KR20200001039A - 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기 및 이를 포함하는 발전 사이클 시스템 - Google Patents

터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기 및 이를 포함하는 발전 사이클 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기는 일측에 작동유체가 유입되는 유입구가 구비되고, 타측에 작동유체가 배출되는 배출구가 마련되며, 유입구 및 배출구를 연결하는 유로가 내부에 구비되는 하우징, 유로상에 배치되어 유로를 통해 유동되는 작동유체의 유속 및 방향을 전환시키되, 하우징에 고정되는 노즐어셈블리, 유로상에서 노즐어셈블리에 후행 배치되고, 노즐어셈블리를 경유한 작동유체의 흐름에 의해 회전되는 터빈, 터빈의 외측둘레에 결합되어, 터빈과 일체로 회전되는 회전자 및 회전자의 외측둘레와 인접하여 배치되는 고정자가 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 발전 사이클 시스템은 상술한 발전기, 발전기의 전단에 배치되고, 작동유체가 가열되어 발전기로 유동되는 제1열교환모듈, 발전기의 후단에 배치되고, 발전기를 경유한 작동유체가 냉각되는 제2열교환모듈 및 제1열교환모듈, 발전기 및 제2열교환모듈에 작동유체가 순환될 수 있도록 작동유체를 순환시키는 펌프모듈이 포함될 수 있다.

Description

터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기 및 이를 포함하는 발전 사이클 시스템{GENERATOR WITH ONE-BODY TYPE ROTOR AND TURBINE AND GENERATING CYCLE SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 회전 운동에너지를 통해 유도전류를 발생시켜 전기가 생산되는 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운동에너지가 전달되는 터빈과 회전자가 직접 체결되어 일체로 회전되도록 한 발전기 및 이를 포함하는 발전 사이클 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 발전장치는 회전력을 이용해 유도전류가 발생되는 방식으로 전기가 생산된다.
대형 발전장치의 경우에는 유체가 일정한 유로를 따라 유동하는 운동에너지가 터빈을 통해 회전력으로 변환되고, 터빈과 회전축으로 연결되어 있는 회전자가 회전되는 방식이 널리 활용되고 있다.
이는 도 1에 도시된 바와 같으며, 고온고압의 유체가 터빈 하우징(10)의 내부공간을 경유하여 외부로 배출되는 과정에서 유체의 흐름에 따른 운동에너지가 터빈(20)의 블레이드와 간섭되어 터빈이 회전하게 되고, 회전되는 터빈(20)과 축계로 연결된 발전기 회전자(30)가 고정자(40)와 인접하여 회전되며 유도전류가 발생되었다.
이러한 종래의 터빈 및 발전기는 물리력에 의해 직접적인 회전이 발생되는 터빈과 유도전류가 발생되는 발전기가 각기 분리된 공간에 구비되었고, 터빈과 회전자 사이의 회전력 전달은 회전축에 의해 이루어지는 것이 대부분이었다.
이때, 터빈이 배치된 공간과 발전기가 배치된 공간의 사이에 회전축이 관통하여 배치되어야 하므로 실링이 되었다 하여도 터빈의 내측공간으로 유동하는 유체가 정해진 유로를 이탈하여 유출되는 경우가 빈번하게 발생되었다.
대한민국 등록특허 제10-1703930호 '터빈발전장치'에는 터빈의 회전력을 발전기에 효과적으로 전달함과 동시에 터빈의 작동유체가 누설되는 것을 방지하기 위한 기술이 게시되어 있다.
하지만, 작동유체의 회전되는 터빈이 회전자와 축계로 연결되어 동력이 전달되는 구성의 한계로 인해 작동유체의 손실을 일정량 감소시킬수는 있으나, 작동유체의 손실을 원천적으로 방지할 수 없다는 단잠은 여전히 지니고 있었다.
특히 유기랭킨사이클의 경우 작동유체가 유독성이거나 환경을 파괴하는 성분을 지니기에 다양한 형태의 2차피해가 발생될 수 있는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 회전자 및 고정자가 배치된 발전기 내부로 작동유체가 유입되는 경우에 발성 성능이 현저히 낮아지거나 오작동 등이 발생될 수 있는 단점이 존재하였다.
