KR20190140229A - 압축 공기 생성 장치 - Google Patents

압축 공기 생성 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20190140229A
KR20190140229A KR1020180066755A KR20180066755A KR20190140229A KR 20190140229 A KR20190140229 A KR 20190140229A KR 1020180066755 A KR1020180066755 A KR 1020180066755A KR 20180066755 A KR20180066755 A KR 20180066755A KR 20190140229 A KR20190140229 A KR 20190140229A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotational force
compressed air
turbine
compressor
working fluid
Prior art date
Application number
KR1020180066755A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102095311B1 (ko
Inventor
김재관
박건일
조정관
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020180066755A priority Critical patent/KR102095311B1/ko
Publication of KR20190140229A publication Critical patent/KR20190140229A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102095311B1 publication Critical patent/KR102095311B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M15/00—Carburettors with heating, cooling or thermal insulating means for combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M15/02—Carburettors with heating, cooling or thermal insulating means for combustion-air, fuel, or fuel-air mixture with heating means, e.g. to combat ice-formation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

압축 공기 생성 장치를 제공한다. 압축 공기 생성 장치는 펌프의 압력으로 작동 유체를 순환시키고, 가열된 작동 유체를 이용하여 압축 공기를 생성하는 압축 공기 생성부, 및 상기 압축 공기 생성부에 구비되어 압축기로 회전력을 제공하는 터빈을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 터빈은 일정 거리만큼 이격된 상태에서 상기 압축기로 회전력을 전달한다.

Description

압축 공기 생성 장치{Compressed air generating apparatus}
본 발명은 압축 공기 생성 장치에 관한 것이다.
전력을 생산하는 사이클로서 랭킨 사이클이 활용되고 있다. 랭킨 사이클은 작동 유체의 압력 및 엔탈피를 조절하여 터빈을 동작시키고, 터빈의 동작을 통하여 전력을 생산할 수 있다.
랭킨 사이클은 작동 유체의 상 변화를 수반한다. 이에, 작동 유체의 상 변화를 수반하기 때문에 랭킨 사이클은 초기 동작 시간이 소요되지만, 상대적으로 높은 발전 효율을 제공할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1047008호 (2011.07.06)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압축 공기 생성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 압축 공기 생성 장치의 일 면(aspect)은 펌프의 압력으로 작동 유체를 순환시키고, 가열된 작동 유체를 이용하여 압축 공기를 생성하는 압축 공기 생성부, 및 상기 압축 공기 생성부에 구비되어 압축기로 회전력을 제공하는 터빈을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 터빈은 일정 거리만큼 이격된 상태에서 상기 압축기로 회전력을 전달한다.
상기 압축 공기 생성부는, 배출되는 배기 가스로 상기 작동 유체를 가열하는 엔진과, 상기 배기 가스의 압력 및 열을 이용하여 가열된 압축 공기를 생성하고, 상기 가열된 압축 공기를 배출하는 터보 차저, 및 상기 가열된 압축 공기로 상기 작동 유체를 가열하는 기화기를 포함한다.
상기 압축 공기 생성부는, 상기 작동 유체의 압력으로 회전력을 발생시키는 터빈, 및 상기 터빈의 회전력으로 압축 공기를 생성하는 압축기를 포함한다.
상기 터빈은 회전력을 송신하는 회전력 송신부를 포함하고, 상기 압축기는 회전력을 수신하는 회전력 수신부를 포함하며, 상기 회전력 송신부 및 상기 회전력 수신부는 상호간에 이격된 상태에서 회전력을 송수신한다.
상기 회전력 송신부 및 상기 회전력 수신부는 자력으로 회전력을 송수신한다.
상기 압축 공기 생성 장치는 상기 터빈의 회전력으로 전력을 생산하는 발전기를 포함한다.
