WO2012067320A1 - 터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 그 방법 - Google Patents

터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2012067320A1
WO2012067320A1 PCT/KR2011/002880 KR2011002880W WO2012067320A1 WO 2012067320 A1 WO2012067320 A1 WO 2012067320A1 KR 2011002880 W KR2011002880 W KR 2011002880W WO 2012067320 A1 WO2012067320 A1 WO 2012067320A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
impeller
volute
pressure
turbo fan
Prior art date
Application number
PCT/KR2011/002880
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
엄태인
Original Assignee
한밭대학교 산학협력단
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 한밭대학교 산학협력단 filed Critical 한밭대학교 산학협력단
Publication of WO2012067320A1 publication Critical patent/WO2012067320A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B3/00—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
    • F22B3/06—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass by transformation of mechanical, e.g. kinetic, energy into heat energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/024—Units comprising pumps and their driving means the driving means being assisted by a power recovery turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B33/00—Steam-generation plants, e.g. comprising steam boilers of different types in mutual association
    • F22B33/18—Combinations of steam boilers with other apparatus

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for compressing water vapor, and more specifically, a turbo fan having a simple configuration and significantly improving thermal efficiency as compared to conventional water vapor compression apparatuses and reducing initial construction cost and maintenance cost. It relates to a water vapor compression apparatus used and a method thereof.
  • Water vapor generated during the drying and condensation of general high water content is at atmospheric pressure, so the boiling temperature is 100 ° C.
  • Such water vapor can be used only for preheating the material to be dried or concentrated due to the low temperature. In this case, only about 10 to 15% of the latent heat of steam is available and most of the latent heat of steam is wasted because the remaining steam is directly discharged or condensed and discharged from the condenser.
  • Energy savings can be more than 30% compared to existing devices when the low-temperature, low-pressure steam discharged from a multi-generation power generation system driven by a steam turbine using high-temperature, high-pressure superheated steam is reused by adiabatic compression using a high-efficiency turbofan. .
  • the rotational speed per minute (rpm) of the existing centrifugal compressor is about 2,000 to 8,000 times, so the pressure rise of the gas is 1.5 bar or less, so that the saturated steam can be dried and concentrated to 160 °C or higher by reusing compressed steam.
  • rpm rotational speed per minute
  • the problem of using a compression device of four or six stages or more may occur, which may not have a large energy saving effect or may consume more power.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a compressor of a turbine machine according to the prior art (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-30382), which is a diagram of a conventional steam compressor for compressing water vapor at a high temperature using a compressor of a turbomachine.
  • the compressor of the turbine machine shown in FIG. 1 has a structure in which water vapor flows into the air supply passage 1 and is discharged into the exhaust passage 2 by the compressor impeller 3 supported by the shaft water 4.
  • the heating temperature of steam is about 130 ° C. lower than the saturated steam (160 ° C.)
  • the high efficiency of latent heat of vaporization cannot be used, and the heating means are also separately mounted to the outside. This raises the problem of an increase in management costs.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the main part of the heat recovery unit for recovering the heat of condensation in another prior art (Korea Patent Publication No. 10-935424).
  • a steam collecting tube 6 and a condensate inlet tube 7 are externally mounted in the heat recovery device of the prior art. have.
  • a heat condenser for cooling the condensate provided with the heat exchange pipe 8 is disposed below.
  • An object of the present invention is to provide a water vapor compression apparatus and method using a turbo fan, which has a simple configuration and can significantly improve the thermal efficiency as compared to conventional water vapor compression apparatuses and reduce initial construction and maintenance costs. .
  • the object includes: a volute coupled to one end of the housing; An inducer provided in the volute to generate steam energy by introducing low pressure and low temperature steam; An impeller of high speed rotation coupled to the volute to increase the velocity energy of the water vapor by centrifugal force while allowing water vapor introduced at a constant speed to flow through the inductor in a perpendicular direction; A diffuser provided in the volute and converting the velocity energy of water vapor passing through the impeller into a stationary pressure; And a steam motor provided in the housing and connected to the impeller and including a driving motor to provide a rotation driving force to the impeller.
  • the air bearing may further include an air bearing coupled to the volute, and a through hole through which the impeller shaft of the impeller passes may be formed in a central region of the air bearing.
  • the volute is a portion in which the water vapor passing through the diffuser ends the conversion to a stop pressure, the volute may be provided with a discharge port for discharging the final saturated steam compressed to high pressure and high temperature, the radially outer side of the diffuser A predetermined gap may be formed between the volute and the impeller may include an impeller body and a plurality of nonlinear blades connected to the impeller body.
