KR20180001041A - 하이브리드 orc 공기압축연동 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기와 열교환에 의해 유체를 과열증기로 만드는 증발기, 상기 과열증기를 공급받아 회전동력을 생성하는 터빈, 상기 과열증기를 쿨러와 열교환에 의해 응축된 유체를 생성하는 응축기 및 상기 응축된 유체를 상기 증발기에 송출하는 펌프로 사이클이 구성된 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템에 있어서, 상기 터빈에는 발전기와, 압축기가 동축으로 연결되고, 상기 발전기와 압축기를 부하 운전 또는 선택적으로 무부하 운전이 되게 제어하는 제어부가 포함된 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템{Hybrid ORC Power System that linked Air Compressor}
본 발명은 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템에 관한 것으로, 터빈과 연결되어 필요에 따라 전기에너지 및/또는 압축공기를 생성할 수 있는 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템에 관한 기술이다.
일반적으로 ORC(유기랭킨사이클, Organic Rankine Cycle) 발전시스템 구조는 그림 1에서 나타낸 것과 같이, 증발기(10), 터빈(20), 응축기(30) 및 펌프(40) 순으로 사이클이 구성된다. 그리고, 필요에 따라 이 중 증발기(10)의 전, 후방에 각각 예열기(11)와 과열기(12)가 마련되며, 응축기(30) 후방에 응축수를 저장하기 위한 응축탱크(35)가 구비되어 있으며, 이 응축탱크(35)를 지난 액체 상태의 냉매의 유량을 측정하기 위해 별도의 유량계를 더 구비할 수 있다.
그리고, 종래 특허 등록번호 제10-1135685호 "ORC시스템 펌프 제어방법" 에는 터빈을 이용하여 발전기의 축을 회전시켜 발전이 이루어지도록 하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 종래 기술에는 터빈을 이용하여 발전기에 의해 전기를 생성하고 이용하는 것만 개시되어 있을 뿐, 압축기에 연결하도록 하는 기술이 개시되어 있지 않으며, 터빈의 회전을 이용하여 다양하게 이용할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
KR 10-1135685 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 터빈의 회전을 이용하여 사용환경에 따라 발전기뿐만 아니라 압축기로도 사용할 수 있는 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 열교환기와 열교환에 의해 유체를 과열증기로 만드는 증발기, 상기 과열증기를 공급받아 회전동력을 생성하는 터빈, 상기 과열증기를 쿨러와 열교환에 의해 응축된 유체를 생성하는 응축기 및 상기 응축된 유체를 상기 증발기에 송출하는 펌프로 사이클이 구성된 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템에 있어서, 상기 터빈에는 발전기와, 압축기가 동축으로 연결되고, 상기 발전기와 압축기를 부하 운전 또는 선택적으로 무부하 운전이 되게 제어하는 제어부가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 발전기는 제1라인으로 전력변환장치와 연결되고, 상기 압축기는 제2라인으로 체크밸브가 설치된 압축공기탱크와 연결되되, 상기 제2라인에는 상기 압축기와 상기 체크밸브 사이에 3방향 컨트롤밸브가 설치되어 상기 3방향 컨트롤밸브에 의해 상기 압축기에서 생성된 공기가 상기 압축공기탱크로 저장되거나 외부로 배기되는 것을 특징으로 한다.
상기 3방향 컨트롤밸브의 제어에 의해 상기 압축기에서 생성된 공기를 외부로 배기하여 상기 압축기가 무부하 운전이 되게 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 전력변환장치의 작동을 정지하도록 제어하여 상기 발전기가 무부하 운전이 되게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 압축공기탱크의 압력이 설정압력 이상이 되면 상기 전력변환장치를 작동하여 상기 발전기에 부하 운전이 되게 하고 상기 3방향 컨트롤밸브의 제어에 의해 상기 압축기에서 생성된 공기를 외부로 배기하여 상기 압축기가 무부하 운전이 되게 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.
터빈의 회전을 이용하여 하이브리드로 발전기 또는 압축기로 이용할 수 있다. 즉, 전기를 생성하는 발전기와 압축공기를 생성하는 압축기를 부하 운전 또는 선택적 무부하 운전이 되도록 제어하여 사용할 수 있다.
도 1은 종래에 따른 ORC 발전시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템의 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 열교환기(120)와 열교환에 의해 유체를 과열증기로 만드는 증발기(100), 상기 과열증기를 공급받아 회전동력을 생성하는 터빈(200), 상기 과열증기를 쿨러(320)와 열교환에 의해 응축된 유체를 생성하는 응축기(300) 및 상기 응축된 유체를 상기 증발기에 송출하는 펌프(400)로 사이클이 구성된 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템에 있어서, 상기 터빈에는 발전기(500)와, 압축기(600)가 동축으로 연결되고, 상기 발전기와 압축기를 부하 운전 또는 선택적으로 무부하 운전이 되게 제어하는 제어부가 포함된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 발전기(500)는 전기를 생성하는 기기로 제1라인(A)으로 전력변환장치(520)와 연결된다. 전력변환장치(520)는 발전기(500)에서 발전된 교류전력을 직류전력으로 변환하여 컨버팅할 수 있다. 또한, 전력변환장치는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 송출하기 위한 인버팅하는 장치로 실시할 수도 있다.