상기 압축기 및 상기 발전기는 선택적으로 상기 터빈으로부터 회전력을 전달받아 압축 공기를 생성하거나 전력을 생산한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축 공기 생성 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축 공기 생성부의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터빈과 압축기의 배치 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전력 송신부 및 회전력 수신부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터빈의 회전력이 압축기로 전달된 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축 공기 생성부의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈, 압축기 및 발전기의 배치 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전력 송신부 및 회전력 수신부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈의 회전력이 압축기로 전달된 것을 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 및 발전기의 회전력 전달 관계를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터빈, 압축기 및 발전기를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축 공기 생성 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축 공기 생성 장치(10)는 제어부(100) 및 압축 공기 생성부(200)를 포함하여 구성된다.
압축 공기 생성부(200)는 열기관 사이클에 의한 작동 유체의 순환을 이용하여 압축 공기를 생성하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 압축 공기 생성부(200)는 랭킨 사이클(Rankine cycle)을 이용하여 작동 유체를 순환시킬 수 있다. 이에, 압축 공기 생성부(200)는 펌프의 압력으로 작동 유체를 순환시킬 수 있다.
압축 공기 생성부(200)는 열 발생 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진이 열 발생 수단의 역할을 수행할 수 있다. 엔진이 열 발생 수단인 경우 압축 공기 생성부(200)는 엔진에서 배출되는 배기 가스로 작동 유체를 가열하고, 가열된 작동 유체를 이용하여 압축 공기를 생성할 수 있다.
제어부(100)는 압축 공기 생성부(200)의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 수행한다. 압축 공기 생성부(200)는 제어부(100)의 제어 명령에 따라 동작하여 압축 공기를 생성할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 통하여 압축 공기 생성부(200)의 구성 및 동작에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축 공기 생성부의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터빈과 압축기의 배치 관계를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전력 송신부 및 회전력 수신부를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터빈의 회전력이 압축기로 전달된 것을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축 공기 생성부(200)는 제 1 유체 순환부(210) 및 제 2 유체 순환부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 유체 순환부(210)는 열 발생 수단에서 발생된 열로 제 1 유체를 순환시키고, 제 2 유체 순환부(220)를 순환하는 작동 유체를 가열하는 역할을 수행한다. 이하, 엔진이 열 발생 수단의 역할을 수행하는 것을 위주로 설명하기로 한다. 제 1 유체 순환부(210)에서 순환하는 제 1 유체는 배기 가스 및 공기일 수 있다.
제 1 유체 순환부(210)는 엔진(310), 터보 차저(320), 기화기(330) 및 제 1 쿨러(340)를 포함할 수 있다.
엔진(310)은 그 동작에 의하여 배기 가스를 배출할 수 있다. 배출된 배기 가스는 일정 수준 이상의 열을 가질 수 있다. 배기 가스의 열은 터보 차저(320)를 동작시키는데 이용될 수 있다.
터보 차저(320)는 엔진(310)에서 배출되는 배기 가스의 압력 및 열을 이용하여 외부로부터 유입된 공기(A)를 압축시키고 가열함으로써 가열된 압축 공기를 생성할 수 있다. 외부 공기의 압축 및 가열에 이용된 배기 가스(G)는 터보 차저(320)에서 외부로 배출되어 제 1 유체 순환부(210)에서 제거될 수 있다.
터보 차저(320)에서 배출된 압축 공기는 일정 크기 이상의 열량을 가진 상태로 기화기(330)로 전달될 수 있다. 기화기(330)는 가열된 압축 공기를 이용하여 제 2 유체 순환부(220)를 순환하는 작동 유체를 가열할 수 있다. 기화기(330)로 진입하는 작동 유체는 액체 상태일 수 있는데, 기화기(330)에서 가열된 압축 공기와 열 교환함에 따라 기체 상태로 상 변화될 수 있다.
