KR20180078075A - 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기 - Google Patents

자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기 Download PDF

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Abstract

자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기가 개시된다. 본 발명에 따른 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기는, 작동유체가 순환되도록 응축기, 냉매펌프 및 증발기와 연결되어 작동유체를 냉각시키는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기에 있어서, 회전축과, 상기 회전축의 중앙에 서로 대칭으로 배치되며, 터빈배출구가 서로 반대되는 방향으로 배치되는 한 쌍의 터빈과, 상기 회전축과 함께 회전 가능하도록 상기 터빈을 중심으로 상기 회전축의 양측에 각각 결합되고, 상기 회전축에 자성이 제공되는 영구자석이 구비되는 회전자와, 상기 회전자를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어, 그 내주면에는 스테이터 코일이 감기는 복수 개의 코일권선부가 형성되는 고정자와, 상기 고정자의 외주면이 각각 결합되는 하우징을 포함하여 구성된다.
이에 따르면, 증발기와 응축기 사이에 설치되어 터빈으로 인입되는 작동유체가 고정자 및 회전자를 2차 냉각시켜 응축기로 전달함으로 냉각 효율을 향상시키고, 상호 대칭되게 형성되는 터빈이 장동유체가 인입되는 위치에 구비되어 발전기에서 발생되는 축진동을 저감시키며, 발전기의 내측에 구비되어 마그네틱 베어링 역할을 하는 영구자석이 구비되어 회전축과 상호 이격된 거리를 유지시키는 효과가 있다.

Description

자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기{Self-cooling And Lubricated Center-symmetric Organic Rankine Cycle Turbine Generator}
본 발명은 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증발기와 응축기 사이에 설치되어 증발기를 통해 인입되는 작동유체가 고정자 및 회전자를 2차 냉각시켜 냉각 효율을 향상시키며, 작동유체가 인입되는 위치에 상호 대칭되게 터빈이 형성되어 축진동을 저감시키고, 발전기의 내측에 구비되는 영구자석으로 인해 회전축과 상호 이격되어 마그네틱 베어링기능을 가능하게 하는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기에 관한 것이다.
일반적으로 유기랭킨사이클(ORC : Organic Rankine Cycle)은 유기매체를 작동유체로 사용하는 랭킨사이클(Rankine Cycle)로서 비교적 저온의 온도 범위 (60℃~200℃)의 열원을 회수하여 전기를 생산하는 시스템이다.
또한 유기랭킨사이클에 구비되는 터빈(Turbine)은 유체가 가지는 에너지를 기계적인 일로 전환시키는 회전형 장치를 말하며, 증기 터빈이라 함은 상대적으로 고온, 고압의 증기를 터빈 내부로 분사하여 터빈 블레이드(blade)에 전달되는 증기의 에너지를 기계적인 일로 전환하고, 상대적으로 저온, 저압의 증기를 배출하는 장치를 말한다.
증기 터빈을 비롯한 일반적인 터빈은, 작동유체의 유동으로부터 모든 매커니즘이 비롯되는 본질적인 특성상, 작동유체가 유입되는 터빈 후면 압력이 작동유체가 배출되는 터빈 전면 압력보다 높게 형성되어 압력차에 따른 축하중이 발생되게 되는데, 터빈에서 발생되는 이러한 축하중을 지지하기 위하여, 터빈에 연결된 회전축의 축방향에 수직한 스러스트 베어링(thrust bearing)을 두거나, 축방향 하중을 분담하는 볼 베어링(ball bearing)을 두는 것이 일반적이다. 그러나 과도한 축하중이 발생될 경우, 베어링의 증가된 마찰에 의하여, 심지어는 베어링의 손상에 의하여 터빈 및 발전기의 회전체 전체에 파손을 일으켜 큰 손실이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 파손 문제를 근본적으로 방지하기 위하여, 축방향의 하중을 구조적으로 상쇄시킬 필요성이 요구며 지지 하중의 범위가 낮은 증기 베어링을 이용하는 경우, 그 파손의 문제는 더욱 심각하게 된다.
그런데 현재 작동유체가 유입되는 위치에 터빈을 상호 대칭되게 한 쌍으로 배치하여 터빈에서 발생되는 축하중을 저감 시키면서 발전기의 냉각효율을 증가시키는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기의 필요성이 대두하여 이에대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
기존 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기의 종래 기술로서, 대한민국 공개특허 제 2012-0058582호(2012.06.07)를 통해 엔진으로부터 폐기되는 에너지를 전력으로서 재생 및 회수하는 엔진 폐열 회수 발전 터보 시스템 및 이것을 구비한 왕복동 엔진 시스템이 제안된바 있다.