위와 같은 문제점을 방지하기 위하여, 터빈의 회전축을 고정하는 베어링의 실링 성능을 높인 실링베어링을 적용하거나, 자력을 이용하여 터빈의 하우징 내부의 회전력을 하우징 외부로 전달하는 기술이 이용되어왔다.
하지만, 실링베어링은 높은 실링효과를 가지기 위하여 터빈의 회전축을 고정하는 힘이 보다 커지게 되고, 이는 터빈의 회전력이 손실되어 전체 발전장치의 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 직접적인 물리력으로 회전이 발생되는 터빈과 발전이 이루어지는 발전기의 회전자 간에 회전축으로 연결되므로, 회전력의 손실되는 단점 또한 지니고 있었다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서 직접적인 물리력이 작용되는 터빈과 발전이 수행되기 위해 회전되는 회전자 간에 회전력의 손실없이 안정적으로 전달될 수 있도록 한 발전기를 제공하기 위함이다.
또한, 터빈과 회전자가 일체로 체결되어 회전되므로 발전용량은 유지하면서도 보다 작은 크기로 실시될 수 있어, 공간의 활용성이 높고, 유지 및 보수 또한 수월해진 발전기를 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기는 일측에 작동유체가 유입되는 유입구가 구비되고, 타측에 작동유체가 배출되는 배출구가 마련되며, 유입구 및 배출구를 연결하는 유로가 내부에 구비되는 하우징, 유로상에 배치되어 유로를 통해 유동되는 작동유체의 유속 및 방향을 전환시키되, 하우징에 고정되는 노즐어셈블리, 유로상에서 노즐어셈블리에 후행 배치되고, 노즐어셈블리를 경유한 작동유체의 흐름에 의해 회전되는 터빈, 터빈의 외측둘레에 결합되어, 터빈과 일체로 회전되는 회전자 및 회전자의 외측둘레와 인접하여 배치되는 고정자가 포함될 수 있다.
그리고, 하우징은 유입구를 통해 유입된 작동유체가 노즐어셈블리에 유입되기 이전에 분기되고, 분기된 작동유체는 회전자 및 고정자의 사이로 경유되어 배출구로 배출되는 냉각유로가 포함될 수 있다.
또는, 노즐어셈블리는 유입구를 통해 유입된 작동유체가 간섭되어 유동되는 방향이 변경되도록 배치되고, 작동유체의 유속을 증가시키는 노즐블레이드가 포함될 수 있다.
그리고, 터빈은 노즐블레이드를 통해 유동되는 방향이 변경된 작동유체의 운동에너지가 전달되는 터빈블레이드가 포함될 수 있다.
또는, 터빈을 경유한 작동유체가 유동되는 유로가 확장되도록 터빈에 후행하여 배치되는 유로확장가이드가 포함될 수 있다.
그리고, 회전자는 원통형으로 형성되어 하우징과 베어링을 통해 회전 가능하게 결합되고, 터빈은 회전자의 내주연에 결합될 수 있다.
또는, 노즐어셈블리는 원통형으로 형성된 회전자의 외부에 배치될 수 있다.
그리고, 일측에 작동유체가 유입되는 유입구가 구비되고, 타측에 작동유체가 배출되는 배출구가 마련되며, 유입구 및 배출구를 연결하는 유로가 내부에 구비되되, 유입구 및 배출구를 연결하는 유로는 적어도 일부가 원통형의 공간으로 형성되는 하우징, 유로의 원통형 공간에 배치되고, 유입구를 통해 하우징으로 유입된 작동유체와 간섭되어 작동유체의 유속 및 방향이 전환되며, 하우징에 고정되는 노즐어셈블리, 노즐어셈블리와 인접하여 배치되고, 노즐어셈블리를 경유한 작동유체의 흐름에 의해 회전되는 터빈, 터빈의 외측둘레에 결합되어, 터빈의 회전에 종속되어 회전되는 회전자 및 회전자의 외측둘레와 인접하도록 이격되어 배치되는 고정자가 포함될 수 있다.