기화기(330)에서 배출된 압축 공기는 제 1 쿨러(340)에서 냉각될 수 있다. 냉각된 압축 공기는 엔진(310)으로 공급되고, 엔진(310)은 압축 공기를 공급받음에 따라 보다 높은 출력을 가질 수 있다.
제 2 유체 순환부(220)는 펌프의 압력으로 제 2 유체를 순환시키고, 가열된 제 2 유체를 이용하여 압축 공기를 생성하는 역할을 수행한다. 제 2 유체 순환부(220)에서 순환하는 제 2 유체는 작동 유체일 수 있다. 이하, 제 2 유체를 작동 유체라 한다.
제 2 유체 순환부(220)는 컨덴서(410), 펌프(420), 히터(430), 기화기(330), 터빈(440), 압축기(450), 제 2 쿨러(460) 및 에어 탱크(470)를 포함하여 구성된다.
컨덴서(410)는 작동 유체를 냉각시키는 역할을 수행한다. 터빈(440)으로부터 전달된 작동 유체는 기체 상태일 수 있다. 컨덴서(410)는 기체 상태의 작동 유체를 액체 상태로 상 변화시킬 수 있다. 이에, 액체 상태의 작동 유체가 펌프(420)로 전달될 수 있다.
펌프(420)는 작동 유체를 가압하여 제 2 유체 순환부(220)를 순환하도록 할 수 있다.
제 2 쿨러(460)는 압축 공기를 냉각시키는 역할을 수행한다. 압축기(450)에서 배출된 압축 공기는 제 2 쿨러(460)에서 작동 유체와 열 교환을 수행하여 냉각될 수 있다. 이에, 펌프(420)로부터 전달되어 제 2 쿨러(460)를 통과한 작동 유체는 가열된 상태에서 배출될 수 있다.
히터(430)는 제 2 유체 순환부(220)를 순환하는 작동 유체 즉, 제 2 쿨러(460)에서 배출된 작동 유체를 가열하는 역할을 수행한다. 히터(430)는 엔진(310)의 배기열을 열원으로 이용하여 작동 유체를 가열할 수 있으나, 히터(430)의 열원이 엔진(310)의 배기열에 한정되는 것은 아니다.
히터(430)의 동작은 제어부(100)에 의하여 결정될 수 있다. 즉, 히터(430)는 제어부(100)의 제어 명령에 따라 동작하여 작동 유체를 가열하거나, 동작 중단되어 작동 유체를 가열하지 않을 수 있다. 제어부(100)는 압축기(450)에서 배출된 가열된 압축 공기의 단위 시간당 열량이 사전에 설정된 임계치 미만인 경우 히터(430)를 동작시킬 수 있다.
터보 차저(320)는 엔진(310)의 작동 상태에 따라 서로 다른 열량의 공기를 배출할 수 있다. 엔진(310)의 동작률이 높은 경우 터보 차저(320)는 높은 열량의 공기를 배출하는 반면, 엔진(310)의 동작률이 낮은 경우 터보 차저(320)는 낮은 열량의 공기를 배출할 수 있다. 낮은 열량의 공기가 배출되는 경우 기화기(330)는 충분히 작동 유체를 가열하지 못하고, 작동 유체의 상 변화가 수행되지 못할 수 있다. 제어부(100)의 제어 동작에 의하여 히터(430)가 작동 유체를 가열함에 따라 엔진(310)의 작동 상태와는 무관하게 기화기(330)는 정상적으로 작동 유체를 가열하여 기화시킬 수 있게 된다.
히터(430)는 제 2 유체 순환부(220)상에서 기화기(330)의 전 단계에 구비될 수 있다. 즉, 작동 유체는 히터(430)를 통과한 이후에 기화기(330)로 전달될 수 있는 것으로서, 히터(430)는 기화기(330)로 진입하는 작동 유체를 가열할 수 있다.