상기 압축기(600)는 압축된 공기를 생성하는 기기로 체크밸브(622)가 설치된 제2라인(B)으로 압축공기탱크(620)와 연결되어 압축된 공기를 상기 압축공기탱크에 저장할 수 있다.
그리고, 상기 제2라인(B)에는 3방향 컨트롤밸브(640)가 설치되어 3방향 컨트롤밸브의 제어에 의해 압축기(600)에서 생성된 압축공기를 압축공기탱크에 유입되게 하거나 외부로 배출할 수 있다.
여기서, 압축기는 스크롤, 축류, 원심, 스크류 등 어느 타입이나 사용 가능하며, 증속/감속기어를 추가로 장착이 된다.
따라서, 본 발명은 터빈(200)에 발전기(500)와 압축기(600)가 동축으로 연결되어 동력을 전달하여 전기에너지와 압축공기를 생성할 수 있고, 제어부의 제어에 의해 필요에 따라 전기에너지 또는 압축공기를 선택적으로 생성할 수 있다.
아래에서는 제어부에 의해 발전기(500)와 압축기(600)를 선택적으로 부하 운전 무부하 운전이 되게 하는 것에 대하여 설명하도록 한다.
먼저 상기 제어부는 발전기(500)를 부하 운전이 되게 하고, 상기 압축기(600)를 무부하 운전이 되도록 제어하는 것이다.
상기 발전기(500)와 상기 압축기(600)가 부하 운전이 되게 하고, 상기 제어부는 상기 3방향 컨트롤밸브(640)를 조절하여 압축 공기를 제2라인(B)에서 외부로 배기되게 하여 상기 압축기(600)를 무부하 운전이 되게 제어할 수 있다.
다음으로 상기 제어부는 발전기(500)를 무부하 운전이 되게 하고, 상기 압축기(600)를 부하 운전이 되도록 제어하는 것이다.
상기 발전기(500)와 상기 압축기(600)가 부하 운전이 되게 하고, 상기 제어부는 상기 전력변환장치(520)의 작동을 정지하도록 제어하여 상기 발전기(500)가 무부하 운전이 되게 제어할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 발전기(500)와 압축기(600)를 부하 운전이 되게 하고, 압축기(600)에서 생성된 압축공기가 압축공기탱크(620)에 과도한 압력이 발생되는 경우 상기 압축기(600)를 무부하 운전해야 하는 경우가 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 압축공기탱크(620)의 압력이 설정압력 이상이 되면 상기 전력변환장치(520)를 작동하여 상기 발전기(500)에 부하 운전이 되게 하고 상기 컨트롤밸브(640)를 제어하여 압축기에서 생성된 공기를 외부로 배기함으로써 상기 압축기(600)가 무부하 운전이 되게 제어하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본원발명은 터빈(200)의 회전을 이용하여 전기를 생성하는 발전기(500)와 압축공기를 생성하는 압축기(600)를 부하 운전 또는 선택적 무부하 운전이 되게 제어하여 사용할 수 있으며, 압축공기탱크(620)에 과도한 압력이 생기는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템을 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.
100: 증발기 120: 열교환기
200: 터빈 300: 응축기
320: 쿨러 400: 펌프
500: 발전기 520: 전력변환장치
600: 압축기 620: 압축공기탱크
622: 체크밸브 640: 3방향 컨트롤밸브

Claims (5)

  1. 열교환기와 열교환에 의해 유체를 과열증기로 만드는 증발기, 상기 과열증기를 공급받아 회전동력을 생성하는 터빈, 상기 과열증기를 쿨러와 열교환에 의해 응축된 유체를 생성하는 응축기 및 상기 응축된 유체를 상기 증발기에 송출하는 펌프로 사이클이 구성된 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템에 있어서,
    상기 터빈에는 발전기와, 압축기가 동축으로 연결되고,
    상기 발전기와 압축기를 부하 운전 또는 선택적으로 무부하 운전이 되게 제어하는 제어부가 포함된 것을 특징으로 하는 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전기는 제1라인으로 전력변환장치와 연결되고, 상기 압축기는 제2라인으로 체크밸브가 설치된 압축공기탱크와 연결되되, 상기 제2라인에는 상기 압축기와 상기 체크밸브 사이에 3방향 컨트롤밸브가 설치되어 상기 3방향 컨트롤밸브에 의해 상기 압축기에서 생성된 공기가 상기 압축공기탱크로 저장되거나 외부로 배기되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 3방향 컨트롤밸브의 제어에 의해 상기 압축기에서 생성된 공기를 외부로 배기하여 상기 압축기가 무부하 운전이 되게 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력변환장치의 작동을 정지하도록 제어하여 상기 발전기가 무부하 운전이 되게 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축공기탱크의 압력이 설정압력 이상이 되면 상기 전력변환장치를 작동하여 상기 발전기에 부하 운전이 되게 하고 상기 3방향 컨트롤밸브의 제어에 의해 상기 압축기에서 생성된 공기를 외부로 배기하여 상기 압축기가 무부하 운전이 되게 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 ORC 공기압축연동 발전시스템.
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