KR20170137383A - 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진 - Google Patents

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KR20170137383A
KR20170137383A KR1020160069448A KR20160069448A KR20170137383A KR 20170137383 A KR20170137383 A KR 20170137383A KR 1020160069448 A KR1020160069448 A KR 1020160069448A KR 20160069448 A KR20160069448 A KR 20160069448A KR 20170137383 A KR20170137383 A KR 20170137383A
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김홍원
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 전기를 생산하는 제1발전기에 연결되고 연소실에서 배출되는 배기가스로 동력을 발생시키는 제1터빈 및 상기 제1터빈으로부터 회전력을 제공받아 연소실에 공급하는 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 터보차저, 상기 압축기와 상기 연소실 사이에 설치되고, 상기 압축기로부터 공급되는 압축공기를 열원으로 하여 열을 회수하기 위한 냉매를 가열하는 제1열교환부, 상기 제1열교환부에서 냉각된 압축공기를 공급받아 연료와 혼합 연소되어 폭발력이 발생되는 연소실, 상기 연소실과 상기 제1터빈 사이에 설치되고, 상기 제1열교환부와 병렬로 연결되며 상기 연소실로부터 배출되는 배기가스를 열원으로 하여 상기 냉매를 가열하는 제2열교환부, 및 전기를 생산하는 제2발전기에 연결되고 상기 제1열교환부 및 상기 제2열교환부로부터 각각 열을 회수한 냉매로 동력을 발생시키는 제2터빈을 포함하고, 상기 제2열교환부는 배기가스와 냉매가 열교환되도록 이중관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에 관한 것이다.

Description

에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진{Turbo Charger Engine For Improving Energy Efficiency}
본 발명은 터보차저 엔진의 효율을 향상시키기 위한 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에 관한 것이다.
일반적으로 엔진은 연료의 연소시 발생하는 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 장치이다. 즉, 엔진은 선박, 자동차 등과 같은 이동수단에 추진력을 발생시키는 장치이다. 이러한 엔진에는 엔진블록 상에 연료와 공기가 연소되는 다수의 연소실, 연소실 내에서 왕복 운동하는 피스톤, 연소실에 공기를 공급하기 위한 흡기밸브, 및 연소실로부터 배기가스를 배출하기 위한 배기밸브 등 다양한 부품들이 설치된다.
한편, 엔진에는 연소실로부터 배출되는 배기가스를 이용하여 연소실 측에 공기를 공급하는 효율을 향상시키기 위한 터보차저가 설치될 수 있다. 터보차저가 설치된 엔진을 터보차저 엔진이라 한다.
터보차저는 배기가스에 의해 회전되는 터빈, 터빈의 회전력에 의해 구동하는 압축기, 터빈과 압축기를 연결하는 구동축으로 구성된다. 이에 따라, 터보차저는 배기가스에 의해 회전되어 공기를 압축하고, 압축한 공기를 연소실로 공급하여 엔진의 효율을 향상시킨다. 압축기에 의해 압축된 공기는 고온이므로 엔진의 효율을 높이기 위해 냉각시키는 과정을 거친다.
종래 기술에 따른 엔진은 냉각수를 이용하여 연소실에 공급되는 압축된 공기를 냉각시키고, 상기 압축된 공기로부터 열을 흡수한 냉각수를 라디에이터(Radiator) 또는 냉각탑으로 보내어 냉각수의 열을 외부로 방출한다.
또한, 종래 기술에 따른 엔진은 연소실로부터 배출되는 고온의 배기가스를 터보차저의 터빈을 회전시키는데 사용하고 외부로 배출시킨다.
