KR20200036370A - Compact multistage-turbine for organic rankine cycles - Google Patents

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Abstract

Provided is a small multistage-turbine for an organic ranking cycle (ORC). A multistage-turbine device according to an embodiment can include: an inward radial flow turbine constituting a first stage of the multistage turbine; and a first axial flow turbine which is formed in a diffuser of the inward radial flow turbine after the first stage, and operates by introducing fluid flowing in the direction in which the diffuser is present along the shaft of the inward radial flow turbine in the inward radial flow turbine.

Description

유기랭킨사이클용 소형 다단 터빈{COMPACT MULTISTAGE-TURBINE FOR ORGANIC RANKINE CYCLES}Compact multistage turbine for organic Rankine cycles {COMPACT MULTISTAGE-TURBINE FOR ORGANIC RANKINE CYCLES}

아래의 설명은 유기랭킨사이클용 소형 다단 터빈에 관한 것이다.The description below relates to a small multistage turbine for an organic Rankine cycle.

유기랭킨사이클은 비등점이 낮은 유기매체를 이용한 동력사이클이다. 예를 들어, 한국등록특허 제10-1563629호는 유기랭킨사이클용 발전 시스템을 개시하고 있다. 비등점이 낮은 유기매체는 낮은 열원만으로 터빈을 구동하기에 충분한 압력의 가스로 비등한다. 이러한 이유에서 유기랭킨사이클을 이용한다면 그동안 경제성의 이유로 회수하지 않았던 중저온의 열원으로부터 효과적으로 발전을 할 수 있다. The organic Rankine cycle is a power cycle using an organic medium having a low boiling point. For example, Korean Patent Registration No. 10-1563629 discloses a power generation system for an organic Rankine cycle. An organic medium with a low boiling point boils with gas at a pressure sufficient to drive the turbine with only a low heat source. For this reason, if an organic Rankine cycle is used, it can effectively develop from low-temperature heat sources that have not been recovered for economic reasons.

그러나 유기매체의 음속은 스팀과 비교하여 낮은 단점을 갖는다. 일반적으로 터빈의 마하수는 0.85 이하로 제한된다. 높은 마하수는 터빈에서의 에너지 손실과 소음을 증가시키므로 가능한 피하는 것이 좋다. 그러므로 특히, 음속이 낮은 유기매체를 이용하는 유기랭킨사이클용 터빈을 설계할 때, 사용하고자 하는 유기매체의 음속을 파악하고 가능한 제한 이하의 마하수가 터빈에 형성되도록 고려하는 것이 필수적이다.However, the sound velocity of the organic medium has a lower disadvantage compared to steam. In general, the Mach number of the turbine is limited to 0.85 or less. High Mach numbers increase energy loss and noise in turbines, so it is best to avoid them. Therefore, in particular, when designing a turbine for an organic Rankine cycle using an organic medium having a low sound velocity, it is essential to understand the sound velocity of the organic medium to be used and consider that Mach numbers below a possible limit are formed in the turbine.

터빈의 마하수는 터빈에 요구되는 열낙차와 밀접한 관련이 있다. 열낙차가 높은 터빈에서는 높은 마하수를 요구한다. 전통적으로 높은 열낙차가 요구되는 동력사이클의 터빈은 다단으로 터빈을 형성한다. 각 단은 일부의 열낙차만을 실현하면 되므로 각 단의 마하수는 비교적 낮게 형성될 수 있다.The Mach number of the turbine is closely related to the heat drop required for the turbine. Turbines with a high heat drop require a high Mach number. Traditionally, power cycle turbines that require a high heat drop form a multi-stage turbine. Since each stage only needs to realize a part of the thermal drop, the Mach number of each stage can be formed relatively low.

유기랭킨사이클용 터빈으로는 단위 질량유량 당 출력이 높아 터빈의 소형화를 도모할 수 있는 내향 반경류 터빈이 주로 이용되고 있다. 그러나, 내향 반경류 터빈의 적용은 제한적이다. 내향 반경류 터빈은 입출구의 압력비가 5 이하, 마하수 0.85 이하일 경우에만 일반적으로 적용되고 있다. 또한 내향 반경류 터빈은 구조상 다단으로 터빈을 구성할 경우 터빈의 크기가 커지고 복잡한 유로로 인한 손실이 증가하는 문제점을 갖는다. 즉, 유기랭킨사이클용 내향 반경류 터빈은 소형화를 실현할 수 있는 터빈 형식이라는 장점에도 불구하고 유기매체가 갖는 낮은 음속, 그리고 내향 반경류 터빈의 마하수 제한, 구조적으로 다단으로 형성하기 용이하지 않다는 단점을 가지므로 내향 반경류 터빈을 적용할 수 있는 유기랭킨사이클의 운전 조건은 제한적이다.As the turbine for the organic Rankine cycle, an inward radial flow turbine that is capable of miniaturizing the turbine because of high output per unit mass flow rate is mainly used. However, the application of inward radial flow turbines is limited. Inward radial turbines are generally applied only when the pressure ratio at the inlet and outlet is 5 or less and Mach number 0.85 or less. In addition, the inward radial flow turbine has a problem in that when the turbine is configured in a multi-stage structure, the size of the turbine increases and the loss due to the complicated flow path increases. That is, despite the advantage that the inward radial turbine for the organic Rankine cycle is a turbine type capable of miniaturization, there are disadvantages of low sound velocity of the organic medium and Mach number limitation of the inward radial turbine, which is not easy to form structurally in multiple stages. Therefore, the operating conditions of the organic Rankine cycle to which an inward radial flow turbine can be applied are limited.

