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KR100766101B1 - Turbine generator using refrigerant for recovering energy from the low temperature wasted heat - Google Patents

Turbine generator using refrigerant for recovering energy from the low temperature wasted heat Download PDF

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KR100766101B1
KR100766101B1 KR1020060102650A KR20060102650A KR100766101B1 KR 100766101 B1 KR100766101 B1 KR 100766101B1 KR 1020060102650 A KR1020060102650 A KR 1020060102650A KR 20060102650 A KR20060102650 A KR 20060102650A KR 100766101 B1 KR100766101 B1 KR 100766101B1
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KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
turbine
pump
generator
waste heat
Prior art date
Application number
KR1020060102650A
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Korean (ko)
Inventor
조수용
Original Assignee
경상대학교산학협력단
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.)
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Publication date
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Abstract

A turbine generator using refrigerant for recovering energy from the low temperature wasted heat is provided to recover sufficient energy from the low temperature wasted heat by using refrigerant capable of dissipating and absorbing heat easily under low temperature. A turbine generator(1) using refrigerant for recovering energy from the low temperature wasted heat comprises a refrigerant turbine(18), a condenser(20), a pump(21), a carburetor(22), and a refrigerant generator(19). The refrigerant turbine is operated by refrigerant. The condenser is connected to the refrigerant turbine to convert vapor refrigerant discharged from the refrigerant turbine into liquid refrigerant. The pump is connected to the condenser to compress the liquid refrigerant into high pressure, and has an impeller rotary shaft(27) connected to a shaft of the refrigerant turbine. The carburetor is connected to the pump to convert the liquid refrigerant into gas refrigerant. The refrigerant generator is provided with an internal rotor shaft that is integrated to the impeller rotary shaft of the pump, and is integrally rotated with the pump. The refrigerant turbine, condenser, pump, and carburetor form a cycle where the refrigerant circulates for generating energy.

Description

저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치{Turbine Generator Using Refrigerant for Recovering Energy from the Low Temperature Wasted Heat}       Turbine Generator Using Refrigerant for Recovering Energy from the Low Temperature Wasted Heat

도 1은 종래의 발전장치에 대한 개략 구조도;1 is a schematic structural diagram of a conventional power generation apparatus;

도 2는 종래의 발전장치에서 형성되는 사이클 선도;2 is a cycle diagram formed in a conventional power generation apparatus;

도 3은 본 발명에 따른 낮은 온도의 폐열에서 발전하는 터빈발전장치에 대한 개략 구조도;3 is a schematic structural diagram of a turbine generator for generating power from low temperature waste heat according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 터빈발전장치가 형성하는 사이클을 나타내는 사이클 선도;4 is a cycle diagram showing a cycle formed by the turbine generator according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 터빈발전장치에서 얻어지는 에너지를 나타내는 사이클 선도;5 is a cycle diagram showing energy obtained in a turbine generator according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 터빈발전장치가 조립된 전체형상을 나타내는 구조도;6 is a structural diagram showing the overall shape of the turbine power generator according to the present invention assembled;

도 7은 본 발명에 따른 터빈발전장치에서 터빈이 반경류형으로 변경되었을 경우의 조립 형상을 나타내는 구조도이다.7 is a structural diagram showing the assembly shape when the turbine is changed to the radial flow in the turbine generator according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>      <Explanation of symbols for main parts of the drawings>

1,1' : 본 발명에 따른 저온 폐열을 이용한 냉매 사용 터빈발전장치1,1 ': Refrigerant using turbine generator using low temperature waste heat according to the present invention

18,18' : 냉매 터빈18,18 ': refrigerant turbine

19,19' : 냉매발전기 20 : 응축기 19,19 ': Refrigerant generator 20: Condenser

21,21' : 펌프 22 : 기화기21,21 ': Pump 22: carburetor

23 : 고압의 기체 냉매 24 : 저압의 기체 냉매23: high pressure gas refrigerant 24: low pressure gas refrigerant

25 : 저압의 액체 냉매, 26 : 고압의 액체 냉매25: low pressure liquid refrigerant, 26: high pressure liquid refrigerant

27 : 축 28 :포화선도27 axis 28 saturation diagram

29a : 획득에너지, 29b : 소모에너지29a: acquired energy, 29b: energy consumed

30 : 마그네트 31 : 발전기 코일 30: magnet 31: generator coil

32 : 임펠러 33 : 블레이드 32: Impeller 33: Blade

34 : 디스크 35 : 실(seal) 34 disc 35 seal

36 : 베어링 37 : 구심형 터빈 임펠러36: bearing 37: centrifugal turbine impeller

201 : 압축기 202 : 연소기,201: compressor 202: combustor,

203 : 가스터빈 204 : 가스터빈발전기203: gas turbine 204: gas turbine generator

205 : 폐열회수보일러 206 : 증기터빈205: waste heat recovery boiler 206: steam turbine

207 : 복수기 208 : 펌프207: multiplier 208: pump

209 : 증기터빈발전기 210 : 압축기 흡입구209 steam turbine generator 210 compressor inlet

211 : 압축된 공기 212 : 고온고압의 기체211: compressed air 212: gas of high temperature and high pressure

213 : 가스터빈의 폐열 214 : 고압 고온의 증기213: waste heat of gas turbine 214: high pressure high temperature steam

215 : 저온 저압의 증기 216 : 액체상태215: low temperature low pressure steam 216: liquid state

217 : 고압 액체상태,217: high pressure liquid state,

본 발명은 저온의 폐열을 사용하고 냉매를 사용하여 발전을 하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매를 가압하는 펌프는 터보형을 사용하고 터빈은 축류형이나 반경류형을 사용하며, 터빈과 펌프는 단축으로 연결됨으로써 펌프의 가동에 필요로 하는 추가적인 입력이 전혀 없으며, 터빈 축의 다른 부분은 발전기와 연결되어 초기 기동을 위하여서는 기동모터로 활용되나 기동이 시작되면 발전기로 전환되어 발전하게 됨으로써 저온 폐열을 회수하여 회수된 에너지로 발전을 하는 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치에 관한 것이다.       The present invention relates to an apparatus for generating power using low temperature waste heat and using a refrigerant. More specifically, the pump for pressurizing the refrigerant uses a turbo type, and the turbine uses an axial flow type or a radial flow type. There is no additional input required to operate the pump as it is connected by a single shaft, and the other part of the turbine shaft is connected to the generator and used as a starting motor for initial start-up, but when it starts, it is converted into a generator and generates power to generate low temperature waste heat. It relates to a turbine generator using refrigerant for the utilization of low-temperature waste heat generated by the recovered energy recovered.

통상적으로 발전장치는 고온고압의 가스를 이용하여 발전하는 가스터빈 방식과 물을 가열하여 고온고압의 증기를 사용하는 증기 터빈 방식이 있으며, 그 외에 두 방식을 혼합한 복합 열병합 방식이 있지만, 이들의 특징은 높은 온도를 얻기 위하여 연료를 사용하던가 외부로부터 아주 고열의 열원을 필요로 하는 특징을 가진다.        Generally, there are a gas turbine method of generating power using a gas of high temperature and high pressure, and a steam turbine method of using high temperature and high pressure steam by heating water. In addition, there is a complex cogeneration method in which the two methods are mixed. The characteristic is that the fuel is used to obtain a high temperature or a very high heat source is required from the outside.