이에 따라, 종래 기술에 따른 엔진은 연소실에 공급되는 압축공기 또는 연소실로부터 배출되는 배기가스가 갖는 열을 이용하지 않고 외부로 배출시킴으로써 발전 등 에너지 효율을 높이는데 한계가 있는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 터보차저 엔진의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진은 전기를 생산하는 제1발전기에 연결되고 연소실에서 배출되는 배기가스로 동력을 발생시키는 제1터빈 및 상기 제1터빈으로부터 회전력을 제공받아 연소실에 공급하는 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 터보차저; 상기 압축기와 상기 연소실 사이에 설치되고, 상기 압축기로부터 공급되는 압축공기를 열원으로 하여 열을 회수하기 위한 냉매를 가열하는 제1열교환부; 상기 제1열교환부에서 냉각된 압축공기를 공급받아 연료와 혼합 연소되어 폭발력이 발생되는 연소실; 상기 연소실과 상기 제1터빈 사이에 설치되고, 상기 제1열교환부와 병렬로 연결되며 상기 연소실로부터 배출되는 배기가스를 열원으로 하여 상기 냉매를 가열하는 제2열교환부; 및 전기를 생산하는 제2발전기에 연결되고 상기 제1열교환부 및 상기 제2열교환부로부터 각각 열을 회수한 냉매로 동력을 발생시키는 제2터빈을 포함할 수 있다. 상기 제2열교환부는 배기가스와 냉매가 열교환되도록 이중관으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진은 상기 제2터빈과 상기 제2열교환부 사이에 설치되고 상기 제2터빈으로부터 배출되는 냉매를 냉각시키기 위한 냉각부, 및 상기 냉각부와 상기 제2열교환부 사이에 설치되고 상기 냉각부로부터 공급되는 냉각된 냉매를 압축하기 위한 압축부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에 있어서, 상기 제2열교환부는 상기 연소실에서 상기 제1터빈으로 배기가스를 이동시키기 위한 제1유로, 및 상기 제1유로의 외주면을 감싸도록 형성되고, 상기 압축부에서 상기 제2터빈으로 냉매를 이동시키기 위한 제2유로를 포함할 수 있다. 상기 냉매는 상기 제1유로의 외주면과 상기 제2유로의 내주면 사이로 이동되면서 상기 제1유로를 이동하는 배기가스로부터 열을 회수할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에 있어서, 상기 냉매는 물, 질소, R134a, R245fa 중 적어도 하나 또는 상기 물, 상기 질소, 상기 R134a, 상기 R245fa와 유사한 계열의 물질일 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진은 상기 제1열교환부 및 상기 제2열교환부 중 적어도 하나로부터 배출되는 냉매 및 상기 제1터빈으로부터 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제3열교환부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에 있어서, 상기 제3열교환부는 이중관으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 터보차저의 압축기에서 배출되는 압축된 공기로부터 열을 회수할 수 있을 뿐만 아니라 연소실로부터 배출되는 배기가스로부터 열을 회수하도록 구현됨으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진의 개략적인 도면
도 2는 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에서 제2열교환부를 설명하기 위한 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선을 기준으로 한 단면도
도 3은 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에서 제3열교환부를 설명하기 위한 개략적인 도면
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진의 개략적인 도면, 도 2는 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에서 제2열교환부를 설명하기 위한 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선을 기준으로 한 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진에서 제3열교환부를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 에너지 효율을 향상시키도록 저온의 유체로부터 열을 회수할 수 있는 냉매를 이용하여 연소실로 공급되는 압축공기 및 연소실로부터 배출되는 배기가스로부터 열을 회수하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 크게 터보차저(2), 제1열교환부(3), 연소실(4), 제2열교환부(5) 및 제2터빈(6)을 포함한다.
상기 터보차저(2)는 전기를 생산하는 제1발전기(10)에 연결되어, 상기 제1발전기(10)가 전기를 생산하도록 동력을 제공할 수 있다. 상기 제2터빈(6)은 전기를 생산하는 제2발전기(20)에 연결되어, 상기 제2발전기(20)가 전기를 생산하도록 동력을 제공할 수 있다.
이하에서는, 상기 터보차저(2), 상기 제1열교환부(3), 상기 연소실(4), 상기 제2열교환부(5) 및 상기 제2터빈(6)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 터보차저(2)는 제1터빈(21) 및 압축기(22)를 포함하고, 연소실(4)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 연소실(4)에 공급하기 위한 공기를 압축할 수 있다. 상기 제1터빈(21)과 상기 압축기(22)는 상기 제1터빈(21)의 회전력을 전달하기 위한 동력전달축으로 연결될 수 있다.
상기 제1터빈(21)은 전기를 생산하는 제1발전기(10)에 연결되고, 상기 연소실(4)에서 배출되는 배기가스로 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 제1터빈(21)은 상기 제1발전기(10)에 구동력을 전달하는 발전구동축으로 연결될 수 있다. 상기 발전구동축은 상기 제1터빈(21)이 상기 압축기(22)와 연결되는 일측 방향과 반대되는 타측 방향으로 상기 제1발전기(10)의 회전축과 연결되게 설치될 수 있다. 상기 제1발전기(10)의 회전축은 상기 제1터빈(21)의 터빈날개(미도시)의 회전축에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1터빈(21)의 터빈날개가 배기가스에 의해 회전됨에 따라 상기 제1발전기(10)의 회전축이 회전될 수 있다. 따라서, 상기 제1발전기(10)는 전기를 생산할 수 있다.