  • the number of revolutions per minute of the impeller may be 50,000 to 200,000 times, the pressure and temperature of the steam discharged to the outside may be 1 ⁇ 7 bar and 120 °C ⁇ 300 °C, respectively.
  • a cooling device may be interposed between the first stage compressor and the second stage compressor.
  • the pressure and temperature of the steam discharged to the outside may be 3 ⁇ 10 bar and 150 ⁇ 350 °C or more, respectively.
  • the object the step of introducing a low temperature low pressure steam; Converting the introduced low temperature low pressure steam into high speed rotation of the impeller and converting the high temperature high pressure saturated steam into high temperature and high pressure saturated steam; Exhausting the high temperature and high pressure steam converted into saturated steam to the outside; And it is also achieved by the steam compression method using a turbofan comprising the step of using the latent heat of the high temperature and high pressure steam discharged to the outside.
  • the thermal efficiency is greatly improved as compared with the conventional steam compression apparatuses while having a simple configuration, and the initial construction cost and maintenance cost can be reduced.
  • the velocity energy is obtained by the centrifugal force of the impeller rotating at high speed, and the velocity energy is converted into the static pressure by the diffuser and the volute and at the same time Because of the friction between the impeller and the volute, the water vapor has a high saturation temperature, the use of the high temperature and high pressure superheated saturated steam produced here has the effect that can effectively use the latent heat and sensible steam of the saturated temperature state.
  • the steam compression apparatus of the present invention when applied to a drying, concentrating apparatus or room heating of an item with high moisture content, and an absorption type cooling apparatus for heating, the steam compression apparatus is consumed to produce high temperature and high pressure steam compared to a heating apparatus such as a conventional boiler. Since only about 20% to 40% of the energy is consumed, there is an effect of saving energy of 60% to 80% compared to the conventional heating method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a compression device of a turbine machine according to the prior art
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the main part of a heat recovery unit for recovering the heat of condensation in another prior art
  • FIG. 3 is a perspective view of a steam compression device using a turbofan according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of the combination of FIG.
  • FIG. 6 is a front view of FIG. 5;
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a water vapor compression method using a turbofan according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of a steam compression apparatus using a turbofan according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a volute and an impeller
  • FIG. 5 is a combined perspective view of FIG. 4
  • FIG. 6 is a front view of FIG. 5
  • FIG. 7 is a perspective view of an impeller
  • FIG. 8 is an enlarged view of an essential part of an air bearing
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a steam compression method using a turbofan according to an embodiment of the present invention.
  • the steam compression apparatus using the turbofan of the present embodiment includes a housing 10 having a volute 20 coupled to one end thereof, and a volute 20 provided at a low pressure and a low temperature.
  • the volute 20 is a portion where the water vapor passing through the diffuser 60 ends the conversion to the stop pressure. On the radially outer side of the diffuser 60, a constant gap 62 is formed between the volute 20.
  • the volute 20 is provided with an outlet 25 for discharging the final saturated steam compressed to high pressure and high temperature.
  • the impeller 50 may include an impeller body 51 and a plurality of non-linear blades 53 connected to the impeller body 51.
  • a plurality of blades 53 may be provided to increase the compression efficiency of the incoming water vapor.
  • the head 54 protrudes toward the front and the impeller shaft 52 protrudes toward the rear.
  • the head 54 of the impeller 50 may be disposed inside the volute 20 through a through hole 20a formed at the center of the volute 20.
  • An air bearing 30 is coupled to the periphery of the volute 20.
  • the air bearing 30 is a part that minimizes the frictional resistance of the impeller shaft 52 which transmits the rotational force of the drive motor to the impeller 50.
  • the air bearing 30 has a through hole 31 through which the impeller shaft 52 passes, as shown in FIG. 8, in the central region.
  • the housing 10 may be provided with a heat insulating part (not shown) for blocking heat transfer from the surface of the volute 20 outside the impeller 50.
  • low pressure and low temperature water vapor flows into the inducer 22.
  • the introduced low temperature low pressure water vapor flows into the center of the impeller 50 disposed near the shaft inside the volute 20 and is led to a high speed rotation of the impeller 50 and then converted into high temperature and high pressure saturated steam (water vapor). .
  • the saturated steam discharged outward in the radial direction of the blade 53 while being guided by the blades 53 of the impeller 50 passes through the diffuser 60 and 3 mm between the diffuser 60 and the volute 20. After going to the gap 62 of, it is discharged through the outlet 25.