또는, 회전자는 하우징의 원형으로 형성된 유로에 배치되고, 하우징의 내주연을 따라 배치된 다수 개의 베어링에 의해 하우징과 회전가능하게 결합될 수 있다.
그리고, 터빈은 중심부에 유로의 길이방향을 따라 길게 형성되고 양단이 하우징에 회전가능하게 결합되는 회전축부재가 포함될 수 있다.
또는, 노즐어셈블리는 중심부에 유로의 길이방향을 따라 관통되고, 노즐어셈블리의 중심부에 관통된 공간으로 회전축부재가 가로질러 배치될 수 있다.
그리고, 유입구는 하우징의 일측에서 방사형으로 작동유체가 하우징의 유로를 향해 유입되도록 형성될 수 있다.
또는, 배출구는 적어도 유로보다 큰 직경을 지니도록 형성되고, 하우징과 멀어질수록 직경이 점진적으로 작아질 수 있다.
그리고, 고정자는 하우징의 유로 내주연에 고정될 수 있다.
본 발명에 따른 발전 사이클 시스템은 상술한 발전기, 발전기의 전단에 배치되고, 작동유체가 가열되어 발전기로 유동되는 제1열교환모듈, 발전기의 후단에 배치되고, 발전기를 경유한 작동유체가 냉각되는 제2열교환모듈 및 제1열교환모듈, 발전기 및 제2열교환모듈에 작동유체가 순환될 수 있도록 작동유체를 순환시키는 펌프모듈이 포함될 수 있다.
또는, 제1열교환모듈은 폐열이 발생되는 폐열원과 열교환이 수행되어 열에너지가 공급될 수 있다.
그리고, 제2열교환모듈은 냉각기와 열교환이 수행되어 작동유체가 냉각될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기는 작동유로부터 물리력이 전달되어 회전되는 터빈과, 터빈으로부터 회전력이 전달되는 회전자가 직접 체결되어 일체로 회전되므로 회전력의 손실이 적다는 효과가 있고, 안정적인 회전자의 회전이 가능하다는 장점이 있다.
그리고, 작동유체가 유동되는 유로의 구간이 상대적으로 짧고 유출될 수 있는 가능성이 감소하여 보다 발전기의 내구성이 증대되고, 작동유체의 외부 유출로 인한 2차피해를 예방할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 터빈 및 발전기의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기의 부분단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기에서 노즐블레이드 및 터빈블레이드를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기에서 작동유체가 유동하는 경로를 나타낸 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기에서 회전자가 하우징에 회전가능하게 결합된 예를 나타낸 부분단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기에서 노즐어셈블리가 회전자의 외부에 배치된 예를 나타낸 부분단면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기는 하기 되는 것과 같이 실시될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1일실예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기의 부분단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1일실예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기에서 노즐블레이드 및 터빈블레이드를 나타낸 개략도이며, 도 4는 본 발명의 제1일실예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기에서 작동유체가 유동하는 경로를 나타낸 부분 단면도, 도 5는 본 발명의 제1일실예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기에서 회전자가 하우징에 회전가능하게 결합된 예를 나타낸 부분단면도, 도 6은 본 발명의 제2일실예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기에서 노즐어셈블리가 회전자의 외부에 배치된 예를 나타낸 부분단면도이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 제1일실예에 따른 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기는 일측에 작동유체가 유입되는 유입구(110)가 구비되고, 타측에 작동유체가 배출되는 배출구(120)가 마련되며 유입구(110) 및 배출구(120)를 연결하는 유로가 내부에 구비되는 하우징(100), 유로상에 배치되어 유로를 통해 유동되는 작동유체의 유속 및 방향을 전환시키되, 하우징(100)에 고정되는 노즐어셈블리(400), 유로상에서 노즐어셈블리(400)에 후행 배치되고, 노즐어셈블리(400)를 경유한 작동유체의 흐름에 의해 회전되는 터빈(200), 터빈(200)의 외측둘레에 결합되어, 터빈(200)과 일체로 회전되는 회전자(500) 및 회전자(500)의 외측둘레와 인접하여 배치되는 고정자(600)가 포함될 수 있다.