기화기(330)는 제 1 유체 순환부(210)를 순환하는 제 1 유체와 제 2 유체 순환부(220)를 순환하는 작동 유체를 열 교환시켜 작동 유체를 가열하는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 기화기(330)는 제 1 유체 순환부(210) 및 제 2 유체 순환부(220)간을 연결할 수 있다. 전술한 바와 같이, 기화기(330)는 작동 유체를 액체 상태에서 기체 상태로 상 변화시킬 수 있다.
터빈(440)은 기화기(330)에서 배출된 작동 유체를 이용하여 회전력을 발생시키는 역할을 수행한다. 기화기(330)에서 터빈(440)으로 전달되는 작동 유체는 기체 상태로서 상대적으로 큰 압력을 가질 수 있다. 터빈(440)은 기체 상태를 갖는 작동 유체의 압력으로 회전력을 발생시킬 수 있다.
압축기(450)는 터빈(440)으로부터 회전력을 전달받고, 해당 회전력으로 압축 공기를 생성하는 역할을 수행한다.
제 2 쿨러(460)는 압축기(450)에 의하여 생성된 압축 공기를 냉각시키는 역할을 수행한다. 냉각된 압축 공기는 에어 탱크(470)에 저장될 수 있다.
본 발명에서 터빈(440)은 일정 거리만큼 이격된 상태에서 압축기(450)로 회전력을 전달할 수 있다. 터빈(440)으로 유입된 작동 유체는 높은 열을 갖는데, 해당 열이 압축기(450)로 전달되는 경우 압축 공기의 온도가 상승할 수 있다. 압축 공기의 온도가 상승하는 경우 제 2 쿨러(460)의 높은 성능을 필요로 할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터빈(440)과 압축기(450)가 서로 이격된 상태에서 회전력을 송수신하기 때문에 터빈(440)에서 압축기(450)로 열이 전달되는 것이 제한될 수 있으며, 이로 인하여 상대적으로 낮은 성능의 제 2 쿨러(460)의 운용이 가능하게 된다.
이상은 히터(430)가 제 2 유체 순환부(220)상에서 기화기(330)의 전 단계에 구비된 것을 설명하였으나, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면 히터(430)는 기화기(330) 및 터빈(440)의 사이에 구비될 수도 있다. 이 때, 기화기(330)에서 배출된 작동 유체는 히터(430)에서 가열된 이후에 터빈(440)으로 공급될 수 있다.
또한, 도 2는 펌프(420)에서 배출된 작동 유체가 제 2 쿨러(460) 및 히터(430)를 통과하는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면 펌프(420)에서 배출된 작동 유체는 곧 바로 기화기(330)로 유입될 수 있다. 이 때, 히터(430)는 기화기(330)와 터빈(440)의 사이에 구비되거나 제 2 유체 순환부(220)에서 제거될 수 있다.
도 3을 참조하면, 터빈(440) 및 압축기(450)는 서로 이격된 상태에서 배치될 수 있다.
터빈(440)은 회전력을 송신하는 회전력 송신부(441)를 포함하고, 압축기(450)는 회전력을 수신하는 회전력 수신부(451)를 포함할 수 있다. 회전력 송신부(441) 및 회전력 수신부(451)는 디스크의 형태로 구현될 수 있으며, 상호간에 이격된 상태에서 회전력을 송수신할 수 있다. 구체적으로, 회전력 송신부(441) 및 회전력 수신부(451)는 자력으로 회전력을 송수신할 수 있다.
도 4를 참조하면, 회전력 송신부(441) 및 회전력 수신부(451)는 각각 회전 몸체(BD1) 및 자력체(MG1)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 회전력 송신부(441) 및 회전력 수신부(451)는 서로 동일하거나 유사한 형태를 가질 수 있다. 이하, 회전력 송신부(441) 및 회전력 수신부(451)가 서로 동일한 형태를 가진 것을 위주로 설명하기로 한다.
회전 몸체(BD1)는 자력체(MG1)를 지지하는 역할을 수행한다. 회전 몸체(BD1)는 디스크의 형태를 가질 수 있다.