  • the latent heat of saturated steam (water vapor) discharged may be used.
  • Such a steam compression device may compress water vapor while driving alone in one stage, or may be used in combination of two or more stages when the pressure is insufficient.
  • a cooling device (not shown) may be provided between the first stage compressor and the second stage compressor.
  • the rotation speed per minute of the impeller 50 is 50,000 to 200,000, and the steam is heated up at the same time as the compression and discharged to the outside
  • the pressure and temperature of can be 1 to 7 bar and 120 °C to 300 °C.
  • the cooling apparatus is used to cool down to a temperature of 2 to 10 ° C. higher than the saturated steam temperature of the steam pressure compressed in the first stage.
  • the pressure and temperature of the final discharged steam can be 3 to 10 bar and 150 to 350 °C.
  • the steam compression method using a turbo fan according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 9, the step of introducing the low temperature low pressure steam to the inducer 22 (S11), the low temperature low pressure introduced Inducing the water vapor of the impeller 50 by rotating at high speed to convert the saturated steam of high temperature and high pressure (S12), and discharging the high temperature and high pressure steam converted into saturated steam to the outside (S13), and discharged to the outside And using the latent heat of the vaporized high temperature and high pressure (S14).
  • the low pressure water vapor introduced through the inductor 22 is converted into saturated steam of high temperature and high pressure while being in contact with the impeller 50 making 50,000 to 200,000 revolutions per minute.
  • a plurality of blades 53 are formed in the impeller 50 in order to increase the compression efficiency of the incoming water vapor.
  • the driving motor (not shown) provided in the housing 10 may be provided in a built-in type in order to prevent the flow of the high speed rotation and the inflow of foreign matter.
  • the present invention when the present invention is applied to the drying, condensing or drying of articles with high moisture content, and to heating in the room, and to an absorption type cooling device for heating, the energy consumed in the production of high temperature and high pressure steam is higher than that of a conventional boiler or the like. Since only 20% to 40% of energy is consumed, it can also be expected to save 60% to 80% of energy compared to the conventional heating method.
  • Vapor compression apparatus and method using the high-speed rotary turbofan of the present invention can be variously modified in addition to those shown and described, all modifications are included in the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention Should be interpreted.
  • the method of compressing water vapor is not limited to the turbo type, but a compression method using a compressor is also applied.
  • the present invention can be applied to all fields that consume and recover a variety of energy, as well as the field of generating power using water vapor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 그 방법에 관한 발명이다. 본 발명의 터보팬을 이용한 수증기 압축장치는, 상기 하우징의 일단부에 결합되는 볼루트(volute); 상기 볼루트에 마련되어 저압 저온의 수증기를 유입시켜 속도에너지를 발생시키는 인듀셔(inducer); 상기 볼루트에 결합되고 상기 인듀셔를 통해 일정한 속도로 유입된 수증기가 직각방향으로 선회되도록 하면서 원심력에 의해 수증기의 속도에너지를 증가시키는 고속회전의 임펠러(impeller); 상기 볼루트 내에 마련되며, 상기 임펠러를 통과한 수증기의 속도에너지를 정지압력으로 변환시키는 고정체로서의 디퓨져(diffuser); 및 상기 하우징 내에 마련되고 상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러에 회전구동력을 제공하는 구동모터를 포함한다.

Description

터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 그 방법
본 발명은 수증기를 압축시키는 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는 간단한 구성을 가지면서도 종래의 수증기 압축장치들에 비하여 열효율이 크게 향상될 뿐만 아니라 초기 공사비와 유지관리비를 절감시킬 수 있는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적인 고함수 물질의 건조 및 농축과정에서 발생하는 수증기는 압력이 대기압 정도이므로 비등(끓는)온도는 100℃이다.
이러한 수증기는 온도가 낮아서 건조 또는 농축 대상물질의 예열 등에만 이용할 수 있다. 이 경우 수증기 잠열의 10 ~ 15% 정도만 이용할 수 있고 나머지 수증기 직접 배출되거나 응축장치에서 응축되어 배출되기 때문에 대부분의 수증기 잠열은 낭비된다.
고온 고압 과열수증기를 이용하여 증기터빈을 구동하여 발전하는 복수기식 발전 시스템에서 배출되는 저온 저압의 수증기를 고효율 터보팬을 이용하여 단열 압축하여 재사용 할 경우 에너지 절감이 기존 장치 대비 30% 이상 얻을 수 있다.
