KR20180009248A - 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템 - Google Patents

스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템은 스팀을 생성하는 스팀 보일러와 상기 스팀 보일러에서 생성된 스팀을 분배하는 스팀 분배기와, 상기 스팀 분배기에서 공급받은 스팀을 이용하여 물 회수 저장 탱크로부터 공급받은 물에 고 수압을 형성하여 물 저장 탱크로 전송하는 스팀다이아프램 펌프와, 상기 스팀다이어프램 펌프로부터 고 수압이 형성된 물을 공급받아 내부에 저장된 물에 압력을 가하여 수력 발전기로 고 수압의 물을 전송하도록 하는 물 저장 탱크와, 상기 물 저장 탱크로부터 고 수압의 물을 전송받아 터빈을 회전시켜 발전을 하는 수력 발전기와, 상기 수력 발전기에서 토출된 물을 공급받아 저장하고 상기 저장된 물을 스팀다아이프램 펌프에 자연 류하 방식으로 공급하는 물 회수 탱크로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템{Water Power System by Using Steam Boiler}
본 발명은 가정이나 빌딩 또는 공장에서 기존의 스팀 보일러를 이용하여 수력발전 시스템을 구성하는 것에 관한 것이다. 기존의 스팀 보일러는 목재 또는 가스 또는 경유를 이용하여 스팀을 생성할 수 있는 것으로 본 발명은 이를 이용하여 순환하는 물에 압력을 가하여 수력 발전기의 터빈을 돌려 발전할 수 있는 것이다.
본 발명과 관련된 종래의 기술은 대한민국 등록 특허 제10-1542885호(2014. 10. 22. 공고)에 개시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 바이오매스 보일러를 보조 가열원으로 사용하는 태양 에너지 발전 시스템 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 바이오매스 보일러를 보조 가열원으로 사용하는 태양 에너지 발전 시스템은 전기 발전기(1), 전기 발전기(1)에 연결되는 터빈(2), 터빈(2)에 연결되는 컨덴서(5)를 포함하는 터보네이터 유니트를 구비한다. 여기서, 터빈(2)은 고압 실린더(3)와 저압 실린더(4)를 구비한다. 또한, 본 실시예의 시스템은 터보네이터 유니
트에 연통되는 바이오매스 보일러(6), 바이오매스 보일러(6)의 연도(6b) 내부에 배치된 보조 히터(7), 바이오매스 보일러(6)의 연도(6b) 내부에 배치된 증기 재열기(8), 바이오매스 보일러(6)의 연도(6b) 내부에 배치된 증기 과열기(9)를 구비한다. 한편, 본 실시예의 시스템은 바이오매스 보일러(6)에 연통되는 태양광 집중 컬렉터를 구비한다. 태양광 집중 컬렉터는 태양광 컬렉터 튜브(13)와 파라볼릭 트로프 미러(14)를 구비한다(n개의 태양광 컬렉터 튜브들(13)과 m개의 파라볼릭 트로프 미러들이 조립되어 태양광 컬렉터 필드를 형성하며, n과 m은 정수임). 참조부호 10은 제1 워터 펌프를 나타내고, 참조부호 11은 바이오매스 보일러(6)의 제2 워터 펌프를 나타내고, 참조부호 12는 화학적 수처리 장치로부터 나오는 연수를 저장하기 위해 열 절연층이 마련된 탈염수 탱크를 나타낸다.참조부호 19,20,21,22는 각각 절환 밸브들(공압 밸브, 전기 밸브, 유압 밸브, 또는 전자기 밸브, 공압밸브)을 나타내고, 이러한 절환 밸브들은 전체 발전 시스템의 작동 모드를 제어한다. 참조부호 24,25,26은 조절밸브들(공압, 전기, 유압)을 나타내고, 이들 중, 참조부호 23 및 24는 터빈으로 입력되는 증기 유동을 조절할 수 있고, 참조부호 25는 물의 유동을 조절할 수 있으며, 참조부호 26은 태양광 집중 컬렉터의 메인 물속의 물의 유동을 조절할 수 있다. 