자력체(MG1)는 자력을 발생시켜 회전력을 송신하거나 수신하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 자력체(MG1)는 영구 자석의 형태로 구현될 수 있다. 이하, 영구 자석의 형태로 자력체(MG1)가 구현된 것을 위주로 설명하기로 한다.
복수의 자력체(MG1)가 회전 몸체(BD1)의 표면을 따라 원형으로 나란히 배치될 수 있다. 복수의 자력체(MG1) 각각은 서로 다른 극성이 서로 인접하도록 배치될 수 있다.
회전력 송신부(441) 및 회전력 수신부(451)는 서로 이격된 상태에서 대향하여 배치될 수 있다. 회전력 송신부(441)가 회전하는 경우 회전력 송신부(441)의 자력에 의하여 회전력 수신부(451)가 회전할 수 있다. 회전력 송신부(441) 및 회전력 수신부(451)가 서로 이격된 상태에서도 자력에 의하여 회전력이 전달될 수 있는 것이다.
도 5는 터빈(440)의 회전력 송신부(441)가 회전함에 따라 압축기(450)의 회전력 수신부(451)가 회전하는 것을 도시하고 있다.
서로 이격된 상태에서 회전력이 전달됨에 따라 터빈(440)의 열이 압축기(450)로 전달되는 것이 방지될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축 공기 생성부의 블록도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈, 압축기 및 발전기의 배치 관계를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전력 송신부 및 회전력 수신부를 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈의 회전력이 압축기로 전달된 것을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축 공기 생성부(500)는 제 1 유체 순환부(510) 및 제 2 유체 순환부(520)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 유체 순환부(510)는 열 발생 수단에서 발생된 열로 제 1 유체를 순환시키고, 제 2 유체 순환부(520)를 순환하는 작동 유체를 가열하는 역할을 수행한다.
제 1 유체 순환부(510)는 엔진(610), 터보 차저(620), 기화기(630) 및 제 1 쿨러(640)를 포함하고, 제 2 유체 순환부(520)는 컨덴서(710), 펌프(720), 히터(730), 기화기(630), 터빈(740), 압축기(750), 제 2 쿨러(760), 에어 탱크(770), 발전기(780), 변압기(790) 및 그리드(800)를 포함하여 구성된다.
엔진(610), 터보 차저(620), 기화기(630), 제 1 쿨러(640), 컨덴서(710), 펌프(720), 히터(730), 터빈(740), 압축기(750), 제 2 쿨러(760) 및 에어 탱크(770)의 기능은 전술한 엔진(310), 터보 차저(320), 기화기(330), 제 1 쿨러(340), 컨덴서(410), 펌프(420), 히터(430), 터빈(440), 압축기(450), 제 2 쿨러(460) 및 에어 탱크(470)의 기능과 동일하거나 유사하므로 이하 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
터빈(740)은 압축기(750)뿐만 아니라 발전기(780)로 회전력을 전달할 수 있다. 발전기(780)는 터빈(740)의 회전력으로 전력을 생산할 수 있다. 생산된 전력은 변압기(790)에 의하여 변압되어 그리드(800)에서 소비될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 압축 공기 생성 장치(10)는 선박에 구비된 것일 수 있다. 그리드(800)는 선박의 전력 그리드일 수 있다.
터빈(740)은 일정 거리만큼 이격된 상태에서 압축기(750) 및 발전기(780)로 회전력을 전달할 수 있다. 터빈(740)으로 유입된 작동 유체는 높은 열을 갖는데, 해당 열이 압축기(750)로 전달되는 경우 압축 공기의 온도가 상승할 수 있다. 압축 공기의 온도가 상승하는 경우 제 2 쿨러(760)의 높은 성능을 필요로 할 수 있다. 또한, 터빈(740)의 열이 발전기(780)로 전달되는 경우 발전기(780)의 발전 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터빈(740)은 압축기(750) 및 발전기(780)에 이격된 상태에서 회전력을 송신하기 때문에 터빈(740)에서 압축기(750) 및 발전기(780)로 열이 전달되는 것이 제한될 수 있다.