그러나 이러한 엔진 폐열 회수 발전 터보 시스템 및 이것을 구비한 왕복동 엔진 시스템은 엔진으로부터 폐기되는 에너지를 전력으로서 재생 및 회수하는 것에만 그칠뿐 터빈의 주축을 지지하는 베어링이 스러스트 베어링으로 구비되어 과도한 축하중의 발생시 베어링이 손상되거나 터빈 및 발전기의 회전체 전체에 파손을 일으킬 수 있는 문제가 있어 비효율 적이다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 증발기와 응축기 사이에 설치되어 증발기를 통해 인입되는 작동유체가 냉각 유료를 통해 고정자 및 회전자를 2차 냉각시켜 순환시킴으로 냉각 효율을 향상시키고, 증발기로부터 작동유체가 인입되는 위치에 상호 대칭되게 터빈이 형성되어 터빈의 회전으로 인한 축진동을 저감시키며, 마그네틱 베어링 기능을 하는 영구자석이 발전기의 내측에 구비되어 회전축과의 이격거리를 유지시키는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적은, 작동유체가 순환되도록 응축기, 냉매펌프 및 증발기와 연결되어 고정자 및 회전자를 냉각시키는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기에 있어서, 회전축과, 상기 회전축의 중앙에 서로 대칭으로 배치되며, 터빈배출구가 서로 반대되는 방향으로 배치되는 한 쌍의 터빈과, 상기 회전축과 함께 회전 가능하도록 상기 터빈을 중심으로 상기 회전축의 양측에 각각 결합되고, 상기 회전축에 자성이 제공되는 영구자석이 구비되는 회전자와, 상기 회전자를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어, 그 내주면에는 스테이터 코일이 감기는 복수 개의 코일권선부가 형성되는 고정자와, 상기 고정자의 외주면이 각각 결합되는 하우징을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 하우징은, 상기 증발기로부터 연결되어 상기 하우징의 내부로 작동유체를 각각 유입하는 제 1작동유체 유입구와, 상기 고정자의 외측에 형성되고, 상기 제 1작동유체 유입구를 통해 유입되는 작동유체가 통과하는 제 1냉각유로와, 상기 제 1냉각유로를 통과하여 상기 고정자의 냉각을 마친 작동유체를 외부로 배출하는 제 1작동유체 배출구를 각각 포함한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 하우징은, 상기 증발기로부터 연결되어 각각의 상기 터빈으로 작동유체를 유입하는 제 2작동유체 유입구와, 상기 터빈배출구로부터 연장되어 상기 고정자 및 회전자 사이를 지나는 제 2냉각유로와, 상기 제 2냉각유로의 출구로부터 응축기로 연결되며 상기 고정자 및 회전자의 냉각을 마친 작동유체를 상기 응축기로 배출하는 제 2작동유체 배출구를 각각 포함하고, 상기 제 2작동유체 유입구는 상기 제 1작동유체 배출구와 연통되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 회전축의 양측에는 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링이 구비되고, 상기 베어링은 공기베어링인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 회전축의 내부에는 상기 회전축의 길이방향으로 상기 제 2작동유체 유입구를 통해 유입된 작동유체가 통과하는 축통로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 증발기와 응축기 사이에 설치되어 터빈으로 인입되는 작동유체가 고정자 및 회전자를 2차 냉각시켜 응축기로 전달함으로 냉각 효율을 향상시키고, 상호 대칭되게 형성되는 터빈이 장동유체가 인입되는 위치에 구비되어 발전기에서 발생되는 축진동을 저감시키며, 발전기의 내측에 구비되어 마그네틱 베어링 역할을 하는 영구자석이 구비되어 회전축과 상호 이격된 거리를 유지시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기를 나타낸
도 2는 본 발명에 따른 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기를 나타낸
도 3은 본 발명에 따른 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기를 나타낸
도 4는 본 발명에 따른 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기를 나타낸
도 5는 본 발명에 따른 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기를 나타낸
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며 이는 해당 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
또한, 하기에서 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.
후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기(1)는, 작동유체가 순환되도록 응축기(3), 냉매펌프(4) 및 증발기(5)와 연결되어 작동유체를 냉각시키는 것으로, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 회전축(100)과, 상기 회전축(100)의 중앙에 서로 대칭으로 배치되며, 터빈배출구(210)가 서로 반대되는 방향으로 배치되는 한 쌍의 터빈(200)과, 상기 회전축(100)과 함께 회전 가능하도록 상기 터빈(200)을 중심으로 상기 회전축(100)의 양측에 각각 결합되고, 상기 회전축(100)에 자성이 제공되는 영구자석(310)이 구비되는 회전자(300)과, 상기 회전자(300)를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어, 그 내주면에는 스테이터 코일이 감기는 복수 개의 코일권선부(410)가 형성되는 고정자(400)와, 상기 고정자(400)의 외주면이 각각 결합되는 하우징(500)을 포함한다.
여기서 회전축(100)은 상기 응축기(3), 냉매펌프(4) 및 증발기(5)를 순차적으로 통과하며 순환하는 작동유체가 유입되는 하기에서 설명하려는 제 2작동유체 유입구(420)를 중심으로 양측이 터빈발전기의 길이 방향으로 연장되어 구동력의 전달에 의해 양측이 동일하게 회전되도록 구비된다.
상기 회전축(100)의 양측에는 공기베어링(110)이 구비되는데, 이 공기베어링(110)은 상기 회전축(100)의 양측에 상기 회전축(100)을 회전가능하게 지지하는 베어링이 구비되는 것으로, 상기 베어링의 측면을 관통하는 복수 개의 구멍이 구비되며, 상기 베어링의 구멍을 통하여 상기 회전축(100)과 접촉하는 상기 베어링의 내주면으로 작동유체 또는 공기가 유입되어 고속 회전하는 상기 회전축(100)과 상기 공기베어링(110)의 접촉면에 분사됨으로서 상기 회전축(100)과 상기 공기베어링(110)에 가해지는 마찰을 줄여주며 축의 부상 및 자가윤활 효과가 발생되도록 구비된다.
상기 공기베어링(110)은 공기가 상기 공기베어링(110)의 내주면으로 인입되어 윤활유 역활을 함으로 회전축(100)에서 발생되는 축하중을 현격히 상쇄할 수 있고, 상기 공기베어링(110)은 상기 베어링으로서 비교적지지 하중의 범위가 낮은 증기베어링 또는 가스베어링일 수 있다.
상기 회전축(100)의 내부에는 축통로(120)가 구비되는데, 이 축통로(120)는 상기 회전축(100)의 내측에 상기 회전축(100)의 길이방향으로 상기 제 2작동유체 유입구(420)를 통해 유입된 작동유체가 통과하는 것으로, 고속회전 되는 회전축(100)에서 발생되는 열을 저감시키도록 구비된다.
전술한 회전축(100)의 중앙에는 한 쌍의 터빈(200)이 구비되는데, 이 터빈(200)은 상기 회전축(100)의 중앙에 서로 대칭으로 배치되며, 터빈배출구(210)가 서로 반대되는 방향으로 배치되는 것으로, 상기 작동유체순환로(6)를 따라 순환하는 작동유체가 메인유입구(7)로 유입되면 상기 터빈(200)의 회전력에 의해 하기에서 설명하려는 제 2작동유체 유입구(420)로 유입되도록 하며, 축하중을 저감시키도록 상호 대칭을 이루는 상기 터빈(200)이 상호 반대방향으로 배치되어 작동되도록 구비된다.
한편, 축하중을 효율적으로 상쇄시키기 위하여 한 쌍의 터빈(200)은 동일한 크기로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 각 터빈(200)에 유입되는 작동유체의 유량 및 압력 구배가 동일한 경우를 전제로 한 것으로 만약 유입되는 작동유체의 유량 및 압력 구배가 다를 경우 상호 동일한 크기의 축하중을 발생할 수 있도록 터빈(200)의 크기를 각각 다르게 마련하는 것도 고려할 수 있다.
전술한 회전축(100)의 외주면에는 회전자(300)가 구비되는데, 이 회전자(300)는 상기 회전축(100)과 함께 회전가능하도록 상기 터빈(200)을 중심으로 상기 회전축(100)의 양측에 각각 결합되고, 상기 회전축(100)에 자성이 제공되는 영구자석(310)이 구비되는 것으로, 상기 회전축(100)의 외주면에 구비되어 상기 회전축(100)과함께 회전되며, 하기에서 설명하려는 고정자(400)와의 이격거리를 유지시키도록 영구자석(310)이 구비된다.
상기 회전자(300)의 외측으로 이격되어 고정자(400)가 구비되는데, 이 고정자(400)는 상기 회전자(300)를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어, 그 내주면에는 스테이터 코일이 감기는 복수 개의 코일권선부(410)가 형성되는 것으로, 상기 회전축(100) 중앙에 구비되는 상기 터빈(200)에 작동유체가 충돌하여 상기 터빈(200)의 회전력이 상기 회전축(100)으로 인가되어 고속 회전하면 상기 영구자석(310)이 회전하면서 자기력을 상기 코일권선부(410)에 인가시켜 전기를 발생시키도록 구비된다.
상기 영구자석(310)은 회전축(100)의 외주면에 하나 또는 복수 개가 배열되어 제공될 수 있다.
전술한 고정자(400)의 외주면을 커버하도록 하우징(500)이 구비되는데, 이 하우징(500)은 상기 고정자(400)의 외주면이 각각 결합되는 것으로, 작동유체의 이탈을 방지하며, 작동유체가 상기 증발기(5)에서 응축기(3)로 순환되는 경로를 제공하도록 구비된다.
상기 하우징(500)에는 제 1작동유체 유입구(510)가 구비되는데, 이 제 1작동유체 유입구(510)는 상기 증발기(5)로부터 연결되어 상기 하우징(500)의 내부로 작동유체를 각각 유입하는 것으로, 상기 작동유체순환로(6)를 따라 순환하면서 상기 증발기(5)를 통해 유입되는 작동유체의 일부분이 상기 제 1작동유체 유입구(510)로 유입될 수 있게 구비된다.
상기 제 1작동유체 유입구(510)를 통해 유입된 작동유체는 제 1냉각유로(520)로 유입되는데, 이 제 1냉각유로(520)는 상기 고정자(400)의 외측에 형성되고, 상기 제 1작동유체 유입구(510)를 통해 유입되는 작동유체가 통과하는 것으로, 상기 고정자(400)의 외측과 상기 하우징(500)의 내측 사이에 구비되어 상기 제 1작동유체 유입구(510)를 통해 유입되어 고정자를 1차 냉각시키도록 구비된다.
상기 제 1냉각유로(520)를 통해 유입되는 작동유체는 제 1작동유체 배출구(530)를 통해 배출되는데, 이 제 1작동유체 배출구(530)는 상기 제 1냉각유로(520)를 통과하여 상기 고정자(400)의 냉각을 마친 작동유체를 외부로 배출하는 것으로, 1차 냉각을 마친 작동유체는 하기에서 설명하려는 제 2작동유체 유입구(420)로 유입되도록 상기 제 1작동유체 배출구(530)를 통해 배출된다.
한편, 상기 제 1냉각유로(520)는 고정자(400)의 외주면과 내주면 사이의 일부 면이 상기 고정자(400)의 길이방향으로 관통되어 형성될 수 있으며, 단면도에서는 원형으로 형성되지만 원형뿐만 아니라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만 제 1냉각유로(520)를 통과한 작동유체가 원활하게 제 1작동유체 배출구(530)로 배출될 수 있도록 상기 하우징(500) 또는 고정자(400)에 상기 제 1작동유체 배출구(530)와 상기 제 1냉각유로(520)를 서로 연결하는 원주방향의 오목한 홈이 형성될 수 있고, 상기 오목한 홈은 고리 형태로 이루질 수 있다.
상기 하우징(500)의 내측에는 제 2작동유체 유입구(420)가 구비되는데, 이 제 2작동유체 유입구(420)는 상기 증발기(5)로부터 연결되어 각각의 상기 터빈(200)으로 작동유체를 유입하는 것으로, 상기 작동유체순환로(6)를 순환하는 작동유체가 상기 증발기(5)를 통해 메인유입구(7)로 유입되면 상기 터빈(200)을 회전시키면서 상기 제 2작동유체 유입구(420)로 유입되도록 구비된다.
이때 상기 제 2작동유체 유입구(420)로 유입된 작동유체는 상기 제 1작동유체 배출구(530)에서 배출되는 1차 냉각을 마친 작동유체와 혼합되어 상기 터빈(200)으로 유입되도록 구비된다.
상기 제 2작동유체 유입구(420)를 통해 유입된 작동유체가 고정자(400) 및 회전자(300)를 2차 냉각시키도록 제 2냉각유로(430)가 구비되는데, 이 제 2냉각유로(430)는 상기 터빈배출구(210)로부터 연장되어 상기 고정자(400) 및 회전자(300) 사이를 지나는 것으로, 상기 제 2작동유체 유입구(420)를 통해 유입되는 작동유체가 상기 고정자(400) 및 회전자(300)를 2차 냉각하도록 구비된다.