아래에서는 상기된 각각의 구성을 구체적으로 자세하게 설명한다.
도 2, 도 4 내지 도 6은 일점쇄선을 기준으로 대칭대는 형태의 단면을 지닌다.
하우징(100)은 일측에 작동유체가 유입되는 유입구(110)가 마련되고, 타측에는 작동유체가 배출되는 배출구(120)가 구비되며, 유입구(110) 및 배출구(120)의 사이에 작동유체가 유동될 수 있는 공간인 유로가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서 하우징(100)의 내측공간에 형성되는 유로는 도2를 기준으로 하여 누워있는 원기둥 형태일 수 있다.
하우징(100) 내측공간의 유로상에서 노즐어셈블리(400)는 하우징(100)에 견고하게 결합되어 고정되고, 유입구(110)와 인접한 위치에 배치되며, 작동유체가 유입구(110)를 통해 유입되는 위치와 대응되는 위치에 다수 개의 노즐블레이드(410)가 마련될 수 있다.
유입구(110)는 하우징(100)의 내측공간으로 작동유체가 원형의 공간을 통해 유입되도록 구비될 수 있으며, 이러한 작동유체가 유입되는 원형의 공간과 대응되는 위치에 노즐블레이드(410)가 배치되어 작동유체의 유속 및 흐르는 방향을 전환시키도록 작동될 수 있다.
노즐어셈블리(400)는 짧은 원기둥 형태로 형성되고, 유입되는 작동유체가 노즐블레이드(410)의 간격 및 배치되는 각도에 의해 흐름의 방향이 변환될 수 있다.
이는 도 3에 도시된 바와 같으며, 작동유체가 유입되는 유입구(110)와 대응되는 공간에 여러개의 블레이드로 이루어진 노즐블레이드(410)가 각기 일정한 간격으로 배치되되, 일방향으로 기울어져 배치될 수 잇다.
노즐블레이드(410)의 간격을 통해 작동유체의 유속이 결정되고, 노즐블레이드(410)가 기울어진 각도를 통해 작동유체의 흐름 방향이 변환된다.
터빈(200)은 노즐어셈블리(400)에 후행하여 배치되고, 노즐블레이드(410)를 경유한 작동유체가 터빈블레이드(210)와 직접 간섭되도록 구비된다.
구체적으로는, 유입구(110)의 형상이 환형으로 형성되고, 유입구(110)로 작동유체가 환형의 공간을 통해 하우징(100)의 내부로 유입되되, 각기 유체가 거쳐가는 노즐블레이드(410) 및 터빈블레이드(210) 또한 유입구(110)가 지닌 환형과 대응되는 위치 및 크기로 형성될 수 있다.
또한, 노즐블레이드(410)를 거쳐 변환된 작동유체의 방향은 터빈블레이드(210)와 간섭되어 터빈(200)의 회전력이 최대가 될 수 있도록, 각기 노즐블레이드(410) 및 터빈블레이드(210)가 배치되는 각도가 정해질 수 있다.
이는 개략적으로 도 3에 도시된 노즐블레이드(410) 및 터빈블레이드(210)의 조합과 같을 수 있으며, 노즐어셈블리(400)을 경유한 작동유체는 노즐블레이드(410)에 의해 그 유속이 증가되고, 터빈블레이드(210)와의 간섭이 최대화 될 수 있도록 각각 노즐블레이드(410)에서 그 흐름이 변환되고, 터빈블레이드(210)에 물리력을 전달하여 종국적으로 터빈(200)이 회전 작동하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 터빈(200)을 거친 작동유체는 하우징(100)의 내측공간에서 유로가 확장되는 구간을 거치게 되고, 이러한 구성은 터빈(200)에 후행하여 배치되는 유로확장가이드(300)를 통해 구현될 수 있다.