도 7을 참조하면, 터빈(740), 압축기(750) 및 발전기(780)는 서로 이격된 상태에서 배치될 수 있다.
터빈(740)은 회전력을 송신하는 회전력 송신부(741)를 포함하고, 압축기(750) 및 발전기(780)는 회전력을 수신하는 회전력 수신부(751, 781)를 각각 포함할 수 있다.
회전력 송신부(741) 및 회전력 수신부(751, 781)는 베벨 기어의 형태로 구현될 수 있으며, 상호간에 이격된 상태에서 회전력을 송수신할 수 있다. 구체적으로, 회전력 송신부(741) 및 회전력 수신부(751, 781)는 자력으로 회전력을 송수신할 수 있다.
도 8을 참조하면, 회전력 송신부(741) 및 회전력 수신부(751, 781)는 각각 회전 몸체(BD2) 및 자력체(MG2)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 회전력 송신부(741) 및 회전력 수신부(751, 781)는 서로 동일하거나 유사한 형태를 가질 수 있다. 이하, 회전력 송신부(741) 및 회전력 수신부(751, 781)가 서로 동일한 형태를 가진 것을 위주로 설명하기로 한다.
회전 몸체(BD2)는 자력체(MG2)를 지지하는 역할을 수행한다. 회전 몸체(BD2)는 원뿔의 형태를 가질 수 있다. 도 8은 꼭지점이 절단된 원뿔의 형태로 회전 몸체(BD2)가 구현된 것을 도시하고 있다.
자력체(MG2)는 자력을 발생시켜 회전력을 송신하거나 수신하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 자력체(MG2)는 영구 자석의 형태로 구현될 수 있다. 이하, 영구 자석의 형태로 자력체(MG2)가 구현된 것을 위주로 설명하기로 한다.
복수의 자력체(MG2)가 회전 몸체(BD2)의 표면을 따라 나란히 배치될 수 있다. 복수의 자력체(MG2) 각각은 서로 다른 극성이 서로 인접하도록 배치될 수 있다.
회전력 송신부(741) 및 회전력 수신부(751, 781)는 서로 이격된 상태에서 각각의 일측면이 인접하도록 배치될 수 있다. 회전력 송신부(741)가 회전하는 경우 회전력 송신부(741)의 자력에 의하여 회전력 수신부(751, 781)가 회전할 수 있다. 회전력 송신부(741) 및 회전력 수신부(751, 781)가 서로 이격된 상태에서도 자력에 의하여 회전력이 전달될 수 있는 것이다.
도 9는 터빈(740)의 회전력 송신부(741)가 회전함에 따라 압축기(750) 및 발전기(780)의 회전력 수신부(751, 781)가 회전하는 것을 도시하고 있다.
서로 이격된 상태에서 회전력이 전달됨에 따라 터빈(740)의 열이 압축기(750)로 전달되는 것이 방지되고, 발전기(780)의 온도가 상승하는 것이 방지될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 및 발전기의 회전력 전달 관계를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예예 따른 압축기(750) 및 발전기(780)는 선택적으로 회전력 수신부(751, 781)를 통한 회전력 수신을 차단할 수 있다.
도 10은 압축기(750)가 회전력 수신을 차단하는 것을 도시하고, 도 11은 발전기(780)가 회전력 수신을 차단하는 것을 도시하고 있다.
회전력 수신 차단은 회전력 송신부(741)에서 일정 거리 이상으로 회전력 수신부(751, 781)를 이동시키는 것으로 수행될 수 있다. 본 발명에서 회전력 송신부(741) 및 회전력 수신부(751, 781)는 자력으로 회전력을 송수신할 수 있다. 회전력 송신부(741)와 회전력 수신부(751, 781)간의 거리가 임계 거리를 초과하는 경우 회전력 전달이 수행되지 않을 수 있다.
