KR20190080683A - Waste Heat Power Generation System Including Device Absorbing Vibration - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 폐열을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system, and more particularly, to a power generation system using waste heat.
기존의 스팀발전에 비해 낮은 온도의 열원을 이용하는 중저온 발전 시스템이 개발 및 확대되고 있다. 낮은 온도에서 발전하기 위해서는 낮은 온도에서 끓는 점을 갖는 작동유체가 이용된다. 작동유체의 특성 또는 발전 시스템의 구성에 따라 중저온 발전 시스템은 카리나 사이클 (Kalina Cycle), 우에하라 사이클(Uehara Cycle), 유기랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle: ORC)로 구분된다. 이중 카리나 사이클과 우에하라 사이클은 작동유체로서 암모니아와 물의 혼합물을 사용한다. A low-temperature power generation system using a low-temperature heat source compared to conventional steam power generation has been developed and expanded. To develop at low temperatures, a working fluid with boiling point at low temperature is used. Depending on the nature of the working fluid or the configuration of the power generation system, the low-power generation system is divided into the Kalina Cycle, the Uehara Cycle, and the Organic Rankine Cycle (ORC). The double carina cycle and Uehara cycle use a mixture of ammonia and water as the working fluid.
도 1에 일반적인 카리나 사이클이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 카리나 사이클(100)은 펌프(110), 예열기(120), 증발기(130), 기액분리기(140), 터빈(150), 발전기(160), 및 응축기(170)를 포함한다.A typical Carina cycle is shown in Fig. 1, a
펌프(110)는 작동유체를 가압하여 예열기(120)로 토출한다. 예열기(120)는 펌프(110)로부터 토출되는 고압의 작동유체를 예열하여 증발기(130)로 공급한다. 증발기(130)는 열원을 이용하여 작동유체에 열을 가하여 작동유체를 고온고압의 기체로 상변화시킨다. 기액분리기(140)는 증발기(130)로부터 공급되는 고온고압의 기체를 암모니아가 주성분인 기체상태의 작동유체와 물이 주성분인 액체상태의 작동유체로 분리시킨다.The
터빈(150)은 기액분리기(140)에서 공급되는 기체상태의 작동유체에 의해 회전하여 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 터빈(150)에 연결된 발전기(160)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환한다. 한편, 기액분리기(140)에서 분리된 액체상태의 작동유체는 열교환된 후 터빈(150)을 통과하고 나온 기체상태의 작동유체와 다시 혼합된다. 응축기(170)는 혼합된 작동유체를 액체상태로 상변화하여 펌프(110)로 공급한다.The
도 1에 도시된 바와 같은 복수개의 모듈들(110~170)로 구성되는 발전시스템은 일반적으로 제한된 공간 내에 설치되어야 하는데, 각 모듈들(110~170)의 크기 및 각 모듈(110~170)을 연결시키기 위한 다수의 배관으로 인해 발전시스템의 설치를 위해 요구되는 면적이 증가할 수 밖에 없다는 문제점이 있다. The power generation system including the plurality of
또한, 도 1에 도시된 바와 같은 발전 사이클의경우 기액분리기(140)에서 분리된 액체상태의 작동유체와 터빈(150)을 통과한 기체상태의 작동유체가 배관내부에서 혼합되어 응축기(170)로 유입될 수 밖에 없기 때문에 급격한 상 변화에 따른 햄머링(Hammering) 현상이 발생하거나, 소음 및 진동이 발생하게 되므로 발전시스템의 운전의 불안정해진다는 문제점이 있다.1, the working fluid in the liquid state separated from the gas-
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발전시스템을 구성하는 각 모듈들이 다층구조로 배치된 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a waste heat power generation system including a vibration absorbing device in which each module constituting a power generation system is arranged in a multi-layered structure.
또한, 본 발명은 폐열발전시스템에서 발전유닛과 응축유닛을 응축드럼보다 높은 층에 배치할 수 있는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템을 제공하는 것을 다른기술적 특징으로 한다. The present invention also provides a waste heat power generation system including a vibration absorption device capable of placing a power generation unit and a condensation unit in a higher layer than a condensation drum in a waste heat generation system.
또한, 본 발명은 고속 회전체인 발전유닛의 진동을 방지할 수 있는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템을 제공하는 것을 또 다른 기술적 특징으로 한다.It is another technical feature of the present invention to provide a waste heat power generation system including a vibration absorption device capable of preventing vibration of a power generation unit that is a high-speed rotation body.