본 발명의 실시예들은 터빈에 요구되는 높은 열낙차로 인하여 다단으로 터빈을 형성해야 하는 유기랭킨사이클용 고효율 다단 터빈 장치의 소형화를 목적으로 한다.The embodiments of the present invention aim to miniaturize a high-efficiency multi-stage turbine device for an organic Rankine cycle in which a multi-stage turbine must be formed due to a high heat drop required for a turbine.

유기랭킨사이클(organic ranking cycle, ORC)을 위한 다단 터빈(multistage-turbine) 장치에 있어서, 다단 터빈의 첫 번째 단을 구성하는 내향 반경류 터빈; 및 상기 첫 번째 단 이후에 상기 내향 반경류 터빈의 디퓨저에 구성되어 상기 내향 반경류 터빈에서 상기 내향 반경류 터빈의 축(shaft)을 따라 상기 디퓨저가 있는 방향으로 유출되는 유체를 유입하여 동작하는 제1 축류 터빈을 포함하는 다단 터빈 장치를 제공한다.What is claimed is: 1. A multistage-turbine apparatus for an organic ranking cycle (ORC), comprising: an inward radial flow turbine constituting a first stage of a multistage turbine; And after the first stage is configured in the diffuser of the inward radial flow turbine to operate by introducing a fluid flowing in the direction of the diffuser along the shaft (shaft) of the inward radial flow turbine from the inward radial flow turbine A multistage turbine device including a single axial turbine is provided.

일측에 따르면, 상기 내향 반경류 터빈 및 상기 제1 축류 터빈은 로터 허브(rotor hub) 및 상기 축을 공유하도록 구현되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one side, the inward radial flow turbine and the first axial flow turbine may be characterized in that they are implemented to share a rotor hub (rotor hub) and the shaft.

다른 측면에 따르면, 상기 내향 반경류 터빈에서 상기 디퓨저가 있는 방향으로 유출되는 유체가 상기 디퓨저 내에서 상기 공유된 로터 허브에 배열되는 상기 제1 축류 터빈의 날개들(vanes)에 작용하여 상기 디퓨저 내에서 상기 공유된 축에 회전 에너지를 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the fluid flowing out of the inward radial flow turbine in the direction of the diffuser acts on the vanes of the first axial flow turbine arranged in the shared rotor hub within the diffuser in the diffuser. It may be characterized in that to transmit the rotational energy to the shared axis.

또 다른 측면에 따르면, 상기 내향 반경류 터빈의 제1 로터 허브 및 제1 축과 구별되는 상기 제1 축류 터빈의 제2 로터 허브 및 제2 축이 상기 내향 반경류 터빈의 디퓨저 내부에 구현되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the first rotor hub and the second rotor hub of the first axial turbine which are distinguished from the first axis of the inward radial turbine are implemented inside the diffuser of the inward radial turbine. It can be characterized as.

또 다른 측면에 따르면, 상기 내향 반경류 터빈에서 상기 디퓨저가 있는 방향으로 유출되는 유체가 상기 디퓨저 내에서 상기 제1 축류 터빈의 상기 제2 로터 허브에 배열된 날개들에 작용하여 상기 디퓨저 내에서 상기 제1 축류 터빈의 상기 제2 축에 회전 에너지를 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the fluid flowing out of the inward radial flow turbine in the direction in which the diffuser is located acts on the wings arranged in the second rotor hub of the first axial flow turbine within the diffuser to operate within the diffuser. It may be characterized in that to transmit the rotational energy to the second axis of the first axial turbine.

또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 축류 터빈이 포함하는 날개들의 폭 및 길이 중 적어도 하나가 상기 내향 반경류 터빈의 디퓨저의 크기 및/또는 구조 중 적어도 하나에 따라 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, at least one of the width and length of the wings included in the first axial turbine may be determined according to at least one of the size and / or structure of the diffuser of the inwardly-radiating turbine.

또 다른 측면에 따르면, 상기 다단 터빈 장치는 상기 디퓨저에 구성되는 제1 축류 터빈의 후단에 연결되는 적어도 하나의 제2 축류 터빈을 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the multistage turbine device may further include at least one second axial turbine connected to a rear end of the first axial turbine configured in the diffuser.