회전자(500)는 터빈(200)의 외측둘레에 결합되고, 터빈(200)의 회전에 종속되어 함께 회전되며, 본 발명의 일 실시예에서는 길이가 짤은 원통형태로 구현될 수 있을 것이다.
원통형태의 회전자(500)는 내주연이 터빈(200)의 외주연과 접하여 체결될 수 있고, 본 발명의 일 실시예에서는 도 2 및 도 4를 기준으로 할 때, 좌우 길이방향의 중간지점에서 터빈(200)이 결합되어, 회전자의 회전이 편향됨 없이 안정되게 수행될 수 있다.
그리고, 고정자(600)는 회전자(500)의 외경보다 그 내경이 크게 형성된 원통형으로 하우징(100)에 고정될 수 있고, 회전되는 회전자(500)와 그 내측둘레가 일정한 간격이 유지되도록 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(100)의 내측공간에는 유입구(110)와 인접하여 유입구(110)로부터 유입되는 작동유체가 일부 분기될 수 있는 냉각유로(700)가 더 구비될 수 있고, 냉각유로(700)는 회전자(500) 및 고정자(600) 사이의 간격을 경로의 일부로서 포함하여, 일부의 작동유체가 노즐어셈블리(400) 및 터빈(200)을 통해 유동되지 않고, 우회할 수 있게 마련된다.
냉각유로(700)는 배출구(120)와 연결될 수 있다.
따라서, 유입구(110)로 유입되는 작동유체는 노즐어셈블리(400) 및 터빈(200)을 통과하며 터빈(200)의 회전을 유발시키는 주유로(main-lone)와, 주유로에서 일부 분기되어 터빈(200)의 회전에 관여하지 않으며, 회전자(500) 및 고정자(600)의 사이에 이격된 공간을 통해 작동유체가 유동되어 배출구(120)로 이르게 되는 냉각유로(700)가 구비될 수 있다.
냉각유로(700)는 회전자(500) 및 고정자(600) 사이의 이격을 통해 유동되므로, 회전자(500) 및 고정자(600)가 발전과정에서 과열되는 것을 방지하고, 일정한 온도 이하로 유지될 있도록 하는 효과가 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 회전자(500)가 하우징의 내측공간과 베어링을 통해 회전 가능하게 결합될 수 있고, 터빈은 회전자(500)의 내주연에 결합되어 작동유체의 흐름으로 인해 발생된 회전력을 회전자(500)로 전달하게 된다.
이러한 실시예는 회전자(500)가 안정적으로 하우징(100)의 내측공간과 결합되고, 회전되는 경로가 베어링을 통해 한정되므로 회전 안정성을 더 높일 수 있는 효과가 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에는 회전자(500)의 일측이 베어링을 통해 하우징(100)의 내측공간에 결합되고, 타측은 터빈(202)의 외측둘레와 결합되어 회전자(500)의 회전이 안정적으로 흔들리지 않고 수행될 수 있게 함과 아울러, 노즐어셈블리(402)가 원통형의 회전자(500) 외부에 배치되어 노즐어셈블리(402)의 유지 및 보수가 수월해 질 수 있다.
본 발명의 제2실시예에서도 제1실시예에서와 같이, 터빈(202)의 터빈블레이드(212) 및 노즐어셈블리(402)의 노즐블레이드(412)는 상호 대응되는 위치에 마련되어 노즐블레이드(412)를 통과하여 유속 및 방향이 변경된 작동유체가 인접하여 후행 배치된 터빈블레이드(212)와 간섭되어 운동에너지가 터빈블레이드(212)로 전달되고, 터빈블레이드(212)로 전달된 운동에너지에 의해 터빈(202)이 회전될 수 있다.
또한, 하우징(100)에 구비되는 작동유체가 유동되는 유로는 적어도 일부 구간이 원통형의 공간으로 형성될 수 있고, 원통형상의 길이방향으로 대향되는 위치에 각기 유입구(110) 및 배출구(120)가 배치될 수 있다.
유로의 원통형상으로 형성된 공간 내부에 노즐어셈블리(400, 402) 및 터빈(200, 202)가 배치될 수 있다.