또한, 본 발명은 발전유닛과 응축유닛 사이에 흡수유닛이 구비된 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템을 제공하는 것을 또 다른 기술적 특징으로 한다.It is another technical feature of the present invention to provide a waste heat power generation system including a vibration absorber having an absorption unit between a power generation unit and a condensation unit.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템은, 작동유체를 가압하는 압축유닛; 상기 압축유닛에 의해 가압된 작동유체를 가열하는 가열유닛; 상기 가열유닛에 의해 가열된 작동유체를 이용하여 에너지를 발생시키는 발전유닛; 상기 발전유닛에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축유닛; 상기 응축된 작동유체를 보관하고, 상기 응축된 작동유체를 토출배관을 통해 상기 압축유닛으로 공급하는 응축드럼; 및 상기 압축유닛, 가열유닛, 발전유닛, 응축유닛, 및 응축드럼을 다층 구조로 설치하기 위한 복수개의 프레임으로 구성된 설치부재를 포함하고, 상기 응축드럼은 상기 복수개의 프레임 중 제1 단 프레임에 설치되고, 상기 발전유닛 및 상기 응축유닛은 상기 복수개의 프레임 중 상기 제1 단 프레임 상부에 배치된 제2 단 프레임에 설치되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a waste heat power generation system including a vibration absorption apparatus, including: a compression unit that pressurizes a working fluid; A heating unit for heating the working fluid pressurized by the compression unit; A power generating unit for generating energy using a working fluid heated by the heating unit; A condensing unit for condensing the working fluid discharged from the power generating unit; A condensing drum for storing the condensed working fluid and supplying the condensed working fluid to the compression unit through a discharge pipe; And an installation member composed of a plurality of frames for installing the compression unit, the heating unit, the power generation unit, the condensation unit, and the condensation drum in a multi-layered structure, wherein the condensation drum is installed in the first stage frame And the power generation unit and the condensation unit are installed in a second stage frame disposed above the first stage frame among the plurality of frames.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템은, 작동유체를 가압하는 압축유닛; 상기 압축유닛에 의해 가압된 작동유체를 가열하는 가열유닛; 상기 가열유닛에 의해 가열된 작동유체를 기체성분의 작동유체와 액체성분의 작동유체로 분리하는 기액분리유닛; 상기 기체성분의 작동유체를 이용하여 에너지를 발생시키는 발전유닛; 상기 발전유닛에서 배출되는 기체성분의 작동유체와 상기 액체성분의 작동유체가 혼합되는 흡수유닛; 및 상기 흡수유닛에 의해 혼합된 작동유체를 응축시키는 응축유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a waste heat generation system including a vibration absorption apparatus, including: a compression unit that pressurizes a working fluid; A heating unit for heating the working fluid pressurized by the compression unit; A gas-liquid separation unit which separates the working fluid heated by the heating unit into a working fluid of a gas component and a working fluid of a liquid component; A power generating unit generating energy using the working fluid of the gas component; An absorption unit in which a working fluid of a gas component discharged from the power generating unit and a working fluid of the liquid component are mixed; And a condensing unit for condensing the working fluid mixed by the absorption unit.
본 발명에 따르면 폐열발전시스템을 구성하는 각 모듈들을 다층구조로 배치할 수 있기 때문에 제한된 공간 내에 폐열발전시스템을 효율적으로 설치할 수 있고, 이로 인해 폐열발전시스템의 설치를 위해 요구되는 면적을 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, since the modules constituting the waste heat power generation system can be arranged in a multi-layer structure, the waste heat power generation system can be efficiently installed in a limited space, thereby reducing the area required for installing the waste heat power generation system .
또한, 본 발명에 따르면 발전유닛과 응축유닛이 응축드럼보다 높은 층에 배치되기 때문에 발전유닛 내부에 잔류하는 작동유체를 완전하게 배출(Drain)할 수 있어, 시운전에 따른 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 고속으로 회전되는 발전유닛의 블레이드 손상을 방지할 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, since the power generating unit and the condensing unit are disposed in a higher layer than the condensing drum, the working fluid remaining in the power generating unit can be drained completely, thereby reducing the time required for trial operation , It is possible to prevent damage to the blade of the power generating unit rotated at a high speed.
또한, 본 발명에 따르면 진동방지장치를 발전유닛의 하부에 배치함으로써 발전유닛의 동작시 발생되는 진동을 흡수할 수 있다는 효과가 있다.Further, according to the present invention, there is an effect that the vibration preventing device can be absorbed by the vibration generated during operation of the power generating unit by disposing the vibration preventing device under the power generating unit.
또한, 본 발명에 따르면 발전유닛과 응축유닛 사이에 흡수유닛을 설치함으로써 작동유체의 상변화에 따른 햄머링 현상 및 소음/진동 발생을 감소킬 수 있어 발전출력을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.Further, according to the present invention, by providing the absorption unit between the power generation unit and the condensation unit, it is possible to reduce the hammering phenomenon and the noise / vibration generation due to the phase change of the working fluid, thereby improving the power generation output.
이외에도, 본 발명에 따르면 중저온 배열원의 경제적 이용 및 상용화가 가능하고, 유지보수비용의 절감으로 생산성을 향상시킬 수 있으며, 중저온 발전 배열회수 기술의 자력 엔지니어링 능력을 확보할 수 있다는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to economically use and commercialize a low-temperature array source, to improve productivity by reducing maintenance cost, and to secure the magnetic engineering ability of the low-temperature power generation array recovery technology .
도 1은 일반적인 카리나 사이클을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조로 설치된 폐열발전시스템의 발전싸이클을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 폐열발전시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 발전유닛을 제1 단 프레임에 설치한 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 발전유닛을 제2 단 프레임에 설치한 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 진동방지장치의 구성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 발전유닛이 지지구조물 및 진동방지장치를 통해 제2 단 프레임에 설치되어 있는 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 복수개의 진동방지장치가 설치된 제2 단 프레임의 일 예를 보여주는 도면이다.Figure 1 is a diagram showing a typical Carina cycle.
