KR20170076220A - Hybrid Air-Brayton Cycle Power Generator System using Waste Heat, which generates simultaneously both high temperature steam and air - Google Patents

Hybrid Air-Brayton Cycle Power Generator System using Waste Heat, which generates simultaneously both high temperature steam and air Download PDF

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Abstract

본 발명은 기체폐열을 이용한 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체폐열가스의 열에너지를 거의 100% 유용한 에너지로 사용하며, 또한, 유기랭킨싸이클(Organic rankine cycle) 원리를 이용한 전력 생산과, 공기에 흡수된 열에너지를 지벡효과(Seebeck Effect)를 이용 하여 추가적으로 전력을 발생시켜 전체적 전력의 발생을 증가시키며, 또한, 발전과정에서 발생되는 고온증기 및 고온공기를 이용하여 실내난방이나 온수 및 온돌난방으로의 사용이 가능하게 하기 위한 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation system using waste heat of a gas, and more particularly, to a power generation system using gas waste heat, The heat energy absorbed by the generator is generated by using the Seebeck effect to increase the generation of the total electric power. In addition, by using the high-temperature steam generated in the power generation process and the high-temperature air, The present invention relates to a hybrid Brayton cycle power generation system using gas waste heat and a high temperature steam and hot air simultaneous production system.

Description

기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템{Hybrid Air-Brayton Cycle Power Generator System using Waste Heat, which generates simultaneously both high temperature steam and air}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a hybrid-brittle cycle generator using gas waste heat and a high-temperature steam and high-

본 발명은 기체폐열을 이용한 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브레이튼싸이클(Brayton cycle) 원리에 의해 기체폐열을 재사용하여 고온증기 및 고온공기의 생산이 가능하게 하는 한편, 생산된 고온증기 및 고온공기를 이용하여 하이브리드(Hybrid) 전력의 생산이 가능하게 하기 위한 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation system using waste heat of a gas, and more particularly, to a power generation system using gas waste heat, more particularly, to reuse waste heat by the Brayton cycle principle to enable production of high temperature steam and high temperature air, The present invention relates to a hybrid Brayton cycle power generation system using gas waste heat and a high temperature steam and hot air simultaneous production system for enabling hybrid electric power production using hot air.

일반적으로 폐열은 발전소, 지상차량 및 선박, 항공기 등 엔진 구동을 원리로 하는 기기 등에서 그 엔진을 구동 후, 대기로 버려지는 것으로, 이러한 버려지는 기체폐열로 인한 에너지의 손실은 상당한 실정으로, 이러한 기기들의 엔진을 구동하는데 실제로 사용되는 에너지는 총 에너지 중 30~40%에 불과하며, 나머지는 그대로 폐열로 대리고 버려지고 있는 것이다.Generally, waste heat is discharged to the atmosphere after driving the engine in a power plant, a ground vehicle, a ship, an aircraft, or the like, and the loss of energy due to the waste heat of the gas is considerable. The actual energy used to drive the engine is only 30-40% of the total energy, and the rest is being thrown away as waste heat.

한편, 상기와 같은 문제는 단순히 에너지 절약적 차원에서 머무르는 것이 아니라, 2차적으로 지구의 온난화에 의한 환경문제로 인하여 더욱 복잡하고 심각한 문제로 부각되고 있는 실정이다.On the other hand, the above-mentioned problems are not merely energy-saving but secondarily due to environmental problems caused by global warming, they are becoming more complex and serious problems.

이에, 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 근자에 들어 상기와 같이 발생되는 기체폐열을 회수하여 그 일부를 전력을 생산하는데 적용되고 있는데, 이러한 기존 방법은 유기체 동작유체를 사용하여 중 저온 폐열원에서 얻은 열에너지의 일부를 회수하여 전력을 발생하였다.In order to solve the above-described problems, the present invention has been applied to recover the waste heat of the gas generated in the early stage and to produce a part of the waste heat. In the conventional method, A part of the obtained thermal energy was recovered to generate electric power.

그러나, 상기와 같은 방법은 그 효율이 높지 않아 폐열원에서 얻은 열에너지에 비하여 실제로 전력으로 변환시키는 건은 불과 10% 정도에 불가하였다.However, since the efficiency of the above method is not high, only about 10% can be converted into electric power as compared with the heat energy obtained from the waste heat source.

또한, 유기체 동작유체를 사용할 때는 폐열온도는 중 저온 100~250℃ 이어야 하는 제한이 있어 그 실효성이 극히 저하되었다.In addition, when an organic operating fluid is used, the efficiency of the waste heat temperature is limited to a low temperature of 100 to 250 ° C.

이에, 근자에 들어 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 브레이튼싸이클(Brayton cycle) 원리를 이용한 발전장치가 개발되고 있는 실정이다.In recent years, in order to solve the above problems, a power generation apparatus using a Brayton cycle principle has been developed.

그러나, 아직 상기와 같은 브레이튼싸이클 원리를 이용한 발전장치는 그 발전의 한계를 나타내었다.However, the power generation apparatus using the above-mentioned Brayton cycle principle has yet to show the limit of its development.

대한민국특허출원등록 제10-0844634호.Korean Patent Application No. 10-0844634.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 기체폐열가스의 열에너지를 거의 100% 유용한 에너지로 사용하기 위한 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a hybrid Brayton cycle power generation system and a high temperature steam and high temperature air simultaneous production system using gas waste heat for using thermal energy of gas waste heat gas at almost 100% And it is an object of the present invention.

또한, 유기랭킨싸이클(Organic rankine cycle) 원리를 이용한 전력 생산과, 공기에 흡수된 열에너지를 지벡효과(Seebeck Effect)를 이용 하여 추가적으로 전력을 발생시켜 전체적 전력의 발생을 증가시키기 위한 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.In addition, the power generation using the organic rankine cycle principle and the hybrid generation using the waste heat of the gas to generate the electric power additionally by generating the electric power using the Seebeck effect to absorb the heat energy absorbed in the air, Brayton cycle power generation and high temperature steam and high temperature air simultaneous production system.

또한, 발전과정에서 발생되는 고온증기 및 고온공기를 이용하여 실내난방이나 온수 및 온돌난방으로의 사용이 가능하게 하기 위한 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.Also, it provides a hybrid Brayton cycle power generation system and a high-temperature steam and high-temperature air concurrent production system using gas waste heat to enable indoor heating, hot water and Ondol heating using high-temperature steam and high-temperature air generated in the power generation process. The present invention has the object of the present invention.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 대기중의 공기를 흡입하여 고압으로 압축하는 공기압축기와, 폐열가스를 가해 압축된 고압의 공기를 가열하여 고온 고압의 상태로 만드는 공기가열기와, 고온 고압의 공기를 이용하여 기계적 운동을 수행하는 공기터빈과, 공기터빈과 연결되어 기계적 운동에 의해 발전을 수행하는 발전기로 된 브레이튼싸이클 발전부; 공기터빈을 구동시키고 발생된 중온의 공기를 가해 열매체를 가열시켜 열원을 생성하는 열원발생기; 열원발생기에서 발생된 열원을 이용하여 유기물질을 증발시켜 증기를 생성시키는 ORC증발기와, 발생된 증기를 이용하여 기계적 운동을 수행하는 ORC터빈과, ORC터빈을 작동시키고 발생된 증기를 냉각수를 이용하여 냉각시켜 액화시키는 응축기와, 액화된 유기물질을 압축시켜 ORC증발기로 공급하는 피드펌프와, ORC터빈과 연결되어 기계적 운동에 의해 발전을 수행하는 ORC발전기로 된 유기랭킨싸이클 발전부; 및 ORC증발기에서 유기물질을 증발시키고 발생된 냉각된 열원을 열원발생기로 회수하는 열매체펌프를 포함하여 구성하거나, 대기중의 공기를 흡입하여 고압으로 압축하는 공기압축기와, 폐열가스를 가해 압축된 고압의 공기를 가열하여 고온 고압의 상태로 만드는 공기가열기와, 고온 고압의 공기를 이용하여 기계적 운동을 수행하는 공기터빈과, 공기터빈과 연결되어 기계적 운동에 의해 발전을 수행하는 발전기로 된 브레이튼싸이클 발전부; 및 공기터빈을 구동시키고 발생된 중온의 공기 열원을 이용하여 유기물질을 증발시켜 증기를 생성시키는 ORC증발기와, 발생된 증기를 이용하여 기계적 운동을 수행하는 ORC터빈과, ORC터빈을 작동시키고 발생된 증기를 냉각수를 이용하여 냉각시켜 액화시키는 응축기와, 액화된 유기물질을 압축시켜 ORC증발기로 공급하는 피드펌프와, ORC터빈과 연결되어 기계적 운동에 의해 발전을 수행하는 ORC발전기로 된 유기랭킨싸이클 발전부를 포함하여 구성하며, 공기압축기에는, 그 공기압축기의 구동력을 부여하는 구동축을 더 포함하여 구성하되, 구동축은, 공기터빈과 공기압축기를 공통으로 연결하여, 공기터빈의 기계적 운동을 직접 공기압축기에 전달하여 공기압축기를 구동시키거나, 구동축을 공기터빈과 분리하고, 구동축에는 전력에 의해 구동하는 전동기를 더 형성하며, 그 전동기는 발전기로부터 전력의 공급이 가능하게 구성하되, 전동기는 발전기에서 발생된 전력을 이용하여 작동 및 공기압축기를 구동하며, 공기터빈을 구동시키고 발생된 중온의 공기와 대기중의 공기를 이용한 온도차를 통해 발전을 수행하는 열전발전기를 포함하여 구성함으로 달성할 수 있는 것이다.In order to attain the above object, there is provided an air conditioner comprising: an air compressor for sucking air in the atmosphere and compressing the air to a high pressure; an air heater for heating the compressed high- An air turbine for performing mechanical motions using high-pressure air; a Brayton cycle power generator connected to the air turbine and generating power by mechanical motion; A heat source generator for driving the air turbine and heating the heat medium by applying generated medium temperature air to generate a heat source; An ORC evaporator for generating steam by evaporating an organic material using a heat source generated from a heat source generator, an ORC turbine for performing mechanical movement using the generated steam, an ORC turbine, A feed pump for compressing and liquefying the liquefied organic material into an ORC evaporator, and an ORC generator connected to the ORC turbine to generate electric power by mechanical motion; And a heating medium pump for evaporating the organic material in the ORC evaporator and for recovering the generated cooled heat source to the heat source generator, or an air compressor for sucking the atmospheric air and compressing it at a high pressure, and a high pressure An air turbine for heating the air of the air turbine to perform a mechanical movement using air of high temperature and high pressure to make the high temperature and high pressure state of the air of the air turbine and a generator for generating electricity by the mechanical movement connected to the air turbine, A cycle generator; An ORC evaporator that drives the air turbine and uses the generated medium temperature air heat source to evaporate organic material to produce steam, an ORC turbine that performs mechanical motion using the generated steam, and an ORC turbine that operates the ORC turbine A feed pump for compressing and liquefying the liquefied organic material into an ORC evaporator, and an ORC generator connected to the ORC turbine for generating electricity by mechanical motion. Wherein the air compressor further comprises a driving shaft for applying a driving force of the air compressor, wherein the driving shaft connects the air turbine and the air compressor in common, and mechanically moves the mechanical movement of the air turbine directly to the air compressor To drive the air compressor, to separate the drive shaft from the air turbine, and to the drive shaft to transmit electric power Wherein the electric motor is configured to be able to supply electric power from the generator, wherein the electric motor drives the operation and the air compressor using the electric power generated by the generator, drives the air turbine, And a thermoelectric generator for generating electric power through a temperature difference between the air and the thermoelectric generator.

이상과 같이 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템은, 대기중에 있는 공기는 100% 무공해 물질인 것인바, 이것을 사용하여 폐열원에서 방출되는 기체폐열가스가 가지고 있는 열에너지를 공기에 전달시켜 그 열에너지를 거의 100% 유용한 에너지로 사용이 가능한 효과를 얻을 수 있는 것이다.As described above, the hybrid Brayton cycle power generation system using the waste heat of the present invention and the high-temperature steam and high-temperature air simultaneous production system are such that the atmospheric air is 100% non-pollutant material, and the gas waste heat gas emitted from the waste heat source The heat energy that it has is transferred to the air, and the thermal energy can be used almost 100% useful energy.

또한, 공기에 흡수된 열에너지를 브레이튼싸이클부를 통해 고온고압의 공기를 터빈을 통과시키는 과정에서 동력을 발생 및 그 동력을 이용하여 발전이 가능하며, 이와 동시에 나머지 공기의 열에너지를 열전발전기를 이용한 지벡효과(Seebeck Effect)와 유기랭킨싸이클(Organic rankine cycle) 원리를 이용하여 추가적으로 전력을 발생시킴으로 전체적 전력 발생의 증가를 가져오는 효과를 얻을 수 있는 것이다.In addition, the heat energy absorbed in the air can be generated by passing the high-temperature high-pressure air through the Breton cycle part to the turbine, and the power can be generated by using the power. At the same time, By using the principle of Seebeck Effect and Organic rankine cycle, it is possible to generate an additional power, thereby increasing the overall power generation.

또한, 발전과정에서 발생되는 고온증기를 이용하여 라디에이터를 작동시켜 실내난방과, 온수기에 적용시켜 온수의 생성과, 온돌 난방기에 적용시켜 난방수의 생성과, 열전발전기에서 나오는 고온공기를 이용하여 실내 온풍이 가능하게 되는 등 그 사용 효율성이 현격히 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.In addition, by operating the radiator using the high-temperature steam generated in the power generation process, it is applied to the indoor heating, the water heater to generate hot water, the hot water is applied to the ondol heating device, and the hot water generated from the thermoelectric generator is used It is possible to obtain the effect that the use efficiency is remarkably improved such that warm air can be made.

도 1은 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템 전체도.
도 2는 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템의 열원발생기 실시예도.
도 3은 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템의 열원발생기 실시예도.
도 4는 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템의 라디에이터 적용 실시예도.
도 5는 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템의 온수기 적용 실시예도.
도 6은 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템의 보일러 적용 실시예도.
도 7은 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템의 다른 실시예도.
도 8은 본 발명 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템의 구동축 실시예도.
도 9는 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템의 온풍기 적용 실시예도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a whole view of a hybrid Brayton cycle power generation system using a waste heat of the present invention and a high temperature steam and hot air simultaneous production system.
2 is a schematic diagram of a heat source generator of a hybrid Brayton cycle power generation system using waste heat of the present invention and a high temperature steam and high temperature air production system.
3 is a schematic diagram of a heat source generator of a hybrid Brayton cycle power generation system using a waste heat of the present invention and a high temperature steam and high temperature air production system.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a hybrid radiator cycle generation system using waste heat of the present invention and a radiator application system of a high temperature steam and hot air simultaneous production system.
FIG. 5 is a diagram illustrating a hybrid water heating system using the waste heat of the present invention and a water heater application of the high temperature steam and high temperature air simultaneous production system.
FIG. 6 is a diagram showing a boiler application of a hybrid Brayton cycle power generation system using a waste heat of the present invention and a high temperature steam and high temperature air production system.
7 shows another embodiment of a hybrid Brayton cycle power generation system using a waste heat of the present invention and a high temperature steam and high temperature air concurrent production system.
FIG. 8 is a diagram showing a drive shaft of a hybrid Brayton cycle power generation system and a high temperature steam and high temperature air production system using waste heat of the present invention. FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a hybrid blower cycle power generation using a waste heat of the present invention and a hot air fan application of a high temperature steam and hot air simultaneous production system. FIG.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It should be understood that various equivalents and modifications may be present.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템 전체도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a general view of a hybrid Brayton cycle power generation system using a waste heat of the present invention and a high temperature steam and hot air simultaneous production system. FIG.

도 1의 도시와 같이 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템은, 브레이튼싸이클 발전부(100)와, 열원발생기(200)와, 유기랭킨싸이클 발전부(300)와, 열매체펌프(400)로 구성된다.1, the hybrid Brayton cycle power generation system and the high temperature steam and high temperature air simultaneous production system using the waste heat of the present invention comprises a Brayton cycle generator 100, a heat source generator 200, an organic Rankine cycle generator (300), and a heating medium pump (400).

여기서, 상기 브레이튼싸이클 발전부(100)는, 공기압축기(110)와, 공기가열기(120)와, 공기터빈(130)과, 발전기(140)로 구성된 것으로, The Brayton cycle generator 100 includes an air compressor 110, an air heater 120, an air turbine 130, and a generator 140,

먼저, 공기압축기(110)는, 공기를 압축하여 고압의 공기로 생성하게 구성된 것으로, 본 발명에서는 대기중의 공기를 흡입 및 압축하여 고압의 공기를 생성하게 된다.First, the air compressor 110 is configured to compress air to generate high-pressure air. In the present invention, air in the air is sucked and compressed to generate high-pressure air.

또한, 공기가열기(120)는, 압축된 고압의 공기를 고온으로 가열시키게 구성된 것으로, 상기 공기압축기(110)와 연결되어 압축된 고압의 공기를 공급받으며, 이와 동시에 버려지는 폐열가스를 압축공기에 가해 고온의 공기로 생성하게 되는 것으로, 이에, 공기가열기(120)를 통과한 고압의 공기는 고온 고압의 공기를 얻을 수 있게 된다.The air heater 120 is configured to heat the compressed high-pressure air to a high temperature. The air heater 120 is connected to the air compressor 110 to receive the compressed high-pressure air. At the same time, So that the high-pressure air having passed through the air heater 120 can obtain high-temperature, high-pressure air.

또한, 공기터빈(130)은, 통상의 기체 또는 유체가 가지고 있는 에너지를 이용하여 기계적 회전운동을 하는 것으로, 본 발명에서는 상기 고온 고압의 공기(기체)를 가함으로 열에너지를 기계적 회전 에너지로 변환시키게 된다.In the present invention, the air turbine (130) is mechanically rotated using energy possessed by a conventional gas or fluid. In the present invention, by applying the air (gas) at a high temperature and pressure, heat energy is converted into mechanical rotational energy do.

또한, 발전기(140)는, 상기 공기터빈(130)과 연결되게 구성된 것으로, 그 공기터빈(130)이 회전 운동을 하는 과정에서 그 회전력에 의해 발전을 수행하게 된다.The generator 140 is configured to be connected to the air turbine 130. The generator 140 performs power generation by the rotational force of the air turbine 130 during its rotation.

여기서, 상기와 같이 고온 고압의 공기를 이용하여 공기터빈(130)을 구동시키게 되면, 열에너지의 엔탈피(enthaIpy)가 떨어지게 되는 것인바, 상대적으로 고온 고압의 공기가 중온 저압의 공기로 변환되게 된다.If the air turbine 130 is driven using the high-temperature and high-pressure air as described above, enthalpy of heat energy is reduced, and relatively high-temperature and high-pressure air is converted into medium-low-temperature and low-pressure air.

상기 열원발생기(200)는, 상기 공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기를 열매체에 가해 열교환하여 열원을 얻을 수 있게 구성된다.The heat source generator 200 is configured to drive the air turbine 130 and to generate a heat source by heat-exchanging the generated medium-temperature air with the heating medium.

즉, 공기터빈(130)에서 나오는 공기는 중온임에도 대체로 150~300℃의 높은 온도를 유지하게 되는 것인바, 이러한 온도를 열매체가 충전되는 열원발생기(200)에 가함으로 열매체와 열교환이 이루어지는 것인바, 이러한 열교환 과정에서 열원의 생성이 가능하게 된다.That is, although the air from the air turbine 130 maintains a high temperature of 150 to 300 ° C. in spite of the medium temperature, the heat is exchanged with the heat medium by applying this temperature to the heat source generator 200 to which the heat medium is charged. , It is possible to generate a heat source during this heat exchange process.

한편, 상기 열원발생기(200)를 구성함에 있어서는, 열매체의 다양한 적용이 가능한 것으로, 먼저, 도 2의 도시와 같이 열매체로 물을 사용하되 열원발생기(200)를 물이 충전되는 증기발생기(210)로 적용할 수 있다.2, water is used as a heating medium, and the heat generator 200 is connected to a steam generator 210, which is filled with water, as shown in FIG. 2, As shown in FIG.

즉, 공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기를 가해 물을 증발시켜 증기를 생성하여 그 증기를 열원으로 사용할 수 있게 된다.That is, the air turbine 130 is driven and the generated medium-temperature air is applied to evaporate the water to generate steam, so that the steam can be used as a heat source.

또한, 도 3의 도시와 같이 열매체로 오일(oil)을 사용하되 열원발생기(200)를 오일이 충전되는 오일가열기(220)로 적용할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, oil can be used as a heating medium and the heat source generator 200 can be applied as an oil heater 220 for filling oil.

즉, 공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기를 가해 오일을 가열시켜 그 가열된 오일을 열원으로 사용할 수 있게 된다.That is, the air turbine 130 is driven and the generated medium temperature air is applied to heat the oil, so that the heated oil can be used as a heat source.

한편, 상기와 같이 열원발생기(200)를 물을 이용한 증기발생기(210)나 오일을 이용한 오일가열기(220)로 적용함은, 공기터빈(130)에서 나오는 공기는 중온임에도 대체로 150~300℃를 이루는 것인바, 이러한 발생온도를 기준으로 하여 비교적 높은 온도의 공기가 발생시에는 높은 온도를 이용하여 열매체의 증발이 가능한 물을 이용한 증기발생기(210)를 적용함으로 발생된 증기를 열원으로 사용할 수 있게 되며, 비교적 낮은 온도의 공기가 발생시 낮은 온도에서의 가열이 가능한 오일을 이용한 오일가열기(220)를 적용함으로 가열된 오일을 직접 열원으로 사용할 수 있게 된다. If the heat source generator 200 is applied to the steam generator 210 using water or the oil heater 220 using oil as described above, the air from the air turbine 130 is heated to 150 to 300 ° C When a relatively high temperature air is generated based on the generated temperature, the steam generated by applying the steam generator 210 using water capable of evaporating the heating medium by using a high temperature can be used as a heat source And the oil heater 220 using the oil that can be heated at a low temperature when air having a relatively low temperature is generated is applied, so that the heated oil can be directly used as a heat source.

즉, 상기와 같이 열원발생기(200)를 적용함에 있어, 증기발생기(210) 또는 오일가열기(220)로 적용할 수 있는 것으로, 이러한 적용은 브레이튼싸이클 발전부(100)에서 발생되는 공기의 온도에 따라 다양한 설비에 적용 가능하게 된다.That is, in applying the heat source generator 200 as described above, it can be applied to the steam generator 210 or the oil heater 220. The application of the heat generator 200 can be performed by controlling the temperature of the air generated in the Brayton cycle generator 100 It can be applied to various facilities according to the present invention.

상기 유기랭킨싸이클 발전부(300)는, ORC증발기(310)와, ORC터빈(320)과, 응축기(330)와, 피드펌프(340)와, ORC발전기(350)로 구성된다.The ORC generator 300 includes an ORC evaporator 310, an ORC turbine 320, a condenser 330, a feed pump 340, and an ORC generator 350.

여기서, 상기 ORC증발기(310)는, 통상의 유기랭킨싸이클(Organic rankine cycle)의 원리에 의해 열원을 이용하여 유기물질을 증발시켜 증기를 발생시키게 되는 것으로, 이러한 열원은 상기 열원발생기(200)로부터 얻을 수 있게 된다.Here, the ORC evaporator 310 generates steam by evaporating an organic material using a heat source according to a principle of an organic rankine cycle. The ORC evaporator 310 generates heat by using the heat source generator 200 .

이때, 본 발명에서 적용되는 유기물질로는 냉매가 적용된다.At this time, a refrigerant is applied to the organic material applied in the present invention.

또한, ORC터빈(320)은, 상기 ORC증발기(310)에서 발생된 증기를 이용하여 기계적 운동을 수행하게 된다.In addition, the ORC turbine 320 performs mechanical motion using the steam generated in the ORC evaporator 310.

또한, 응축기(330)는, 상기 ORC터빈(320)을 작동시키고 발생된 증기를 액화시키게 구성된 것으로, 이런 액화는 냉각수를 이용하여 가능하며 액상의 유기물질을 얻을 수 있게 된다.Also, the condenser 330 is configured to operate the ORC turbine 320 and to liquefy the generated steam. Such liquefaction is possible by using cooling water, and it is possible to obtain a liquid organic material.

또한, 피드펌프(340)는, 상기 응축기(330)에서 액화된 유기물질을 단열 압축시켜 상기 ORC증발기(310)로 공급하여 증기 생성에 따른 유기물질로 사용할 수 있게 된다.In addition, the feed pump 340 may adiabatically compress the organic material liquefied in the condenser 330 and supply it to the ORC evaporator 310 to be used as an organic material for steam generation.

상기 ORC발전기(350)는, 상기 ORC터빈(320)과 연결되게 구성된 것으로, 그 ORC터빈(320)이 회전 운동을 하는 과정에서 그 회전력에 의해 발전을 수행하게 된다.The ORC generator 350 is configured to be connected to the ORC turbine 320. The ORC turbine 320 performs power generation by its rotational force in the course of rotational motion.

한편, 상기 유기랭킨싸이클은, 알려진바와 같이 통상 화력발전은 물을 끓여 고온 고압의 증기로 만들어 증기터빈을 구동하는 랭킨싸이클(Rankine cycle) 발전을 한다. 이때 물은 최소한 100℃ 이상에서 증발하고 증기터빈을 구동하려면 최소한 415℃ 이상의 고온증기를 요한다고 IEC에서 권고하고 있다. 그렇다면 이보다 낮은 온도인 폐기열은 대체로 400℃ 미만인 것인바, 이것을 이용한 발전을 하려면 저압의 증기터빈도 있지만 이는 효율이 5% 정도로 아주 낮아 이용가치가 떨어지게 된다.On the other hand, as is known, in the organic Rankine cycle, a thermal power plant generates Rankine cycle power by boiling water to produce steam of high temperature and high pressure to drive a steam turbine. IEC recommends that water should be vaporized above at least 100 ° C and high temperature steam above 415 ° C to drive the steam turbine. If this is the case, the waste heat of lower temperature is generally below 400 ° C. In order to generate electricity using this steam turbine, there is a low-pressure steam turbine.

이에, 이를 해결하기 위해 19세기말 프랭크 오밸트(Frank Ofeldt)에 의하여 발명된 것이 유기랭킨싸이클로 물보다 낮은 온도에서 증발하고 상대적으로 높은 압력을 발생시키는 유기물질을 사용한다고 하여 유기랭킨싸이클(ORC : Organic rankine cycle)이라고 한다.In order to solve this problem, the invention of Frank Ofeldt at the end of the 19th century uses an organic material which evaporates at a lower temperature than water and generates a relatively high pressure in an organic Rankine cycle, rankine cycle.

즉, 본 발명의 유기랭킨싸이클 발전부(300)에서는, 유기랭킨싸이클의 원리에 의해 열원을 이용하여 낮은 온도에서 ORC증발기(310)의 유기물질을 증발시켜 고온 고압의 증기를 얻을 수 있게되며, 이렇게 얻어진 고온 고압의 증기를 이용하여 ORC터빈(320)의 구동 및 ORC발전기(350)를 이용한 발전이 가능하게 된다.That is, in the organic Rankine cycle power generation unit 300 of the present invention, the organic matter of the ORC evaporator 310 is evaporated at a low temperature using the heat source according to the principle of the organic Rankine cycle, By using the obtained high-temperature high-pressure steam, the ORC turbine 320 can be driven and the ORC generator 350 can be used for power generation.

한편, 상기와 같이 ORC증발기(310)의 작동을 위한 열원으로는, 먼저 도 2의 도시와 같이 열원발생기(200)를 증기발생기(210)로 적용시에는 증기를 열원으로 사용할 수 있으며, 도 3의 도시와 같이 오일가열기(220)로 적용시에는 가열된 오일을 열원으로 사용할 수 있게 된다.2, steam may be used as a heat source when the heat generator 200 is applied to the steam generator 210 as shown in FIG. 2, The heated oil can be used as a heat source when applied to the oil heat exchanger 220 as shown in FIG.

상기 열매체펌프(400)는, ORC증발기(310)에서 유기물질을 증발시키고 발생된 냉각된 열원을 열원발생기(200)로 회수하여 재사용이 가능하게 한다.The heating medium pump 400 evaporates the organic material in the ORC evaporator 310 and collects the generated cooled heat source into the heat source generator 200 to enable reuse.

한편, 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템에는, 도 4 내지 도 6의 도시와 같이 보일러(600)와, 응축수 탱크(601)를 더 포함하여 구성할 수 있다.4 to 6, the hybrid Brayton cycle power generation system and high temperature steam and high temperature air production system using the waste heat of the present invention further include a boiler 600 and a condensate tank 601 .

이때, 보일러(600)는, 더운 열기의 발생시키는 라디에이터(610)와, 온수의 생성이 가능한 온수기(620)와, 바닥 난방이 가능한 온돌 난방기(630)로 구성된다.At this time, the boiler 600 includes a radiator 610 generating hot heat, a water heater 620 capable of generating hot water, and an Ondol heater 630 capable of heating the floor.

이때, 상기 라디에이터(610)는, 도 4의 도시와 같이 상기 증기발생기(210)와 연결되게 구성하되, 상기 증기발생기(210)에서 발생된 뜨거운 증기를 이용하여 라디에이터(610)의 물과 열교환하며, 이러한 열교환 과정에서 발생되는 열기를 통해 난방을 수행할 수 있게 된다.The radiator 610 is connected to the steam generator 210 as shown in FIG. 4. The radiator 610 performs heat exchange with water in the radiator 610 using hot steam generated in the steam generator 210 , The heating can be performed through the heat generated in the heat exchange process.

그리고, 상기와 같이 라디에이터(610)에서의 열교환 과정에서 발생되는 응축수는 응축수 탱크(601)에 저장 및 다시 증기발생기(210)로 공급하여 증기 발생에 사용되는 물로 사용 가능하게 된다.As described above, the condensed water generated in the heat exchange process in the radiator 610 is stored in the condensate tank 601 and is supplied to the steam generator 210 to be used as water used for generating steam.

또한, 상기 온수기(620)는, 도 5의 도시와 같이 상기 증기발생기(210)와 연결되게 구성하되, 상기 증기발생기(210)에서 발생된 뜨거운 증기를 이용하여 온수기(620)의 물과 열교환하여 온수를 생성 및 사용 가능하게 된다.The water heater 620 is connected to the steam generator 210 as shown in FIG. 5, and performs heat exchange with water in the water heater 620 using hot steam generated in the steam generator 210 Hot water can be generated and used.

그리고, 상기와 같이 라디에이터(610)에서의 열교환 과정에서 발생되는 응축수는 응축수 탱크(601)에 저장 및 다시 증기발생기(210)로 공급하여 증기 발생에 사용되는 물로 사용 가능하게 된다.As described above, the condensed water generated in the heat exchange process in the radiator 610 is stored in the condensate tank 601 and is supplied to the steam generator 210 to be used as water used for generating steam.

또한, 상기 온돌 난방기(630)는, 도 6의 도시와 같이 상기 증기발생기(210)와 연결되게 구성하되, 상기 증기발생기(210)에서 발생된 뜨거운 증기를 이용하여 온돌 난방기(630)의 물과 열교환하여 난방수를 생성 통상의 난방배관(도면중 미도시함)을 통해 난방에 사용할 수 있게 된다.The Ondol heater 630 may be connected to the steam generator 210 as shown in FIG. 6. The Ondol heater 630 may be connected to the water of the Ondol heater 630 using hot steam generated from the steam generator 210. Heat exchange is performed to generate heating water. The heating water can be used for heating through a normal heating pipe (not shown in the figure).

그리고, 상기와 같이 라디에이터(610)에서의 열교환 과정에서 발생되는 응축수는 응축수 탱크(601)에 저장 및 다시 증기발생기(210)로 공급하여 증기 발생에 사용되는 물로 사용 가능하게 된다.As described above, the condensed water generated in the heat exchange process in the radiator 610 is stored in the condensate tank 601 and is supplied to the steam generator 210 to be used as water used for generating steam.

한편, 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템의 다른 실시예로, 도 7의 도시와 같이 브레이튼싸이클 발전부(100)와 유기랭킨싸이클 발전부(300)로 구성할 수 있다.7, the Breton cycle power generation unit 100 and the organic Rankine cycle power generation unit 300 (shown in FIG. 7) may be used as the hybrid Brayton cycle power generation system and the high temperature steam and high temperature air production system using the waste heat of the present invention. ).

여기서, 상기 브레이튼싸이클 발전부(100)는, 공기압축기(110)와, 공기가열기(120)와, 공기터빈(130)과, 발전기(140)로 구성된 것으로, The Brayton cycle generator 100 includes an air compressor 110, an air heater 120, an air turbine 130, and a generator 140,

먼저, 공기압축기(110)는, 공기를 압축하여 고압의 공기로 생성하게 구성된 것으로, 본 발명에서는 대기중의 공기를 흡입 및 압축하여 고압의 공기를 생성하게 된다.First, the air compressor 110 is configured to compress air to generate high-pressure air. In the present invention, air in the air is sucked and compressed to generate high-pressure air.

또한, 공기가열기(120)는, 압축된 고압의 공기를 고온으로 가열시키게 구성된 것으로, 상기 공기압축기(110)와 연결되어 압축된 고압의 공기를 공급받으며, 이와 동시에 버려지는 폐열가스를 압축공기에 가해 고온의 공기로 생성하게 되는 것으로, 이에, 공기가열기(120)를 통과한 고압의 공기는 고온 고압의 공기를 얻을 수 있게 된다.The air heater 120 is configured to heat the compressed high-pressure air to a high temperature. The air heater 120 is connected to the air compressor 110 to receive the compressed high-pressure air. At the same time, So that the high-pressure air having passed through the air heater 120 can obtain high-temperature, high-pressure air.

또한, 공기터빈(130)은, 통상의 기체 또는 유체가 가지고 있는 에너지를 이용하여 기계적 회전운동을 하는 것으로, 본 발명에서는 상기 고온 고압의 공기(기체)를 가함으로 열에너지를 기계적 회전 에너지로 변환시키게 된다.In the present invention, the air turbine (130) is mechanically rotated using energy possessed by a conventional gas or fluid. In the present invention, by applying the air (gas) at a high temperature and pressure, heat energy is converted into mechanical rotational energy do.

또한, 발전기(140)는, 상기 공기터빈(130)과 연결되게 구성된 것으로, 그 공기터빈(130)이 회전 운동을 하는 과정에서 그 회전력에 의해 발전을 수행하게 된다.The generator 140 is configured to be connected to the air turbine 130. The generator 140 performs power generation by the rotational force of the air turbine 130 during its rotation.

여기서, 상기와 같이 고온 고압의 공기를 이용하여 공기터빈(130)을 구동시키게 되면, 열에너지의 엔탈피(enthaIpy)가 떨어지게 되는 것인바, 상대적으로 고온 고압의 공기가 중온 저압의 공기로 변환되게 된다.If the air turbine 130 is driven using the high-temperature and high-pressure air as described above, enthalpy of heat energy is reduced, and relatively high-temperature and high-pressure air is converted into medium-low-temperature and low-pressure air.

상기 유기랭킨싸이클 발전부(300)는, ORC증발기(310)와, ORC터빈(320)과, 응축기(330)와, 피드펌프(340)와, ORC발전기(350)로 구성된다.The ORC generator 300 includes an ORC evaporator 310, an ORC turbine 320, a condenser 330, a feed pump 340, and an ORC generator 350.

여기서, 상기 ORC증발기(310)는, 통상의 유기랭킨싸이클(Organic rankine cycle)의 원리에 의해 열원을 이용하여 유기물질을 증발시켜 증기를 발생시키게 되는 것으로, 이러한 열원은 상기 공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기 의 사용이 가능하게 된다.Here, the ORC evaporator 310 generates steam by evaporating an organic material using a heat source according to a principle of an organic rankine cycle, and the heat source is used to heat the air turbine 130 It is possible to use the medium temperature air generated and driven.

또한, ORC터빈(320)은, 상기 ORC증발기(310)에서 발생된 증기를 이용하여 기계적 운동을 수행하게 된다.In addition, the ORC turbine 320 performs mechanical motion using the steam generated in the ORC evaporator 310.

또한, 응축기(330)는, 상기 ORC터빈(320)을 작동시키고 발생된 증기를 액화시키게 구성된 것으로, 이런 액화는 냉각수를 이용하여 가능하며 액상의 유기물질을 얻을 수 있게 된다.Also, the condenser 330 is configured to operate the ORC turbine 320 and to liquefy the generated steam. Such liquefaction is possible by using cooling water, and it is possible to obtain a liquid organic material.

또한, 피드펌프(340)는, 상기 응축기(330)에서 액화된 유기물질을 단열 압축시켜 상기 ORC증발기(310)로 공급하여 증기 생성에 따른 유기물질로 사용할 수 있게 된다.In addition, the feed pump 340 may adiabatically compress the organic material liquefied in the condenser 330 and supply it to the ORC evaporator 310 to be used as an organic material for steam generation.

상기 ORC발전기(350)는, 상기 ORC터빈(320)과 연결되게 구성된 것으로, 그 ORC터빈(320)이 회전 운동을 하는 과정에서 그 회전력에 의해 발전을 수행하게 된다.The ORC generator 350 is configured to be connected to the ORC turbine 320. The ORC turbine 320 performs power generation by its rotational force in the course of rotational motion.

즉, 본 발명의 유기랭킨싸이클 발전부(300)에서는, 유기랭킨싸이클의 원리에 의해 열원을 이용하여 낮은 온도에서 ORC증발기(310)의 유기물질을 증발시켜 고온 고압의 증기를 얻을 수 있게되며, 이렇게 얻어진 고온 고압의 증기를 이용하여 ORC터빈(320)의 구동 및 ORC발전기(350)를 이용한 발전이 가능하게 된다.That is, in the organic Rankine cycle power generation unit 300 of the present invention, the organic matter of the ORC evaporator 310 is evaporated at a low temperature using the heat source according to the principle of the organic Rankine cycle, By using the obtained high-temperature high-pressure steam, the ORC turbine 320 can be driven and the ORC generator 350 can be used for power generation.

한편, 도 1 및 도 7을 참조하여 상기 공기압축기(110)에는, 그 공기압축기(110)의 구동력을 부여하기 위한 구동축(150)을 더 포함하여 구성할 수 있는 것으로, 그 구동축(150)의 구동은 다양한 실시예에 의해 가능하다.1 and 7, the air compressor 110 may further include a driving shaft 150 for applying a driving force of the air compressor 110, The driving is possible by various embodiments.

먼저, 상기 구동축(150)은, 도 1 및 도 7의 도시와 같이 상기 공기터빈(130)과 공기압축기(110)를 직접 공통으로 연결할 수 있는 것으로, 이때에는 공기터빈(130)이 회전하는 과정에서 그 회전동력이 구동축(150)에 직접 전달 및 공기압축기(110)의 구동이 가능하게 할 수 있다.1 and 7, the driving shaft 150 can directly connect the air turbine 130 and the air compressor 110. At this time, the air turbine 130 is rotated The rotation driving force can be transmitted directly to the driving shaft 150 and the air compressor 110 can be driven.

또한, 상기 구동축(150)은, 도 8의 도시와 같이 상기 공기터빈(130)과 분리된 상태로 구성하고, 그 구동축(150)에는 전력을 이용하여 구동축(150)의 구동이 가능하게 하는 전동기(151)를 더 포함하여 구성할 수 있는 것으로, 이때에는 상기 전동기(151)는 상기 발전기(140)에서 발전된 전력을 이용하여 구동이 가능하게 구성할 수 있다.The driving shaft 150 is separated from the air turbine 130 as shown in FIG. 8 and the driving shaft 150 is driven by an electric motor The electric motor 151 may be configured to be driven using electric power generated from the generator 140. In this case,

즉, 전동기(151)는, 상기 발전기(140)로부터 발전된 전력을 공급하여 구동 및 구동축을 구동시킴으로 공기압축기(110)의 구동이 가능하게 된다.That is, the electric motor 151 drives the driving shaft and the driving shaft by supplying the electric power generated from the generator 140, thereby driving the air compressor 110.

즉, 본 발명 브레이튼싸이클 발전부(100)에서는 상기와 같이 대기중의 공기와 폐열가스의 열원을 이용하여 고온 고압의 공기를 생성 및 그 고온 고압의 공기를 이용하여 공기터빈(130)을 작동 및 발전기(140)에서 발전하여 전력을 생산할 수 있게 됨은 물론, 이러한 공기터빈(130)의 구동에 의해 공기압축기(110)의 구동이 가능하게 된다.That is, in the Bryton Cycle power generation unit 100 of the present invention, the high-temperature and high-pressure air is generated using the atmospheric air and the heat source of the waste heat gas, and the air turbine 130 is operated And the generator 140 can generate electric power. In addition, the air compressor 110 can be driven by driving the air turbine 130.

한편, 본 발명에는 열전발전기(500)를 더 포함하여 구성할 수 있는 것으로, 열전발전기(500)는, 공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기와 대기중의 공기를 이용한 온도차를 통해 지벡효과(Seebeck Effect)를 이용한 전기의 발전이 가능하게 구성된 것으로, 이때, 지벡효과는 알려진바와 같이 두개의 서로 다른 금속도선의 양끝을 연결하여 폐회로를 구성하고 양단에 온도차가 주면 두 접점사이에 전위차가 발생한다. 이를 열전현상(Thermo-electric Effect)이라 부르고 이 때 발생한 전위차를 열기전력이라고 한다. The thermoelectric generator 500 may further include a thermoelectric generator 500 that drives the air turbine 130 and generates a temperature difference between the generated medium temperature air and the atmospheric air As is known, the Seebeck effect is formed by connecting two ends of two different metal conductors together to form a closed circuit. When a temperature difference is applied to both ends, the potential difference between the two contacts Lt; / RTI > This is called a thermo-electric effect, and the potential difference generated at this time is called the thermo-electric effect.

즉, 서로 다른 2개의 전도물질로 이루어진 한 회로에서 그 2개의 전도물질 간의 접촉점들에 다른 온도를 가해주면 전류 또는 전압이 발생하는 것으로, 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하는 열흐름이 전류를 발생시킨다.That is, when a different temperature is applied to the contact points between the two conductive materials in one circuit made of two different conductive materials, a current or voltage is generated, and a heat flow moving from a hot place to a cold place generates a current .

즉, 본 발명에서는 상기 공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기와 대기중의 공기를 이용한 온도차를 통해 발전이 가능하게 구성된 것으로, 도 1을 참조하여 열매체발생부(200)를 구성시에는 공기터빈(130)으로부터 발생된 중온의 공기가 열매체발생부(200)를 통과후 사용 가능하고, 도 9를 참조하여 공기터빈(130)으로부터 발생된 중온의 공기를 유기랭킨싸이클 발전부(300)에서 직접 사용시에는 그 유기랭킨싸이클 발전부(300)의 ORC증발기(310)를 통과후 사용 가능하게 된다.That is, in the present invention, the air turbine 130 is driven and power generation is possible through the temperature difference between the generated medium-temperature air and the atmospheric air. Referring to FIG. 1, when the heating medium generator 200 is constructed The intermediate temperature air generated from the air turbine 130 can be used after passing through the heating medium generating unit 200 and the intermediate temperature air generated from the air turbine 130 can be used for the organic rankinq cycle generator 300 , It can be used after passing through the ORC evaporator 310 of the organic Rankine cycle power generator 300.

한편, 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템에는, 도 9의 도시와 같이 온풍기(700)를 더 포함하여 구성할 수 있다.Meanwhile, the hybrid Brayton cycle power generation system using the waste heat of the present invention and the high temperature steam and high temperature air simultaneous production system may further include the hot air fan 700 as shown in FIG.

이때, 온풍기(700)는 상기 열전발전기(500)와 연결되게 구성된 것으로, 이는, 열전발전기(500)에서 발전시 발생되는 공기의 열에너지(더운공기)를 온풍기(700)로 공급 및 온풍기(700)를 통해 실내로 공급하여 온풍 난방이 가능하게 된다.The hot air heater 700 is connected to the thermoelectric generator 500. The hot air heater 700 supplies heat energy (hot air) generated in the thermoelectric generator 500 to the hot air heater 700, So that hot air heating can be performed.

이상에서와 같이 본 발명 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템은, 발전소, 지상차량 및 선박, 항공기 등 엔진 구동을 원리로 하는 기기 등에서 그 엔진을 구동시 발생되는 기체폐열을 100% 활용하여 고온증기 및 고온공기의 생산이 가능하게 하는 한편, 이러한 고온증기 및 고온공기를 이용하여 브레이튼싸이클(Brayton cycle) 원리를 이용한 발전과, 지벡효과(Seebeck Effect)를 이용한 발전과, 유기랭킨싸이클(Organic rankine cycle) 원리를 이용한 발전이 가능하게 되는 것인바, 대기로 버려지는 기체폐열을 이용한 발전효율을 한층 향상시킬 수 있으며, 상기에서 발생되는 고온증기 및 고온공기를 이용한 동절기 실내난방이 가능하게 된다.As described above, the hybrid Brayton cycle power generation system and the high-temperature steam and high-temperature air simultaneous production system using the waste heat of the present invention can be used in a power plant, a ground vehicle, a ship, an aircraft, It is possible to produce high-temperature steam and high-temperature air using 100% of waste heat of the gas, and to generate electricity using the Brayton cycle principle using the high-temperature steam and high-temperature air, and to use the seebeck effect It is possible to generate electricity using the principle of organic rankine cycle and to further improve the power generation efficiency using the waste heat of the gaseous waste discharged into the atmosphere and to use the high temperature steam and high temperature air generated in the above Indoor heating is possible in winter.

100 : 브레이튼싸이클 발전부 110 : 공기압축기
120 : 공기가열기 130 : 공기터빈
140 : 발전기 150 : 구동축
151 : 전동기 200 : 열원발생기
300 : 유기랭킨싸이클 발전부 310 : ORC증발기
320 : ORC터빈 330 : 응축기
340 : 피드펌프 350 : ORC발전기
400 : 열매체펌프 500 : 열전발전기
600 : 보일러 601 : 응축수 탱크
610 : 라디에이터 620 : 온수기
630 : 온돌 난방기 700 : 온풍기100: Brayton cycle development part 110: Air compressor
120: air heater 130: air turbine
140: generator 150: drive shaft
151: electric motor 200: heat source generator
300: Organic Rankine cycle power generation unit 310: ORC evaporator
320: ORC turbine 330: condenser
340: Feed pump 350: ORC generator
400: heating medium pump 500: thermoelectric generator
600: Boiler 601: Condensate tank
610: Radiator 620: Water heater
630: Ondol heater 700: Hot air heater

Claims (11)

대기중의 공기를 흡입하여 고압으로 압축하는 공기압축기(110)와, 폐열가스를 가해 압축된 고압의 공기를 가열하여 고온 고압의 상태로 만드는 공기가열기(120)와, 고온 고압의 공기를 이용하여 기계적 운동을 수행하는 공기터빈(130)과, 공기터빈(130)과 연결되어 기계적 운동에 의해 발전을 수행하는 발전기(140)로 된 브레이튼싸이클 발전부(100);
공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기를 가해 열매체를 가열시켜 열원을 생성하는 열원발생기(200);
열원발생기(200)에서 발생된 열원을 이용하여 유기물질을 증발시켜 증기를 생성시키는 ORC증발기(310)와, 발생된 증기를 이용하여 기계적 운동을 수행하는 ORC터빈(320)과, ORC터빈(320)을 작동시키고 발생된 증기를 냉각수를 이용하여 냉각시켜 액화시키는 응축기(330)와, 액화된 유기물질을 압축시켜 ORC증발기(310)로 공급하는 피드펌프(340)와, ORC터빈(320)과 연결되어 기계적 운동에 의해 발전을 수행하는 ORC발전기(350)로 된 유기랭킨싸이클 발전부(300); 및
ORC증발기(310)에서 유기물질을 증발시키고 발생된 냉각된 열원을 열원발생기(200)로 회수하는 열매체펌프(400)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
An air heater 120 for heating the compressed high-pressure air by applying waste heat gas to bring it into a high-temperature and high-pressure state, and a high-temperature, high-pressure air An air turbine 130 for performing mechanical motions and a generator 140 connected to the air turbine 130 for generating power by mechanical motion;
A heat source generator (200) for driving the air turbine (130) and heating the heat medium by applying the generated medium temperature air to generate a heat source;
An ORC evaporator 310 for generating steam by evaporating an organic material using a heat source generated from the heat source generator 200, an ORC turbine 320 for performing mechanical movement using the generated steam, an ORC turbine 320 A feed pump 340 for compressing the liquefied organic material and supplying the compressed organic material to the ORC evaporator 310, an ORC turbine 320, An organic Rankine cycle generator 300 having an ORC generator 350 connected to perform power generation by mechanical motion; And
And a heating medium pump (400) for evaporating the organic material in the ORC evaporator (310) and recovering the generated cooled heat source to the heat source generator (200). The hybrid Brayton cycle power generation using gas waste heat and the high temperature Simultaneous production system of steam and hot air.
제 1항에 있어서,
열원발생기(200)는,
열매체로 물이 충전되는 증기발생기(210)로 구성하되,
공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기를 가해 물을 증발시켜 증기를 생성하여 그 증기를 열원으로 사용함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
The method according to claim 1,
The heat source generator (200)
And a steam generator 210 in which water is filled with a heating medium,
The steam turbine (130) is driven and the generated medium temperature air is applied to evaporate the water to generate steam, and the steam is used as a heat source. The hybrid Brayton cycle power generation using gas waste heat and simultaneous production of high temperature steam and hot air system.
제 1항에 있어서,
열원발생기(200)는,
오일이 충전되는 오일가열기(220)로 구성하되,
공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기를 가해 오일을 가열시켜 그 가열된 오일을 열원으로 사용함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
The method according to claim 1,
The heat source generator (200)
And an oil heater 220 for charging the oil,
Wherein the air turbine (130) is driven and the generated medium temperature air is applied to heat the oil, and the heated oil is used as a heat source, and a hybrid Brayton cycle power generation system and a high temperature steam and high temperature air simultaneous production system using gas waste heat.
제 2항에 있어서,
증기발생기(210)와 연결되는 보일러(600)와, 증기발생기(210)와 보일러(600)를 연결하는 응축수 탱크(601)를 더 포함하여 구성하되,
보일러(600)는, 라디에이터(610)와, 온수기(620)와, 온돌 난방기(630)로 구성함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
3. The method of claim 2,
A boiler 600 connected to the steam generator 210 and a condensate tank 601 connecting the steam generator 210 and the boiler 600,
Wherein the boiler (600) comprises a radiator (610), a water heater (620), and an ondol heater (630), and a hybrid Brayton cycle power generation system and a high temperature steam and hot air simultaneous production system using gas waste heat.
제 4항에 있어서,
라이에이터(610)는,
증기발생기(210)와 연결되어 증기발생기(210)에서 발생된 뜨거운 증기를 이용하여 라디에이터(610)의 물과 열교환하여 열기를 발생하며,
열교환 과정에서 발생되는 응축수는 응축수 탱크(601)에 저장 및 다시 증기발생기(210)로 공급되게 구성함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
5. The method of claim 4,
The lyer 610,
And is connected to the steam generator 210 to generate heat by exchanging heat with the water of the radiator 610 using the hot steam generated in the steam generator 210,
And the condensed water generated in the heat exchange process is stored in the condensate tank (601) and then supplied to the steam generator (210). The system for simultaneous production of hybrid Brayton cycle power generation and high temperature steam and high temperature air using waste heat of a gas.
제 4항에 있어서,
온수기(620)는,
증기발생기(210)와 연결되어 증기발생기(210)에서 발생된 뜨거운 증기를 이용하여 온수기(620)의 물과 열교환하여 온수를 생성하며,
열교환 과정에서 발생되는 응축수는 응축수 탱크(601)에 저장 및 다시 증기발생기(210)로 공급되게 구성함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
5. The method of claim 4,
The water heater 620,
And is connected to the steam generator 210 to generate hot water by heat exchange with the water of the water heater 620 using the hot steam generated in the steam generator 210,
And the condensed water generated in the heat exchange process is stored in the condensate tank (601) and then supplied to the steam generator (210). The system for simultaneous production of hybrid Brayton cycle power generation and high temperature steam and high temperature air using waste heat of a gas.
제 4항에 있어서,
온돌 난방기(630)는,
증기발생기(210)와 연결되어 증기발생기(210)에서 발생된 뜨거운 증기를 이용하여 온돌 난방기(630)의 물과 열교환하여 난방수를 생성하며,
열교환 과정에서 발생되는 응축수는 응축수 탱크(601)에 저장 및 다시 증기발생기(210)로 공급되게 구성함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
5. The method of claim 4,
The ondol heating device 630,
And is connected to the steam generator 210 to generate heat by exchanging heat with the water of the Ondol heater 630 using the hot steam generated in the steam generator 210,
And the condensed water generated in the heat exchange process is stored in the condensate tank (601) and then supplied to the steam generator (210). The system for simultaneous production of hybrid Brayton cycle power generation and high temperature steam and high temperature air using waste heat of a gas.
대기중의 공기를 흡입하여 고압으로 압축하는 공기압축기(110)와, 폐열가스를 가해 압축된 고압의 공기를 가열하여 고온 고압의 상태로 만드는 공기가열기(120)와, 고온 고압의 공기를 이용하여 기계적 운동을 수행하는 공기터빈(130)과, 공기터빈(130)과 연결되어 기계적 운동에 의해 발전을 수행하는 발전기(140)로 된 브레이튼싸이클 발전부(100); 및
공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기 열원을 이용하여 유기물질을 증발시켜 증기를 생성시키는 ORC증발기(310)와, 발생된 증기를 이용하여 기계적 운동을 수행하는 ORC터빈(320)과, ORC터빈(320)을 작동시키고 발생된 증기를 냉각수를 이용하여 냉각시켜 액화시키는 응축기(330)와, 액화된 유기물질을 압축시켜 ORC증발기(310)로 공급하는 피드펌프(340)와, ORC터빈(320)과 연결되어 기계적 운동에 의해 발전을 수행하는 ORC발전기(350)로 된 유기랭킨싸이클 발전부(300)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
An air heater 120 for heating the compressed high-pressure air by applying waste heat gas to bring it into a high-temperature and high-pressure state, and a high-temperature, high-pressure air An air turbine 130 for performing mechanical motions and a generator 140 connected to the air turbine 130 for generating power by mechanical motion; And
An ORC evaporator 310 that drives the air turbine 130 and generates steam by evaporating organic materials using the generated medium temperature air heat source, an ORC turbine 320 that performs mechanical movement using the generated steam, A condenser 330 for operating the ORC turbine 320 and cooling and liquefying the generated steam using cooling water, a feed pump 340 for compressing the liquefied organic material and supplying it to the ORC evaporator 310, And an ORC generator (350) connected to the turbine (320) and performing power generation by mechanical motion. The hybrid Brayton cycle power generation using gas waste heat and the high temperature Simultaneous production system of steam and hot air.
제 1항 또는 제 8항에 있어서,
공기압축기(110)에는, 그 공기압축기(110)의 구동력을 부여하는 구동축(150)을 더 포함하여 구성하되,
구동축(150)은, 공기터빈(130)과 공기압축기(110)를 공통으로 연결하여, 공기터빈(130)의 기계적 운동을 직접 공기압축기(110)에 전달하여 공기압축기(110)를 구동시키거나,
구동축(150)을 공기터빈(130)과 분리하고, 구동축(150)에는 전력에 의해 구동하는 전동기(151)를 더 형성하며, 그 전동기(151)는 발전기(140)로부터 전력의 공급이 가능하게 구성하되,
전동기(151)는 발전기(140)에서 발생된 전력을 이용하여 작동 및 공기압축기(110)를 구동함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
The method according to claim 1 or 8,
The air compressor (110) further includes a driving shaft (150) for applying a driving force of the air compressor (110)
The driving shaft 150 connects the air turbine 130 and the air compressor 110 in common so that the mechanical movement of the air turbine 130 is directly transmitted to the air compressor 110 to drive the air compressor 110 ,
The driving shaft 150 is separated from the air turbine 130 and the driving shaft 150 is further provided with an electric motor 151 driven by electric power. The electric motor 151 is capable of supplying electric power from the electric generator 140 However,
The electric motor (151) operates using the electric power generated by the generator (140) and drives the air compressor (110). The hybrid brittany cycle power generation system and the high temperature steam and high temperature air simultaneous production system using gas waste heat.
제 1항 또는 제 8항에 있어서,
공기터빈(130)을 구동시키고 발생된 중온의 공기와 대기중의 공기를 이용한 온도차를 통해 발전을 수행하는 열전발전기(500)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.
The method according to claim 1 or 8,
And a thermoelectric generator (500) for driving the air turbine (130) and performing power generation through a temperature difference between the generated medium temperature air and the atmospheric air. The hybrid Brayton cycle generator And simultaneous production system of high temperature steam and hot air.
제 10항에 있어서,
열풍을 이용하여 난방을 수행하는 온풍기(700)를 더 포함하여 구성하되,
온풍기(700)는 열전발전기(500)와 연결되어 열전발전기(500)에서 발생되는 공기의 열에너지를 이용하여 온풍 난방을 수행함을 특징으로 하는 기체 폐열을 이용한 하이브리드 브레이튼 싸이클 발전과 고온증기 및 고온공기 동시 생산 시스템.11. The method of claim 10,
And a fan (700) for performing heating using hot air,
The hot air fan 700 is connected to the thermoelectric generator 500 to perform hot air heating by using thermal energy of air generated from the thermoelectric generator 500. The hybrid blower cycle power generation using gas waste heat, Simultaneous production system.
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US11085347B2 (en) 2019-02-08 2021-08-10 Volkswagen Aktiengesellschaft Drive unit for a motor vehicle having a combined arrangement of a cyclic process device and a thermoelectric generator

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