하우징(100)의 내측 유로에서 회전되는 터빈(200, 202)과 회전자(500)는 다수 개의 베어링에 의해 하우징(100)에 결합될 수 있고, 일 예로서, 하우징(100)의 유로를 이루는 내주연을 따라 배치된 다수 개의 베어링이 회전자(500)의 외주연과 결합되거나, 터빈(200, 202)의 회전되는 회전축을 따라 길게 형성되는 회전축부재가 포함되고, 회전축부재는 하우징과 그 양단이 회전 가능하게 베어링으로 결합되며, 터빈(200, 202)은 회전축부재에 지지되어 회전되는 축계가 안정되게 유지될 수 있다.
이때, 노즐어셈블리(400, 402)는 그 중심부에 회전축부재가 가로질러 통과될 수 있도록 관통된 공간이 마련될 수 있다.
유입구(110)는 하우징(100)의 일측에서 방사형으로 작동유체가 하우징(100)의 유로를 향해 유입될 수 있도록 형성될 수 있고, 구체적으로는 유입구(110)는 하우징(100)의 유로로 작동유체가 환형을 이루며 유입될 수 있는 형상으로 구비될 수 있다.
이는, 노즐블레이드(410, 412) 및 터빈블레이드(210, 212)가 환형으로 배치되므로, 작동유체가 방사형으로 전개되어 환형을 이루며 유로로 유입되게하여 작동유체의 유동에 저항을 최소화 하는 효과가 있다.
그리고, 배출구(120)는 하우징(100)과 인접한 부분에서 유로보다 큰 직경을 지니도록 형성되는 것이 바람직하고, 하우징(100)과 멀어질수록 그 직경이 감소되도록 형성될 수 있다.
이는, 하우징(100)의 유로에서 배출되는 작동유체가 유로보다 작은 직경을 지닌 배출구(120)로 배출될 경우에 작동유체의 유동이 원활하지 못하게 될 수 있어, 작동유체가 최소한의 저항으로 하우징(100)을 이탈할 수 있게 하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전 사이클 시스템은 상술하였던 발전기가 포함되고, 발전기의 전단에 배치되어 작동유체가 가열되는 제1열교환모듈(미도시), 발전기의 후단에 배치되고 발전기를 경유한 작동유체가 냉각되는 제2열교환모듈(미도시)이 포함될 수 있다.
그리고, 작동유체가 제1열교환모듈(미도시), 발전기, 제2열교환모듈(미도시)을 거쳐 순환될 수 있도록하는 펌프모듈(미도시)이 더 구비될 수 있다.
본 발명이 적용되는 실시예에 따라서 제1열교환모듈(미도시) 및 제2열교환모듈(미도시)은 각기 다양한 열원 및 냉각수단과 열교환이 수행될 수 있을 것이나, 본 발명의 일 실시예에서는 제1열교환모듈(미도시)은 폐열이 발생되는 연료전지와 같은 폐열원과 열교환이 수행되어 열에너지를 공급받을 수 있고, 제2열교환모듈(미도시)은 냉각기와 열교환이 수행되어 작동유체가 냉각될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 하우징 110: 유입구
120: 배출구
200, 202: 터빈 210, 212: 터빈블레이드
300: 유로확장가이드
400, 402: 노즐어셈블리 410, 412: 노즐블레이드
500: 회전자
600: 고정자
700: 냉각유로

Claims (17)

  1. 일측에 작동유체가 유입되는 유입구가 구비되고, 타측에 작동유체가 배출되는 배출구가 마련되며, 상기 유입구 및 상기 배출구를 연결하는 유로가 내부에 구비되는 하우징;
    상기 유로상에 배치되어 상기 유로를 통해 유동되는 작동유체의 유속 및 방향을 전환시키되, 상기 하우징에 고정되는 노즐어셈블리;
    상기 유로상에서 상기 노즐어셈블리에 후행 배치되고, 상기 노즐어셈블리를 경유한 작동유체의 흐름에 의해 회전되는 터빈;
    상기 터빈의 외측둘레에 결합되어, 상기 터빈과 일체로 회전되는 회전자; 및
    상기 회전자의 외측둘레와 인접하여 배치되는 고정자;
    가 포함되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 유입구를 통해 유입된 작동유체가 상기 노즐어셈블리에 유입되기 이전에 분기되고, 분기된 작동유체는 상기 회전자 및 상기 고정자의 사이로 경유되어 상기 배출구로 배출되는 냉각유로;
    가 포함되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐어셈블리는,
    상기 유입구를 통해 유입된 작동유체가 간섭되어 유동되는 방향이 변경되도록 배치되고, 작동유체의 유속을 증가시키는 노즐블레이드;