도 1은 종래의 발전장치에 관한 개략도를 나타내고 있는데, 가스터빈 방식과 증기터빈 방식을 혼합한 복합 열병합 방식을 보여주며, 이들의 구성품은 압축기(201), 연소기(202), 가스터빈(203)으로부터 발전하는 가스터빈 발전기(204)를 포함하여 가스터빈 발전을 한다.       1 shows a schematic diagram of a conventional power generation apparatus, and shows a combined cogeneration system in which a gas turbine method and a steam turbine method are mixed, and components thereof include a compressor 201, a combustor 202, and a gas turbine 203. Gas turbine power generation including a gas turbine generator 204 for generating power from.

그리고 이와 같은 구조에서 상기 가스터빈(203)으로부터 배출된 폐열(213)은 500℃ 근처의 높은 온도를 가지고 있으므로, 이를 재활용하기 위하여 그 후방 측으로 폐열회수보일러(205), 증기터빈(206), 복수기(207), 펌프(208), 증기터빈발전기(209)를 포함하여 2차 발전을 얻는 복합열병합발전의 증기터빈발전장치를 구비하고 있다.       In this structure, since the waste heat 213 discharged from the gas turbine 203 has a high temperature near 500 ° C., the waste heat recovery boiler 205, the steam turbine 206, and the condenser are disposed at a rear side thereof to recycle them. 207, a pump 208, and a steam turbine generator 209 are provided with a steam turbine generator for combined cogeneration which obtains secondary power generation.

한편 증기터빈 발전만을 하는 화력발전소에서는 가스터빈의 폐열(213)을 활용할 수가 없으므로 이 폐열 대신에 연료를 사용하여 보일러를 가열하고 고압의 증기를 얻는 방식으로 발전을 한다.       On the other hand, in the thermal power plant that only steam turbine power generation can not utilize the waste heat (213) of the gas turbine to generate power by heating the boiler using the fuel instead of the waste heat to obtain a high-pressure steam.

상기에서 압축기(201)는 압축기 흡입구(210)를 통하여 공기를 흡입하여 압축하고, 압축된 공기(211)는 연소기(202)에서 가열되어 고온고압의 기체(212)가 되어 가스터빈(203)을 가동하게 된다. 이를 온도와 엔트로피 선도에 나타내면 도 2에 나타나 있는 것과 같고, 이러한 사이클 선도 중에서 위쪽에 보여주는 사이클 선도가 가스터빈(203)에서 작동하는 상태를 나타내고 있다.      In the above, the compressor 201 inhales and compresses air through the compressor inlet 210, and the compressed air 211 is heated in the combustor 202 to be a gas 212 of high temperature and high pressure to provide the gas turbine 203. It will run. If this is shown in the temperature and entropy diagram, it is as shown in FIG. 2, and the cycle diagram shown above among these cycle diagrams shows the state in which the gas turbine 203 operates.

이때 상기 가스터빈발전기(204)에서 얻어지는 발전량은 도 2의 사이클 선도에서 연소기(202) 출구에서의 고온고압 기체(212)가 가지고 있는 에너지와, 가스 터빈(203)의 폐열(213)이 가지고 있는 에너지의 차가 되므로 많은 연료를 분사하면 할수록 많은 발전량을 얻게 되는 구조이다.       In this case, the amount of power generated by the gas turbine generator 204 may include energy of the high temperature and high pressure gas 212 at the outlet of the combustor 202 and waste heat 213 of the gas turbine 203 in the cycle diagram of FIG. 2. Since it is a difference in energy, the more fuel is injected, the more power is generated.

도 2의 가스터빈발전 사이클 선도에서 나타내고 있는 것처럼 가스터빈(203)은 폐열(213)의 온도가 높으므로 이를 활용하기 위하여 증기터빈(206)의 폐열회수 보일러(205)로 보내어진다.       As shown in the gas turbine power generation cycle diagram of FIG. 2, the gas turbine 203 is sent to the waste heat recovery boiler 205 of the steam turbine 206 because the temperature of the waste heat 213 is high.

한편, 상기 증기터빈(206)의 폐열회수보일러(205)에서 얻은 고압 고온의 증기(214)는 증기터빈(206)을 가동하고 여기서 얻어지는 에너지로 증기터빈발전기(209)를 돌려 2차의 발전을 하게 된다.      On the other hand, the high pressure and high temperature steam 214 obtained from the waste heat recovery boiler 205 of the steam turbine 206 operates the steam turbine 206 and turns the steam turbine generator 209 with the energy obtained therefrom to generate secondary power generation. Done.

여기서 상기 증기터빈(206)을 통과한 저온 저압의 증기(215)는 복수기(207)에서 기체 상태로부터 액체상태(216)로 변하게 되고, 이를 펌프(208)에서 가압하여 고압 액체 상태(217)로 만들어 폐열회수 보일러(205)에서 기체 상태로 변환된다.      Here, the low temperature low pressure steam 215 passing through the steam turbine 206 is changed from the gas state to the liquid state 216 in the condenser 207, and is pressurized by the pump 208 to the high pressure liquid state 217. The waste heat recovery boiler 205 is converted into a gas state.

그 후 다시 증기터빈(206)으로 공급되어 이를 가동하는 사이클을 형성하게 되는데, 도 2의 사이클 중에서 아래 부분의 사이클이 상기 증기터빈(206)의 사이클을 나타내고 있으며, 여기서는 작동 증기의 온도가 가스터빈(203)의 온도보다는 낮은 상태에서 사이클을 형성하고 있다.        It is then supplied back to the steam turbine 206 to form a cycle for operating it, the cycle of the lower part of the cycle of Figure 2 represents the cycle of the steam turbine 206, where the temperature of the working steam is the gas turbine The cycle is formed at a temperature lower than the temperature of (203).

그러나 폐열을 회수하여 사용하는 증기터빈의 발전에서는 폐열회수보일러(205)에 적용되는 폐열의 온도가 500℃ 근처의 높은 온도여야 하므로 이러한 온도는 폐열이라기보다는 또 다른 에너지원인 것이고, 종래의 기술로는 500℃ 보다 낮은 온도의 폐열을 활용하지 못하는 많은 문제점이 있다.       However, in the development of steam turbines that recover and use waste heat, the temperature of waste heat applied to the waste heat recovery boiler 205 should be about 500 ° C., so this temperature is another energy source rather than waste heat. There are many problems that do not utilize waste heat at temperatures below 500 ° C.

종래에는 폐열의 온도가 낮은 경우에 증기터빈 방식으로는 폐열의 회수가 불가능하게 된다. 특히 폐열의 온도가 100℃ 이하가 되면 원천적으로 액체인 물을 가열하여 증기로 만들 수가 없으며, 아울러 증기가 가압되어 있으면 물의 끓는점은 더욱더 높아지기 때문에 종래의 방식으로는 이와 같은 낮은 온도의 폐열을 활용할 수 없다.       Conventionally, when the temperature of waste heat is low, it is impossible to recover waste heat by the steam turbine method. Especially when the temperature of waste heat is below 100 ℃, it is impossible to heat the liquid water to make steam, and if the steam is pressurized, the boiling point of water becomes higher. none.

그렇지만 일반적인 공장이나 산업단지 등에서 방출하는 폐열의 온도는 100℃ 이하의 낮은 폐열일 뿐만 아니라, 이들의 폐열 량은 상당히 많은 용량을 차지하게 되는데, 그러한 이유는 이를 재활용하는 마땅한 기술이 없기 때문이기도 하다.       However, the temperature of the waste heat emitted from general factories and industrial complexes is not only low waste heat below 100 ° C., but also the waste heat occupies a considerable amount of capacity, because there is no proper technique for recycling it.