상기 제1터빈(21)은 상기 압축기(22)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 제1터빈(21)은 상기 연소실(4)에서 배출되는 배기가스가 상기 터빈날개를 지나가도록 함으로써, 상기 터빈날개를 회전시켜 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 제1터빈(21)이 회전함에 따라 상기 동력전달축으로 연결된 압축기(22)가 공기(Air)를 압축할 수 있다.
상기 압축기(22)는 상기 제1터빈(21)으로부터 회전력을 제공받아 외부에 존재하는 공기(Air)를 압축할 수 있다. 상기 압축기(22)에 의해 압축된 압축공기는 상기 연소실(4)로 공급될 수 있다. 상기 압축기(22)가 공기를 압축하는 압축률은 상기 제1터빈(21)이 제공하는 회전력. 즉, 동력의 크기에 비례할 수 있다. 상기 압축기(22)가 공기를 압축하면, 압축된 압축공기는 고온이 된다. 고온의 압축공기가 상기 연소실(4)로 공급되면, 상기 연소실(4)의 내구성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 상기 연소실(4)로 공급되는 압축공기의 온도를 낮추기 위해 제1열교환부(3)를 포함할 수 있다.
상기 제1열교환부(3)는 상기 압축기(22)와 상기 연소실(4) 사이에 설치될 수 있다. 상기 제1열교환부(3)는 상기 압축기(22)로부터 공급되는 압축공기를 열원으로 하여 열을 회수하기 위한 냉매를 가열할 수 있다. 상기 냉매는 상기 제1열교환부(3)와 제2터빈(6)을 순환하는 순환유체로써, 물, 질소(N2), R134a, R245fa 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 냉매는 상기 물, 상기 질소(N2), 상기 R134a, 상기 R245fa와 유사한 계열의 물질일 수도 있다. 상기 냉매는 400 ℃ 미만의 저온 유체 및 400 ℃ 이상의 고온 유체로부터 열을 흡수하여 기체 상태로 변화될 수 있다. 상기 제1열교환부(3)는 관 또는 파이프와 같은 유로를 통해 상기 제2터빈(6)에 연결되게 설치될 수 있다. 상기 제1열교환부(3)는 상기 압축기(22)에서 상기 연소실(4)로 압축공기가 이동하는 유로 및 상기 제2터빈(6)으로 냉매가 이동하는 유로를 근접시킴으로써, 상기 냉매를 가열할 수 있다. 이 경우, 상기 압축기(22)에서 상기 연소실(4)로 이동하는 압축공기는 상기 냉매를 가열하는 열원이 될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1열교환부(3)를 통과한 압축공기는 상기 냉매에 열을 빼앗겨서 저온으로 될 수 있다. 상기 제1열교환부(3)를 통과해서 상기 제2터빈(6)으로 공급되는 냉매는 상기 압축공기로부터 열을 흡수하여 고온으로 될 수 있다. 따라서, 상기 제1열교환부(3)를 통과한 고온, 고압의 냉매는 상기 제2터빈(6)의 터빈날개(미도시)를 회전시킴으로써, 상기 제2터빈(6)에 연결된 제2발전기(20)가 전기를 생산하도록 할 수 있다.
상기 연소실(4)은 일측이 상기 제1열교환부(3)에 연결되고, 타측이 상기 제2열교환부(5)에 연결될 수 있다. 상기 연소실(4)은 관 또는 파이프와 같은 유로를 통해 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2열교환부(5)에 각각 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 연소실(4)은 상기 제1열교환부(3)에서 냉각된 압축공기를 공급받을 수 있다. 상기 연소실(4)에서는 상기 압축공기와 연료분사펌프(미도시)로부터 공급되는 연료가 혼합 연소되어 폭발력이 발생될 수 있다. 상기 연소실(4)은 선박 또는 자동차에 설치된 엔진의 내부에 형성될 수 있다. 상기 연소실(4)은 전기를 생산하는 발전소에 설치된 엔진의 내부에 형성될 수도 있다. 상기 연소실(4)에서 발생된 폭발력은 선박, 자동차와 같은 이동수단을 추진시키거나 발전소와 같은 전기생산수단이 전기를 생산하도록 할 수 있다. 상기 연소실(4)에서 폭발력을 발생시키고 생성되는 고온, 고압의 배기가스는 상기 유로를 통해 상기 제2열교환부(5)로 배출될 수 있다.
