KR101203966B1 - 발전소용 폐열 재활용장치 - Google Patents

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Abstract

발전소용 폐열 재활용장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 발전소용 폐열 재활용장치는: 발전용 증기터빈을 냉각시키고 배출되는 냉각유체의 이동을 안내하는 이송관로에 연결되며, 냉각유체의 흐름을 강제하는 펌프가 복수로 구비되는 멀티펌프부와, 멀티펌프부와 연결되며 작동유체와 냉각유체가 열교환되는 열교환기가 복수로 구비되는 멀티열교환부 및 멀티열교환부와 연결되는 관로에 설치되어 작동유체와 냉각유체의 흐름을 제어하는 멀티밸브부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

발전소용 폐열 재활용장치{RECYCLING DEVICE FOR WASTE HEAT OF POWER PLANT}
본 발명은 발전소용 폐열 재활용장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전소의 냉각용으로 사용되는 폐수를 열원으로 재활용하는 발전소용 폐열 재활용장치에 관한 것이다.
일반적으로, 석탄 등을 열원으로 사용하는 화력발전소는, 석탁을 연소시켜 증기를 생성한다.
이러한 증기는 발전용 증기터빈에 구비되는 터빈부재를 회전시켜 발전기를 가동시키므로 전기를 생산한다.
발전용 증기터빈의 과열을 막기 위해 발전용 증기터빈의 외측으로 부터 냉각유체가 공급되며, 이러한 냉각유체는 발전용 증기터빈을 냉각시킨 후 외측으로 배출된다.
화력발전소의 주변에는 지역협력관을 포함한 기타 부대시설이 설치되며, 이러한 부대시설에 사용되는 열원으로 별도의 가스나 석유를 이용한다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
화력발전소의 냉각용으로 사용되는 냉각유체는 상온의 유체보다 고온이나, 재활용되지 못하고 버려지며, 화력발전소의 부대시설의 난방이나 온수 등으로 사용되는 열원으로 별도의 가스나 석유를 사용하므로, 유지보수 비용이 상승한다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 사용 후 버려지는 고온의 냉각유체를 재활용하여 부대시설의 열원으로 사용할 수 있는 발전소용 폐열 재활용장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 발전소용 폐열 재활용장치는: 발전용 증기터빈을 냉각시키고 배출되는 냉각유체의 이동을 안내하는 이송관로에 연결되며 냉각유체의 흐름을 강제하는 펌프가 복수로 구비되는 멀티펌프부와, 멀티펌프부와 연결되며 작동유체와 냉각유체가 열교환되는 열교환기가 복수로 구비되는 멀티열교환부 및 멀티열교환부와 연결되는 관로에 설치되어 작동유체와 냉각유체의 흐름을 제어하는 멀티밸브부를 포함한다.
또한 냉각유체는 해수를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 멀티펌프부는, 제1펌프부재 및 제1펌프부재에 병렬로 설치되는 제2펌프부재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 멀티열교환부는, 제1열교환기 및 제1열교환기에 병렬로 설치되는 제2열교환기를 포함하며, 제1열교환기와 제2열교환기 중 적어도 어느 하나는 작동되는 것이 바람직하다.