따라서 이 저압의 수증기에 원심력을 고속 회전체에 의하여 가할 경우 압력과 온도가 동시에 상승하므로 응축기로 가는 대부분의 열에너지를 난방 또는 흡수식 냉방장치의 열원으로 재사용할 수 있다.
기존 원심력식 압축장치의 분당 회전수(rpm)는 2,000 ~ 8,000회 정도이어서 기체의 압력상승이 1.5 bar 이하이므로 여기서 압축한 수증기를 재이용하여 다른 물질을 건조, 농축할 수 있는 160℃ 이상의 포화 증기로 온도와 압력 상승을 동시에 달성하기 위해서는 4 ~ 6단 이상의 압축장치를 사용해야하는 문제가 발생하여 에너지 절약 효과가 크지 않거나 오히려 소비 동력이 더 클 수 있다.
도 1은 종래기술(일본 특개평 2005-30382호)에 따른 터빈기계의 압축장치에 대한 단면도로서 수증기를 터보 기계의 압축장치를 이용하여 고온으로 압축하는 종래 수증기 압축장치에 대한 도면이다.
도 1에 도시된 터빈기계의 압축장치는 수증기가 급기통로(1)로 유입되어 축수(4)의 지지를 받는 컴프레서 임펠러(3)에 의하여 배기통로(2)로 배출되는 구조를 갖는다.
그런데, 도 1의 장치는 수증기의 가열 온도가 포화 증기(160℃) 보다 낮은 130℃ 내외이어서 고효율의 증발잠열을 이용할 수 없을 뿐만 아니라 가열수단도 외부에 별도로 장착되는 구조를 가지기 때문에 초기 설치비와 유지관리비가 상승되는 문제점을 발생시킨다.
도 2는 또 다른 종래기술(한국 등록특허공보 10-935424호)에서 응축열을 회수하는 열회수기의 주요부에 대한 단면도이다.
이 도면을 참조하면, 공급된 온수와 수증기를 열로 소비한 후 응축수 중에 남아있는 폐열을 회수하기 위하여, 종래기술의 열회수기에는 증기 포집관(6)과 응축수 유입관(7)이 외부에 장착되어 있다. 그리고 응축수 탱크(5)의 내부 공간에는 열교환 파이프(8)가 구비되는 응축수 냉각용 열회수기가 하부에 배치되어 있다.
도 2의 장치는 응축수 냉각용 열회수기의 상단에는 증기 냉각용 열회수기가 이격되어 통수가 이루어지게 배치되어 있기 때문에, 이격된 사이로 응축수를 유입시키게 되면 응축수와 증기의 폐열을 동시에 회수하여 응축수를 재활용할 수 있게 된다.
그런데, 도 2의 장치 역시, 별도의 응축수 및 증기용 열회수기와 응축수 탱크(5)가 설치되어야 하기 때문에 초기 공사비와 유지관리비가 크게 상승하는 문제점을 해결할 수 없다.
본 발명의 목적은, 간단한 구성을 가지면서도 종래의 수증기 압축장치들에 비하여 열효율이 크게 향상될 뿐만 아니라 초기 공사비와 유지관리비를 절감시킬 수 있는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 상기 하우징의 일단부에 결합되는 볼루트(volute); 상기 볼루트에 마련되어 저압 저온의 수증기를 유입시켜 속도에너지를 발생시키는 인듀셔(inducer); 상기 볼루트에 결합되고 상기 인듀셔를 통해 일정한 속도로 유입된 수증기가 직각방향으로 선회되도록 하면서 원심력에 의해 수증기의 속도에너지를 증가시키는 고속회전의 임펠러(impeller); 상기 볼루트 내에 마련되며, 상기 임펠러를 통과한 수증기의 속도에너지를 정지압력으로 변환시키는 고정체로서의 디퓨져(diffuser); 및 상기 하우징 내에 마련되고 상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러에 회전구동력을 제공하는 구동모터를 포함하는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치에 의해 달성된다.
상기 볼루트에 결합되는 공기베어링(air bearing)을 더 포함할 수 있으며, 상기 공기베어링에는 상기 임펠러의 임펠러 축이 통과되는 통과홀이 중앙 영역에 형성될 수 있다.