2 is a view showing a power generation cycle of a waste heat power generation system installed in a multi-layer structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a configuration of the waste heat power generation system shown in FIG.
4 is a view showing an example in which the power generating unit is installed in the first stage frame.
5 is a view showing an example in which the power generating unit is installed in the second stage frame.
Fig. 6 is a view showing an example of the configuration of the anti-vibration device shown in Fig. 5. Fig.
7 is a view showing an example in which the power generating unit is installed in the second stage frame through the support structure and the anti-vibration device.
8 is a view showing an example of a second stage frame provided with a plurality of anti-vibration devices.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described herein should be understood as follows.
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.The word " first, "" second," and the like, used to distinguish one element from another, are to be understood to include plural representations unless the context clearly dictates otherwise. The scope of the right should not be limited by these terms.
"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.It should be understood that the terms "comprises" or "having" does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.It should be understood that the term "at least one" includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of "at least one of the first item, the second item and the third item" means not only the first item, the second item or the third item, but also the second item and the second item among the first item, Means any combination of items that can be presented from more than one.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조로 설치된 폐열발전시스템의 발전싸이클을 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 폐열발전시스템의 구성을 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a view showing a power generation cycle of a waste heat power generation system installed in a multi-layer structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view showing a configuration of a waste heat power generation system shown in FIG.
도 2에 및 도 3도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층구조로 설치된 폐열발전시스템(200, 이하 "폐열발전시스템"이라 함)은 압축유닛(210), 환열유닛(220), 예열유닛(230), 가열유닛(240), 기액분리유닛(250), 발전유닛(260), 흡수유닛(270), 응축유닛(280), 응축드럼(290), 및 하우징(300)을 포함한다.2 and 3, a waste heat power generation system 200 (hereinafter referred to as a "waste heat power generation system") installed in a multi-layer structure according to an embodiment of the present invention includes a
도 2 및 도 3에서는 환열유닛(220) 및 예열유닛(230)이 필수구성인 것으로 도시하였지만, 폐열발전시스템(200)에 이용되는 작동유체의 타입이나 폐열발전시스템(200)의 조건에 따라서 환열유닛(220) 및 예열유닛(230)은 생략될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 폐열발전시스템(200)이 환열유닛(220) 및 예열유닛(230)을 포함하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.2 and 3 illustrate that the
본 발명의 일 실시예에 따른 폐열발전시스템(200)의 발전 싸이클은 압축유닛(210), 환열유닛(220), 예열유닛(230), 가열유닛(240), 기액분리유닛(250), 발전유닛(260), 흡수유닛(270), 응축유닛(280), 및 응축드럼(290)이 순차적으로 연결된 폐회로로 구성되고, 작동유체가 폐회로를 통해 순환하면서 발전유닛(260)을 통해 에너지를 생산한다.The power generation cycle of the waste heat power generation system 200 according to an embodiment of the present invention includes a
이때, 본 발명에 따른 폐열발전시스템(200)을 순환하는 작동유체는 2 이상의 성분이 함유된 작동유체일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 작동유체는 낮은 끓는점을 가지는 성분과 높은 끓는점을 가지는 성분을 포함하는 다성분 작동유체일 수 있다.At this time, the working fluid circulating through the waste heat power generation system 200 according to the present invention may be a working fluid containing two or more components. In one embodiment, the working fluid according to the present invention may be a multicomponent working fluid comprising a component having a low boiling point and a component having a high boiling point.
일 예로 작동유체는 암모니아수 혼합물, 두 가지 이상의 탄화수소, 두 가지 이상의 프레온, 탄화수소와 프레온 혼합물일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명에 따른 작동유체는 물과 암모니아가 혼합된 암모니아수인 것으로 설명하기로 한다.As an example, the working fluid can be an ammonia water mixture, two or more hydrocarbons, two or more freons, a mixture of hydrocarbons and Freon. Hereinafter, the operating fluid according to the present invention will be described as ammonia water mixed with water and ammonia for convenience of explanation.