상기 제2열교환부(5)는 상기 연소실(4)과 상기 제1터빈(21) 사이에 설치될 수 있다. 상기 제2열교환부(5)는 관 또는 파이프와 같은 유로를 통해 상기 연소실(4)과 상기 제1터빈(21)에 각각 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2열교환부(5)는 상기 연소실(4)로부터 배출되는 고온, 고압의 배기가스를 공급받을 수 있다. 상기 제2열교환부(5)를 통과한 고온, 고압의 배기가스는 상기 제1터빈(21)으로 배출되어 동력을 발생시킬 수 있다.
상기 제2열교환부(5)는 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2터빈(6)에 각각 연결되도록 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2열교환부(5)는 상기 제1열교환부(3)와 병렬로 연결될 수 있다. 상기 제2열교환부(5)는 일측이 관 또는 파이프와 같은 유로를 통해 후술할 압축부(8)와 상기 제1열교환부(3)를 연결하는 유로에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2열교환부(5)는 상기 압축부(8)를 통과해서 상기 제1열교환부(3)로 이동하는 냉매 중 일부를 공급받을 수 있다. 상기 제2열교환부(5)로 공급되는 냉매는 상기 연소실(4)에서 공급되는 고온의 배기가스에 의해 가열되어 고온, 고압의 기체로 변화될 수 있다. 상기 제2열교환부(5)는 타측이 유로를 통해 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2터빈(6)을 연결하는 유로에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2열교환부(5)에서 고온, 고압의 기체로 변화된 냉매는 상기 제1열교환부(3)에서 배출되는 고온, 고압의 냉매와 합류되어 상기 제2터빈(6)으로 공급될 수 있다.
상기 제2열교환부(5)는 배기가스와 냉매가 열교환되도록 이중관으로 형성될 수 있다. 상기 제2열교환부(5)는 제1유로(51) 및 제2유로(52)를 포함할 수 있다.
상기 제1유로(51)는 상기 연소실(4)에서 상기 제1터빈(21)으로 배기가스를 이동시키기 위한 것으로, 관 또는 파이프일 수 있다. 상기 제1유로(51)는 단면이 원형일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 배기가스가 이동되도록 배기가스를 가이드 할 수 있으면 단면이 사각형 등 다른 형태일 수도 있다.
상기 제2유로(52)는 상기 제2터빈(6)을 통과해서 배출되는 냉매가 상기 제2터빈(6)으로 공급되도록 냉매를 이동시키기 위한 것이다. 구체적으로, 상기 제2유로(52)는 후술할 압축부(8)에서 상기 제2터빈(6)으로 냉매를 이동시키기 위한 것이다. 상기 제2유로(52)는 관 또는 파이프일 수 있다. 상기 제2유로(52)는 상기 제1유로(51)의 외주면을 감싸도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2유로(52)는 상기 제1유로(51)의 단면이 원형일 경우 상기 제1유로(51)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원형으로 형성됨으로써, 상기 제1유로(51)를 감쌀 수 있다. 이 경우, 상기 제2유로(52)의 내주면은 상기 제1유로(51)의 외주면과 이격될 수 있다. 상기 제2유로(52)는 단면이 상기 제1유로(51)의 단면과 동일한 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 제1유로(51)의 외주면과 이격되고 상기 제1유로(51)를 감쌀 수 있으면 다른 형태로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 상기 압축부(8)에서 상기 제2터빈(6)으로 이동하는 냉매는 상기 제2열교환부(5)에서 상기 제1유로(51)의 외주면과 상기 제2유로(52)의 내주면 사이로 이동되면서 상기 제1유로(51)를 이동하는 고온의 배기가스로부터 열을 회수할 수 있다. 즉, 상기 압축부(8)에서 공급되는 냉매는 고온의 배기가스에 의해 가열될 수 있다. 상기 제2열교환부(5)에서 가열된 냉매는 상기 제2터빈(6)으로 공급될 수 있다.