또한, 증기터빈 방식의 폐열회수방식은 상당히 큰 용량의 보일러를 갖추어야 하는데 소단위 규모의 산업체 등에서는 너무 큰 공간이 필요하거나, 장비의 설치에 많은 비용을 동반하는 어려움이 발생된다. 따라서 폐열의 온도에 감소에 따라서 폐열회수효율은 급격히 감소하게 되므로, 종래의 방식으로는 저온의 폐열원으로부터 에너지를 재활용할 수가 없게 된다.       In addition, the waste heat recovery method of the steam turbine type should be equipped with a boiler of a considerably large capacity, but in a small unit of industry, such a large space is required, or the installation of equipment is difficult to bring a high cost. Therefore, the waste heat recovery efficiency is drastically reduced as the temperature of the waste heat decreases, so that energy cannot be recycled from the waste heat source of low temperature in the conventional manner.

그 외에도 종래의 방식으로는 액체를 가압하는 펌프(208)를 가동하기 위한 전력이 별도로 필요하게 되고, 증기를 액화시키기 위한 복수기(207)가 필요한데, 통상적으로 복수기(207)는 증기가 열을 방출하여 액체가 되므로 큰 저수지나 강, 해변 근처에 이러한 장치를 설치하여 사용하게 되므로 저온의 폐열에는 여러 가지로 적합하지 못한 기술적인 문제점들이 있다.        In addition, the conventional method requires a separate power for operating the pump 208 for pressurizing the liquid, and a condenser 207 for liquefying the steam, the condenser 207 is a conventional steam discharge heat As it becomes a liquid, such devices are installed and used near large reservoirs, rivers, and beaches, so there are various technical problems that are not suitable for low temperature waste heat.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 증기터빈 방식처럼 물을 사용하지 않고 낮은 온도에서 열의 흡수와 방출이 용이한 냉매를 사용함으로써 저온의 폐열에서도 충분히 에너지를 회수할 수 있는 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치를 제공함에 있다.       The present invention has been invented to solve the above problems, and its object is to recover energy even in low temperature waste heat by using a refrigerant that is easy to absorb and release heat at a low temperature without using water like a steam turbine method. The present invention provides a turbine generator using refrigerant for utilization of low temperature waste heat.

그리고 본 발명은 다른 목적으로서, 기화기와 응축기의 온도차가 적은 경우에도 에너지를 충분히 획득할 수 있고, 온도차가 커지게 되면 더 많은 에너지를 얻을 수 있어서 효과적으로 에너지를 회수할 수 있도록 된 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치를 제공함에 있다.       And another object of the present invention, even if the temperature difference between the carburetor and the condenser is small enough to obtain energy, and when the temperature difference becomes larger, more energy can be obtained to utilize the low-temperature waste heat to effectively recover energy To provide a refrigerant generator for the turbine generator.

또한 본 발명은 또 다른 목적으로서 종래에는 에너지의 획득이 불가능하여 버려졌던 저온 폐열을 재활용할 수 있음으로써 에너지 재생이 가능하여 산업체에서의 에너지 비용의 절감을 크게 이룰 수 있는 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치를 제공함에 있다.       In another aspect, the present invention is a refrigerant for the utilization of low-temperature waste heat can be achieved by reducing the energy cost in the industry can be recycled by recycling the low-temperature waste heat was previously impossible to obtain energy In providing a turbine generator for use.

뿐만 아니라 본 발명은 또 다른 목적으로서 대체 에너지원으로 지열 등을 활용하여 자가 발전을 효과적으로 이룰 수 있는 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치를 제공함에 있다.       In addition, the present invention as another object to provide a turbine generator using a refrigerant for the utilization of low-temperature waste heat can effectively achieve self-generation by using geothermal heat as an alternative energy source.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 저온의 폐열에서 에너지를 획득하여 발전을 하는 저온 폐열을 이용한 발전장치에 있어서,       In order to achieve the above object, the present invention, in the power generation apparatus using low-temperature waste heat to generate energy from the low-temperature waste heat,

냉매를 사용하여 동작하는 냉매 터빈;       A refrigerant turbine operating using a refrigerant;

상기 냉매 터빈에 연결되어 상기 냉매 터빈으로부터 배출된 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 응축기;       A condenser connected to the refrigerant turbine to convert gas refrigerant discharged from the refrigerant turbine into a liquid refrigerant;

상기 응축기에 연결되어 액체 냉매를 받고 고압의 액체 냉매로 압축하며, 상기 냉매 터빈의 축에 내부 임펠러 회전축이 연결된 펌프;      A pump connected to the condenser to receive a liquid refrigerant and compress the liquid refrigerant into a high pressure liquid refrigerant, and an internal impeller rotating shaft connected to an axis of the refrigerant turbine;

상기 펌프에 연결되어 액체 냉매를 기체 냉매로 변환시키는 기화기; 및       A vaporizer connected to the pump to convert a liquid refrigerant into a gas refrigerant; And

상기 펌프의 임펠러 회전축에 내부 로터 축이 일체로 연결되어 상기 펌프와 일체로 회전하여 발전하는 냉매 발전기;를 포함하여 구성되고, 상기 냉매 터빈, 응축기, 펌프 및 기화기들은 냉매가 순환하는 사이클을 형성하여 발전하는 것을 특징으로 하는 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치를 제공한다.      An internal rotor shaft is integrally connected to the impeller rotating shaft of the pump and is configured to include a refrigerant generator which rotates integrally with the pump to generate power. The refrigerant turbine, the condenser, the pump, and the vaporizer form a cycle in which the refrigerant circulates. Provided is a turbine generator using refrigerant for utilization of low temperature waste heat, characterized in that the power generation.

그리고 본 발명은 저온의 폐열에서 에너지를 획득하여 발전을 하는 저온 폐열을 이용한 발전장치에 있어서,       And the present invention is a power generator using low temperature waste heat to generate energy by obtaining energy from low temperature waste heat,

냉매를 사용하여 동작하는 냉매 터빈;       A refrigerant turbine operating using a refrigerant;

상기 냉매 터빈에 연결되어 상기 냉매 터빈으로부터 배출된 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 응축기;      A condenser connected to the refrigerant turbine to convert gas refrigerant discharged from the refrigerant turbine into a liquid refrigerant;

상기 응축기에 연결되어 액체 냉매를 받고 고압의 액체 냉매로 압축하며, 상기 냉매 터빈의 축 일단에 내부 임펠러 회전축이 연결된 펌프;      A pump connected to the condenser to receive a liquid refrigerant and compress the liquid refrigerant into a high pressure liquid refrigerant, and an internal impeller rotating shaft connected to one end of the shaft of the refrigerant turbine;

상기 펌프에 연결되어 액체 냉매를 기체 냉매로 변환시키는 기화기; 및       A vaporizer connected to the pump to convert a liquid refrigerant into a gas refrigerant; And

상기 냉매 터빈의 축 타단에 내부 로터 축이 일체로 연결되어 상기 냉매 터빈과 일체로 회전하여 발전하는 냉매 발전기;를 포함하여 구성되고, 상기 냉매 터빈, 응축기, 펌프 및 기화기들은 냉매가 순환하는 사이클을 형성하여 발전하는 것을 특징으로 하는 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치를 제공한다.      And a refrigerant generator in which the internal rotor shaft is integrally connected to the other end of the refrigerant turbine and integrally rotated with the refrigerant turbine to generate power. The refrigerant turbine, the condenser, the pump, and the vaporizer are configured to cycle through the refrigerant. It provides a turbine generator using refrigerant for utilization of low-temperature waste heat, characterized in that the power generation.