압축유닛(210)은 작동유체를 가압한다. 압축유닛(210)은 응축드럼(290)으로부터 토출되는 저온의 작동유체를 압축함으로써, 응축드럼(290)으로부터 토출되는 저온의 작동유체의 압력을 증가시킨다. 압축유닛(210)은 응축드럼(290)과 환열유닛(220) 사이에 위치되게 설치된다. 압축유닛(210)은 가압된 저온의 작동유체를 환열유닛(220)으로 공급한다. 일 실시예에 있어서, 압축유닛(210)은 도 2에 도시된 바와 같이 펌프(WP)로 구현될 수 있다.The
환열유닛(220)은 압축유닛(210)에서 공급되는 저온의 작동유체를 열교환을 통해 1차 예열시킨다. 일 실시예에 있어서, 환열유닛(220)은 흡수유닛(270)에서 배출되는 고온의 작동유체를 열교환매체로 이용하여 압축유닛(210)에서 공급되는 저온의 작동유체를 1차 예열시킬 수 있다. 즉, 환열유닛(220)은 흡수유닛(270)에서 배출되는 고온의 작동유체와 압축유닛(210)에서 공급되는 저온의 작동유체를 열교환시킴에 의해 압축유닛(210)에서 공급되는 저온의 작동유체를 1차 예열시킨다.The
예열유닛(230)은 환열유닛(220)을 통해 1차 예열된 작동유체를 2차 예열시킨다. 일 실시예에 있어서, 예열유닛(230)은 기액분리유닛(250)에 의해 분리된 고온의 액체성분의 작동유체를 열교환 매체로 이용하여 환열유닛(220)을 통해 1차 예열된 작동유체를 2차 예열시킬 수 있다. 즉, 예열유닛(230)은 기액분리유닛(250)으로부터 공급되는 고온의 액체성분의 작동유체와 환열유닛(220)에서 공급되는 1차 예열된 작동유체를 열교환시킴에 의해 환열유닛(220)에서 공급되는 1차 예열된 작동유체를 2차 예열시킨다.The preheating unit (230) secondarily preheats the primary preheated working fluid through the heat transfer unit (220). In one embodiment, the preheating
가열유닛(240)은 예열유닛(230)을 통해 2차 예열된 작동유체를 외부의 열원(242)에서 공급되는 열을 이용하여 증발시킴으로써 작동유체를 고온고압의 기체로 상변화시킨다. 일 실시예에 있어서, 가열유닛(240)은 인공지열수를 열원(242)으로 이용할 수 있다.The
기액분리유닛(250)은 가열유닛(240)으로부터 공급되는 고온고압의 작동유체를 암모니아가 주성분인 기체성분의 작동유체와 물이 주성분인 액체성분의 작동유체로 분리시킨다. 기액분리유닛(250)은 액체성분의 작동유체는 예열유닛(230)으로 공급하고, 기체성분의 작동유체는 발전유닛(260)으로 공급한다.The gas-
발전유닛(260)은 터빈(262) 및 터빈(262)에 연결된 발전기(264)를 포함한다. 터빈(262)은 기액분리유닛(250)에서 공급되는 기체성분의 작동유체에 의해 회전하여 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 터빈(262)에 연결된 발전기(264)는 터빈(262)에 의해 변환된 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환한다.The
흡수유닛(270)은 발전유닛(260)에서 배출된 기체성분의 작동유체와 예열유닛(230)에서 열교환에 이용된 후 배출되는 액체성분의 작동유체를 혼합한다. 흡수유닛(270)에 의해 흡수반응의 촉진이 유도되어 부피변화가 빠르게 유도된다. 이러한 흡수유닛(270)을 통해 급격한 압력변화와 부피변화에서 오는 충격을 흡수하여 작동유체의 흐름을 안정화시키고 설비를 안전하게 운전할 수 있게 된다.The
즉, 일반적인 발전시스템의 경우 별도의 흡수유닛(270)이 구비되지 않기 때문에 배관내부에서 기체성분의 작동유체와 액체성분의 작동유체가 혼합될 수 밖에 없어 급격한 상 변화에 따른 햄머링(Hammering) 현상 및 소음/진동이 발생하게 되므로 운전의 불안정이 발생하게 된다.That is, in the case of a general power generation system, since a
하지만, 본 발명에 따르면 발전유닛(260)의 후단에 기체성분의 작동유체와 액체성분의 작동유체가 혼합될 수 있는 별도의 흡수유닛(270)이 구비하기 때문에 급격한 상 변화에 의한 햄머링 현상 및 소음/진동 발생을 해소할 수 있게 되고, 이에 따라 발전유닛(260)의 발전출력 또한 향상시킬 수 있게 된다.However, according to the present invention, since a
흡수유닛(270)은 혼합된 작동유체를 환열유닛(220)을 통해 저온의 작동유체(압축유닛(210)으로부터 공급된 것임)와 열교환시킨뒤 응축유닛(280)으로 공급한다. 이러한 흡수유닛(270)을 통과함에 의해 작동유체는 기액분리유닛(250)에 의해 분리되기 이전의 작동유체의 상태가 된다.The
응축유닛(280)은 환열유닛(220)에 의해 열교환된 후 출력되는 작동유체를 쿨링타워(282)에서 공급되는 냉각유체를 이용하여 응축시킨다. 일 실시예에 있어서, 응축유닛(280)은 환열유닛(220)에 의해 열교환된 후 출력되는 작동유체와 냉각유체의 열교환을 통해 작동유체를 냉각시킴으로써 작동유체를 액체상태로 상변화시킨다.The condensing
응축드럼(290)은 응축유닛(280)에 의해 액체상태로 상변환된 작동유체가 보관된다. 일 실시예에 있어서, 응축드럼(290)은 액체상태의 작동유체 보관시 액체상태의 작동유체가 응축유닛(280)에 의해 냉각된 상태의 온도로 유지되도록 한다.The condensing
응축드럼(290)에 보관된 액체상태의 작동유체는 응축드럼(290)의 하부에 설치된 토출배관을 통해 압축유닛(210)으로 공급된다. 본 발명에서 액체상태의 작동유체의 토출을 위한 토출배관을 응축드럼(290)의 하부에 설치하는 이유는, 응축드럼(290)의 상부에 토출배관이 설치되는 경우 응축드럼(290)의 상부에 잔존할 수 있는 작동유체의 기체성분이 상부에 설치된 토출배관을 통해 압축유닛(210)으로 공급되어 압축유닛(210)이 손상될 위험이 있기 때문이다.The working fluid in the liquid state stored in the condensing