또한 멀티밸브부는, 제1열교환기로 이동되는 냉각유체의 흐름을 제어하는 제1제어밸브와, 제1열교환기에서 냉각유체와 열교환되는 작동유체의 흐름을 제어하는 제2제어밸브와, 제2열교환기로 이동되는 냉각유체의 흐름을 제어하는 제3제어밸브 및 제2열교환기에서 냉각유체와 열교환되는 작동유체의 흐름을 제어하는 제4제어밸브를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 멀티열교환부에서 열교환이 이루어져서 나오는 작동유체의 관로에 설치되며 설정값 이상의 압력을 흡수하여 맥동을 저감시키는 압력조절부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 발전소용 폐열 재활용장치는, 발전소의 냉각용으로 사용되는 냉각유체를 재활용하여 부대시설의 열원으로 사용되는 작동유체를 가열하므로, 부대시설의 운영비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명은, 냉각유체와 작동유체가 열교환되는 열교환기가 복수로 구비되며, 상황에 따라 열교환기가 선택적으로 작동되므로, 냉각유체와 작동유체의 열교환시간이 단축되어 동작효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은, 일측의 열교환기가 고장나도, 다른 열교환기의 대체 동작으로 비상작동이 가능하여 동작신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소용 폐열 재활용장치의 설치위치를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소용 폐열 재활용장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1열교환기만 작동되는 상태를 도시한 동작 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1열교환기와 제2열교환기가 작동되는 상태를 도시한 동작 상태도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 발전소용 폐열 재활용장치의 일 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 화력발전소에 구비되는 발전소용 폐열 재활용장치를 예로 들어 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소용 폐열 재활용장치의 설치위치를 개략적으로 도시한 개략도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소용 폐열 재활용장치의 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1열교환기만 작동되는 상태를 도시한 동작 상태도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1열교환기와 제2열교환기가 작동되는 상태를 도시한 동작 상태도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발전용보일러(1)는 석탄을 연소하여 물을 가열하므로 증기를 생성한다.
발전용보일러(1)는 발전용 증기터빈(10)과 연결되며, 발전용보일러(1)에서 생성된 증기는 발전용 증기터빈(10)으로 이동된다.
발전용 증기터빈(10)은 증기의 공급으로 회전되는 터빈부재(12) 및 터빈부재(12)의 회전으로 동작되어 전기를 발생시키는 발전기(14)를 포함한다.
발전용 증기터빈(10)의 과열을 방지하기 위해 냉각유체(22)는 취수펌프장(16)에 설치되는 공급관로(18)를 따라 발전용 증기터빈(10)으로 이송된다.
발전용 증기터빈(10)을 냉각시키며 온도가 상승되는 냉각유체(22)는 이송관로(19)를 따라 이송되며, 이러한 이송관로(19)는 발전소용 폐열 재활용장치(20)에 연결된다.
냉각유체(22)는 담수나 지하수 등 다양한 종류의 유체가 사용될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각유체(22)는 경제성을 고려하여 해수(海水)를 사용한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소용 폐열 재활용장치(20)는, 멀티펌프부(30)와 멀티열교환부(40) 및 멀티밸브부(50)를 포함한다.
멀티펌프부(30)는, 발전용 증기터빈(10)을 냉각시키고 배출되는 냉각유체(22)의 이동을 안내하는 이송관로(19)에 연결되며, 냉각유체(22)의 흐름을 강제하는 펌프가 복수로 구비된다.
일 실시예에 따른 멀티펌프부(30)는, 제1펌프부재(32) 및 제1펌프부재(32)에 병렬로 설치되는 제2펌프부재(34)를 포함한다.
이송관로(19)를 따라 발전소용 폐열 재활용장치(20)로 유입되는 냉각유체(22)의 흐름을 강제하는 멀티펌프부(30)는 복수의 펌프를 구비하므로, 냉각유체(22)의 흐름을 원활하게 하여 열교환의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 냉각유체(22)의 양에 따라 제1펌프부재(32) 또는 제2펌프부재(34)를 선별적으로 동작시켜 운전비용을 절감할 수 있다.
그리고, 작동중인 펌프의 고장시, 다른 펌프가 동작되어 비상작동이 가능하므로, 발전소용 폐열 재활용장치(20)의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
멀티펌프부(30)와 멀티열교환부(40)는 제1관로(26)로 연결되며, 멀티펌프부(30)를 통과한 냉각유체(22)는 제1관로(26)를 통해 멀티열교환부(40)로 이송된다.
작동유체(24)와 냉각유체(22)가 열교환되는 열교환기가 복수로 구비되는 멀티열교환부(40)는, 냉각유체(22)를 이송하는 제1관로(26)와 작동유체(24)를 이송하는 제2관로(28)가 연결된다.