상기 볼루트는 상기 디퓨져를 통과한 수증기가 정지압력으로 변환을 종료하는 부분으로서, 상기 볼루트에는 고압 고온으로 압축된 최종적인 포화 증기를 배출시키는 배출구가 마련될 수 있으며, 상기 디퓨져의 반경 방향 외측에는 상기 볼루트와의 사이에 일정한 간극이 형성될 수 있으며, 상기 임펠러는, 임펠러 본체와, 상기 임펠러 본체에 연결되는 비직선 형상의 다수의 블레이드를 포함할 수 있다.
상기 임펠러의 분당 회전수는 50,000 ~ 200,000회일 수 있으며, 외부로 배출되는 상기 수증기의 압력과 온도는 각각 1 ~ 7 bar 및 120℃ ~ 300℃일 수 있다.
상기 수증기 압축장치의 압력이 부족하여 상기 수증기 압력장치를 2단 이상으로 배치한 후 수증기를 압축할 경우, 1단 압축기와 2단 압축기 중간에는 냉각장치가 개재될 수 있으며, 상기 수증기 압력장치를 2단 이상으로 배치한 경우, 외부로 배출되는 상기 수증기의 압력과 온도는 각각 3~10 bar 및 150 ~ 350℃ 이상일 수 있다.
한편, 상기 목적은, 저온 저압의 수증기를 유입시키는 단계; 유입된 저온 저압의 수증기를 임펠러의 고속회전으로 유도하여 고온 고압의 포화 증기로 변환시키는 단계; 포화 증기로 변환된 고온 고압의 수증기를 외부로 배출시키는 단계; 및 외부로 배출된 고온 고압의 수증기의 잠열을 이용하는 단계를 포함하는 터보팬을 이용한 수증기 압축방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 간단한 구성을 가지면서도 종래의 수증기 압축장치들에 비하여 열효율이 크게 향상될 뿐만 아니라 초기 공사비와 유지관리비를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명처럼 수증기 압축장치를 저압의 포화 증기에 적용하여 고압으로 압축할 경우, 고속으로 회전하는 임펠러의 원심력에 의하여 속도에너지가 얻어지고 디퓨져와 볼루트에 의해 속도에너지가 정지압력으로 변환됨과 동시에 수증기와 임펠러, 볼루트 사이의 마찰에 의하여 수증기는 포화온도가 높아지게 되기 때문에, 여기서 생성된 고온 고압의 과열 포화 증기를 이용하면 포화온도 상태의 수증기 잠열과 현열을 효과적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 수증기 압축장치를 함수율이 높은 물품의 건조, 농축장치 또는 실내의 난방과, 난방을 위한 흡수식 냉방장치에 적용하여 운전할 경우, 기존 보일러 등의 가열장치에 비하여 고온 고압 수증기 생산에 소비되는 에너지의 약 20% ~ 40% 정도의 에너지만 소비하게 되므로 기존 가열장치에 의한 방법과 대비하면 60% ~ 80%의 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 터빈기계의 압축장치에 대한 단면도,
도 2는 또 다른 종래기술에서 응축열을 회수하는 열회수기의 주요부에 대한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보팬을 이용한 수증기 압축장치의 사시도,
도 4는 볼루트와 임펠러의 분해 사시도,
도 5는 도 4의 결합 사시도,
도 6은 도 5의 정면도,
도 7은 임펠러의 사시도,
도 8은 에어 베어링의 요부 확대도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보팬을 이용한 수증기 압축방법에 대한 흐름도이다.
10 : 하우징 20 : 볼루트
22 : 인듀셔 25 : 배출구
30 : 공기베어링 50 : 임펠러
60 : 디퓨져
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보팬을 이용한 수증기 압축장치의 사시도, 도 4는 볼루트와 임펠러의 분해 사시도, 도 5는 도 4의 결합 사시도, 도 6은 도 5의 정면도, 도 7은 임펠러의 사시도, 도 8은 에어 베어링의 요부 확대도, 그리고 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보팬을 이용한 수증기 압축방법에 대한 흐름도이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예의 터보팬을 이용한 수증기 압축장치는, 일단부에 볼루트(volute, 20)가 결합되는 하우징(10)과, 볼루트(20)에 마련되어 저압 저온의 수증기를 유입시켜 속도에너지를 발생시키는 인듀셔(inducer, 22)와, 볼루트(20)에 결합되고 인듀셔(22)를 통해 일정한 속도로 유입된 수증기가 직각방향으로 선회되도록 하면서 원심력에 의해 수증기의 속도에너지를 증가시키는 고속회전의 임펠러(impeller, 50)와, 볼루트(20) 내에 마련되며 임펠러(50)를 통과한 수증기의 속도에너지를 정지압력으로 변환시키는 고정체로서의 디퓨져(diffuser, 60)와, 하우징(10) 내에 마련되고 임펠러(50)와 연결되어 임펠러(50)에 회전구동력을 제공하는 구동모터(미도시)를 포함한다.