설치부재(300)는 상술한 각 모듈(210~290)들을 다층구조로 고정설치하기 위한 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 복수개의 프레임(310, 320, 330)을 포함한다. 구체적으로, 설치부재(300)는 제일 하단에 배치된 제1 단 프레임(310), 제1 단 프레임(310)의 상부에 배치된 제2 단 프레임(320), 및 제2단 프레임(320)의 상부에 배치된 제3 단 프레임(330)으로 구성된다.The
제1 단 프레임(310)에는 가압유닛(210), 예열유닛(230), 가열유닛(240), 기액분리유닛(250), 및 응축드럼(290)이 설치된다. 제2 단 프레임(320)에는 발전유닛(260) 및 응축유닛(280)이 설치된다. 제3 단 프레임(330)에는 환열유닛(220) 및 흡수유닛(270)이 설치된다.The
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 폐열발전시스템(200)에서 응축드럼(290)을 제1 단 프레임(310)에 설치하고 응축유닛(280)을 제1 단 프레임보다 높은 제2 단 프레임(320)에 설치하는 이유는 응축유닛(280)을 통해 응축된 작동유체가 응축드럼(290)으로 보다 원활하게 배출되도록 하기 위한 것이다.3, in the waste heat generation system 200 according to the present invention, the condensing
이와 동시에, 본 발명에 따른 폐열발전시스템(200)은 발전유닛(260)으로부터 작동유체의 배출을 원활하게 하기 위해 발전유닛(260)을 응축유닛(280)과 동일한 제2 단 프레임(320)에 배치함으로써 발전유닛(260) 또한 응축드럼(290) 보다 상단에 설치되도록 한다. 이때, 발전유닛(260)을 제2 단 프레임(320)에 설치하는 이유는, 도 4에서 알 수 있듯이 발전유닛(260)이 응축드럼(290)과 동일한 제1 단 프레임(310)에 설치된다면 작동유체가 발전유닛(260)으로부터 배출(Drain)되지 않고 발전유닛(260) 내부에 고여있는 현상이 발생하게 되어 폐열발전시스템(200)의 재가동시 장시간의 예열시간이 요구되고, 발전유닛(260) 내부에 고여 있는 액체로 인하여 터빈(262)의 순간 고속회전시 터빈 블레이드가 소손되는 현상이 발생될 수 있기 때문이다.At the same time, the waste heat power generation system 200 according to the present invention is configured such that the
따라서, 본 발명에 따른 폐열발전시스템(260)에서는 도 5에 도시된 바와 같이 발전유닛(260)을 응축드럼(290)이 설치된 제1 단 프레임(310) 보다 높은 제2 단 프레임(320)에 설치함으로써 전체적으로 고층 저압부에서 저층 고압부로 발전싸이클이 형성되도록 하여 작동유체가 발전유닛(260) 내부에 고여있는 현상이 발생하는 것을 방지하게 된다.5, the
한편, 상술한 바와 같이 발전유닛(260)이 제2 단 프레임(320)에 설치되는 경우 발전유닛(260)의 고속회전으로 인한 진동이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.On the other hand, when the
따라서, 본 발명에 따른 폐열발전시스템(200)은 도 5에 도시된 바와 같이 발전유닛(260)의 진동흡수를 위해 지지구조물(266) 및 진동흡수장치(340)를 추가로 포함할 수 있다.Accordingly, the waste heat power generation system 200 according to the present invention may further include the
지지구조물(266)은 발전유닛(260)의 하부에서 발전유닛(260)을 지지하는 역할을 수행한다.The
진동흡수장치(340)는 지지구조물(266)과 제2 단 프레임(320) 사이에 설치되어 발전유닛(260)에 의해 발생되는 진동을 흡수한다. 본 발명에 따른 진동흡수장치(340)의 구성을 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동흡수장치(340)의 구성을 보여주는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 진동흡수장치(340)는 완충부재(710) 및 하우징(720)을 포함할 수 있다. 또한, 진동흡수장치(340)는 제1 결합부재(730), 제2 결합부재(740), 및 고무패드(750)를 더 포함할 수 있다.6 is a view showing the configuration of a
완충부재(710)는 제2단 프레임(320)과 지지구조물(266) 사이에 배치되어 탄성력에 의해 상하로 이동함으로써 발전유닛(260)의 진동을 흡수한다. 일 실시예에 있어서, 완충부재(710)는 스프링 등으로 구현될 수 있다.The
하우징(720)은 완충부재(710)의 외주부 중 적어도 일부를 감싸도록 형성된다. 일 실시예에 있어서, 하우징(720)은 완충부재(710)와 일체로 형성될 수 있다.The
제1 결합부재(730)는 완충부재(710)의 상부를 지지구조물(266)의 하부에 결합시킨다. 일 실시예에 있어서, 제1 결합부재(730)는 볼트 및 너트 체결을 통해 완충부재(710)의 상부를 지지구조물(266)의 하부에 결합시킬 수 있다.The first engagement member 730 couples the top of the
제2 결합부재(740)는 완충부재(710)의 하부를 제2 단 프레임(320)의 표면에 결합시킨다. 일 실시예에 있어서, 제2 결합부재(740)는 볼트 및 너트 체결을 통해 완충부재(710)의 하부를 제2 단 프레임(320)의 표면부에 결합시킬 수 있다.The second engaging member 740 engages the lower portion of the
고무패드(750)는 제1 결합부재(730)와 지지구조물(266)사이, 또는 완충부재(710)의 상부와 지지구조물(266)사이에 배치되어 발전유닛(260)의 진동에 의한 충격을 흡수한다.The rubber pad 750 is disposed between the first engagement member 730 and the
도 7에 발전유닛(260)이 지지구조물(266) 및 진동방지장치(340)를 통해 제2 단 프레임(320)에 설치되어 있는 예가 도시되어 있다.7 shows an example in which the
한편, 본 발명에 따른 폐열발전시스템(200)은 도 8에 도시된 예에서와 같이 복수개의 진동방지장치(340)를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 복수개의 진동방지장치(340)들은 미리 정해진 간격으로 이격되어 제2 단 프레임(320) 상에 설치됨으로써 발전유닛(260)에 의해 발생되는 진동을 각 진동방지장치(340)들이 분산하여 흡수할 수 있다.Meanwhile, the waste heat power generation system 200 according to the present invention may include a plurality of
한편, 도 2에 도시하지는 않았지만 본 발명에 따른 폐열발전시스템(200)은 폐열발전시스템(200)을 순환하는 작동유체의 농도를 조절하기 위해 센싱유닛(미도시) 및 농도조절장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.2, the waste heat power generation system 200 according to the present invention includes a sensing unit (not shown) and a concentration controller (not shown) for controlling the concentration of the working fluid circulating in the waste heat power generation system 200, As shown in FIG.
센싱유닛은 응축드럼(290)의 하부에 설치되는 순환배관(미도시)을 통해 순한되는 작동유체(응축드럼(290)에서 공급되어 응축드럼(290)으로 공급됨)의 온도 및 밀도를 측정한다. 또한, 센싱유닛은 순환배관을 통해 순환하는 작동유체의 압력을 추가로 측정할 수도 있다.The sensing unit measures the temperature and the density of the working fluid (supplied from the condensing
농도조절장치(미도시)는 센싱유닛에 의해 측정된 작동유체의 온도 및 밀도를 기초로 작동유체의 농도를 산출한다. 또한, 농도조절장치는 센싱유닛에 의해 작동유체의 압력이 추가로 측정된 경우 작동유체의 온도, 밀도, 및 압력을 기초로 작동유체의 농도를 산출할 수 있다.A concentration regulator (not shown) calculates the concentration of the working fluid based on the temperature and density of the working fluid measured by the sensing unit. The concentration regulating device can also calculate the concentration of the working fluid based on the temperature, density, and pressure of the working fluid when the pressure of the working fluid is further measured by the sensing unit.
본 발명에서 농도조절장치를 통해 작동유체의 농도를 산출하는 이유는 암모니아를 포함하는 작동유체를 이용하는 폐열발전시스템의 경우, 페열발전 시스템에 포함된 터빈(262)의 실링부분, 밸브부분, 벤트 설비 등에서 암모니아의 누출(Leak)이 발생할 수 있는데, 암모니아 누출은 작동유체의 농도에 영향을 주며 최종적으로는 발전효율과 발전시간에 악영향을 주게 되기 때문에 작동유체의 농도를 주기적으로 산출함으로써 작동유체의 농도가 변경되는지 여부를 모니터링하기 위한 것이다.The reason for calculating the concentration of the working fluid through the concentration adjusting apparatus in the present invention is that, in the case of a waste heat power generation system using a working fluid containing ammonia, the sealing portion, the valve portion, and the venting portion of the
일 실시예에 있어서, 농도조절장치는 작동유체의 온도 및 밀도가 작동유체의 농도와 매칭되어 저장되어 있는 제1 룩업테이블(미도시) 상에서 센서유닛에 의해 측정된 온도 및 밀도에 매칭되어 있는 농도를 작동유체의 농도로 산출할 수 있다. 한편, 작동유체의 압력에 대한 정보가 추가로 측정된 경우, 농도조절장치는 각 압력별로 분류되어 작성된 복수개의 제1 룩업테이블들 중 측정된 압력에 대응되는 제1 룩업테이블 상에서 측정된 온도 및 밀도에 매칭되어 있는 농도를 작동유체의 농도로 산출한다.In one embodiment, the concentration regulating device includes a concentration (concentration) matching the temperature and density measured by the sensor unit on a first look-up table (not shown) in which the temperature and density of the working fluid are matched with the concentration of the working fluid Can be calculated as the concentration of the working fluid. On the other hand, when information on the pressure of the working fluid is additionally measured, the concentration adjusting device measures the temperature and density measured on the first look-up table corresponding to the measured pressure among the plurality of first look- Is calculated as the concentration of the working fluid.
다른 실시예에 있어서, 농도조절장치는 작동유체의 온도 별로 작동유체 농도가 작동유체의 밀도에 관한 함수식로 표현된 제2 룩업 테이블(미도시)을 이용하여 작동유체의 농도를 산출할 수도 있다. 이와 같이 작동유체의 온도 별로 작동유체 농도가 작동유체의 밀도에 관한 함수식로 표현된 제2 룩업테이블을 이용하여 작동유체의 농도를 산출하게 되면 제1 룩업테이블을 이용하는 경우에 비해 적은 저장공간이 요구된다는 장점이 있다. In another embodiment, the concentration regulating device may calculate the concentration of the working fluid by using a second look-up table (not shown) expressed by a functional expression relating to the density of the working fluid for each working fluid temperature. If the concentration of the working fluid is calculated using the second look-up table in which the working fluid concentration is expressed by a function formula relating to the density of the working fluid, the smaller the storage space is required than the case of using the first lookup table .
한편, 농도조절장치는 산출된 작동유체의 농도가 타겟농도보다 작은 경우 응축드럼(290)에 암모니아를 보충함으로써 작동유체의 농도를 보상한다.On the other hand, the concentration adjusting device compensates the concentration of the working fluid by replenishing ammonia to the condensing
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
200: 폐열발전 작동유체 농도제어장치
210: 압축유닛
220: 환열유닛
230: 예열유닛
240: 가열유닛
250: 기액분리유닛
260: 발전유닛
270: 흡수유닛
280: 응축유닛
290: 응축드럼
300: 설치부재
310: 제1 단 프레임
320: 제2 단 프레임
330: 제3 단 프레임
340: 진동방지장치200: waste heat generation operation fluid concentration control device 210: compression unit
220: heat transfer unit 230: preheating unit
240: heating unit 250: gas-liquid separation unit
260: power generation unit 270: absorption unit
280: condensing unit 290: condensing drum
300: mounting member 310: first stage frame
320: second stage frame 330: third stage frame
340: Anti-vibration device
Claims (13)
상기 압축유닛에 의해 가압된 작동유체를 가열하는 가열유닛;
상기 가열유닛에 의해 가열된 작동유체를 이용하여 에너지를 발생시키는 발전유닛;
상기 발전유닛에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축유닛;
상기 응축된 작동유체를 보관하고, 상기 응축된 작동유체를 토출배관을 통해 상기 압축유닛으로 공급하는 응축드럼; 및
상기 압축유닛, 가열유닛, 발전유닛, 응축유닛, 및 응축드럼을 다층 구조로 설치하기 위한 복수개의 프레임으로 구성된 설치부재를 포함하고,
상기 응축드럼은 상기 복수개의 프레임 중 제1 단 프레임에 설치되고, 상기 발전유닛 및 상기 응축유닛은 상기 복수개의 프레임 중 상기 제1 단 프레임 상부에 배치된 제2 단 프레임에 설치되는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.A compression unit which pressurizes the working fluid;
A heating unit for heating the working fluid pressurized by the compression unit;
A power generating unit for generating energy using a working fluid heated by the heating unit;
A condensing unit for condensing the working fluid discharged from the power generating unit;
A condensing drum for storing the condensed working fluid and supplying the condensed working fluid to the compression unit through a discharge pipe; And
And a mounting member composed of a plurality of frames for installing the compression unit, the heating unit, the power generation unit, the condensing unit, and the condensing drum in a multi-layered structure,
Wherein the condensing drum is installed in a first stage frame of the plurality of frames and the power generating unit and the condensing unit are installed in a second stage frame disposed on the first stage frame among the plurality of frames A waste heat power generation system comprising a vibration absorbing device.
상기 발전유닛의 하부에서 상기 발전유닛을 지지하는 지지구조물; 및
상기 2단 프레임과 상기 지지구조물 사이에 설치되어 상기 발전유닛의 진동을 흡수하는 진동흡수장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템. The method according to claim 1,
A support structure for supporting the power generation unit at a lower portion of the power generation unit; And
Further comprising a vibration absorbing device installed between the two-stage frame and the support structure for absorbing vibration of the power generating unit.
상기 발전유닛의 진동을 흡수하기 위한 완충부재; 및
상기 완충부재의 외주부를 감싸도록 형성된 하우징을 포함하는 진동흡수장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.The method according to claim 1,
A buffer member for absorbing vibration of the power generation unit; And
Further comprising a vibration absorbing device including a housing formed to surround an outer periphery of the buffer member.
상기 가열유닛과 상기 발전유닛 사이에 배치되어 상기 가열유닛에 의해 가열된 작동유체를 기체성분의 작동유체와 액체성분의 작동유체로 분리하고, 상기 기체성분의 작동유체를 상기 발전유닛으로 공급하는 기액분리유닛; 및
상기 발전유닛과 상기 응축유닛 사이에 배치되어 상기 발전유닛에서 배출되는 기체성분의 작동유체와 상기 액체성분의 작동유체를 혼합하여 상기 응축유닛으로 공급하는 흡수유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.The method according to claim 1,
A gas-liquid separator for separating the working fluid, which is disposed between the heating unit and the power-generating unit and heated by the heating unit, into a working fluid of a gas component and a working fluid of a liquid component, A separation unit; And
Further comprising an absorption unit disposed between the power generation unit and the condensation unit and mixing the working fluid of the gas component discharged from the power generation unit with the working fluid of the liquid component and supplying the mixed working fluid to the condensation unit. The system comprising:
상기 압축유닛에 의해 가압된 작동유체를 가열하는 가열유닛;
상기 가열유닛에 의해 가열된 작동유체를 기체성분의 작동유체와 액체성분의 작동유체로 분리하는 기액분리유닛;
상기 기체성분의 작동유체를 이용하여 에너지를 발생시키는 발전유닛;
상기 발전유닛에서 배출되는 기체성분의 작동유체와 상기 액체성분의 작동유체가 혼합되는 흡수유닛; 및
상기 흡수유닛에 의해 혼합된 작동유체를 응축시키는 응축유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.A compression unit which pressurizes the working fluid;
A heating unit for heating the working fluid pressurized by the compression unit;
A gas-liquid separation unit which separates the working fluid heated by the heating unit into a working fluid of a gas component and a working fluid of a liquid component;
A power generating unit generating energy using the working fluid of the gas component;
An absorption unit in which a working fluid of a gas component discharged from the power generating unit and a working fluid of the liquid component are mixed; And
And a condensing unit for condensing the working fluid mixed by said absorption unit.