본 발명은 종래의 증기터빈 발전방식에서 증기터빈을 제거하고 냉매 터빈을 설치하였으며, 물을 액화시키는 복수기를 대신하여 열교환기인 응축기를 설치하여 냉매를 액화시킨다. 또한 물을 가압하는 일반 펌프 대신에 소형이면서 고속에서 작동하여 높은 효율을 얻는 펌프로 대체하여 냉매를 가압하는 방식을 갖는다.       The present invention removes the steam turbine in the conventional steam turbine power generation method and installed the refrigerant turbine, and instead of the condenser for liquefying water to install a condenser, which is a heat exchanger to liquefy the refrigerant. In addition, instead of a general pump for pressurizing water, a compact and high-speed pump may be used to pressurize the refrigerant by replacing the pump with high efficiency.

그리고 본 발명은 물을 가열하였던 종래의 폐열회수보일러를 대신하여 열교환기인 기화기를 설치하여 공간의 축소와 비용의 감소가 이루어지도록 하는 것이며, 낮은 온도에서 열 교환이 쉽게 이루어지는 냉매를 사용하여 작은 공간이라도 충분히 설치할 수 있다. 뿐만 아니라 저온의 폐열이 방출되는 지역에서도 본 장치를 사용하여 발전할 수 있는 것이다.       In addition, the present invention is to replace the conventional waste heat recovery boiler to heat the water to install a vaporizer, which is a heat exchanger to reduce the space and reduce the cost, even in a small space using a refrigerant that is easy to heat exchange at low temperatures We can install enough. In addition, the unit can generate power even in areas where low temperature waste heat is released.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.       Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시 예로서 저온 폐열을 이용한 냉매 사용 터빈발전장치의 개략도를 나타내며, 종래의 발전장치와 비교할 때 물을 작동 유체로 사용하던 증기터빈과는 달리 열의 흡수와 방출이 저온에서도 용이하게 이루어지는 냉매를 작동 유체로서 사용한다.       Figure 3 shows a schematic diagram of a turbine generator using refrigerant using low temperature waste heat as a preferred embodiment according to the present invention, unlike the steam turbine that used water as the working fluid compared to the conventional power generator is a low temperature absorption and release of heat Easily used refrigerants are used as the working fluid.

먼저 본 발명에 따른 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치(1)의 특징적 구조는 다음과 같다.       First, the characteristic structure of the turbine generator (1) using the refrigerant for the utilization of low-temperature waste heat according to the present invention is as follows.

본 발명은 냉매를 사용하여 동작하는 냉매 터빈(18)을 구비하며, 상기 냉매 터빈(18)에 연결되어 상기 냉매 터빈(18)으로부터 배출된 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 응축기(20)를 갖는다.      The present invention includes a refrigerant turbine 18 that operates using a refrigerant, and has a condenser 20 connected to the refrigerant turbine 18 to convert gaseous refrigerant discharged from the refrigerant turbine 18 into a liquid refrigerant. .

본 발명은 저온 폐열에서 기체 상태인 냉매가 냉매 터빈(18)을 가동하는데 이 냉매 터빈(18)은 폐열의 양이 많으면 축류형 터빈을 적용하고, 폐열의 양이 적은 곳에서는 반경류형 터빈을 설치하여 가동하게 된다.       The present invention operates a refrigerant turbine 18 in a gaseous state at low temperature waste heat. The refrigerant turbine 18 applies an axial flow turbine when the amount of waste heat is large, and installs a radial flow turbine where the waste heat is small. To operate.

그리고 본 발명은 상기 응축기(20)에 연결되어 액체 냉매를 받고 고압의 액체 냉매로 압축하며, 상기 냉매 터빈(18)의 축 일단에 내부 임펠러 회전축이 연결된 펌프(21)를 갖추며, 상기 펌프(21)는 물을 가압하는 일반 펌프 대신에 소형이면서 고속에서 작동하여 높은 효율을 얻는 터보펌프를 사용하여 냉매를 가압하는 방식이다.       The present invention provides a pump 21 connected to the condenser 20 to receive a liquid refrigerant and compresses the liquid refrigerant into a high pressure liquid refrigerant, and has an internal impeller rotating shaft connected to one end of the shaft of the refrigerant turbine 18. ) Is a method of pressurizing the refrigerant by using a turbo pump that operates at a small and high speed to obtain high efficiency instead of a general pump that pressurizes water.

또한 본 발명은 상기 펌프(21)에 연결되어 액체 냉매를 기체 냉매로 변환시키는 기화기(22)를 갖는다.       The invention also has a vaporizer 22 connected to the pump 21 to convert the liquid refrigerant into a gaseous refrigerant.

본 발명에서 폐열의 흡수는 상기 기화기(22)에서 이루어지며, 이 폐열은 500℃ 온도 이하일 수 있으며, 이에 의하여 고압의 액체상태인 냉매가 기체 상태인 고압 냉매로 바뀌게 되며, 고압의 기체 냉매(23)는 냉매 터빈(18)의 블레이드에 공기력을 가하여 회전력을 얻는다.       Absorption of waste heat in the present invention is made in the vaporizer 22, the waste heat may be less than 500 ° C temperature, thereby changing the high-pressure liquid state refrigerant to a gaseous high-pressure refrigerant, high-pressure gas refrigerant (23 ) Applies air force to the blades of the refrigerant turbine 18 to obtain rotational force.

그리고 본 발명은 상기 냉매 터빈(18)의 축 타단에 내부 로터의 축이 일체로 연결되어 상기 냉매 터빈(18)과 일체로 회전하여 발전하는 냉매 발전기(19)를 포함하여 구성된다.       In addition, the present invention includes a refrigerant generator 19 that is connected to the other end of the shaft of the refrigerant turbine 18 integrally with the shaft of the internal rotor to rotate and generate power integrally with the refrigerant turbine 18.

본 발명에 따른 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치(1)는 터빈(18)의 축으로 펌프(21)의 축과 같이 사용하므로 터빈(18)에서 형성된 에너지의 일부를 펌프(21)를 가동하는데 소모하게 되며, 실제 작동 상에서 터빈(18)에서 얻어지는 에너지 양에 비하여 펌프(21)에서 소모하는 에너지의 양은 아주 적은 특징을 갖는다.       Refrigerant use turbine generator for utilization of the low temperature waste heat according to the present invention (1) is used as the shaft of the pump 21 as the shaft of the turbine 18, part of the energy formed in the turbine 18 pump 21 The amount of energy consumed by the pump 21 is very small compared to the amount of energy obtained by the turbine 18 in actual operation.

상기 터빈(18)의 축은 냉매발전기(19)의 축으로도 동시에 사용되는 특징을 갖고 있으며, 이러한 단축으로 작동하는 경우에 펌프(21)를 가동하기 위한 외부로부터의 전력공급이 없어도 되는 특징을 갖는다.       The shaft of the turbine 18 has the characteristic of being used simultaneously as the shaft of the refrigerant generator 19, and in the case of operating in such a short axis, there is no need of supplying power from the outside for operating the pump 21. .

따라서 본 발명에 따른 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치(1)는 구조도 단순하게 되고, 에너지의 변환으로 인한 효율의 감소도 줄어들게 되며, 추가적으로 냉매발전기(19)는 초기의 가동 시에는 단순한 조작으로 순간 기동모터로 작동하게 되어 기동을 위한 추가적인 장치가 필요 없는 단순한 구조이다.       Therefore, the refrigerant using turbine power generator 1 for the utilization of low temperature waste heat according to the present invention is simplified in structure, the reduction in efficiency due to the conversion of energy is also reduced, and additionally the refrigerant generator 19 during the initial operation It is a simple structure that can be operated as a starting motor by simple operation and does not require additional device for starting.

또한 냉매를 기화시키는 기화기(22)와 냉매를 응축하는 응축기(20)는 일반적인 열교환기의 형태로 폐열을 이용한 열교환이나 대기의 공기를 이용한 응축과정에서 쉽게 사용되는 구조로 공간의 축소와 저비용의 장치로 이루어진다.       In addition, the vaporizer 22 for vaporizing the refrigerant and the condenser 20 for condensing the refrigerant in the form of a general heat exchanger is a structure that is easily used in the heat exchange using waste heat or the condensation process using the air in the atmosphere of the space reduction and low cost Is made of.

그리고 냉매발전기(19)의 축은 냉매 터빈(18)의 축과 일체형으로 사용하므로 회전력에 부담이 되는 추가적인 질량의 원인이 될 수 있지만, 이를 최소화하기 위하여 축의 로터 부분에 마그네트(30)를 부착하고, 고정자의 부분에 코일(31)을 설치하여 일반적인 발전기(19)나 모터와는 반대의 배치 구조로 되어 있어서 터빈(18)의 회전력에 부담이 될 수 있는 추가적인 질량을 최소화할 수 있고, 그에 따른 효율의 감소가 발생하지 않는다.       And because the shaft of the refrigerant generator 19 is used integrally with the shaft of the refrigerant turbine 18 may cause additional mass that is a burden on the rotational force, in order to minimize the magnet 30 is attached to the rotor portion of the shaft, By installing the coil 31 on the part of the stator, the arrangement of the structure opposite to the general generator 19 or the motor can minimize the additional mass that may be a burden on the rotational force of the turbine 18, and the efficiency accordingly Reduction does not occur.

한편 상기 냉매 터빈(18)에서 발생된 회전력은 터빈(18)의 축(27)에 연결된 펌프(21)와 냉매발전기(19)를 동시에 기동하게 되는데, 냉매발전기(19)에서는 발전을 얻게 되며, 냉매 터빈(18)에서 배출된 저압의 기체 냉매(24)는 응축기(20)을 지나면서 열을 방출하고 저압의 액체 냉매(25)로 변경된다.       Meanwhile, the rotational force generated by the refrigerant turbine 18 starts the pump 21 and the refrigerant generator 19 connected to the shaft 27 of the turbine 18 at the same time. The refrigerant generator 19 generates power, The low pressure gas refrigerant 24 discharged from the refrigerant turbine 18 passes heat through the condenser 20 and is converted into a low pressure liquid refrigerant 25.

또한 액체상태인 냉매는 냉매 터빈(18)과 동일 축으로 연결된 펌프(21)에 의하여 가압 되어 고압의 액체 냉매(26)로 변경되며, 기화기(22)에서 흡수하는 폐열에 의하여 또다시 기체 상태로 변경되며 터빈(18)을 가동하게 되는 사이클을 형성한다.        In addition, the liquid refrigerant is pressurized by the pump 21 connected in the same axis as the refrigerant turbine 18 to be changed into a high pressure liquid refrigerant 26, and again in the gas state by the waste heat absorbed by the vaporizer 22 And forms a cycle to run the turbine 18.

그리고, 상기 응축기(20)는 그 외 표면이 대기공기 또는 강, 호수, 바다에 있는 저온의 물에 노출되어 냉매를 응축시키는 구조이다.       In addition, the condenser 20 has a structure in which the other surface is exposed to atmospheric air or low temperature water in a river, lake, or sea to condense the refrigerant.

상기 응축기(20)는 기체상태의 대기공기를 이용할 수도 있으며, 강, 호수, 바다에 있는 저온의 물을 사용하여도 작동에는 문제가 없으며. 기화기(22)의 온도와, 응축기(20)에서의 온도차가 크면 클수록 발전량이 커지므로 저온의 폐열이 방출되는 지역에 따라서 응축기(20)의 사용방식은 다르게 할 수도 있다.       The condenser 20 may use atmospheric air in a gaseous state, and there is no problem in operation even using low temperature water in rivers, lakes, and seas. The larger the temperature of the vaporizer 22 and the larger the temperature difference in the condenser 20, the greater the amount of power generation. Therefore, the use of the condenser 20 may vary depending on the region where low-temperature waste heat is discharged.

상기에서 본 발명은 냉매 터빈(18)의 축(27)을 펌프(21)와 냉매발전기(19) 의 축으로 같이 사용하는 구조이나, 폐열 발생공간의 위치 제한 조건 등에 따라서 냉매 터빈(18)과 냉매발전기(19)는 같은 회전축으로 구성하고, 펌프(21)는 별개의 축을 사용하여 가동하여도 냉매 발전시스템의 사이클에는 아무런 문제가 되지가 않는다.       As described above, the present invention uses the shaft 27 of the refrigerant turbine 18 as the shaft of the pump 21 and the refrigerant generator 19, and the refrigerant turbine 18 and Even if the refrigerant generator 19 is configured with the same rotation shaft and the pump 21 is operated using a separate shaft, there is no problem in the cycle of the refrigerant power generation system.

도 4는 도 3의 발전방식에 대한 사이클 선도로서, 압력과 엔탈피의 관계를 나타내고 있으며 압력이 높은 경우에는 온도도 높으며, 압력이 낮은 경우에는 온도도 낮은 온도가 형성된다.       FIG. 4 is a cycle diagram of the power generation method of FIG. 3, which shows the relationship between pressure and enthalpy. When the pressure is high, the temperature is high, and when the pressure is low, the temperature is also low.

이와 같은 사이클 선도에서 냉매의 포화 선도(28)의 안쪽에서는 기체 상태와 액체상태가 혼합된 이상(two-phase) 상태이며, 사이클 선도에서 위쪽은 고압의 액체 냉매(26)에서 고압의 기체 냉매(23)로 바뀌면서 기화기(22)에 의하여 이상 상태가 형성되고, 이러한 이상 상태에서는 온도와 압력이 일정하게 유지된다.       In this cycle diagram, a gaseous state and a liquid state are mixed in a two-phase state inside the saturation line 28 of the refrigerant, and in the cycle diagram, an upper side of the cycle diagram is a high-pressure gas refrigerant in the high-pressure liquid refrigerant 26. At 23), an abnormal state is formed by the vaporizer 22, and in this abnormal state, the temperature and the pressure are kept constant.

마찬가지로 아래쪽의 저압의 기체 냉매(24)에서 저압의 액체 냉매(25)로 바뀌게 되는 경우에도 응축기(20)에 의하여 상(phase)의 변화가 발생되고, 이 경우에도 이상 상태가 되면서 온도와 압력의 변화가 일정하게 형성된다.       Similarly, in the case where the low pressure gas refrigerant 24 is changed from the lower pressure gas refrigerant 24 to the low pressure liquid refrigerant 25, the phase change is generated by the condenser 20. The change is made constant.