참조부호 28은 탈기기를 나타내고, L1은 바이오매스 보일러 드럼의 레벨 게이지를 나타내고, P1은 바이오매스 보일러의 출구의 증기 압력 게이지를 나타내고(검출된 압력값은 p1으로 표시됨), T1은 바이오매스 보일러의 출구의 증기 온도 센서를 나타내고(검출된 온도값은 t1으로 표시됨), T3는 태양광 집중 컬렉터의 메인 물 출구의 물 온도 센서를 나타낸다(검출된 온도값은 t3로 표시됨). 바이오매스 보일러(6)를 보조 가열원으로 사용하는 태양광 발전 시스템은 태양광 집중 컬렉터, 바이오매스 보일러(6), 및 터보네이터 유니트를 구비한다. 태양광 집중 컬렉터와 바이오매스 보일러(6)는 열 흡수와 열 저장을 위해 작동 매체로서 물을 사용한다. 태양광 집중 컬렉터는 중간 압력 진공 태양광 컬렉터 튜브들(13)이 직,병렬로 조합된 매트릭스를 사용한다. 태양광 집중 컬렉터의 출구는 제2 제어 밸브(22)를 통해 바이오매스 보일러(6)의 드럼(6a)의 바닥에 연결된다. 바이오매스 보일러(6)의 드럼(6a)의 증기 출구는 터빈의 실린더에 연결된다. 태양광 집중 컬렉터와 바이오매스 보일러(6)는 물을 동시에 직접 가열하여 터빈(2)을 구동하는 수증기를 생성하여 전기 발전기(1)를 구동한다. 태양광 집중 컬렉터의 물 입구 파이프는 탈기기(28)와 제1 워터 펌프(10)에 직렬 연결된다. 증기 과열기(9)는 바이오매스 보일러 드럼(6a)의 증기 출구와 터빈(2)의 고압 실런더(3)에 연결된 파이프 사이에 직렬로 연결된다. 증기 과열기(9)는 터빈의 고압 실린더(3)의 입구에 연통된다. 증기 과열기(9)는 바이오매스 보일러의 연도(6b) 내측에 위치된다. 바이오매스 보일러의 연도 가스는 수증기를 가열시켜 수증기를 건조 증기로 변환시킨다. 고압 실린더(3)의 출구는 파이프를 통해 재열기(8)에 연결된다. 증기 재열기(8)는 터빈(2)의 저압 실린더(4)의 출구에 연결된다. 증기 재열기(8)는 바이오매스 보일러(6)의 연도(6b) 내부에 배치된다. 바이오매스 보일러(6)의 연도 가스는 증기를 가열한다. 컨덴서(5)는 터빈(2)의 저압 실린더(4)의 출구에 연통된다. 컨덴서(5)의 물 출구는 탈기기(28)와 연통한다. 컨덴서(5)의 물 출구는 탈기기(28)와 제1 워터 펌프(10)를 경유하여 태양광 컬렉터 튜브(13) 및/또는 바이오매스 보일러(6)의 물 입구에 연통되어 물을 순환시킬 수 있다. 보조 히터(7)는 바이오매스 보일러(6)의 물 입구 파이프와 직렬로 연결되고, 보조 히터(7)는 바이오매스 보일러(6)의 연도(6b)의 내부에 배치된다. 바이오매스 보일러의 연도 가스는 바이오매스 보일러의 물을 예열시킨다. 태양광 집중 컬렉터와 바이오매스 보일러의 물 보충 탱크는 열 절연층을 구비하는 탈염수 탱크(12)이다. 탈염수 탱크(12)는 제2 워터 펌프(11)를 통해 탈기기(28)에 연결되고, 탈기기(28)와 제1 워터 펌프(10)를 통해 태양광 컬렉터 튜브(13)와 바이오매스 보일러의 물 입구에 연결된다. 탈염수 탱크(12)는 제1 제어 밸브(21)를 통해 태양광 집중 컬렉터의 출구에 연결된다. 온도 센서(T3)는 태양광 집중 컬렉터의 물 출구와 제2 제어 밸브(22)와 제1 제어 [0041] 밸브(21) 사이의 파이프에 배치된다. 온도 센서(T3)에 의해 디스플레이되는 제어 포인트는 최종적으로 제2 제어 밸브(22)와 제1 제어 밸브(21)의 제어 루프에 출력된다. 온도 센서(T3)의 작동 온도는 바이오매스 보일러의 안전한 작동을 위한 온도 범위 내에서 미리 설정될 수 있는 것이다.