볼루트(20)는 디퓨져(60)를 통과한 수증기가 정지압력으로의 변환을 종료하는 부분이다. 디퓨져(60)의 반경 방향 외측에는 볼루트(20)와의 사이에 일정한 간극(62)이 형성된다. 볼루트(20)에는 고압 고온으로 압축된 최종적인 포화 증기를 배출시키는 배출구(25)가 마련된다.
임펠러(50)는 도 7에 도시된 바와 같이, 임펠러 본체(51)와, 임펠러 본체(51)에 연결되는 비직선 형상의 다수의 블레이드(53)를 포함할 수 있다.
다수의 블레이드(53)는 유입되는 수증기의 압축효율을 높이기 위하여 마련될 수 있다.
다수의 블레이드(53)의 중앙 영역에는 전방을 향해 헤드(54)가 돌출되고, 후방을 향해 임펠러 축(52)이 돌출된다. 임펠러(50)의 헤드(54)는 볼루트(20)의 중앙에 형성된 통공(20a)을 통하여 볼루트(20)의 내부에 배치될 수 있다.
볼루트(20)의 주변에는 공기베어링(air bearing, 30)이 결합된다. 공기베어링(30)은 구동모터의 회전력을 임펠러(50)에 전달하는 임펠러 축(52)의 마찰저항을 최소화시키는 부분이다.
따라서 공기베어링(30)에는 도 8에 도시된 바와 같이 임펠러 축(52)이 통과되는 통과홀(31)이 중앙 영역에 형성된다.
하우징(10)에는 임펠러(50) 외부의 볼루트(20) 표면에서 열전달을 차단시키는 단열부(미도시)가 개재될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치의 작용에 대해 설명한다.
우선, 저압 저온의 수증기가 인듀셔(22)로 유입된다. 유입된 저온 저압의 수증기는 볼루트(20) 내부의 축 근처에 배치되는 임펠러(50)의 중앙으로 유입되어 임펠러(50)의 고속회전으로 유도된 후에 고온 고압의 포화 증기(수증기)로 변환된다.
다음, 임펠러(50)의 블레이드(53)들에 의해 안내되면서 블레이드(53)의 반경 방향 바깥쪽으로 배출되는 포화 증기는 디퓨져(60)를 지나, 디퓨져(60)와 볼루트(20) 사이의 3mm의 간극(62)으로 간 뒤, 배출구(25)를 통해 배출된다.
따라서 배출되는 포화 증기(수증기)의 잠열을 이용하면 된다.
이러한 수증기 압축장치는 1단 단독으로 구동하면서 수증기를 압축할 수도 있고, 압력이 부족한 경우에는 2단 이상으로 결합시켜 사용할 수 있다. 후자의 경우, 1단 압축기와 2단 압축기 사이에는 도시 않은 냉각장치가 마련될 수 있다.
이에 대해 부연하여 설명한다. 유입된 수증기를 고온 고압의 수증기로 변환시키기 위하여, 상수증기 압축장치를 1단으로만 구동할 경우 임펠러(50)의 분당 회전수는 50,000 ~ 200,000회로 하고, 압축과 동시에 승온되어 외부로 배출되는 수증기의 압력과 온도는 1 ~ 7 bar 및 120℃ ~ 300℃가 되도록 할 수 있다.
만약, 수증기 압축장치를 2단으로 압축하는 경우에는 1단 압축기와 2단 압축기 사이에 전술한 것처럼 냉각장치를 사용하여 1단에서 압축된 수증기 압력의 포화 증기온도보다 2~10℃ 높은 온도까지 냉각하여 2단 압축기의 압축 효율을 증가시킴과 동시에 2단 압축기에서 마찰에 의해 온도가 증가하도록 할 경우 최종 배출되는 수증기의 압력과 온도는, 3 ~ 10 bar 및 150 ~ 350℃가 되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보팬을 이용한 수증기 압축방법은, 도 9에 도시된 바와 같이, 저온 저압의 수증기를 인듀셔(22)로 유입시키는 단계(S11)와, 유입된 저온 저압의 수증기를 임펠러(50)의 고속회전으로 유도하여 고온 고압의 포화 증기로 변환시키는 단계(S12)와, 포화 증기로 변환된 고온 고압의 수증기를 외부로 배출시키는 단계(S13)와, 외부로 배출된 고온 고압의 수증기의 잠열을 이용하는 단계(S14)를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 주요부인 임펠러(50)에 의하여 저온 저압의 수증기가 고온 고압의 수증기로 변환되는 작용에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.