상기 사이클의 우측은 고압의 기체 냉매(23)가 냉매 터빈(18)을 작동하고 저압의 기체 냉매(24)로 변경하는 경우인데, 냉매 터빈(18)에서의 작동은 기체상태의 냉매에서 엔트로피 선도를 기준으로 나타낸 것이며, 반면에 사이클 선도의 좌측에는 저압의 액체 냉매(25)를 펌프(21)에 의하여 고압의 액체 냉매(26)로 변경하는 경우에 얻어지는 선도로써 액체상태의 냉매에서 엔트로피 선도를 기준으로 얻어진 결과를 도시하고 있다.        The right side of the cycle is the case where the high pressure gas refrigerant 23 operates the refrigerant turbine 18 and changes to the low pressure gas refrigerant 24, the operation in the refrigerant turbine 18 being entropy diagram in the gaseous refrigerant. On the other hand, the left side of the cycle diagram is a diagram obtained when the low-pressure liquid refrigerant 25 is changed into a high-pressure liquid refrigerant 26 by the pump 21. The results obtained by reference are shown.

도 5는 본 발명에서 얻어지는 에너지의 효과를 나타내는 사이클 선도로써 냉매 터빈(18)에서 얻어지는 획득에너지(29a)의 크기를 보여주며, 냉매를 가압하게 되는 펌프(21)에서 소모하게 되는 소모에너지(29b)의 크기를 나타낸다.       5 is a cycle diagram showing the effect of energy obtained in the present invention, which shows the magnitude of the acquired energy 29a obtained in the refrigerant turbine 18, and consumes energy 29b consumed in the pump 21 which pressurizes the refrigerant. ) Represents the size.

이들을 비교하여 보면 획득에너지(29a)가 소모에너지(29b)에 비하여 상당히 큼을 알 수 있으며, 이러한 현상은 기체상태에서의 냉매 작동상태와 액체상태에서 냉매의 작동상태가 다르기 때문이다.       Comparing them, it can be seen that the acquired energy 29a is considerably larger than the consumed energy 29b. This is because the refrigerant operating state in the gas state and the operating state of the refrigerant in the liquid state are different.

이들은 같은 압력의 차이가 있음에도 불구하고, 기체상태에서는 압력의 변화에 따라 에너지인 엔탈피의 변화가 액체상태에 비하여 상당히 크기 때문에 획득에너지(29a)가 소모에너지(29b)에 비하여 커지게 되며, 같은 장치에서라도 기화기(22)에서의 압력이 높으면 높을수록 획득에너지가 증가하고, 반면에 응축기(20)에서의 압력은 낮으면 낮을수록 획득에너지(29a)는 증가하게 되므로 발전 사이클의 효율은 증가하게 된다.       Although they have the same pressure difference, the acquired energy 29a becomes larger than the consumed energy 29b in the gas state because the change in enthalpy, which is energy in the gas state, is significantly larger than in the liquid state. Even if the higher the pressure in the vaporizer 22, the higher the acquisition energy is increased, while the lower the pressure in the condenser 20, the higher the acquisition energy (29a) increases the efficiency of the power generation cycle increases.

또한 냉매의 압력이 증가하면 온도도 상승하게 되고, 만일 압력이 감소하게 되면 온도는 감소하므로, 본 장치의 사이클은 온도와 직접적인 관계를 갖고 있음을 나타내고 있다. 하지만 본 장치의 기화기(22)에서의 온도와 응축기(20)에서의 온도차가 40℃ 정도만 되어도 무난하게 에너지를 얻을 수 있으므로, 일반 대기의 온도가 20℃ 이라면 폐열의 온도가 60℃ 만 되어도 충분한 에너지를 얻게 되며, 만일 대기의 온도를 더욱더 낮아지면 더욱더 낮은 온도의 폐열이라도 동일하게 에너지를 얻게 되는 장점이 있다.       In addition, as the pressure of the refrigerant increases, the temperature also increases, and if the pressure decreases, the temperature decreases, indicating that the cycle of the apparatus has a direct relationship with the temperature. However, since the energy difference between the temperature in the vaporizer 22 and the condenser 20 of the present apparatus is only about 40 ° C., energy can be easily obtained. Therefore, if the temperature of the general atmosphere is 20 ° C., the waste heat is only 60 ° C. If the atmospheric temperature is lowered even further, there is an advantage that the energy is equally obtained even at the lower heat waste heat.

또한 겨울철에는 버려지는 폐열을 이용하여 발전을 하고, 발전과정에서 응축기(20)에 의하여 방출되는 열을 난방으로도 활용가능하게 되며, 특히, 여름철인 경우에 대기온도보다 낮은 지열의 냉기를 이용하면, 보다 많은 에너지를 얻게 되며, 만일 폐열의 발생장소가 호수, 강, 바다 근처에 있다면 대기온도보다 찬 물을 사용하는 경우에도 동일한 온도의 폐열이라도 보다 많은 에너지를 획득할 수 있는 것이다.       In addition, it generates electricity by using waste heat discarded in winter, and heat generated by the condenser 20 can be used as heating during the power generation process. In particular, in summer, when geothermal cold air is lower than atmospheric temperature, If the location of waste heat is near lakes, rivers, and seas, even if colder water is used, even more waste heat at the same temperature can be obtained.

도 6은 본 발명에 따른 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치(1)를 도시한 것으로서, 냉매 터빈(18), 펌프(21), 냉매발전기(19)가 하나의 축으로 조립된 형상을 나타내는 구조도이다.       6 illustrates a refrigerant generator turbine generator 1 for utilization of low temperature waste heat according to the present invention, in which a refrigerant turbine 18, a pump 21, and a refrigerant generator 19 are assembled in one axis. It is a structural diagram showing.

상기에서 냉매 터빈(18)은 대형에 적합한 축류형으로 사용되며, 이러한 구성을 위한 기본적인 부품으로는 터빈(18) 축의 끝 부분에 조립된 냉매발전기(19)의 로터에 장착된 마그네트(30)와 그 주위를 감싸고 있는 발전기(19)의 코일(31)이 있다.       Refrigerant turbine 18 is used in the axial flow type suitable for the large size, and the basic components for this configuration and the magnet 30 mounted to the rotor of the refrigerant generator 19 assembled at the end of the turbine 18 shaft and There is a coil 31 of a generator 19 wrapped around it.

그리고 펌프(21)의 내부에는 펌프 임펠러(32)가 필요하며, 축류 터빈(18)의 블레이드(33)와, 상기 블레이드를 부착하는 디스크(34)와, 터빈(18)과 펌프(21) 사이에 실(seal)(35)이 적용되며, 각 로터(rotor)를 지지하는 베어링(36) 등으로 구성되는 특징을 갖는다. 이러한 구조에서는 펌프(21)를 가동하기 위한 다른 모터가 필요 없으므로 저비용의 구조이며, 에너지 변환에 따른 효율의 저감도 발생하지 않 는 장점이 있다.       A pump impeller 32 is required inside the pump 21, and the blade 33 of the axial turbine 18, the disk 34 to which the blade is attached, and between the turbine 18 and the pump 21. A seal 35 is applied to it, and has a feature of being composed of a bearing 36 for supporting each rotor. In such a structure, there is no need for another motor for operating the pump 21, so it is a low-cost structure and there is an advantage that the reduction in efficiency due to energy conversion does not occur.

또한 단일 축으로 인한 정밀한 조립이 가능하며, 기동 시에는 냉매 발전기(19)를 순간 기동모터로 적용하므로 그 작동이 단순하며, 제작 시 비용이 감소되는 구조로 이루어져 있다.       In addition, it is possible to precise assembly due to a single axis, since the refrigerant generator 19 is applied as a starting motor at the time of starting, its operation is simple, it is made of a structure that reduces the cost during manufacturing.

한편 도 7은 본 발명의 변형 구조를 나타낸 것이다. 이와 같은 변형 구조의 본 발명은 도 3 및 도 6에 관련하여 설명한 구조와 대부분 기본원리가 동일하며, 단지 배치 구조에서 차이가 있다. 따라서 본 발명의 변형 구조에서는 도 3 및 도 6에 관련하여 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 다소 배치 구조가 다른 부분에 대해서는 동일 부호에 첨자(')를 부여하여 도면상에 표시하기로 한다.        7 shows a modified structure of the present invention. The present invention of such a modified structure is mostly the same as the structure described with reference to Figures 3 and 6, the difference is only in the arrangement structure. Therefore, in the modified structure of the present invention, the same reference numerals will be given to the same parts in relation to FIGS. 3 and 6, and the subscripts (') will be given to the same reference numerals for parts having a different arrangement structure and will be displayed on the drawings. .

본 발명의 변형 구조에 따른 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치(1')는 냉매 터빈(18')의 축 일단에 펌프(21')의 내부 임펠러(32') 회전축이 연결되고, 상기 냉매 터빈(18')의 축 타단에는 냉매 발전기(19')의 내부 마그네트(30')의 축이 일체로 연결되어 상기 냉매 터빈(18')과 일체로 회전하여 발전하는 구조이다.       Refrigerant using turbine power generator (1 ') for utilization of the low-temperature waste heat according to the modified structure of the present invention is connected to the rotary shaft of the internal impeller 32' of the pump 21 'to one end of the shaft of the refrigerant turbine 18', The shaft of the internal magnet 30 'of the refrigerant generator 19' is integrally connected to the other end of the shaft of the refrigerant turbine 18 'so as to rotate and generate power integrally with the refrigerant turbine 18'.

이와 같은 본 발명의 변형 구조는 저온 폐열의 용량이 많지 않은 경우에 냉매 터빈(18')을 구심형 터빈을 사용하게 되며, 이는 축류형을 사용하는 경우보다 효과적인 것을 나타낸다. 이러한 구조에서는 상기 터빈(18')은 구심형 터빈의 임펠 러(37')를 나타내고 있으며, 조립 방식에 따라서 냉매발전기(19')를 터빈(18')의 위치에 설치할 수도 있으며, 이는 필요에 따라서 위치를 조정할 수 있음을 보여주고 있다. 또한 그 작동의 원리는 앞서의 축류형 터빈을 설치한 경우와 차이가 없다.       Such a modified structure of the present invention uses a centrifugal turbine as the refrigerant turbine 18 'when the capacity of the low temperature waste heat is not large, which is more effective than when using the axial flow type. In this structure, the turbine 18 'represents an impeller 37' of a centrifugal turbine, and depending on the assembly method, the refrigerant generator 19 'may be installed at the position of the turbine 18', which is necessary. Therefore, the position can be adjusted. In addition, the principle of operation is not different from the case of installing the axial turbine.

상기와 같이 본 발명은 저온의 폐열을 이용하여 발전을 하는 경우에 열 흡수와 방출이 용이한 냉매를 사용하여 이를 달성하였고, 에너지의 획득을 터빈과 발전기를 사용하여 이루는 것이다. 그리고 사이클을 완성하기 위하여 펌프, 기화기, 응축기를 사용하며, 단일 축을 사용하여 부품수의 감소와 사이클의 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.        As described above, the present invention achieves this by using a refrigerant that is easy to absorb and release heat when generating power using low temperature waste heat, and achieves energy using a turbine and a generator. Pumps, vaporizers and condensers are used to complete the cycle, and a single shaft can be used to reduce component count and increase cycle efficiency.

본 발명에 의해서 얻어진 적은 부피, 단순구조의 저온 폐열을 이용하는 발전장치는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위한 것일 뿐이고, 이러한 특정 사항들 또는 특정 구조에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 수정 또는 변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.       The power generation apparatus using the low volume, simple structure, low temperature waste heat obtained by the present invention is only for the general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these specific matters or specific structures. Those skilled in the art may variously modify or change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. Nevertheless, it will be apparent that all such modifications or variations will fall within the scope of the present invention.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 종래의 발전장치에서는 연료를 사용하여 고온으로 만들어 발전하거나, 혹은 아주 높은 온도의 열원을 이용하여 발전이 가능하였고, 온도가 낮은 폐열의 경우에는 활용을 하지 못하였지만, 본 발명에서는 냉매를 사용하여 온도가 낮은 폐열의 경우라도 발전을 할 수 있는 것이다.       As described above, according to the present invention, power generation is possible by using a fuel at a high temperature in a conventional power generation device, or power generation is possible by using a very high temperature heat source. In the present invention, it is possible to generate power even in the case of waste heat having a low temperature by using a refrigerant.

본 발명은 기화기와 응축기의 온도차가 40℃ 정도만 되어도 에너지를 충분히 획득하게 되며, 온도차가 커지게 되면, 더 많은 에너지를 얻게 되고, 만일 온도차가 줄어들게 되면 획득하는 에너지가 줄어드는 정도의 현상만 발생되므로 종래의 장치에서 고열만을 이용하는 경우에 비하여 상당히 효과적이다.       According to the present invention, even if the temperature difference between the vaporizer and the condenser is only about 40 ° C., the energy is sufficiently obtained. When the temperature difference is increased, more energy is obtained, and if the temperature difference is reduced, only the degree of energy reduction is generated. Compared to the case of using only high heat in the device, it is quite effective.

또한 종래의 장치에서는 획득할 수 없는 저온의 에너지를 얻게 될 뿐만 아니라, 종래의 장치에서는 에너지의 획득이 불가능하여 버려졌었던 저온 폐열을 활용할 수 있음으로써 에너지 재생이 가능하여 산업체에서의 에너지 비용의 절감이 가능한 것이다.       In addition, it is possible to obtain low-temperature energy that cannot be obtained in the conventional apparatus, and to utilize energy waste temperature that has been discarded because the energy cannot be obtained in the conventional apparatus, thereby regenerating energy, thereby reducing energy costs in the industry. This would be possible.

뿐만 아니라 본 발명은 대체 에너지원으로 지열 등을 활용하여 자가 발전을 이룰 수 있는 장치로서 에너지 관련 분야에서는 매우 유용한 효과가 얻어지는 것이다.       In addition, the present invention is a device that can achieve self-generation by using geothermal heat as an alternative energy source is a very useful effect in the field of energy.

Claims (3)