상기 제 2냉각유로(430)를 통과한 작동유체는 제 2작동유체 배출구(440)로 배출되는데, 이 제 2작동유체 배출구(440)는 상기 제 2냉각유로(430)의 출구로부터 응축기(3)로 연결되며 냉각을 마친 작동유체를 상기 응축기(3)로 배출하는 것으로, 상기 제 2냉각유로(430)를 통해 상기 고정자(400) 및 회전자(300)의 2차 냉각을 마친 작동유체는 상기 응축기(3)로 유입되도록 구비된다.
상기 제 2작동유체 유입구(420)는 1차 냉각된 작동유체가 배출되는 상기 제 1작동유체 배출구(530)와 연통되어 서로 다른 온도의 작동유체가 상호 혼합되어 상기 터빈(200)으로 유입되도록 구비된다.
상기 적용된 작동유체는 Difluoromethane로 일반적으로 R32라고 불리며, 녹는점이 -136도 끓는점이 -51.6도로 매우 저온의 증발온도를 가지고, ASHRAE classification이 A2L 등급으로 약간의 화염성을 갖는 성질이 있다.
상기 R32가 적용된 작동유체는 675의 GWP와 0의 ODP로 친환경 냉매로 적용되며, 열전도율과 같은 물리적 성질이 우수하여 발전 효율이 높으며, 고압 냉매로 전체 플랜트 체적이 적다
한편 작동유체는 R32뿐만 아니라 R245fa, R717, R1234yf, R1234ze 중 선택되는 어느 한가지로 대체되어 이용될 수 있다.
이와 같이 구성된 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일실시예에 따른 회전축(100)은 제 2작동유체 유입구(420)를 중심으로 양측이 터빈발전기의 길이 방향으로 연장되는 것으로, 회전체의 외주면에 각각 구비되는 회전자(300)와 회전축(100)의 중심에 구비되는 각각의 터빈(200)이 동일하게 회전되도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 회전축(100)의 양측에 구비되는 공기베어링(110)은 회전축(100)의 회전이 가능하게 지지하는 것으로, 공기베어링(110)의 내주면으로 인입되는 냉매 증기가 윤활유 역화을하여 축하중에 발생되는 축하중을 저감 시키며, 회전축(100)과 상기 공기베어링(110)에 가해지는 마찰을 현저하게 줄여주는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 터빈(200)은 회전축(100)의 중앙에 서로 대칭으로 구비되면서 터빈배출구(210)가 서로 반대되는 방향으로 배치되는 것으로, 회전축(100)의 중앙에는 한 쌍의 터빈(200)이 구비되어 작동유체의 순환 효율을 증가시키며, 축하중을 저감 시키는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 회전자(300)는 회전축(100)의 외주면에 각각 결합되어 자성이 제공되는 영구자석(310)이 구비되는 것으로, 회전축(100)과 함께 회전되면서 영구자석(310)의 자성으로 인해 고정자(400)와 이격된 거리가 유지되는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 고정자(400)는 회전자(300)의 외측으로 이격되어 복수 개의 코일권선부(410)가 구비되는 것으로, 작동유체가 터빈(200)으로 인입되어 회전축(100)이 고속회전하면 영구자석(310)과 코일권선부(410)에서 발생되는 자기력으로 인해 전기가 발생한다.
본 발명의 일실시예에 따른 하우징(500)은 고정자(400)의 외주면에 결합되는 것으로, 작동유체의 이동경로를 제공함과 동시에 작동유체가 이탈되는 것을 방지한다.
본 발명의 일실시예에 따른 제 1작동유체 유입구(510)는 증발기(5)를 통해 유입되는 작동유체의 일부분이 유입되는 것으로, 작동유체가 고정자(400)를 1차 냉각시키기 위해 제 1냉각유로(520)로 안내시키는 역할을 한다.
상기 제 1작동유체 유입구(510)를 통해 유입된 작동유체는 제 1냉각유로(520)로 유입되어 고정자(400)를 냉각시키는 것으로, 제 1냉각유로(520)를 통해 유입되는 작동유체가 고정자(400)를 1차 냉각시키도록 한다.