유기랭킨사이클(organic ranking cycle, ORC)을 위한 다단 터빈(multistage-turbine) 장치에 있어서, 다단 터빈의 첫 번째 단을 구성하는 내향 반경류 터빈; 및 상기 첫 번째 단 이후에서 상기 내향 반경류 터빈의 로터 허브 및 축을 공유하여 상기 공유된 로터 허브에 날개들이 배열되는 제1 축류 터빈을 포함하는 다단 터빈 장치를 제공한다.What is claimed is: 1. A multistage-turbine apparatus for an organic ranking cycle (ORC), comprising: an inward radial flow turbine constituting a first stage of a multistage turbine; And a first axial turbine comprising blades arranged on the shared rotor hub by sharing the rotor hub and shaft of the inward radial turbine after the first stage.

첫 번째 단에 내향 반경류 터빈이 형성되고, 상기 첫 번째 단 이후에 축류 터빈이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기랭킨사이클용 다단 터빈 장치를 제공한다.An inward radial flow turbine is formed in the first stage, and an axial flow turbine is formed after the first stage.

터빈에 요구되는 높은 열낙차로 인하여 다단으로 터빈을 형성해야 하는 유기랭킨사이클용 고효율 다단 터빈 장치를 소형화할 수 있다.Due to the high heat drop required for the turbine, it is possible to miniaturize a high-efficiency multi-stage turbine device for an organic Rankine cycle in which a turbine must be formed in multiple stages.

첫 번째 단에 내향 반경류 터빈을 구성하고, 첫 번째 단 이후에 축류 터빈을 구성함으로써, 내향 반경류 터빈의 소형화 장점과 다단 구성이 용이한 축류 터빈의 장점을 동시에 실현할 수 있다.By configuring the inward radial flow turbine in the first stage, and configuring the axial flow turbine after the first stage, it is possible to simultaneously realize the advantages of miniaturization of the inward radial flow turbine and of the axial turbine that is easy to multi-stage configuration.

축류 터빈이 내향 반경류 터빈의 로터 허브와 축을 공유하도록 함으로써, 고효율 다단 터빈을 소형화할 수 있다.By making the axial turbine share the shaft with the rotor hub of the inwardly-radiating turbine, the high-efficiency multistage turbine can be miniaturized.

내향 반경류 터빈의 디퓨저내에 축류 터빈을 구현함으로써, 축류 터빈을 위한 유로를 생략할 수 있어 다단 터빈 장치를 소형화할 수 있다.By implementing the axial flow turbine in the diffuser of the inwardly radial flow turbine, the flow path for the axial flow turbine can be omitted, thereby miniaturizing the multistage turbine device.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 터빈 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기랭킨사이클용 다단 터빈의 구조의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유기랭킨사이클용 다단 터빈의 구조의 다른 예를 도시한 도면이다.1 is a view showing a schematic configuration of a multi-stage turbine device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an example of the structure of a multi-stage turbine for an organic Rankine cycle according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing another example of the structure of an organic Rankine cycle multistage turbine according to an embodiment of the present invention.

이하, 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

반경류 터빈(radial flow turbine)은 증기 또는 가스 등 작동 유체가 회전축과 직각을 이루는 평면 내에서 반지름 방향으로 흘러 로터 깃(blade, 날개차)을 회전시키는 형식의 터빈이다. 이러한 반경류 터빈은 외향 반경류 터빈(radial outflow turbine)과 내향 반경류 터빈(radial inflow turbine)으로 구분할 수 있다. 외향 반경류 터빈은 증기 또는 가스 등이 중심으로 들어가서 반지름 방향으로 흐르고, 내향 반경류 터빈은 증기 또는 가스 등이 반지름 방향으로 바깥 둘레에서 안쪽을 향하여 흘러 터빈의 로터 깃을 구동시킬 수 있다.A radial flow turbine is a turbine in which a working fluid such as steam or gas flows in a radial direction in a plane perpendicular to the axis of rotation to rotate a rotor blade. These radial flow turbines can be divided into radial outflow turbines and radial inflow turbines. The outward radial turbine may flow in the radial direction with steam or gas entering the center, and the inward radial turbine may drive the rotor collar of the turbine with steam or gas flowing in the radial direction from the outer circumference toward the inside.

내향 반경류 터빈에서 유체는 볼류트(volute)에서 노즐(nozzle)을 통해 반경 방향으로 로터로 유입될 수 있으며, 내향 반경류 터빈의 축(shaft)을 따라 내향 반경류 터빈의 디퓨저(diffuser)가 있는 방향으로 유출될 수 있다.In an inward radial flow turbine, the fluid may enter the rotor radially through a nozzle at a volute, and the diffuser of the inward radial flow turbine along the shaft of the inward radial flow turbine may In any direction.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다단 터빈 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예들에서는 유기랭킨사이클(organic ranking cycle, ORC)을 위한 다단 터빈(multistage-turbine) 장치(100)의 1단에 단위 질량 유량당 출력이 높아 소형화를 실현할 수 있는 내향 반경류 터빈(110)을 배치할 수 있다. 이때, 1단에 배치된 내향 반경류 터빈(110) 이후에는 다단 터빈에 유리한 축류 터빈(Axial turbine, 120)을 구성할 수 있다. 축류 터빈(120)은 유체가 축을 따라 흐르게 되어 있는 터빈으로, 내향 반경류 터빈(110)의 축을 따라 디퓨저(diffuser)가 있는 방향으로 유출되는 유체가 디퓨저에 구성된 축류 터빈(120)의 축을 따라 흐르게 된다. 다시 말해, 본 발명의 실시예들에 따른 유기랭킨사이클을 위한 다단 터빈 장치(100)는 다단 터빈의 첫 번째 단을 구성하는 내향 반경류 터빈(110) 및 첫 번째 단 이후에 내향 반경류 터빈에서 축을 따라 디퓨저가 있는 방향으로 유출되는 유체를 유입하여 동작하는 축류 터빈(120)을 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 다단 터빈 장치의 구성을 통해 내향 반경류 터빈의 소형화 장점과 다단 구성이 용이한 축류 터빈의 장점을 동시에 실현하고 또한 유로의 단순화를 꾀하여 다단 터빈 장치의 고효율화를 도모할 수 있다. 실시예에 따라, 축류 터빈(제1 축류 터빈, 120)의 후단에 적어도 하나의 제2 축류 터빈이 더 연결되어 셋 이상의 단들을 형성할 수도 있다.1 is a view showing a schematic configuration of a multi-stage turbine device according to an embodiment of the present invention. In embodiments of the present invention, the output per unit mass flow rate is high in one stage of a multistage-turbine apparatus 100 for an organic ranking cycle (ORC), and an inward radial flow turbine capable of realizing miniaturization. (110) can be arranged. At this time, after the inward radial flow turbine 110 disposed in the first stage, an axial turbine 120 that is advantageous to the multistage turbine may be configured. The axial turbine 120 is a turbine in which fluid flows along an axis, and fluid flowing out in a direction with a diffuser along the axis of the inward radial turbine 110 flows along the axis of the axial turbine 120 configured in the diffuser. do. In other words, the multi-stage turbine apparatus 100 for an organic Rankine cycle according to the embodiments of the present invention includes an inward radial flow turbine 110 constituting the first stage of the multi-stage turbine and an inward radial flow turbine after the first stage. It may include an axial flow turbine 120 that operates by introducing a fluid that flows out in a direction with a diffuser along an axis. Accordingly, through the configuration of such a multi-stage turbine device, the advantages of miniaturization of the inward radial flow turbine and the advantages of an axial turbine that is easy to multi-stage configuration can be simultaneously realized, and the simplification of the flow path can be achieved to increase the efficiency of the multi-stage turbine device. According to an embodiment, at least one second axial turbine may be further connected to the rear end of the axial turbine (first axial turbine 120) to form three or more stages.

한편, 축류 터빈(120)은 내향 반경류 터빈(110)의 디퓨저(diffuser) 내부에 구성될 수 있다. 이 경우, 축류 터빈(120)의 유로를 디퓨저의 유로가 대체하게 됨에 따라 축류 터빈(120)의 유로를 생략할 수 있어 다단 터빈 장치(100)을 추가적으로 소형화할 수 있게 된다. 이때, 내향 반경류 터빈(110)의 디퓨저를 축류 터빈(120)의 유로로 활용하기 위해, 축류 터빈(120)의 날개들의 크기(폭 및/또는 길이)가 내향 반경류 터빈(110)의 디퓨저의 크기 및/또는 구조에 영향을 받게 된다. 다시 말해, 축류 터빈(120)의 날개들의 크기가 내향 반경류 터빈(110)의 디퓨저의 크기 및/또는 구조에 기초하여 결정될 수 있다.Meanwhile, the axial turbine 120 may be configured inside a diffuser of the inward radial turbine 110. In this case, as the flow path of the diffuser replaces the flow path of the axial flow turbine 120, the flow path of the axial flow turbine 120 can be omitted, thereby further miniaturizing the multi-stage turbine device 100. At this time, in order to utilize the diffuser of the inward radial flow turbine 110 as a flow path of the axial flow turbine 120, the size (width and / or length) of the wings of the axial flow turbine 120 is the diffuser of the inward radial flow turbine 110. Size and / or structure. In other words, the size of the wings of the axial turbine 120 may be determined based on the size and / or structure of the diffuser of the inward radial turbine 110.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기랭킨사이클용 다단 터빈의 구조의 예를 도시한 도면이다. 도 2는 공통 축 타입(Common shaft type)을 갖는 다단 터빈 장치의 구조 예로서, 1단의 내향 반경류 터빈과 그 후단의 축류 터빈이 로터 허브(Rotor hub) 및 축(Shaft)을 공유하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 제1 점선박스(210)는 도 2의 실시예에 따른 다단 터빈 장치의 1단(첫 번째 단)을 구성하는 내향 반경류 터빈의 예를 나타내고 있다. 유체는 볼류트(Volute, 211)에서 노즐(Nozzle, 212)을 통해 반경 방향으로 유입될 수 있으며, 이때 유체는 로터 허브(Rotor hub, 213), 축(Shaft, 214) 및 로터 날개(Rotor vane, 215)를 포함하는 내향 반경류 터빈의 로터(rotor)로 유입될 수 있다. 이 경우, 유체의 에너지는 로터 허브(213)상에 배열된 로터 날개(215)에 의해 회전 에너지로 변환되어 축(214)에 전달될 수 있다. 이후 유체는 축(214)을 따라 디퓨저(Diffuser, 216)가 있는 방향으로 배출될 수 있다. 이때, 도 2에서 제2 점선박스(220)는 내향 반경류 터빈과 로터 허브(213) 및 축(214)을 공유하는 축류 터빈의 예를 나타내고 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 축류 터빈의 날개들(로터 날개(Roter vane, 221), 노즐 날개(Nozzle vane, 222) 및 유입 안내 날개(Inlet Guide Vane, IGV, 223))은 내향 반경류 터빈과 공유된 로터 허브(213)에 배열될 수 있다. 이때, 내향 반경류 터빈에서 축(214)을 따라 디퓨저(216)가 있는 방향으로 배출되는 유체가 축류 터빈의 날개들(로터 날개(221), 노즐 날개(222) 및 유입 안내 날개(223))에 작용함으로써, 공유된 축(214)에 추가로 회전 에너지를 전달할 수 있게 된다.2 is a view showing an example of the structure of a multi-stage turbine for an organic Rankine cycle according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a structural example of a multi-stage turbine device having a common shaft type (common shaft type), the inward radial turbine of the first stage and the axial turbine of the rear stage implemented to share the rotor hub (Rotor hub) and shaft (Shaft) Can be. For example, in FIG. 2, the first dotted box 210 shows an example of an inward radial flow turbine constituting the first stage (the first stage) of the multistage turbine apparatus according to the embodiment of FIG. 2. The fluid may be introduced radially through the nozzle (Nozzle, 212) from the volute (Volute, 211), where the fluid is a rotor hub (Rotor hub, 213), shaft (Shaft, 214) and rotor vane (Rotor vane) , 215) may be introduced into the rotor of the inward radial flow turbine. In this case, the energy of the fluid may be converted into rotational energy by the rotor blades 215 arranged on the rotor hub 213 and transmitted to the shaft 214. The fluid can then be discharged along the axis 214 in the direction of the diffuser (216). In this case, the second dotted box 220 in FIG. 2 shows an example of an axial flow turbine sharing the inward radial flow turbine and the rotor hub 213 and the shaft 214. For example, as shown in Figure 2, the blades of the axial turbine (Rotor vane (221), nozzle vanes (Nozzle vane, 222) and inlet guide vanes (Inlet Guide Vane, IGV, 223)) It can be arranged in the rotor hub 213 shared with the inward radial flow turbine. At this time, the fluid discharged in the direction of the diffuser 216 along the axis 214 from the inward radial turbine is the blades of the axial turbine (rotor blade 221, nozzle blade 222, and inlet guide blade 223) By acting on, it is possible to transmit additional rotational energy to the shared axis 214.

이때, 실시예에 따라 축류 터빈은 내향 반경류 터빈의 디퓨저(216) 내에 구현될 수 있다. 축류 터빈을 내향 반경류 터빈의 디퓨저(216) 내에 구현하는 경우, 내향 반경류 터빈의 소형화 장점과 축류 터빈의 다단 구성이 용이한 축류 터빈의 장점을 동시에 실현할 수 있으며, 또한 축류 터빈을 위한 유로를 생략할 수 있기 때문에(내향 반경류 터빈의 디퓨저(216)가 축류 터빈의 유로를 형성하기 때문에), 다단 터빈 장치를 보다 소형화할 수 있게 된다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 축류 터빈이 내향 반경류 터빈의 디퓨저(216) 내에 구현되기 때문에, 축류 터빈의 날개들(로터 날개(221), 노즐 날개(222) 및 유입 안내 날개(223))의 크기(폭 및/또는 길이)는 디퓨저(216)의 크기 및/또는 구조에 기초하여 설계될 수 있다. 도 1에서는 공유된 로터 허브(213)에 배열되는 축류 터빈의 날개들(로터 날개(221), 노즐 날개(222) 및 유입 안내 날개(223)) 각각의 크기가 디퓨저(216)를 축류 터빈의 유로로서 활용함에 따라 디퓨저(216)의 크기 및/또는 구조에 맞게 설계된 예를 나타내고 있다.At this time, according to the embodiment, the axial flow turbine may be implemented in the diffuser 216 of the inward radial flow turbine. When the axial turbine is implemented in the diffuser 216 of the inward radial turbine, it is possible to simultaneously realize the advantages of miniaturization of the inward radial turbine and the advantages of an axial turbine that is easy to multi-stage configuration of the axial turbine, and also provides a flow path for the axial turbine. Since it can be omitted (because the diffuser 216 of the inward radial flow turbine forms the flow path of the axial flow turbine), the multistage turbine device can be made more compact. At this time, as described above, since the axial turbine is implemented in the diffuser 216 of the inward radial turbine, the wings of the axial turbine (rotor blade 221, nozzle blade 222, and inlet guide blade 223) The size (width and / or length) can be designed based on the size and / or structure of the diffuser 216. In FIG. 1, the size of each of the blades (rotor blade 221, nozzle blade 222, and inlet guide blade 223) of the axial turbine arranged in the shared rotor hub 213 is shown in the diffuser 216 of the axial turbine. It shows an example designed according to the size and / or structure of the diffuser 216 as it is used as a flow path.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유기랭킨사이클용 다단 터빈의 구조의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 3은 개별 축 타입(Separate shaft type)을 갖는 다단 터빈의 구조 예로서, 1단의 내향 반경류 터빈과 그 후단의 축류 터빈이 별도의 축으로 구성될 수 있다. 다시 말해, 내향 반경류 터빈의 제1 로터 허브 및 제1 축과 구별되는 축류 터빈의 제2 로터 허브 및 제2 축이 축류 터빈에 포함되도록 축류 터빈이 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 제1 점선박스(310)는 도 3의 실시예에 따른 다단 터빈 장치의 1단(첫 번째 단)을 구성하는 내향 반경류 터빈의 예를 나타내고 있다. 유체는 볼류트(311)에서 노즐(312)을 통해 반경 방향으로 유입될 수 있으며, 이때, 유체는 제1 로터 허브(First rotor hub, 313), 제1 축(First shaft, 314) 및 로터 날개(315)를 포함하는 내향 반경류 터빈의 로터로 유입될 수 있다. 이 경우, 유체의 에너지는 제1 로터 허브(314)상에 배열된 로터 날개(315)에 의해 회전 에너지로 변환되어 제1 축(315)에 전달될 수 있다. 이후 유체는 축(315)을 따라 디퓨저(316)가 있는 방향으로 배출될 수 있다. 이때, 도 3에서 제2 점선박스(320)는 내향 반경류 터빈의 디퓨저(316) 내에 형성된 축류 터빈의 예를 나타내고 있다. 이때, 축류 터빈은 내향 반경류 터빈의 제1 로터 허브(313) 및 제1 축(314)과는 별도로 제2 로터 허브(321) 및 제2 축(322)을 포함할 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 축류 터빈의 날개들(로터 날개(323), 노즐 날개(324) 및 유입 안내 날개(325))은 축류 터빈의 제2 로터 허브(321)에 배열될 수 있다. 이 경우, 디퓨저(316)로 배출되는 유체가 제2 로터 허브(321)에 배열된 축류 터빈의 날개들(로터 날개(323), 노즐 날개(324) 및 유입 안내 날개(325))에 작용하여 제2 축(322)에 회전 에너지를 전달할 수 있게 된다.3 is a view showing another example of the structure of an organic Rankine cycle multistage turbine according to an embodiment of the present invention. 3 is a structural example of a multi-stage turbine having a separate shaft type (Separate shaft type), the inward radial turbine of the first stage and the axial turbine of the rear stage may be configured as separate shafts. In other words, the axial turbine may be implemented such that the first rotor hub of the inwardly-radiating turbine and the second rotor hub and second shaft of the axial turbine that are distinct from the first axis are included in the axial turbine. For example, in FIG. 3, the first dashed box 310 shows an example of an inward radial flow turbine constituting the first stage (the first stage) of the multistage turbine apparatus according to the embodiment of FIG. 3. The fluid may be introduced radially through the nozzle 312 from the volute 311, where the fluid is a first rotor hub (313), a first shaft (314) and a rotor wing It may be introduced into the rotor of the inward radial flow turbine including (315). In this case, the energy of the fluid may be converted into rotational energy by the rotor blades 315 arranged on the first rotor hub 314 and transmitted to the first shaft 315. Thereafter, the fluid may be discharged along the axis 315 in a direction with the diffuser 316. At this time, the second dotted box 320 in FIG. 3 shows an example of an axial turbine formed in the diffuser 316 of the inwardly-radiating turbine. At this time, the axial turbine may include a second rotor hub 321 and a second shaft 322 separately from the first rotor hub 313 and the first shaft 314 of the inwardly radial turbine. In this case, the wings (rotor blade 323, nozzle blade 324, and inlet guide blade 325) of the axial turbine illustrated in FIG. 3 may be arranged on the second rotor hub 321 of the axial turbine. In this case, the fluid discharged to the diffuser 316 acts on the wings of the axial turbine arranged in the second rotor hub 321 (rotor blade 323, nozzle blade 324, and inlet guide blade 325). It is possible to transmit rotational energy to the second shaft 322.

또한, 본 실시예에서도 축류 터빈은 내향 반경류 터빈의 디퓨저(316) 내에 형성될 수 있으며, 축류 터빈을 위한 유로를 생략할 수 있기 때문에(내향 반경류 터빈의 디퓨저(316)가 축류 터빈의 유로를 형성하기 때문에), 다단 터빈 장치를 보다 소형화할 수 있게 된다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 축류 터빈이 내향 반경류 터빈의 디퓨저(316) 내에 구현되기 때문에, 축류 터빈의 날개들(로터 날개(323), 노즐 날개(324) 및 유입 안내 날개(325))의 크기(폭 및/또는 길이)는 디퓨저(316)의 크기 및/또는 구조에 기초하여 설계될 수 있다. 도 3에서는 제2 로터 허브(321)에 배열된 축류 터빈의 날개들(로터 날개(323), 노즐 날개(324) 및 유입 안내 날개(325)) 각각의 크기가 디퓨저(316)를 축류 터빈의 유로로서 활용함에 따라 디퓨저(316)의 크기 및/또는 구조에 맞게 설계된 예를 나타내고 있다.In addition, in this embodiment, the axial turbine may be formed in the diffuser 316 of the inward radial turbine, and the flow path for the axial turbine may be omitted (the diffuser 316 of the inward radial turbine is the flow path of the axial turbine). ), It is possible to further downsize the multistage turbine device. At this time, as described above, since the axial turbine is implemented in the diffuser 316 of the inwardly-radiating turbine, the wings of the axial turbine (rotor blade 323, nozzle blade 324, and inlet guide blade 325) The size (width and / or length) can be designed based on the size and / or structure of the diffuser 316. In FIG. 3, the size of each of the blades (rotor blade 323, nozzle blade 324, and inlet guide blade 325) of the axial turbine arranged in the second rotor hub 321 is shown in FIG. It shows an example designed for the size and / or structure of the diffuser 316 as it is used as a flow path.

이처럼, 첫 번째 단에 내향 반경류 터빈을 구성하고, 첫 번째 단 이후에 축류 터빈을 구성함으로써, 내향 반경류 터빈의 소형화 장점과 다단 구성이 용이한 축류 터빈의 장점을 동시에 실현할 수 있다.Thus, by configuring the inward radial flow turbine in the first stage and configuring the axial flow turbine after the first stage, it is possible to simultaneously realize the advantages of miniaturization of the inward radial flow turbine and the ease of multistage configuration of the axial flow turbine.

또한, 축류 터빈이 내향 반경류 터빈의 로터 허브와 축을 공유하도록 함으로써, 고효율 다단 터빈 장치를 소형화할 수 있다.In addition, by making the axial turbine share the shaft with the rotor hub of the inwardly radial turbine, the high-efficiency multistage turbine device can be miniaturized.

또한, 내향 반경류 터빈의 디퓨저내에 축류 터빈을 구현함으로써, 축류 터빈을 위한 유로를 생략할 수 있어 다단 터빈 장치를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라, 내향 반경류 터빈에서 축류 터빈으로 이어지는 유로가 간단해지기 때문에 에너지 손실을 최소화할 수 있고, 터빈의 고효율을 달성할 수 있다.In addition, by implementing an axial turbine in the diffuser of the inward radial flow turbine, it is possible to omit the flow path for the axial turbine, thereby miniaturizing the multistage turbine device, and also simplifying the flow path from the inward radial flow turbine to the axial turbine. Therefore, energy loss can be minimized and high efficiency of the turbine can be achieved.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (10)