상기 제2터빈(6)은 일측이 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2열교환부(5)에 각각 연결되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2터빈(6)은 상기 제1열교환부(3) 및 상기 제2열교환부(5)로부터 각각 열을 회수한 고온, 고압의 냉매를 공급받을 수 있다. 상기 제2터빈(6)은 전기를 생산하는 제2발전기(20)에 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 제2터빈(6)은 터빈날개(미도시)의 회전축이 상기 제2발전기(20)의 회전축에 연결될 수 있다. 상기 제2터빈(6)으로 공급되는 고온, 고압의 냉매는 상기 제2터빈(6)의 터빈날개를 회전시키고, 상기 터빈날개의 회전축이 회전함에 따라 상기 제2발전기(20)의 회전축이 회전하게 되어 상기 제2발전기(20)가 전기를 생산하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 상기 제2터빈(6)이 상기 제1열교환부(3)에서 배출되는 냉매 및 상기 제2열교환부(5)에서 배출되는 냉매 중 적어도 하나를 공급받아 동력을 발생시킴으로써, 상기 제2발전기(20)가 상기 제1발전기(10)와 별도로 전기를 추가 생산할 수 있다. 상기 제2터빈(6)은 타측이 후술할 냉각부(7)에 연결되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2터빈(6)을 통과한 냉매는 상기 냉각부(7)로 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 냉각부(7) 및 압축부(8)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각부(7)는 상기 제2터빈(6)과 상기 제2열교환부(5) 사이에 설치될 수 있다. 구체적으로, 상기 냉각부(7)는 상기 제2터빈(6)과 상기 압축부(8) 사이에 설치될 수 있다. 상기 냉각부(7)는 상기 제2터빈(6)으로부터 배출되는 냉매를 냉각시키기 위한 것이다. 예컨대, 상기 냉각부(7)는 상기 제2터빈(6)으로부터 배출되는 냉매가 갖는 온도보다 낮은 온도를 갖는 열교환매체를 이용하여 상기 냉매를 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각부(7)는 콘덴서(Condenser) 또는 쿨링타워(Cooling Tower)일 수 있다. 상기 냉각부(7)가 냉매를 냉각시킴에 따라 상기 압축부(8)에서 압축하는 냉매의 압축률은 냉매를 냉각시키지 않은 경우에 비해 향상될 수 있다. 상기 냉각부(7)에서 냉각된 냉매는 상기 압축부(8)로 공급될 수 있다.
상기 압축부(8)는 상기 냉각부(7)와 상기 제2열교환부(5) 사이에 설치될 수 있다. 상기 압축부(8)는 상기 냉각부(7)로부터 공급되는 냉각된 냉매를 압축하기 위한 것이다. 상기 압축부(8)에서 압축된 냉매는 상기 제2열교환부(5)로 공급될 수 있다. 상기 제2열교환부(5)는 압축된 냉매를 공급받음으로써, 압축되지 않은 냉매에 비해 상기 배기가스와 열교환되는 냉매의 양을 증가시켜 열교환 효율을 높일 수 있다. 열교환 효율이 높아지면, 상기 제2터빈(6)에 공급되는 냉매의 양이 증가되어 상기 제2터빈(6)이 발생시키는 동력이 더 커질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2발전기(20)가 생산하는 전력량은 더 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 제3열교환부(9)를 더 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 제3열교환부(9)는 상기 제1터빈(21)의 후단에 설치될 수 있다. 상기 제3열교환부(9)는 유로를 통해 상기 제1터빈(21)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3열교환부(9)는 상기 제1터빈(21)으로부터 배출되는 배기가스를 공급받을 수 있다. 상기 제3열교환부(9)는 상기 제1열교환부(3) 및 상기 제2열교환부(5)로부터 각각 배출되어 합류된 냉매를 상기 제2터빈(6)으로 이송시키는 유로에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3열교환부(9)는 상기 제1열교환부(3) 및 상기 제2열교환부(5) 중 적어도 하나로부터 배출되는 냉매의 일부를 공급받을 수 있다. 상기 제3열교환부(9)는 상기 제1열교환부(3) 및 상기 제2열교환부(5) 중 적어도 하나로부터 배출되는 냉매 전부를 공급받을 수도 있다. 따라서, 상기 제3열교환부(9)는 상기 제1터빈(21)으로부터 배출되는 배기가스, 및 상기 제1열교환부(3) 및 상기 제2열교환부(5) 중 적어도 하나로부터 배출되는 냉매를 열교환시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제1터빈(21)으로부터 배출되는 배기가스가 상기 냉매를 가열하는 열원이 될 수 있다. 