제어부(100)는 터빈(740)에 의하여 발생 가능한 회전력을 참조하여 압축기(750) 및 발전기(780)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 압축기(750) 및 발전기(780) 모두를 동작시킬 정도의 회전력 발생이 어려운 경우 제어부(100)는 압축기(750) 및 발전기(780) 중 적어도 하나로 하여금 회전력 수신을 차단하도록 제어할 수 있는 것이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터빈, 압축기 및 발전기를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 압축기(750) 및 발전기(780)는 변속기(752, 782)를 각각 포함할 수 있다.
변속기(752, 782)는 회전력 수신부(751, 781)의 속도를 변경시켜 압축기(750) 또는 발전기(780)로 전달하는 역할을 수행한다. 적절한 속도의 회전력이 전달됨에 따라 압축기(750) 및 발전기(780)의 동작 효율이 향상될 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 압축 공기 생성 장치 100: 제어부
200: 압축 공기 생성부 310, 610: 엔진
320, 620: 터보 차저 330, 630: 기화기
340, 640: 제 1 쿨러 410, 710: 컨덴서
420, 720: 펌프 430, 730: 히터
440, 740: 터빈 441, 741: 회전력 송신부
450, 750: 압축기 451, 751, 781: 회전력 수신부
460, 760: 제 2 쿨러 470, 770: 에어 탱크
752, 782: 변속기 780: 발전기
790: 변압기 800: 그리드
BD1, BD2: 회전 몸체 MG1, MG2: 자력체

Claims (7)

  1. 펌프의 압력으로 작동 유체를 순환시키고, 가열된 작동 유체를 이용하여 압축 공기를 생성하는 압축 공기 생성부; 및
    상기 압축 공기 생성부에 구비되어 압축기로 회전력을 제공하는 터빈을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 터빈은 일정 거리만큼 이격된 상태에서 상기 압축기로 회전력을 전달하는 압축 공기 생성 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축 공기 생성부는,
    배출되는 배기 가스로 상기 작동 유체를 가열하는 엔진;
    상기 배기 가스의 압력 및 열을 이용하여 가열된 압축 공기를 생성하고, 상기 가열된 압축 공기를 배출하는 터보 차저; 및
    상기 가열된 압축 공기로 상기 작동 유체를 가열하는 기화기를 포함하는 압축 공기 생성 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압축 공기 생성부는,
    상기 작동 유체의 압력으로 회전력을 발생시키는 터빈; 및
    상기 터빈의 회전력으로 압축 공기를 생성하는 압축기를 포함하는 압축 공기 생성 장치.
  4. 상기 제 3항에 있어서,
    상기 터빈은 회전력을 송신하는 회전력 송신부를 포함하고,
    상기 압축기는 회전력을 수신하는 회전력 수신부를 포함하며,
    상기 회전력 송신부 및 상기 회전력 수신부는 상호간에 이격된 상태에서 회전력을 송수신하는 압축 공기 생성 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회전력 송신부 및 상기 회전력 수신부는 자력으로 회전력을 송수신하는 압축 공기 생성 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 압축 공기 생성 장치는 상기 터빈의 회전력으로 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 압축 공기 생성 장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 압축기 및 상기 발전기는 선택적으로 상기 터빈으로부터 회전력을 전달받아 압축 공기를 생성하거나 전력을 생산하는 압축 공기 생성 장치.