유기랭킨사이클(organic ranking cycle, ORC)을 위한 다단 터빈(multistage-turbine) 장치에 있어서,
다단 터빈의 첫 번째 단을 구성하는 내향 반경류 터빈; 및
상기 첫 번째 단 이후에 상기 내향 반경류 터빈의 디퓨저에 구성되어 상기 내향 반경류 터빈에서 상기 내향 반경류 터빈의 축(shaft)을 따라 상기 디퓨저가 있는 방향으로 유출되는 유체를 유입하여 동작하는 제1 축류 터빈
을 포함하는 다단 터빈 장치.In a multistage-turbine device for an organic ranking cycle (ORC),
An inward radial flow turbine constituting the first stage of the multistage turbine; And
After the first stage is configured in the diffuser of the inward radial flow turbine is a first operating by flowing the fluid flowing in the direction of the diffuser along the shaft (shaft) of the inward radial flow turbine from the inward radial flow turbine Axial turbine
Multistage turbine device comprising a. 제1항에 있어서,
상기 내향 반경류 터빈 및 상기 제1 축류 터빈은 로터 허브(rotor hub) 및 상기 축을 공유하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 다단 터빈 장치.According to claim 1,
The inward radial flow turbine and the first axial flow turbine are multi-stage turbine devices, characterized in that implemented to share the rotor hub (rotor hub) and the shaft. 제2항에 있어서,
상기 내향 반경류 터빈에서 상기 디퓨저가 있는 방향으로 유출되는 유체가 상기 디퓨저 내에서 상기 공유된 로터 허브에 배열되는 상기 제1 축류 터빈의 날개들(vanes)에 작용하여 상기 디퓨저 내에서 상기 공유된 축에 회전 에너지를 전달하는 것을 특징으로 하는 다단 터빈 장치.According to claim 2,
The fluid flowing out of the inward radial flow turbine in the direction of the diffuser acts on the vanes of the first axial flow turbine arranged in the shared rotor hub within the diffuser to share the shared shaft within the diffuser. Multi-stage turbine device characterized in that for transmitting the rotational energy. 제1항에 있어서,
상기 내향 반경류 터빈의 제1 로터 허브 및 제1 축과 구별되는 상기 제1 축류 터빈의 제2 로터 허브 및 제2 축이 상기 내향 반경류 터빈의 디퓨저 내부에 구현되는 것을 특징으로 하는 다단 터빈 장치.According to claim 1,
A multi-stage turbine device characterized in that the first rotor hub and the second rotor hub of the first axial flow turbine and the second shaft, which are distinguished from the first rotor hub and the first axis, are implemented inside the diffuser of the inward radial flow turbine. . 제4항에 있어서,
상기 내향 반경류 터빈에서 상기 디퓨저가 있는 방향으로 유출되는 유체가 상기 디퓨저 내에서 상기 제1 축류 터빈의 상기 제2 로터 허브에 배열된 날개들에 작용하여 상기 디퓨저 내에서 상기 제1 축류 터빈의 상기 제2 축에 회전 에너지를 전달하는 것을 특징으로 하는 다단 터빈 장치.According to claim 4,
The fluid flowing out of the inward radial flow turbine in the direction of the diffuser acts on the wings arranged in the second rotor hub of the first axial turbine within the diffuser to actuate the wings of the first axial turbine within the diffuser. A multistage turbine device characterized by transmitting rotational energy to a second axis. 제1항에 있어서,
상기 제1 축류 터빈이 포함하는 날개들의 폭 및 길이 중 적어도 하나가 상기 내향 반경류 터빈의 디퓨저의 크기 및/또는 구조 중 적어도 하나에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다단 터빈 장치.According to claim 1,
At least one of the width and length of the wings included in the first axial flow turbine is determined according to at least one of the size and / or structure of the diffuser of the inward radial flow turbine. 제1항에 있어서,
상기 디퓨저에 구성되는 제1 축류 터빈의 후단에 연결되는 적어도 하나의 제2 축류 터빈
을 더 포함하는 다단 터빈 장치.According to claim 1,
At least one second axial turbine connected to the rear end of the first axial turbine configured in the diffuser
Multi-stage turbine device further comprising. 유기랭킨사이클(organic ranking cycle, ORC)을 위한 다단 터빈(multistage-turbine) 장치에 있어서,
다단 터빈의 첫 번째 단을 구성하는 내향 반경류 터빈; 및
상기 첫 번째 단 이후에서 상기 내향 반경류 터빈의 로터 허브 및 축을 공유하여 상기 공유된 로터 허브에 날개들이 배열되는 제1 축류 터빈
을 포함하는 다단 터빈 장치.In a multistage-turbine device for an organic ranking cycle (ORC),
An inward radial flow turbine constituting the first stage of the multistage turbine; And
A first axial flow turbine in which wings are arranged in the shared rotor hub by sharing the rotor hub and shaft of the inward radial flow turbine after the first stage
Multistage turbine device comprising a. 제8항에 있어서,
상기 내향 반경류 터빈의 축을 따라 상기 내향 반경류 터빈의 디퓨저가 있는 방향으로 유출되는 유체가 상기 제1 축류 터빈으로 유입되어 상기 공유된 로터 허브에 배열된 날개들에 작용됨에 따라 상기 제1 축류 터빈이 동작하는 것을 특징으로 하는 다단 터빈 장치.The method of claim 8,
The first axial flow turbine as fluid flowing out in the direction of the diffuser of the inward radial flow turbine along the axis of the inward radial flow turbine enters the first axial turbine and acts on the wings arranged in the shared rotor hub. A multi-stage turbine device characterized in that it operates. 첫 번째 단에 내향 반경류 터빈이 형성되고, 상기 첫 번째 단 이후에 축류 터빈이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기랭킨사이클용 다단 터빈 장치.Multistage turbine device for an organic Rankine cycle, characterized in that an inward radial flow turbine is formed in the first stage and an axial flow turbine is formed after the first stage.
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