저온의 폐열에서 에너지를 획득하여 발전을 하는 저온 폐열을 이용한 발전장치에 있어서,       In the power generation device using low temperature waste heat to generate energy from the low temperature waste heat, 냉매를 사용하여 동작하는 냉매 터빈;       A refrigerant turbine operating using a refrigerant; 상기 냉매 터빈에 연결되어 상기 냉매 터빈으로부터 배출된 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 응축기;      A condenser connected to the refrigerant turbine to convert gas refrigerant discharged from the refrigerant turbine into a liquid refrigerant; 상기 응축기에 연결되어 액체 냉매를 받고 고압의 액체 냉매로 압축하며, 상기 냉매 터빈의 축에 내부 임펠러 회전축이 연결된 펌프;      A pump connected to the condenser to receive a liquid refrigerant and compress the liquid refrigerant into a high pressure liquid refrigerant, and an internal impeller rotating shaft connected to an axis of the refrigerant turbine; 상기 펌프에 연결되어 액체 냉매를 기체 냉매로 변환시키는 기화기; 및       A vaporizer connected to the pump to convert a liquid refrigerant into a gas refrigerant; And 상기 펌프의 임펠러 회전축에 내부 로터 축이 일체로 연결되어 상기 펌프와 일체로 회전하여 발전하는 냉매 발전기;를 포함하여 구성되고, 상기 냉매 터빈, 응축기, 펌프 및 기화기들은 냉매가 순환하는 사이클을 형성하여 발전하는 것을 특징으로 하는 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치.      An internal rotor shaft is integrally connected to the impeller rotating shaft of the pump and is configured to include a refrigerant generator which rotates integrally with the pump to generate power. The refrigerant turbine, the condenser, the pump, and the vaporizer form a cycle in which the refrigerant circulates. Refrigerant using turbine generator for utilization of low-temperature waste heat, characterized in that the power generation. 제 1항에 있어서, 상기 냉매 터빈, 펌프 및 냉매발전기들은 단일 축으로 구성되어 공간의 감소와 효율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치.       The turbine generator of claim 1, wherein the refrigerant turbine, the pump, and the refrigerant generator have a single shaft to increase space and increase efficiency. 제 2항에 있어서, 상기 냉매발전기는 질량 감소를 위하여 내부 로터 축에 마그네트를 설치하고, 상기 마그네트 주위에 고정자인 전기 코일을 설치한 구조임을 특징으로 하는 저온 폐열의 활용을 위한 냉매 사용 터빈발전장치.       The turbine generator of claim 2, wherein the refrigerant generator has a structure in which a magnet is installed on an internal rotor shaft for mass reduction, and an electric coil is installed around the magnet. .
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Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101399932B1 (en) * 2013-04-05 2014-05-30 (주)썬테크 Power generator using low temperature heat source
US8783034B2 (en) 2011-11-07 2014-07-22 Echogen Power Systems, Llc Hot day cycle
US8794002B2 (en) 2009-09-17 2014-08-05 Echogen Power Systems Thermal energy conversion method
US8813497B2 (en) 2009-09-17 2014-08-26 Echogen Power Systems, Llc Automated mass management control
US8857186B2 (en) 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
US8869531B2 (en) 2009-09-17 2014-10-28 Echogen Power Systems, Llc Heat engines with cascade cycles
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
US9062898B2 (en) 2011-10-03 2015-06-23 Echogen Power Systems, Llc Carbon dioxide refrigeration cycle
CN104764239A (en) * 2014-01-07 2015-07-08 Lg电子株式会社 A turbo chiller
US9091278B2 (en) 2012-08-20 2015-07-28 Echogen Power Systems, Llc Supercritical working fluid circuit with a turbo pump and a start pump in series configuration
US9118226B2 (en) 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
US9316404B2 (en) 2009-08-04 2016-04-19 Echogen Power Systems, Llc Heat pump with integral solar collector
US9341084B2 (en) 2012-10-12 2016-05-17 Echogen Power Systems, Llc Supercritical carbon dioxide power cycle for waste heat recovery
US9410449B2 (en) 2010-11-29 2016-08-09 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
US9441504B2 (en) 2009-06-22 2016-09-13 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in one or more industrial processes
US9458738B2 (en) 2009-09-17 2016-10-04 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US9638065B2 (en) 2013-01-28 2017-05-02 Echogen Power Systems, Llc Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
US9752460B2 (en) 2013-01-28 2017-09-05 Echogen Power Systems, Llc Process for controlling a power turbine throttle valve during a supercritical carbon dioxide rankine cycle
KR102192793B1 (en) 2020-06-16 2020-12-18 황우정 Smart eco farm with low or waste heat power generator and using method thereof
US10934895B2 (en) 2013-03-04 2021-03-02 Echogen Power Systems, Llc Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
US11187112B2 (en) 2018-06-27 2021-11-30 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
US11293309B2 (en) 2014-11-03 2022-04-05 Echogen Power Systems, Llc Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
US11629638B2 (en) 2020-12-09 2023-04-18 Supercritical Storage Company, Inc. Three reservoir electric thermal energy storage system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0932513A (en) * 1995-07-13 1997-02-04 Ngk Insulators Ltd Exhaust washing waste water power generation system
KR100476515B1 (en) 1996-03-14 2005-06-16 알스톰 Method of operating a power station plant
WO2005078046A1 (en) 2004-02-03 2005-08-25 United Technologies Corporation Organic rankine cycle fluid
KR20060031589A (en) * 2005-12-22 2006-04-12 임성황 Turbine driving device utilizing physical energy when vaporizing liquefied gas by natural heat or waste heat

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0932513A (en) * 1995-07-13 1997-02-04 Ngk Insulators Ltd Exhaust washing waste water power generation system
KR100476515B1 (en) 1996-03-14 2005-06-16 알스톰 Method of operating a power station plant
WO2005078046A1 (en) 2004-02-03 2005-08-25 United Technologies Corporation Organic rankine cycle fluid
KR20060031589A (en) * 2005-12-22 2006-04-12 임성황 Turbine driving device utilizing physical energy when vaporizing liquefied gas by natural heat or waste heat

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
US9441504B2 (en) 2009-06-22 2016-09-13 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in one or more industrial processes
US9316404B2 (en) 2009-08-04 2016-04-19 Echogen Power Systems, Llc Heat pump with integral solar collector
US9458738B2 (en) 2009-09-17 2016-10-04 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US8869531B2 (en) 2009-09-17 2014-10-28 Echogen Power Systems, Llc Heat engines with cascade cycles
US8794002B2 (en) 2009-09-17 2014-08-05 Echogen Power Systems Thermal energy conversion method
US8813497B2 (en) 2009-09-17 2014-08-26 Echogen Power Systems, Llc Automated mass management control
US9863282B2 (en) 2009-09-17 2018-01-09 Echogen Power System, LLC Automated mass management control
US9115605B2 (en) 2009-09-17 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Thermal energy conversion device
US8857186B2 (en) 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
US9410449B2 (en) 2010-11-29 2016-08-09 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
US9062898B2 (en) 2011-10-03 2015-06-23 Echogen Power Systems, Llc Carbon dioxide refrigeration cycle
US8783034B2 (en) 2011-11-07 2014-07-22 Echogen Power Systems, Llc Hot day cycle
US9091278B2 (en) 2012-08-20 2015-07-28 Echogen Power Systems, Llc Supercritical working fluid circuit with a turbo pump and a start pump in series configuration
US9341084B2 (en) 2012-10-12 2016-05-17 Echogen Power Systems, Llc Supercritical carbon dioxide power cycle for waste heat recovery
US9118226B2 (en) 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
US9638065B2 (en) 2013-01-28 2017-05-02 Echogen Power Systems, Llc Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
US9752460B2 (en) 2013-01-28 2017-09-05 Echogen Power Systems, Llc Process for controlling a power turbine throttle valve during a supercritical carbon dioxide rankine cycle
US10934895B2 (en) 2013-03-04 2021-03-02 Echogen Power Systems, Llc Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
KR101399932B1 (en) * 2013-04-05 2014-05-30 (주)썬테크 Power generator using low temperature heat source
CN104764239A (en) * 2014-01-07 2015-07-08 Lg电子株式会社 A turbo chiller
US11293309B2 (en) 2014-11-03 2022-04-05 Echogen Power Systems, Llc Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
US11187112B2 (en) 2018-06-27 2021-11-30 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
KR102192793B1 (en) 2020-06-16 2020-12-18 황우정 Smart eco farm with low or waste heat power generator and using method thereof
US11629638B2 (en) 2020-12-09 2023-04-18 Supercritical Storage Company, Inc. Three reservoir electric thermal energy storage system

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