상기와 같이 구성된 종래의 바이오매스 보일러를 보조 가열원으로 사용하는 태양 에너지 발전 시스템은 비가 오거나 야간 등의 태양 에너지 발전 시스템이 발전할 수 없는 타이밍에 보조 열원으로 바이오매스 보일러를 이용하는 것으로 구조가 복잡하고 비 오는 날과 야간에도 발전을 하기 위하여는 보조 가열원을 크게 하여야 하는 문제점이 있는 것이다. 또한 상기와 같은 종래의 기술은 바이오매스 보일러를 보조 가열원으로 사용하는 것이나 상기 보조 가열원은 수력 발전에는 이용할 수 없는 문제점이 있는 것이다. 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템은 일반적으로 강의 낙차를 이용하는 발전 시스템의 낙차를 보일러를 이용하여 낙차에 해당하는 수압을 형성하여 상기 수압으로 물을 순환하여 발전하도록 하기 위한 것이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템은 스팀을 생성하는 스팀 보일러와 상기 스팀 보일러에서 생성된 스팀을 분배하는 스팀 분배기와, 상기 스팀 분배기에서 공급받은 스팀을 이용하여 물회수 저장 탱크로부터 공급받은 물에 고 수압을 형성하여 물 저장 탱크로 전송하는 스팀다이아프램 펌프와, 상기 스팀다이어프램 펌프로부터 고 수압이 형성된 물을 공급받아 내부에 저장된 물에 압력을 가하여 수력 발전기로 고 수압의 물을 전송하도록 하는 물 저장 탱크와, 상기 물 저장 탱크로부터 고 수압의 물을 전송받아 터빈을 회전시켜 발전을 하는 수력 발전기와, 상기 수력 발전기에서 토출된 물을 공급받아 저장하고 상기 저장된 물을 스팀다아이프램 펌프에 자연 류하 방식으로 공급하는 물 회수 탱크로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템은 가정이나 사무실에서 간단히 설치하여 이용할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한 스팀 보일러의 연료를 목재와 같은 바이오 연료를 사용하는 경우 농촌의 주택에서 자연적으로 버려지는 목재를 이용할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템은 크기가 작아서 설치 면적이 적고 구성 요소가 적어서 구축 비용이 저렴하고 운용이 용이한 효과가 있는 것이다.
도 1은 바이오매스 보일러를 보조 가열원으로 사용하는 태양 에너지 발전 시스템 구성도,
도 2는 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템 제1실시 예 구성도,
도 3은 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템 제2실시 예 구성도이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템을 도면을 기초로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템 제1실시 예 구성도이다. 상기도 2에서 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템 제1실시 예는 스팀을 생성하는 스팀 보일러(100)와 상기 스팀 보일러(100)에서 생성된 스팀을 분배하는 스팀 분배기(200)와, 상기 스팀 분배기에서 공급받은 스팀을 이용하여 물회수 저장 탱크로부터 공급받은 알정 압력의 물에 고 수압을 형성하여 물 저장 탱크로 전송하는 것으로 2대가 병렬 형태로 구성되는 스팀다이아프램 펌프부(300)와, 상기 스팀다이어프램 펌프부로부터 고 수압이 형성된 물을 공급받아 내부에 저장된 물에 압력을 가하여 수력 발전기로 고 수압의 물을 전송하도록 하는 물 저장 탱크(600)와, 상기 물 저장 탱크로부터 고 수압의 물을 전송받아 터빈을 회전시켜 발전을 하는 수력 발전기(400)와, 상기 수력 발전기에서 토출된 물을 공급받아 저장하고 