인듀셔(22)를 통하여 유입되는 저압의 수증기는 분당 50,0000 ~ 200,000회전을 하는 임펠러(50)와 접촉되면서, 고온 고압의 포화 증기로 변환된다.
이때, 유입되는 수증기의 압축효율을 높이기 위하여 임펠러(50)에는 다수의 블레이드(53)가 형성되어 있다.
그리고 고속회전에 따른 유동과 이물질의 유입을 방지하기 위하여 하우징(10) 내에 마련되는 구동모터(미도시)는 내장형으로 마련될 수 있다.
위와 같이 이루어지는 본 발명을, 수증기 압축장치를 저압의 포화 증기에 적용하여 고압으로 압축할 경우, 기계적인 일에 의하여 수증기는 압력상승과 더불어 포화온도가 높아지므로, 여기서 생성된 고온 고압의 수증기를 열 교환장치에 이용하면, 포화온도 상태의 수증기 잠열과 현열을 효과적으로 이용할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명을 함수율이 높은 물품의 건조, 농축장치 또는 실내의 난방과, 난방을 위한 흡수식 냉방장치에 적용하여 운전할 경우, 기존 보일러 등의 가열장치에 비하여, 고온 고압 수증기 생산에 소비되는 에너지의 약 20% ~ 40% 정도의 에너지만 소비하므로, 기존 가열장치에 의한 방법과 대비하면 60% ~ 80%의 에너지를 절약할 수 있는 이점도 아울러 기대할 수 있다.
본 발명인 고속회전 터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 방법은, 도시하고 설명한 것 이외에 다양하게 변형실시가 가능한 것으로 본 발명의 목적범위를 일탈하지 않는 한, 변형예들은 모두 본 발명의 권리범위에 포함되어 해석되어야 한다.
예를 들면, 수증기를 압축하는 방식은 터보 형식에만 한정하지 않고, 컴프레서에 의한 압축방식도 적용된다.
또한 본 발명은 수증기를 이용하여 동력을 발생시키는 분야는 물론, 각종 에너지를 소비하고 회수하는 모든 분야에 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 상기 하우징의 일단부에 결합되는 볼루트(volute);
    상기 볼루트에 마련되어 저압 저온의 수증기를 유입시켜 속도에너지를 발생시키는 인듀셔(inducer);
    상기 볼루트에 결합되고 상기 인듀셔를 통해 일정한 속도로 유입된 수증기가 직각방향으로 선회되도록 하면서 원심력에 의해 수증기의 속도에너지를 증가시키는 고속회전의 임펠러(impeller); 및
    상기 볼루트 내에 마련되며, 상기 임펠러를 통과한 수증기의 속도에너지를 정지압력으로 변환시키는 고정체로서의 디퓨져(diffuser)를 포함하는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼루트에 결합되는 공기베어링(air bearing)을 더 포함하며,
    상기 공기베어링에는 상기 임펠러의 임펠러 축이 통과되는 통과홀이 중앙 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼루트에 고압 고온으로 압축된 최종적인 포화 증기를 배출시키는 배출구가 형성되는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 디퓨져의 반경 방향 외측에 상기 볼루트와의 사이에 일정한 간극이 형성되는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 간극이 1~5mm인 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 임펠러가, 임펠러 본체와, 상기 임펠러 본체에 연결되어 형성되는 비직선 형상의 다수의 블레이드를 포함하여 이루어지는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 임펠러의 분당 회전수는 50,000 ~ 200,000회인 것을 특징으로 하는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 수증기 압축장치가 2단 이상으로 형성되는 고속회전 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    1단 압축장치와 2단 압축장치 중간에 냉각장치가 구비되는 고속회전 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    압축장치 외부로 배출되는 수증기의 압력과 온도가 각각 1 ~ 7 bar 및 120℃ ~ 300℃인 고속회전 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징 내에 마련되고 상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러에 회전구동력을 제공하는 구동모터를 포함하는 터보팬을 이용한 수증기 압축장치.
  12. 저온 저압의 수증기를 유입시키는 단계;
    유입된 저온 저압의 수증기를 임펠러의 고속회전으로 유도하여 고온 고압의 포화 증기로 변환시키는 단계;
    포화 증기로 변환된 고온 고압의 수증기를 외부로 배출시키는 단계; 및
    외부로 배출된 고온 고압의 수증기의 잠열을 이용하는 단계를 포함하는 터보팬을 이용한 수증기 압축방법.
PCT/KR2011/002880 2010-11-17 2011-04-21 터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 그 방법 WO2012067320A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100114227 2010-11-17
KR10-2010-0114227 2010-11-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012067320A1 true WO2012067320A1 (ko) 2012-05-24

Family

ID=46084217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2011/002880 WO2012067320A1 (ko) 2010-11-17 2011-04-21 터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 그 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101331770B1 (ko)
WO (1) WO2012067320A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107676760A (zh) * 2017-10-25 2018-02-09 吴健斌 涡喷蒸汽发生装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101988159B1 (ko) * 2018-02-08 2019-09-30 한밭대학교 산학협력단 음식 폐기물 건조 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060051205A1 (en) * 2004-09-03 2006-03-09 Platz John A Draft inducer blower
US20060093477A1 (en) * 2004-11-03 2006-05-04 Jones Daniel W Centrifugal compressor having rotatable compressor case insert
US20070065300A1 (en) * 2005-09-19 2007-03-22 Ingersoll-Rand Company Multi-stage compression system including variable speed motors
US20100080694A1 (en) * 2008-10-01 2010-04-01 Kansas State University Research Foundation Variable geometry turbocharger

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100273359B1 (ko) * 1997-11-29 2001-01-15 구자홍 터보 압축기
US6997686B2 (en) 2002-12-19 2006-02-14 R & D Dynamics Corporation Motor driven two-stage centrifugal air-conditioning compressor
GB0403869D0 (en) 2004-02-21 2004-03-24 Holset Engineering Co Compressor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060051205A1 (en) * 2004-09-03 2006-03-09 Platz John A Draft inducer blower
US20060093477A1 (en) * 2004-11-03 2006-05-04 Jones Daniel W Centrifugal compressor having rotatable compressor case insert
US20070065300A1 (en) * 2005-09-19 2007-03-22 Ingersoll-Rand Company Multi-stage compression system including variable speed motors
US20100080694A1 (en) * 2008-10-01 2010-04-01 Kansas State University Research Foundation Variable geometry turbocharger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107676760A (zh) * 2017-10-25 2018-02-09 吴健斌 涡喷蒸汽发生装置
CN107676760B (zh) * 2017-10-25 2024-01-12 浙江百强乳业有限公司 涡喷蒸汽发生装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101331770B1 (ko) 2013-11-21
KR20120053452A (ko) 2012-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201412195Y (zh) 直接利用发电厂汽轮机排汽冷凝热的装置
JPH09317494A (ja) 発電プラント及びガスタービン装置
WO2012067320A1 (ko) 터보팬을 이용한 수증기 압축장치 및 그 방법
CN107120947B (zh) 一种热风过热蒸汽干燥系统
CN109268287A (zh) 直连驱动式双方向风机的无动力冷却装置
EP2458068B1 (en) Laundry drying equipment comprising a blower
CN201682367U (zh) 一种用于风力发电机的冷却装置
CN207069386U (zh) 一种具有高效散热功能的电气柜
CN206131762U (zh) 一种基于有机朗肯循环的双梁式石灰窑余热利用系统
CN110629481B (zh) 一种干燥设备
CN210468446U (zh) 一种环网柜除湿装置
CN202630102U (zh) 火力发电厂间冷塔热风回收利用系统
CN201992971U (zh) 一种硅钢烘干炉冷却设备
CN110350720A (zh) 一种金属加工用驱动电机
KR101439020B1 (ko) 석영으로 된 차폐캡이 구비되는 자력커플러를 이용한 스팀 압축장치
CN212409305U (zh) 一种布料烘干筒用防滴水装置
CN218910132U (zh) 污泥处理系统
CN206816310U (zh) 水泥炉窑余热锅炉蒸汽驱动高温除尘风机的传动节能装置
CN204593949U (zh) 离心式高温热泵
CN110242354A (zh) 一种改进的高效径向透平分布式余压发电系统及其工作方法
CN220365741U (zh) 轴流式消防排烟风机
CN201828118U (zh) 利用余热的烘干机
CN215832430U (zh) 一种烘干机余热回用装置
CN202857212U (zh) 进相器散热结构
CN113565577B (zh) 微型涡轮发电机组内部电圈散热系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11840876

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11840876

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1