    가 포함되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터빈은,
    상기 노즐블레이드를 통해 유동되는 방향이 변경된 작동유체의 운동에너지가 전달되는 터빈블레이드;
    가 포함되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터빈을 경유한 작동유체가 유동되는 상기 유로가 확장되도록 상기 터빈에 후행하여 배치되는 유로확장가이드;
    가 포함되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 원통형으로 형성되어 상기 하우징과 베어링을 통해 회전 가능하게 결합되고, 상기 터빈은 상기 회전자의 내주연에 결합되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 노즐어셈블리는 원통형으로 형성된 상기 회전자의 외부에 배치되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  8. 일측에 작동유체가 유입되는 유입구가 구비되고, 타측에 작동유체가 배출되는 배출구가 마련되며, 상기 유입구 및 상기 배출구를 연결하는 유로가 내부에 구비되되, 상기 유입구 및 상기 배출구를 연결하는 상기 유로는 적어도 일부가 원통형의 공간으로 형성되는 하우징;
    상기 유로의 원통형 공간에 배치되고, 상기 유입구를 통해 상기 하우징으로 유입된 작동유체와 간섭되어 작동유체의 유속 및 방향이 전환되며, 상기 하우징에 고정되는 노즐어셈블리;
    상기 노즐어셈블리와 인접하여 배치되고, 상기 노즐어셈블리를 경유한 작동유체의 흐름에 의해 회전되는 터빈;
    상기 터빈의 외측둘레에 결합되어, 상기 터빈의 회전에 종속되어 회전되는 회전자; 및
    상기 회전자의 외측둘레와 인접하도록 이격되어 배치되는 고정자;
    가 포함되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 하우징의 원형으로 형성된 상기 유로에 배치되고, 상기 하우징의 내주연을 따라 배치된 다수 개의 베어링에 의해 상기 하우징과 회전가능하게 결합되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 터빈은,
    중심부에 상기 유로의 길이방향을 따라 길게 형성되고 양단이 상기 하우징에 회전가능하게 결합되는 회전축부재;
    이 포함되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노즐어셈블리는,
    중심부에 상기 유로의 길이방향을 따라 관통되고, 상기 노즐어셈블리의 중심부에 관통된 공간으로 상기 회전축부재가 가로질러 배치되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 유입구는,
    상기 하우징의 일측에서 방사형으로 작동유체가 상기 하우징의 유로를 향해 유입되도록 형성되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배출구는,
    적어도 상기 유로보다 큰 직경을 지니도록 형성되고, 상기 하우징과 멀어질수록 직경이 점진적으로 작아지는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 하우징의 상기 유로 내주연에 고정되는 터빈 일체형 회전자가 구비되는 발전기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 한에 따른 발전기;
    상기 발전기의 전단에 배치되고, 작동유체가 가열되어 상기 발전기로 유동되는 제1열교환모듈;
    상기 발전기의 후단에 배치되고, 상기 발전기를 경유한 작동유체가 냉각되는 제2열교환모듈; 및
    상기 제1열교환모듈, 상기 발전기 및 상기 제2열교환모듈에 작동유체가 순환될 수 있도록 작동유체를 순환시키는 펌프모듈;
    이 포함되는 발전 사이클 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1열교환모듈은 폐열이 발생되는 폐열원과 열교환이 수행되어 열에너지가 공급되는 발전 사이클 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2열교환모듈은 냉각기와 열교환이 수행되어 작동유체가 냉각되는 발전 사이클 시스템.


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