상기 저장된 물을 스팀다아이프램 펌프에 자연 류하 방식으로 공급하는 물 회수 탱크(500)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 스팀 분배기(200)는 여러 대의 다이어프램 펌프부(300)가 구성되는 경우 필요한 것으로 이 경우 스팀 분배기(200)는 각각의 스팀다이어프램 펌프부로 스팀을 분배하는 것으로 스팀 분배기 전단에 구성되는 제1밸브(210)와, 스팀 분배기 후단에서 각 스팀다이어프램 펌프로 전송되는 물의 공급을 제어하기 위한 제2밸브(220)와, 상기 스팀 분배기에 고인 물이나 슬러지를 배출하기 위한 제3밸브(230)로 구성된 것으로 상기 제2밸브(220)는 2개 이상으로 구성될 수 있는 것이다. 또한 상기 수력 발전기, 다수의 밸브는 컨트롤러(700)에 의하여 조절될 수 있는 것이다. 상기에서 다이아프램 펌프 2대가 병렬로 구성된 것은 한대가 고장 나는 경우에 대응할 수도 있도록 하기 위한 것으로 평소 다이아프램 펌프 1대 및 2대를 동시에 가동할 수 있는 것이다. 또한 상기 스팀 분배기에는 다이아프램 펌프부 여러 조가 구성될 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템 제2실시 예 구성도이다. 상기도 3에서 본 발명 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템 제2실시 예는 스팀을 생성하는 스팀 보일러(100-1)와 상기 스팀 보일러에서 생성된 스팀을 분배하는 스팀 분배기(200-1)와, 상기 스팀 분배기에서 공급받은 스팀을 이용하여 물 회수 저장 탱크로부터 공급받은 물에 고 수압을 형성하여 물 저장 탱크로 전송하는 것으로 2대가 병렬 형태로 구성되는 수압 생성부(300-1)와, 상기 수압 생성부(300-1)로부터 고 수압이 형성된 물을 공급받아 터빈을 회전시켜 발전을 하는 수력 발전기(400-1)와, 상기 수력 발전기에서 토출된 물을 공급받아 저장하고 상기 저장된 물을 수압 생성부에 자연 류하 방식으로 공급하는 물 회수 탱크(500-1)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 스팀 분배기는 여러 대의 수압 생성부가 구성되는 경우 필요한 것으로 이 경우 스팀 분배기(200-1)는 각각의 수압 생성부로 스팀을 분배하는 것으로 스팀 분배기 전단에 구성되는 제1밸브(210-1)와, 스팀 분배기 후단에서 각 수압 생성부로 전송되는 물의 공급을 제어하기 위한 제2밸브(220-1)와, 상기 스팀 분배기에 고인 물이나 슬러지를 배출하기 위한 제3밸브(230-1)로 구성된 것으로 상기 제2밸브(220-1)는 2개 이상으로 구성될 수 있는 것이다. 또한 상기 수압 생성부(300-1)는 일정한 높이의 물이 저장되고 있는 것으로 상기 탱크 내부의 물의 최상부에는 단열재의 플라스틱 볼(310-1)이 충진되어 있으며 스팀 압력에 의하여 저장된 물에 고 수압을 형성하여 고 수압의 물이 수력 발전기로 전송하는 탱크로서 수압 생성부 전단에 구성되는 제4밸브(320-1)와 상기 수압 생성부의 안전을 위하여 수압 생성부에서 이상 압력이 생성되는 경우 압력을 외부로 배출하도록 하는 안전 밸브(330-1)와, 수압 생성부에서 생성된 고 수압의 물이 수력 발전기를 전송되는 것을 제어하는 제5밸브(340-1)와, 상기 물 회수 탱크(500-1)의 물을 고 수압 생성부(300-1)로 회수하기 위하여 회수되는 물을 조절하기 위한 제6밸브(350-1)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 상기 수력 발전기, 다수의 밸브는 컨트롤러(700-1)에 의하여 조절될 수 있는 것이다. 또한 상기에서 플라스틱 볼의 충진은 스팀과 물의 열 교환을 억제하여 스팀이 물로 변환되어 압력이 줄어드는 것을 방지하기 위한 것이다.
100, 100-1 : 스팀 보일러, 200, 200-1 : 스팀 분배기,
300 : 다이아프램 펌프, 300-1 : 수압 생성부,
400, 400-1 : 수력 발전기, 500 : 물 회수 탱크

Claims (8)

  1. 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템에 있어서,
    상기 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템은,
    스팀을 생성하는 스팀 보일러(100)와;
    스팀 보일러에서 공급받은 스팀을 이용하여 물회수 저장 탱크로부터 공급받은 물에 고 수압을 형성하여 물 저장 탱크로 전송하는 스팀다이아프램 펌프부(300)와;
    상기 스팀다이어프램 펌프부로부터 고 수압이 형성된 물을 공급받아 내부에 저장된 물에 압력을 가하여 수력 발전기로 고 수압의 물을 전송하도록 하는 물 저장 탱크(600)와;
    상기 물 저장 탱크로부터 고 수압의 물을 전송받아 터빈을 회전시켜 발전을 하는 수력 발전기(400)와;
    및 상기 수력 발전기에서 토출된 물을 공급받아 저장하고 상기 저장된 물을 스팀다아이프램 펌프부에 자연 류하 방식으로 공급하는 물 회수 탱크(500)로 구성된 것을 특징으로 하는 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템은,
    상기 스팀 보일러와 다이아프램 펌프 사이에 스팀 분배기(200)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이아프램 펌프부(300)는,
    다이아프램 펌프 2대가 병렬 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템.
  4. 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템에 있어서,
    상기 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템은,
    스팀을 생성하는 스팀 보일러(100-1)와;
    상기 스팀 보일러에서 공급받은 스팀을 이용하여 물 회수 저장 탱크로부터 공급받은 물에 고 수압을 형성하여 물 저장 탱크로 전송하는 수압 생성부(300-1)와;
    상기 수압 생성부(300-1)로부터 고 수압이 형성된 물을 공급받아 터빈을 회전시켜 발전을 하는 수력 발전기(400-1);
    및 상기 수력 발전기에서 토출된 물을 공급받아 저장하고 상기 저장된 물을 수압 생성부에 자연 류하 방식으로 공급하는 물 회수 탱크(500-1)로 구성된 것을 특징으로 하는 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템은,
    스팀 보일러에서 생성된 스팀을 스팀 생성기로 분배하는 스팀 분배기(200-1)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스팀 생성부(300-1)는,
    일정한 높이의 물이 저장되고 있는 것으로 상기 탱크 내부의 물의 최상부에는 단열재의 플라스틱 볼(310-1)이 충진되어 있으며 스팀 압력에 의하여 저장된 물에 고 수압을 형성하여 고 수압의 물이 수력 발전기로 전송하는 탱크로 구성된 것을 특징으로 하는 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스팀 분배기는,
    각각의 수압 생성부로 스팀을 분배하는 것으로 스팀 분배기 전단에 구성되는 제1밸브(210-1)와;
    스팀 분배기 후단에서 각 수압 생성부로 전송되는 물의 공급을 제어하기 위한 제2밸브(220-1);
    및 상기 스팀 분배기에 고인 물이나 슬러지를 배출하기 위한 제3밸브(230-1)로 구성된 것을 특징으로 하는 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    스팀 생성부는,
    일정한 높이의 물이 저장되고 있는 것으로 상기 탱크 내부의 물의 최상부에는 단열재의 플라스틱 볼(310-1)이 충진되어 있으며 스팀 압력에 의하여 저장된 물에 고 수압을 형성하여 고 수압의 물이 수력 발전기로 전송하는 탱크로서 수압 생성부 전단에 구성되는 제4밸브(320-1)와 상기 수압 생성부의 안전을 위하여 수압 생성부에서 이상 압력이 생성되는 경우 압력을 외부로 배출하도록 하는 안전 밸브(330-1)와, 수압 생성부에서 생성된 고 수압의 물이 수력 발전기를 전송되는 것을 제어하는 제5밸브(340-1)와, 상기 물 회수 탱크(500-1)의 물을 고 수압 생성부(300-1)로 회수하기 위하여 회수되는 물을 조절하기 위한 제6밸브(350-1)가 구성되고 2대의 탱크로 이루어진 것을 특징으로 하는 스팀 보일러를 이용한 수력 발전 시스템.

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