KR20170118329A - The method for efficiency improvement of gas turbine fuel in a power systems using far infrared functional nanofiber media - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 가스터빈 발전 시스템 효율 향상에 관한 것이다. 상기 목적은, 가스터빈용 Inlet Air Filter(4)에 구성된 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)로 통과된 공기에 의해 달성된다. 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)로 구성된 Inlet Air Filter(4)는 낮은 초기압력 조건으로 수분 및 염분 입자를 효율적으로 제거한다. 또한 필터 여과 후 통과된 공기를 원적외선으로 활성화시킴으로써, 연료와 공기의 상호 혼합 작용을 증대시켜 연료가 완전연소 하도록 하여 가스터빈 엔진의 효율성을 확대하고 연료를 절감할 수 있게 한다.It is an object of the present invention to improve the efficiency of a gas turbine power generation system. The above object is achieved by the air passed through the far-infrared functional nanofiber nonwoven fabric 22 constituted in the inlet air filter 4 for the gas turbine. The Inlet Air Filter (4), which consists of a non-woven fabric (22) with far-infrared function, efficiently removes water and salt particles under low initial pressure conditions. Further, by activating the air passed through the filter after far-infrared filtering with the far-infrared rays, the fuel and air are mixed with each other to increase the efficiency of the gas turbine engine.
Description
가스터빈 발전 시스템의 효율 향상에 관한 것으로서, 터빈 엔진을 개선하는 기계적인 방법(공개특허 10-2012-0064844)과 가스터빈 흡기의 밀도를 증가시키는 물리적인 방법(특1999-008211) 그리고 가스터빈 폐가스 열의 일부를 재-사용하는 것에 의해 효율을 향상시킬 수 있다.A method for improving the efficiency of a gas turbine power generation system, comprising: a mechanical method for improving the turbine engine (Patent Application No. 10-0064844); a physical method for increasing the density of the gas turbine intake (Japanese Patent Application No. 1999-008211) By re-using part of the heat, the efficiency can be improved.
일반적으로, 가스터빈 발전 시스템의 발전용량과 효율 증대를 위해서 터빈 흡기 공기의 밀도가 증가되도록 처리하고 있다. 공개특허 10-2006-0036109 에서는 가스터빈의 효율은 40%의 사용된 연료와 관련하여 발생될 수 있는 전기적 또는 기계적 동력 비율이 가스 터빈으로 달성된다. 예를 들면, 유럽특허 0898 641 A1 에 공지된 것과 같은, 조합된 가스터빈 사이클은 이것을 초과하는 것이 가능하여, 55% 이상의 효율을 달성할 수 있다고 보고되고 있지만, 시스템 효율을 더욱 증가시킬 필요가 아직 존재한다.Generally, the turbine intake air density is increased to increase the capacity and efficiency of the gas turbine power generation system. In the patent document 10-2006-0036109, the efficiency of the gas turbine is achieved with a gas turbine in terms of electrical or mechanical power ratios that can be generated in connection with 40% of the spent fuel. For example, it has been reported that a combined gas turbine cycle, such as that known in European patent 0898 641 A1, is capable of exceeding this, achieving an efficiency of 55% or more, exist.
일반적으로, 가스터빈에 의한 발전 시스템 방식은, 도 1에 도시한 바와 같이, 대기 중의 공기를 정화장치(100)에 의하여 정화시키고 압축기(200)로 압축하여 연소장치(300)에 유입시키고 기체상의 연료와 혼합 연소시킨 다음 여기에서 발생되는 고온의 연소기체를 이용하여 가스터빈(400)을 회전시키고 가스터빈으로부터 얻어지는 회전동력에 의해 발전기를 가동시켜 전기를 발생하는 방식으로 이루어져 있다.Generally, as shown in FIG. 1, in the gas turbine power generation system, ambient air is purified by a
종래에는 가스터빈 발전 시스템의 발전용량과 효율 증대 방법으로, 도 2와 같은 Inlet Air Filter(4)의 공기 유량을 증가시켜 가스터빈에 유입되는 밀도를 증가시켰지만, 여과효율이 떨어지는 단점이 있어 효율 증대의 한계점이 있었다.Conventionally, the power generation capacity and efficiency of the gas turbine power generation system have been increased to increase the air flow rate of the inlet air filter 4 as shown in FIG. 2 to increase the density of gas flowing into the gas turbine. However, There is a limit of.
종래의 또 다른 예에는 원적외선 물질을 밴드 형태로 연료 혼합기(특허등록 제10-0301676호)를 장착하여 효율을 증대하고자 하였지만, 연료와 원적외선이 직접적으로 접촉하지 않아 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.In another conventional example, a fuel mixer (Patent Registration No. 10-0301676) was mounted in a band form to increase the efficiency of the far infrared ray material. However, the fuel and the far-infrared ray are not in direct contact with each other.
또한, 종래의 특허(제10-0079027호)는 상기의 문제점 해결 방법으로, 연료 활성화 광물질 및 초음파 전달모듈장치를 이용하고 있지만, 노즐 막힘 및 탱크 내부손상 등의 문제점을 내포하고 있는 실정이다.In addition, the conventional patent (No. 10-0079027) uses the fuel-activating minerals and the ultrasonic wave transmission module device as a solution to the above problems, but it has problems such as nozzle clogging and internal tank damage.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 가스터빈에 유입되는 공기 밀도는 유지하면서 효과적으로 수분 및 염분 입자는 제거할 수 있는 Inlet Air Filter(4)를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention provides an Inlet Air Filter (4) capable of effectively removing water and salt particles while maintaining the air density flowing into a gas turbine For that purpose.
또한 본 발명은, 별도의 장치나 구성의 추가 없이 가스터빈 흡기장치 Inlet Air Filter(4)를 장착하여, 여과 후 통과된 공기를 원적외선으로 활성화시킴으로써, 연료와 공기의 상호 혼합 작용을 증대시켜 연료가 완전연소 하도록 하여 가스터빈 엔진의 효율성을 확대하고 연료를 절감할 수 장점을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Further, according to the present invention, by installing a gas turbine intake device inlet air filter (4) without adding any additional device or configuration, and by activating the filtered air after passing through far infrared rays, Another purpose is to provide the advantage of allowing the gas turbine engine to be fully combusted, thereby increasing the efficiency of the gas turbine engine and saving fuel.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 가스터빈 발전 시스템의 흡기장치 Inlet Air Filter(4)는,According to an aspect of the present invention, there is provided an intake air filter (4) for an intake system of a gas turbine power generation system,
흡기장치내 Inlet Air Filter(4)에 장착될 수 있다.Can be mounted on the inlet air filter (4) in the intake apparatus.
바람직하게는,Preferably,
상기 Inlet Air Filter(4)의 여과 미디아는 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)로 구성된다.The filtration media of the inlet air filter (4) is composed of a far infrared functional nanofiber nonwoven fabric (22).
더욱 바람직하게는,More preferably,
상기 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)는 마이크로여과 지지층(22b)과 원적외선 기능 나노섬유층(22a)로 구성된다.The far infrared functional nanofiber
이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)로 구성된 Inlet Air Filter(4)로 낮은 초기압력 조건으로 수분 및 염분 입자를 효과적으로 제거할 수 있는 기능을 가지고, 필터 여과 후 통과된 공기를 원적외선으로 활성화시킴으로써, 연료와 공기의 상호 혼합 작용을 증대시켜 연료가 완전연소 하도록 하여 가스터빈 엔진의 효율성을 확대하고 연료를 절감할 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the present invention has the function of effectively removing water and salt particles with low initial pressure condition by the Inlet Air Filter (4) composed of the far-infrared functional nanofiber nonwoven fabric (22) By activating the air after passing through the far infrared rays, the effect of mutual mixing of the fuel and the air is increased to completely combust the fuel, thereby increasing the efficiency of the gas turbine engine and reducing fuel consumption.
도 1은 표준 장치로서 가스터빈 구동에 필요한 흡기장치, 압축기, 연소장치를 도시한 모식도.
도 2는 통상적인 가스터빈 발전 시스템에 있어서 흡기장치 형상에 대한 개략적인 모식도.
도 3은 가스터빈 흡기장치의 INLET AIR FILTER를 도시한 모식도.
도 4는 가스터빈 흡기장치의 INLET AIR FILTER의 내부고정프레임과 원적외선 나노섬유 부직포를 도시한 모식도.
도 5는 가스터빈 흡기장치의 INLET AIR FILTER의 원적외선 나노섬유 부직포 세부 구성을 도시한 모식도.1 is a schematic diagram showing an intake device, a compressor, and a combustion device required for driving a gas turbine as a standard device.
2 is a schematic diagram of an intake system configuration in a conventional gas turbine power generation system.
3 is a schematic diagram showing an INLET AIR FILTER of a gas turbine air intake apparatus.
4 is a schematic view showing an inner fixed frame and a far infrared nano fiber nonwoven fabric of an INLET AIR FILTER of a gas turbine air intake device.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a detailed configuration of a far-infrared nanofiber nonwoven fabric of an INLET AIR FILTER of a gas turbine air intake device. FIG.
이하 본 발명의 구체적인 구성과 작용을 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, detailed structures and operations of the present invention will be described in detail.
본 발명에 따르면, 가스터빈 발전 시스템의 발전용량과 효율 증대를 위해서 별도의 부가장치가 필요 없으며, 가스터빈 흡기장치에 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)로 구성된 Inlet Air Filter(4)만 장착함으로 상기의 문제점들을 해소할 수 있도록 하였다.According to the present invention, there is no need for a separate additional device for increasing the power generation capacity and efficiency of the gas turbine power generation system, and only the Inlet Air Filter 4 composed of the far-infrared functional nanofiber
원적외선은 태양광선(빛)이 그 기원이며 복사, 공명, 진동을 일으키며, 연료 및 공기에 원적외선을 가하면, 유류의 탄화수소분자가 갖는 고유진동이 공명을 일으키면서 그 진동의 폭이 증폭되고, 또한 공기 중의 분자들의 진동도 증폭되면서, 공기와 연료가 원활하게 혼합되게 된다. 결과적으로 탄소와 수소로 분리된 연료입자의 주변에 공기가 둘러싸면서 완전한 연소를 이룰 수 있게 된다.Far infrared rays originate from sunlight (light) and cause radiation, resonance, and vibration. When far infrared rays are applied to fuel and air, the natural vibration of the hydrocarbon molecules of the oil resonates and the amplitude of the vibration is amplified. The vibrations of the molecules in the air are amplified and the air and the fuel are mixed smoothly. As a result, the surrounding air of fuel particles separated by carbon and hydrogen can be completely burned.
모든 물체를 이루는 각각의 원자는 그 원자 구조의 최외각에 배치된 전자의 배열상태에 따라 고유의 전자기력이 있고, 이 전자기력의 크기에 따라 원자 및 분자 상호 간의 결속상태를 결정짓는 인력이 달라지며, 이 연력의 세기에 따라 해당하는 물체의 상태가 고체, 액체 또는 기체로 구분된다. 이 인력으로 인해 여러 개의 연료분자가 뭉쳐있는 연료입자 덩이를 공기가 둘러싸고 있는 형태로 혼합하게 되므로, 개개의 연료분자에 공기분자가 완전히 접촉하지 못하게 되어 연료 효율이 떨어지게 된다. 일반적으로 이러한 현상을 클러스터(뭉침)라 칭한다. 예를 들어 핵자기공명 장치를 통해 물의 클러스터 분포를 O-NMR 반치폭으로 나타내면 잘게 쪼개진 물과 그렇지 않은 물을 비교할 수 있다.Each atom constituting every object has its own electromagnetic force depending on the arrangement state of the electrons arranged at the outermost part of the atomic structure. Depending on the magnitude of the electromagnetic force, the attraction force for determining the binding state of the atom and the molecule is changed, Depending on the strength of this force, the state of the corresponding object is divided into a solid, a liquid, or a gas. This manpower mixes the fuel particles, which consist of several fuel molecules, in the air-enclosed form, so that the air molecules are not in full contact with the individual fuel molecules, resulting in poor fuel efficiency. Generally, this phenomenon is referred to as cluster (cluster). For example, if the cluster distribution of water is represented by the O-NMR half-width by means of a nuclear magnetic resonance apparatus, it is possible to compare finely divided water with non-cleaved water.
경과시간After sampling
Elapsed time
표 1에서는 물이나 공기의 쪼개짐을 확인하기 위해 원적외선 활성화 된 상태와 비활성화 된 상태를 알아보기 위한 실험 결과를 나타내었다. 원적외선 기능 나노섬유 부직포 필터는 수돗물 및 일반 나노필터에 비해 반치폭(Hz)의 완화시간이 최대 55.58 Hz로 아주 느리게 진행되는 것을 확인 할 수 있어, 원적외선 에너지가 지속적으로 발생함을 알 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 원적외선으로 활성화된 공기는 복사공명 작용으로 연료와 혼합하여 분자나 원자와 같은 미립자 형태로 잘게 쪼개지며, 점차 공기와 융합하면서 산소 밀도가 늘어나게 된다. 최종적으로 다량의 산소가 부착된 활성화 연료는, 연소장치(300)로 전달되어 완전 연소된다. 따라서 본 발명은, 완전 연소에 따른 엔진의 효율성을 확대하고 연료를 절감할 수 있게 된다.Table 1 shows the experimental results to determine whether the far infrared ray is activated or deactivated to confirm the cleavage of water or air. Far-infrared function The non-woven filter of nanofibers shows that the relaxation time of half-width (Hz) progresses very slowly at 55.58 Hz at maximum, compared with tap water and general nanofilter, so that the far-infrared energy is continuously generated. Therefore, according to the present invention, the far-infrared-activated air is mixed with the fuel by radiative resonance action to be finely divided into fine particles such as molecules and atoms, and the density of oxygen is gradually increased while fusing with air. Finally, the activated fuel to which a large amount of oxygen is attached is transferred to the
도 1은 통상적인 가스터빈 발전 시스템의 일부가 도시되어 있는데, 본 발명에 따른 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)로 구성된 Inlet Air Filter(4)가 위치하는 흡기장치(100)로 유입된 공기는 압축기(200)에서 압축되어, 연소장치(300)에서 가열되고 발전기를 구동하는 터빈(400)내에서 팽창된다.FIG. 1 shows a part of a conventional gas turbine power generation system. Air introduced into an
도 2는 통상적인 가스터빈 발전 시스템에 있어서 흡기장치 형상에 대한 개략적인 도면이다. 웨더후드(1)는 강우, 폭설, 파랑 등으로 인해 다량의 해수가 일시에 유입되는 것을 방지하며, 1단 세퍼레이터(2)는 웨더후드를 통과하여 유입되는 공기 중에 포함된 비교적 큰 염분이 포함된 물방울 및 이물질을 분리/배출한다. 결빙방지기(3)는 동절기(또는 극지방)에 장비의 결빙방지를 위해 흡입 공기의 온도를 가열시키는 장치이다. Inlet Air Filter(4)는 공기 중에 포함된 미세한 염분 입자와 이물질을 필터에 유착시켜 분리/배출시키는 역할을 수행한다. 블로인도어(5)는 결빙 또는 이물질 축적에 따른 과도한 압력 저하시 필터 파손에 따른 가스터빈 손상을 방지하기 위한 비상 공기 유입장치이다. 2단 세퍼레이터(6)는 유입 공기 중에 염분이 포함된 미세한 물방울을 최종적으로 분리/배출시키는 기능이 있다. 배출관(7)은 1단과 2단 세퍼레이터에서 배출되는 수분, 염분 및 이물질을 분리하여 외부로 배출시키는 역할을 한다. 흡음기(8)는 가스터빈에 유입되는 고속의 공기로 인한 소음을 감소시키는 역할을 수행한다.2 is a schematic diagram of an intake system configuration in a conventional gas turbine power generation system. The weather hood 1 prevents a large amount of seawater from being introduced at a time due to rainfall, heavy snow, and the like, and the first-
도 3은 본 발명에 따른 Inlet Air Filter(4)로서, 외부지지프레임(30)과 내부고정프레임(12), 필터부(20)와 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)로 구성된다. 필터부(20)는 내부고정프레임(12)으로 고정되고, 외부지지프레임(30)에 고정 및 지지하게 된다.3 is an Inlet Air Filter 4 according to the present invention. The Inlet Air Filter 4 comprises an outer supporting
도 4는 내부고정프레임(12)과 필터부(20)의 결합상태를 분해한 사시도이다. 필터부(20)는 상기 수직프레임(11)의 수용홈(11a)과 내부고정프레임(12)의 고정홈(12a) 상에 각각 삽설되어 공기를 제진 처리한다. 즉, 필터부(20)의 상단에 수직프레임(11), 내부고정프레임(12), 수평프레임(13)이 고정되어 상기 프레임부(10)는 고정되지는 않지만, 서로 밀착하도록 위치하게 된다.4 is a perspective view of the internal