이러한 멀티열교환부(40)는 제1관로(26)와 제2관로(28)에 병렬로 연결되며, 멀티열교환부(40)를 통하여 고온으로 배출되는 냉각유체(22)와 저온의 작동유체(24)의 열교환이 이루어진다.
일 실시예에 따른 멀티열교환부(40)는, 제1열교환기(42) 및 제1열교환기(42)에 병렬로 설치되는 제2열교환기(44)를 포함하며, 제1열교환기(42)와 제2열교환기(44) 중 적어도 어느 하나는 선택적으로 작동된다.
냉각유체(22)와 작동유체(24)의 열교환되는 양이 많을 경우, 제1열교환기(42)와 제2열교환기(44)가 모두 동작되며, 냉각유체(22)와 작동유체(24)의 열교환되는 양이 적을 경우, 제1열교환기(42)나 제2열교환기(44) 중 어느 하나만 선별적으로 동작시켜 운전비용을 절감할 수 있다.
또한 작동중인 열교환기의 고장시, 다른 열교환기가 동작되어 비상작동이 가능하므로, 발전소용 폐열 재활용장치(20)의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이러한 멀티열교환부(40)와 연결되는 관로에 설치되어 작동유체(24)와 냉각유체(22)의 흐름을 제어하는 멀티밸브부(50)가 구비된다.
멀티밸브부(50)는 멀티열교환부(40)로 이동되는 작동유체(24)와 냉각유체(22)의 흐름을 제어하여 멀티열교환부(40)의 동작 효율을 향상시키는 기술사상 안에서 다양한 종류의 밸브부재가 임의의 위치에 설치될 수 있다.
일 실시예에 따른 멀티밸브부(50)는, 제1열교환기(42)로 이동되는 냉각유체(22)의 흐름을 제어하는 제1제어밸브(52)와, 제1열교환기(42)에서 냉각유체(22)와 열교환되는 작동유체(24)의 흐름을 제어하는 제2제어밸브(54)와, 제2열교환기(44)로 이동되는 냉각유체(22)의 흐름을 제어하는 제3제어밸브(56) 및 제2열교환기(44)에서 냉각유체(22)와 열교환되는 작동유체(24)의 흐름을 제어하는 제4제어밸브(58)를 포함한다.
멀티열교환부(40)에서 열교환이 이루어져서 나오는 작동유체(24)가 흐르는 관로인 제2관로(28)에 압력조절부(60)가 설치된다.
압력조절부(60)는, 제2관로(28)를 흐르는 작동유체(24)의 압력이 설정값 이상인 경우, 설정값 이상의 압력을 흡수하여 맥동을 저감시키므로, 발전소용 폐열 재활용장치(20)의 안정성을 향상시킨다.
설정값은 제2관로(28)의 내구성 및 제2관로(28)와 연결되는 다른 장치를 고려하여 결정된다.
압력조절부(60)는 설정값 이상의 압력이 제2관로(28)로 공급되면, 작동유체(24)의 일부를 제2관로(28)의 외측으로 배출시켜 제2관로(28)의 내측 압력을 저감시킨다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소용 폐열 재활용장치(20)의 작동상태를 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가열된 상태로 배출되는 냉각유체(22)는, 제1관로(26)를 따라 멀티펌프부(30)를 통과하여 멀티열교환부(40)로 이동된다.
제1제어밸브(52)와 제2제어밸브(54)는 열리고, 제3제어밸브(56)와 제4제어밸브(58)는 닫히므로, 제1열교환기(42)만 작동되어 냉각유체(22)와 작동유체(24)의 열교환이 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 더 많은 작동유체(24)의 열교환이 필요한 경우, 제3제어밸브(56)와 제4제어밸브(58)도 추가로 열리므로, 제1열교환기(42)와 제2열교환기(44)가 작동되어 더 많은 냉각유체(22)와 작동유체(24)의 열교환이 이루어진다.
열교환된 냉각유체(22)의 온도는 하강하고 작동유체(24)의 온도는 상승된다.
