를 더 포함하는 보일러 발전 및 난방 시스템.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 축전기에 축전된 상기 회수 전기를 직류 전원에서 교류 전원으로 변환하여 상기 보일러로 공급하는 인버터를 더 포함하는 보일러 발전 및 난방 시스템.
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