상기 제 1냉각유로(520)를 통해 유입되는 작동유체는 제 1작동유체 배출구(530)를 통해 배출되는 것으로, 1차 냉각을 마친 작동유체는 제 1작동유체 배출구(530)를 통해 배출되며, 제 1작동유체 배출구(530)는 제 2작동유체 배출구(440)와 연통되어 제 1작동유체 배출구(530)를 통해 배출되는 1차 냉각을 마친 작동유체가 제 2작동유체 배출구(440)를 통해 유입되는 작동유체와 상호 혼합되어 터빈(200)으로 유입된다.
본 발명의 일실시예에 따른 제 2작동유체 유입구(420)는 증발기(5)를 통해 유입되는 작동유체가 메인유입구(7)를 통해 유입되어 제 1작동유체 배출구(530)를 통해 배출되는 1차 냉각을 마친 작동유체와 상호 혼합되어 터빈(200)으로 작동유체가 유입되도록 한다.
상기 제 2작동유체 유입구(420)를 통해 유입된 작동유체는 제 2냉각유로(430)로 유입되면서 고정자(400) 및 회전자(300)를 2차 냉각시키는 것으로, 터빈(200)을 통해 제 2냉각유로(430)로 유입되는 작동유체가 고정자(400) 및 회전자(300)를 2차 냉각시킴으로 냉각효율이 향상되는 효과가 있다.
상기 제 2냉각유로(430)를 통해 2차 냉각을 마친 작동유체는 제 2작동유체 배출구(440)를 통해 배출되어 응축기(3)로 유입되는 것으로, 2차 냉각된 작동유체가 작동유체순환로(6)를 따라 응축기(3), 냉매펌프(4) 및 증발기(5)를 순차적으로 순환하도록 제 2작동유체 배출구(440)에서 배출한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기(1)를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
3 : 응축기 4 : 냉매펌프
5 : 증발기 6 : 작동유체순환로
7 : 메인유입구 100 : 회전축
110 : 공기베어링 120 : 축통로
200 : 터빈 210 : 터빈배출구
300 : 회전자 310 : 영구자석
400 : 고정자 410 : 코일권선부
420 : 제 2작동유체 유입구 430 : 제 2냉각유로
440 : 제 2작동유체 배출구 500 : 하우징
510 : 제 1작동유체 유입구 520 : 제 1냉각유로
530 : 제 1작동유체 배출구

Claims (5)

  1. 작동유체가 순환되도록 응축기, 냉매펌프 및 증발기와 연결되어 고정자 및 회전자를 냉각시키는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기에 있어서,
    회전축;
    상기 회전축의 중앙에 서로 대칭으로 배치되며, 터빈배출구가 서로 반대되는 방향으로 배치되는 한 쌍의 터빈;
    상기 회전축과 함께 회전 가능하도록 상기 터빈을 중심으로 상기 회전축의 양측에 각각 결합되고, 상기 회전축에 자성이 제공되는 영구자석이 구비되는 회전자;
    상기 회전자를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어, 그 내주면에는 스테이터 코일이 감기는 복수 개의 코일권선부가 형성되는 고정자; 및
    상기 고정자의 외주면이 각각 결합되는 하우징을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 증발기로부터 연결되어 상기 하우징의 내부로 작동유체를 각각 유입하는 제 1작동유체 유입구와,
    상기 고정자의 외측에 형성되고, 상기 제 1작동유체 유입구를 통해 유입되는 작동유체가 통과하는 제 1냉각유로; 및
    상기 제 1냉각유로를 통과하여 냉각을 마친 작동유체를 외부로 배출하는 제 1작동유체 배출구를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 증발기로부터 연결되어 각각의 상기 터빈으로 작동유체를 유입하는 제 2작동유체 유입구와,
    상기 터빈배출구로부터 연장되어 상기 고정자 및 회전자 사이를 지나는 제 2냉각유로; 및
    상기 제 2냉각유로의 출구로부터 응축기로 연결되며 냉각을 마친 작동유체를 상기 응축기로 배출하는 제 2작동유체 배출구를 각각 포함하고,
    상기 제 2작동유체 유입구는 상기 제 1작동유체 배출구와 연통되는 것을 특징으로 하는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기.

  4. 제 3항에 있어서,
    상기 회전축의 양측에는 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링이 구비되고, 상기 베어링은 공기베어링인 것을 특징으로 하는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회전축의 내부에는 상기 회전축의 길이방향으로 상기 제 2작동유체 유입구를 통해 유입된 작동유체가 통과하는 축통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 자가 냉각 윤활형 유기 랭킨 사이클 터빈발전기.
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