예를 들어 멀티열교환부(40)로 이동되기 전 냉각유체(22)의 온도가 28도이고, 작동유체(24)의 온도가 20도이면, 열교환이 이루어지는 멀티열교환부(40)를 통과한 냉각유체(22)의 온도는 하강되어 24도이며, 작동유체(24)의 온도는 상승되어 23도를 유지한다.
열교환된 작동유체(24)는 부대시설의 난방 실내기나 급탕용 열교환기 등에 공급되며, 작동유체(24)를 추가 가열할 필요가 있을 경우, 별도의 열원에 의해 작동유체(24)를 추가 가열하여 사용한다.
상술한 바와 같은 구성에 의하면, 일 실시예에 따른 발전소용 폐열 재활용장치(20)는, 발전소의 냉각용으로 사용되는 냉각유체(22)를 재활용하여 부대시설의 열원으로 사용되는 작동유체(24)를 가열하므로, 부대시설의 운영비용을 절감할 수 있다.
또한 냉각유체(22)와 작동유체(24)가 열교환되는 열교환기가 복수로 구비되며, 상황에 따라 열교환기가 선택적으로 작동되므로, 냉각유체(22)와 작동유체(24)의 열교환시간이 단축되어 동작효율을 향상시킬 수 있다.
또한 일측의 열교환기가 고장나도, 다른 열교환기의 대체 동작으로 비상작동이 가능하여 동작신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 화력발전소에 구비되는 발전소용 폐열 재활용장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 다른 종류의 발전소에도 본 발명의 발전소용 폐열 재활용장치가 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 발전용보일러 10: 발전용 증기터빈
12: 터빈부재 14: 발전기
18: 공급관로 19: 이송관로
20: 발전소용 폐열 재활용장치
22: 냉각유체 24: 작동유체
26: 제1관로 28: 제2관로
30: 멀티펌프부 32: 제1펌프부재
34: 제2펌프부재 40: 멀티열교환부
42: 제1열교환기 44: 제2열교환기
50: 멀티밸브부 60: 압력조절부

Claims (6)

  1. 발전용 증기터빈을 냉각시키고 배출되는 냉각유체의 이동을 안내하는 이송관로에 연결되며, 상기 냉각유체의 흐름을 강제하는 펌프가 복수로 구비되는 멀티펌프부;
    상기 멀티펌프부와 연결되며, 작동유체와 상기 냉각유체가 열교환되는 열교환기가 복수로 구비되는 멀티열교환부; 및
    상기 멀티열교환부와 연결되는 관로에 설치되어 상기 작동유체와 상기 냉각유체의 흐름을 제어하는 멀티밸브부를 포함하며,
    상기 멀티열교환부는, 제1열교환기; 및
    상기 제1열교환기에 병렬로 설치되는 제2열교환기를 포함하며,
    상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기 중 적어도 어느 하나는 작동되는 것을 특징으로 하며,
    상기 멀티밸브부는, 상기 제1열교환기로 이동되는 상기 냉각유체의 흐름을 제어하는 제1제어밸브;
    상기 제1열교환기에서 상기 냉각유체와 열교환되는 상기 작동유체의 흐름을 제어하는 제2제어밸브;
    상기 제2열교환기로 이동되는 상기 냉각유체의 흐름을 제어하는 제3제어밸브; 및
    상기 제2열교환기에서 상기 냉각유체와 열교환되는 상기 작동유체의 흐름을 제어하는 제4제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소용 폐열 재활용장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각유체는 해수를 사용하는 것을 특징으로 발전소용 폐열 재활용장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 멀티펌프부는,
    제1펌프부재; 및
    상기 제1펌프부재에 병렬로 설치되는 제2펌프부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소용 폐열 재활용장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멀티열교환부에서 열교환이 이루어져서 나오는 상기 작동유체의 관로에 설치되며, 설정값 이상의 압력을 흡수하여 맥동을 저감시키는 압력조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소용 폐열 재활용장치.
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