상기 압축유닛에 의해 가압된 작동유체와 상기 기액분리유닛에서 배출된 액체성분의 작동유체를 열교환시키는 예열유닛을 더 포함하고,
상기 흡수유닛은 상기 예열유닛의 열교환에 이용된 액체성분의 작동유체를 상기 발전유닛에서 배출되는 기체성분의 작동유체와 혼합시키는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.6. The method of claim 5,
Further comprising a preheating unit for heat-exchanging a working fluid pressurized by the compression unit and a working fluid of the liquid component discharged from the gas-liquid separation unit,
Wherein the absorption unit mixes the working fluid of the liquid component used for the heat exchange of the preheating unit with the working fluid of the gas component discharged from the power generation unit.
상기 압축유닛에 의해 가압된 작동유체와 상기 흡수유닛으로부터 배출된 작동유체를 열교환시키는 환열유닛을 더 포함하고,
상기 응축유닛은 상기 가압된 작동유체와 열교환된 작동유체를 응축시키는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.6. The method of claim 5,
Further comprising a heat transfer unit that exchanges heat between the working fluid pressurized by the compression unit and the working fluid discharged from the absorption unit,
Wherein the condensing unit condenses the working fluid heat exchanged with the pressurized working fluid.
상기 발전유닛의 진동을 흡수하기 위한 완충부재; 및
상기 완충부재의 외주부를 감싸도록 형성된 하우징을 포함하는 진동흡수장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.6. The method of claim 5,
A buffer member for absorbing vibration of the power generation unit; And
Further comprising a vibration absorbing device including a housing formed to surround an outer periphery of the buffer member.
상기 응축유닛에 의해 응축된 작동유체가 보관되는 응축드럼; 및
상기 폐열발전시스템을 다층 구조로 설치하기 위한 복수개의 프레임으로 구성된 설치부재를 더 포함하고,
상기 응축드럼은 상기 복수개의 프레임 중 제1 단 프레임에 설치되고, 상기 발전유닛 및 상기 응축유닛은 상기 복수개의 프레임 중 상기 제1 단 프레임 상부에 배치된 제2 단 프레임에 설치되는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.6. The method of claim 5,
A condensing drum in which the working fluid condensed by the condensing unit is stored; And
Further comprising an installation member composed of a plurality of frames for installing the waste heat power generation system in a multi-layered structure,
Wherein the condensing drum is installed in a first stage frame of the plurality of frames and the power generating unit and the condensing unit are installed in a second stage frame disposed on the first stage frame among the plurality of frames A waste heat power generation system comprising a vibration absorbing device.
상기 발전유닛의 하부에서 상기 발전유닛을 지지하는 지지구조물; 및
상기 2단 프레임과 상기 지지구조물 사이에 설치되어 상기 발전유닛의 진동을 흡수하는 진동흡수장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템. 10. The method of claim 9,
A support structure for supporting the power generation unit at a lower portion of the power generation unit; And
Further comprising a vibration absorbing device installed between the two-stage frame and the support structure for absorbing vibration of the power generating unit.
상기 지지구조물과 상기 진동흡수장치 사이에 배치되는 고무패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.11. The method of claim 10,
Further comprising a rubber pad disposed between the support structure and the vibration absorbing device.
상기 진동흡수장치는,
상기 발전유닛의 진동을 흡수하기 위한 완충부재의 상부를 상기 지지구조물의 하부에 결합시키는 제1 결합부재; 및
상기 완충부재의 상부를 상기 제2 단 프레임에 결합시키는 제2 결합부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.11. The method of claim 10,
The vibration absorbing device includes:
A first coupling member coupling an upper portion of a buffer member for absorbing vibration of the power generation unit to a lower portion of the support structure; And
And a second coupling member coupling an upper portion of the buffer member to the second stage frame.
상기 제2 단 프레임 상에 미리 정해진 간격으로 이격되어 설치되어 상기 발전유닛의 진동을 흡수하는 복수개의 진동흡수장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동흡수장치를 포함하는 폐열발전시스템.10. The method of claim 9,
Further comprising a plurality of vibration absorbing devices installed on the second stage frame at predetermined intervals to absorb vibration of the power generating unit.
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미국 등록특허 제5,953,918호(발명의 명칭: Method and apparatus of converting heat to useful energy, 공개일: 1999년 09월 21일) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
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AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
E902 | Notification of reason for refusal |