도 5는 본 발명에 따른 필터부(20)로서, 마이크로여과 지지층(22b), 원적외선 기능 나노섬유층(22a)으로 구성된다. 마이크로여과 지지층(22b)은 통상의 용융전기방사장치로 제조된다. 원적외선 기능 나노섬유층(22a) 제조 과정은 등록특허 10-1579707호 에 상세히 제시되고 있다. 원적외선 기능 나노섬유층(22a) 구성성분은 폴리에스터, 폴리프로필렌 계열의 내화학성이 우수한 고분자로 제조될 수 있으며 본 발명에서는 용융지수 24g/min을 가지는 폴리프로필렌으로 제조되었다.Fig. 5 shows a
5~20㎛Emissivity
5 to 20 μm
W/㎡㎛, 37℃)Emission power
W /
(원적외선 무)Control sample
(No far-infrared ray)
(원적외선 유)Sample
(Far-infrared ray oil)
이렇게 제조된 본 발명의 Inlet Air Filter(4)의 원적외선 에너지 측정을 위해, 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22) 통과 공기를 증류수로 채워진 수조 속에 5시간 버블 시킨 후, 상기 표 2과 같이 시험 가능한 규격 사이즈 28mm(가로) x 28mm(세로) x 8mm(폭)의 투명용기에 통과수를 채워 24시간 후, 샘플 시료와 대조 시료의 원적외선 방사율과 방사에너지를 측정하였다. 측정결과 제조된 샘플 시료의 방사율(5~20㎛)은 0.833, 방사에너지(W/㎡?㎛, 37℃)는 3.21 x 10²의 결과를 나타내었다.In order to measure the far infrared energy of the Inlet Air Filter 4 of the present invention manufactured in this manner, the air passing through the
(DJFF03WF)BAG FILTER
(DJFF03WF)
그리고, 상기 표 3에서는 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)로 구성된 Inlet Air Filter(4)의 여과 성능 테스트를 진행한 결과를 나타내었다. 초기압력손실이 3.3 mmAq 및 분진포집효율이 92.9% 이상의 결과를 나타내어 낮은 초기압력 조건으로 수분 및 염분 입자를 효율적으로 제거됨을 확인하였다.In Table 3, filtration performance test of the Inlet Air Filter 4 made of the
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
1: 웨더후드 2: 1단 세퍼레이터
3: 결빙방지기 4: Inlet Air Filter
5: 블로인도어 6: 2단 세퍼레이터
7: 배출관 8: 흠음기
10:프레임부 11: 수직프레임
11a: 수용홈 12: 보조프레임
12a: 고정홈 13: 수평프레임
20: 필터부 21: 삽입대
22: 원적외선 기능 나노섬유 부직포 22a: 원적외선 기능 나노섬유층
22b: 마이크로여과 지지층 30: 외부지지프레임
100: 흡기장치 200: 압축기
300: 연소장치 400: 터빈1: Weather hood 2: 1 stage separator
3: Anti-freezing device 4: Inlet air filter
5: Blowhole 6: Second stage separator
7: exhaust pipe 8:
10: frame part 11: vertical frame
11a: receiving groove 12: auxiliary frame
12a: Fixing groove 13: Horizontal frame
20: filter part 21:
22: far-infrared ray function non-woven
22b: microfiltration supporting layer 30: outer supporting frame
100: intake device 200: compressor
300: Combustion apparatus 400: Turbine
Claims (2)
가스터빈 흡기장치로 유입되는 공기의 여과에 있어서, 낮은 초기압력 조건으로 수분 및 염분 입자를 효과적으로 제거할 수 있는 원적외선 기능 나노섬유 부직포(22)로 구성된 Inlet Air Filter(4)의 구성방법.As a method for increasing the efficiency of a gas turbine power generation system,
A method for constructing an Inlet Air Filter (4) comprising a non-woven fabric (22) having a far-infrared ray function capable of effectively removing water and salt particles under low initial pressure conditions in filtering air introduced into a gas turbine intake device.
Inlet Air Filter(4) 여과 후 통과된 공기를 원적외선으로 활성화시킴으로써, 연료와 공기의 상호 혼합 작용을 증대시켜 연료가 완전연소 하도록 하여 가스터빈 엔진 효율의 증대 방법.The method according to claim 1,
Inlet Air Filter (4) A method of enhancing the efficiency of a gas turbine engine by activating the air passed through the filter after far-infrared activation to increase the intermixing action of the fuel and air to completely burn the fuel.
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2016
- 2016-04-15 KR KR1020160045940A patent/KR20170118329A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
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E601 | Decision to refuse application |