상기 제3열교환부(9)에서 가열된 냉매는 상기 제2터빈(6)으로 공급될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제3열교환부(9)는 상기 제2열교환부(5)와 같이 이중관으로 형성됨으로써, 상기 배기가스와 상기 냉매가 열교환되는 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 상기 제1열교환부(3) 및 상기 제2열교환부(5)에서 각각 가열되어 상기 제2터빈(6)으로 이송되는 냉매를 상기 제3열교환부(9)에서 한번 더 가열시킬 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 저온에서도 열을 흡수할 수 있는 냉매를 이용하도록 구현됨으로써, 상기 연소실(4)에 공급되는 압축공기 및 상기 연소실(4)에서 배출되는 배기가스를 열원으로 하여 전기 생산량을 증대시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 상기 제2열교환부(5) 및 상기 제3열교환부(9)를 이중관으로 형성함으로써, 배기가스의 열이 외부에 노출되는 정도를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 배기가스와 냉매의 접촉 면적을 최대화하여 배기가스와 냉매의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2열교환부(5)를 병렬 구조로 연결시킴으로써, 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2열교환부(5)로 각각 냉매를 분기하여 공급할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2열교환부(5)가 직렬로 연결되는 경우에 비해 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2열교환부(5)가 공급받는 냉매의 양을 줄일 수 있으므로, 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2열교환부(5) 각각에서의 열교환 효율을 더 높일 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진(1)은 상기 제1열교환부(3)와 상기 제2열교환부(5)에서 가열된 냉매를 상기 제3열교환부(9)에서 한번 더 가열시킴으로써, 상기 제2발전기(20)에서의 전기 생산량을 더 증대시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1 : 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진
2 : 터보차저 21 : 제1터빈
22 : 압축기 3 : 제1열교환부
4 : 연소실 5 : 제2열교환부
51 : 제1유로 52 : 제2유로
6 : 제2터빈 7 : 냉각부
8 : 압축부 9 : 제3열교환부

Claims (6)

  1. 전기를 생산하는 제1발전기에 연결되고 연소실에서 배출되는 배기가스로 동력을 발생시키는 제1터빈 및 상기 제1터빈으로부터 회전력을 제공받아 연소실에 공급하는 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 터보차저;
    상기 압축기와 상기 연소실 사이에 설치되고, 상기 압축기로부터 공급되는 압축공기를 열원으로 하여 열을 회수하기 위한 냉매를 가열하는 제1열교환부;
    상기 제1열교환부에서 냉각된 압축공기를 공급받아 연료와 혼합 연소되어 폭발력이 발생되는 연소실;
    상기 연소실과 상기 제1터빈 사이에 설치되고, 상기 제1열교환부와 병렬로 연결되며 상기 연소실로부터 배출되는 배기가스를 열원으로 하여 상기 냉매를 가열하는 제2열교환부; 및
    전기를 생산하는 제2발전기에 연결되고 상기 제1열교환부 및 상기 제2열교환부로부터 각각 열을 회수한 냉매로 동력을 발생시키는 제2터빈을 포함하고,
    상기 제2열교환부는 배기가스와 냉매가 열교환되도록 이중관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2터빈과 상기 제2열교환부 사이에 설치되고, 상기 제2터빈으로부터 배출되는 냉매를 냉각시키기 위한 냉각부; 및
    상기 냉각부와 상기 제2열교환부 사이에 설치되고, 상기 냉각부로부터 공급되는 냉각된 냉매를 압축하기 위한 압축부를 포함하는 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2열교환부는,
    상기 연소실에서 상기 제1터빈으로 배기가스를 이동시키기 위한 제1유로; 및
    상기 제1유로의 외주면을 감싸도록 형성되고, 상기 압축부에서 상기 제2터빈으로 냉매를 이동시키기 위한 제2유로를 포함하고,
    상기 냉매는 상기 제1유로의 외주면과 상기 제2유로의 내주면 사이로 이동되면서 상기 제1유로를 이동하는 배기가스로부터 열을 회수하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는 물, 질소, R134a, R245fa 중 적어도 하나 또는 상기 물, 상기 질소, 상기 R134a, 상기 R245fa와 유사한 계열의 물질인 것을 특징으로 하는 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환부 및 상기 제2열교환부 중 적어도 하나로부터 배출되는 냉매 및 상기 제1터빈으로부터 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제3열교환부를 포함하는 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3열교환부는 이중관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 효율을 향상시키는 터보차저 엔진.
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