KR1020180066755A 2018-06-11 2018-06-11 압축 공기 생성 장치 KR102095311B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180066755A KR102095311B1 (ko) 2018-06-11 2018-06-11 압축 공기 생성 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180066755A KR102095311B1 (ko) 2018-06-11 2018-06-11 압축 공기 생성 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190140229A true KR20190140229A (ko) 2019-12-19
KR102095311B1 KR102095311B1 (ko) 2020-03-31

Family

ID=69056304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180066755A KR102095311B1 (ko) 2018-06-11 2018-06-11 압축 공기 생성 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102095311B1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100423672B1 (ko) * 2002-10-02 2004-03-18 대보마그네틱 주식회사 영구자석을 이용한 클러치
KR101047008B1 (ko) 2006-03-24 2011-07-06 스쿠데리 그룹 엘엘씨 스플릿-사이클 엔진 폐열 회수를 위한 시스템 및 방법
KR20120097704A (ko) * 2011-02-25 2012-09-05 삼성중공업 주식회사 선박의 폐열을 이용한 저항 감소 장치
KR20120126753A (ko) * 2011-05-12 2012-11-21 현대중공업 주식회사 기화가스 공급 장치
KR20140065786A (ko) * 2012-11-21 2014-05-30 현대중공업 주식회사 배기가스 에너지 저장 및 발전 시스템
KR20140107759A (ko) * 2013-02-28 2014-09-05 삼성중공업 주식회사 재기화 설비를 이용한 에너지 회수장치 및 그의 운용방법
JP2016145636A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 マン・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー 伝動ターボ機械

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100423672B1 (ko) * 2002-10-02 2004-03-18 대보마그네틱 주식회사 영구자석을 이용한 클러치
KR101047008B1 (ko) 2006-03-24 2011-07-06 스쿠데리 그룹 엘엘씨 스플릿-사이클 엔진 폐열 회수를 위한 시스템 및 방법
KR20120097704A (ko) * 2011-02-25 2012-09-05 삼성중공업 주식회사 선박의 폐열을 이용한 저항 감소 장치
KR20120126753A (ko) * 2011-05-12 2012-11-21 현대중공업 주식회사 기화가스 공급 장치
KR20140065786A (ko) * 2012-11-21 2014-05-30 현대중공업 주식회사 배기가스 에너지 저장 및 발전 시스템
KR20140107759A (ko) * 2013-02-28 2014-09-05 삼성중공업 주식회사 재기화 설비를 이용한 에너지 회수장치 및 그의 운용방법
JP2016145636A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 マン・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー 伝動ターボ機械

Also Published As

Publication number Publication date
KR102095311B1 (ko) 2020-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10280803B2 (en) Energy storage device and method for storing energy
EP3746648B1 (en) Energy storage device and system
US20150377075A1 (en) Recovery system using fluid coupling on power generating system
US8739537B2 (en) Power generation apparatus
US4920276A (en) Heat-and-electricity supply system
CN105156163A (zh) 波动热源余热利用有机朗肯循环系统
US2339185A (en) Combustion turbine
JP5305099B2 (ja) 水冷却装置
JP2002285907A (ja) マイクロガスタービン排熱回収冷凍システム
KR20190140229A (ko) 압축 공기 생성 장치
JP2011231703A (ja) エンジン排熱回生システム
US20160177955A1 (en) Compression system
JPS6220678A (ja) 風力暖房装置
CN112172785B (zh) 热循环系统
KR102016415B1 (ko) 압축 공기 생성 장치
JP2012136946A (ja) バイナリー発電システム
JP2005337065A (ja) ランキンサイクル装置
JPH0472049B2 (ko)
JP7543324B2 (ja) 空調装置
CN106917674A (zh) 一种三联供系统
CN221651618U (zh) 储能单元的调温装置及电化学储能系统
CN109386324B (zh) 发电设备及其控制方法
JPS63220052A (ja) 熱交換装置
KR20160126167A (ko) 냉동공조기 압축기 직접구동방식의 냉동공조기 실외기 폐열 및 태양열 이용 유기 랭킨 사이클 발전장치
JP2012037095A (ja) 蒸気冷水併給装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant