KR101703930B1 - 터빈발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈발전장치에 관한 것으로 유체의 유동에 의해 회전하는 터빈, 일측이 상기 터빈의 회전축에 연결되어 상기 터빈의 회전력을 전달하는 샤프트, 상기 샤프트의 타측과 연결되는 회전자 및 상기 회전자의 인근에 배치되는 고정자를 포함하는 발전모듈, 상기 터빈, 샤프트 및 발전모듈을 모두 수용하는 수용공간이 형성되는 하우징 및 상기 터빈 및 상기 발전모듈의 사이를 가로지르도록 형성되어 상기 수용공간을 분리하며, 상기 샤프트가 관통되도록 형성되는 격벽을 포함한다.

Description

터빈발전장치{TURBINE GENERATING APPARATUS}

본 발명은 터빈발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈의 회전력을 발전기에 효과적으로 전달함과 동시에 터빈의 작동유체가 누설되는 것을 방지할 수 있는 터빈발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 발전장치는 회전력을 이용하여 유도전류를 발생시키는 방식으로 전기를 생산한다.

특히, 대형 발전장치의 경우 유체가 유동하는 에너지를 터빈을 이용하여 회전력으로 변환하여 이용하는 방식을 주로 이용하고 있다.

이때, 터빈의 회전력을 발전기로 전달하는 과정에서 터빈을 회전시키는 작동유체가 터빈의 회전축을 따라 외부로 누출되는 상황이 발생할 수 있다.

이러한 경우, 작동유체가 손실될 수도 있고, 작동유체가 유독성일 경우 누설유체로 인한 사고 발생 또는 환경파괴가 발생하는 문제점이 있다.

위와 같은 문제점을 방지하기 위하여, 터빈의 회전축을 고정하는 베어링의 실링 성능을 높인 실링베어링을 적용하거나, 자력을 이용하여 터빈의 하우징 내부의 회전력을 하우징 외부로 전달하는 기술이 이용되어왔다.

하지만, 실링베어링은 높은 실링효과를 가지기 위하여 터빈의 회전축을 고정하는 힘이 보다 커지게 되고, 이는 터빈의 회전력이 손실되어 전체 발전장치의 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 자력을 이용하여 하우징의 내부에서 외부로 회전력을 전달하는 경우에는, 양측의 회전체가 직접적으로 결합되지 않기 때문에 신뢰성이 떨어지고, 회전력이 일정 이상으로 강해지는 경우에는 자력으로 온전하게 전달할 수 없는 문제점이 있다.

한편, 터빈 하우징에서 작동유체가 누설되어 발전기의 내부로 유입되는 경우에는 발전기 내부로 유입된 작동유체를 배출할 수 없어, 발전기에 문제가 발생하는 문제점도 있다.

본 발명의 기술적 과제는, 배경기술에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터빈의 회전력을 발전기에 효과적으로 전달함과 동시에 터빈의 작동유체가 누설되는 것을 방지할 수 있는 터빈발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 터빈발전장치는 유체의 유동에 의해 회전하는 터빈, 일측이 상기 터빈의 회전축에 연결되어 상기 터빈의 회전력을 전달하는 샤프트, 상기 샤프트의 타측과 연결되는 회전자 및 상기 회전자의 인근에 배치되는 고정자를 포함하는 발전모듈, 상기 터빈, 샤프트 및 발전모듈을 모두 수용하는 수용공간이 형성되는 하우징 및 상기 터빈 및 상기 발전모듈의 사이를 가로지르도록 형성되어 상기 수용공간을 분리하며, 상기 샤프트가 관통되도록 형성되는 격벽을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 하우징은 상기 수용공간에서 상기 터빈이 수용되는 측에, 상기 터빈을 회전시키는 유체가 유입되는 유입유로 및 상기 터빈을 회전시킨 후의 상기 유체가 배출되는 배출유로가 형성될 수 있다.

또한, 상기 격벽은 상기 샤프트가 상기 격벽을 관통하는 부위에 베어링을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 하우징은 상기 수용공간에서 상기 터빈이 수용되는 측으로부터 상기 발전모듈이 수용되는 측으로 유입되는 상기 유체를 회수하는 회수유로가 형성될 수 있다.

이때, 상기 회수유로는 상기 수용공간의 하면에 형성될 수 있다.

또한, 상기 회수유로는 상기 유체를 공급하는 유체공급탱크로 연결될 수 있다.

그리고, 상기 회수유로는 상기 회수유로의 내부에 수용된 유체의 양을 측정하는 센서부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 터빈발전장치에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 실링베어링을 이용하지 않으므로, 비용을 절감하고, 터빈의 회전력을 손실없이 발전기로 전달하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 누설되는 작동유체를 다시 회수하므로, 유체 누설로 인한 피해를 방지할 수 있다.

이러한 본 발명에 의한 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 터빈발전장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 터빈발전장치가 적용된 유체순환시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 터빈발전장치에 유체가 공급되어 터빈을 회전시키는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 터빈발전장치에 공급된 유체가 발전모듈 측으로 누설되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 터빈발전장치에서 누설된 유체가 회수유로로 회수되는 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 전방/후방 또는 상측/하측과 같이 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.

먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 터빈발전장치의 일 실시예의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

여기서, 도 1은 본 발명에 따른 터빈발전장치의 일 실시예를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 터빈발전장치가 적용된 유체순환시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 터빈발전장치에 유체가 공급되어 터빈을 회전시키는 상태를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 터빈발전장치에 공급된 유체가 발전모듈 측으로 누설되는 상태를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 터빈발전장치에서 누설된 유체가 회수유로로 회수되는 상태를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터빈발전장치는 터빈(100), 샤프트(200), 발전모듈(300), 하우징(400) 및 격벽(500)을 포함할 수 있다.

터빈(100)은 유체의 유동에 의해 회전하는 구성으로, 일반적으로 복수개의 블레이드를 가지는 형태로 형성되어 유체가 유동하면서 전달되는 운동에너지를 회전에너지로 전환하는 역할을 수행할 수 있다.

본 실시예에서는 래디얼터빈의 형태로 형성되는 실시예를 기준으로 설명하고 있지만, 다양한 형태의 터빈이 모두 적용 가능하며, 터빈(100)의 구성은 본 실시예에 제한되지 않고 다양할 수 있다.

한편, 샤프트(200)는 전술한 터빈(100)의 회전축에 연결되어, 터빈(100)의 회전력을 전달하는 구성일 수 있다.

샤프트(200)는 일측이 터빈(100)에 결합되어 터빈(100)이 회전하는 회전축과 동일한 회전축을 기준으로 회전하며, 타측은 후술하는 발전모듈(300)에 연결되어 터빈(100)의 회전력을 발전모듈(300)에 전달할 수 있다.

이러한 샤프트(200)의 구성 역시 본 실시예에 제한되지 않으며, 터빈(100)의 회전력을 전달할 수 있도록 마련된다면, 그 형태 및 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.

한편, 발전모듈(300)은 전술한 터빈(100)의 회전력을 샤프트(200)를 통해 전달받아 전기를 발생시키는 구성으로, 본 실시예에서는 회전자(310) 및 고정자(320)를 포함할 수 있다.

회전자(310)는 샤프트(200)의 타측에 연결되어 터빈(100)의 회전력을 직접적으로 전달받고, 터빈(100) 및 샤프트(200)가 회전하는 회전축과 동일한 회전축을 기준으로 회전할 수 있다.

고정자(320)는 회전자(310)의 인근에 배치되는 구성으로, 본 실시예에서는 회전자(310)를 감싸도록 구성되며, 고정자의 내부에서 회전자(310)가 회전하면서 전기가 발생될 수 있다.

이러한 회전자(310) 및 고정자(320)의 구성은 일반적인 발전기에 적용되는 회전계자형 또는 회전전기자형 발전기의 구성을 이용할 수 있으며, 고정자(320)가 회전자(310)의 내부에 있는 등 제한되지 않고 다양한 구성이 적용될 수 있다.

또한, 발전모듈(300) 역시 회전력을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 구성이라면 본 실시예에 제한되지 않고 다양할 수 있다.

한편, 하우징(400)은 전술한 터빈(100), 샤프트(200) 및 발전모듈(300)을 모두 수용할 수 있는 수용공간이 내부에 형성되는 구성일 수 있다.

따라서, 하우징(400)의 내부로 작동유체가 공급되어 터빈(100), 샤프트(200) 및 회전자(310)를 회전시키고, 다시 하우징(400)의 외부로 배출될 수 있다.

이를 위하여 하우징(400)은 작동유체가 공급되는 유입유로(410) 및 작동유체가 터빈(100)을 회전시키고 난 후에 배출되는 배출유로(420)가 형성될 수 있다.

이러한 유입유로(410) 및 배출유로(420)에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.

하우징(400)은 작동유체의 유동 압력이나 작동유체, 터빈(100) 및 발전모듈(300)에서 발생하는 열에 의해, 변형되거나 파손되지 않도록 형성되는 것이 유리할 수 있다.

이러한 하우징(400)의 구성 역시 내부에 터빈(100), 샤프트(200) 및 발전모듈(300)을 구비될 수 있도록 내부에 수용공간이 형성되도록 마련된다면 그 형태 및 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.

한편, 격벽(500)은 전술한 하우징(400)의 내부에서, 터빈(100) 및 발전모듈(300)의 사이를 가로지르도록 형성되어, 전술한 하우징(400)의 수용공간을 분리할 수 있다.

따라서, 터빈(100) 및 발전모듈(300)에 결합되어 양측을 직접적으로 연결하고 있는 샤프트(200)는 격벽(500)을 관통하도록 배치될 수 있다.

이때, 격벽(500)과 샤프트(200)의 접촉에 의해 샤프트(200)의 회전력이 손실되는 것을 방지하기 위하여, 샤프트(200)가 격벽(500)을 관통하는 부위에는 베어링(510)이 포함되는 것이 유리할 수 있다.

이러한 격벽(500)의 구성 역시 하우징(400) 내부의 수용공간을 터빈(100) 측과 발전모듈(300) 측으로 구분하도록 마련된다면 그 형태 및 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.

한편, 하우징(400)은 내부의 수용공간에서 터빈(100)이 수용되는 측으로부터 발전모듈(300)이 수용되는 측으로 유입되는 유체를 회수하는 회수유로(430)가 형성될 수 있다.

이러한 회수유로(430)에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.

위와 같은 구성을 포함하는 본 발명에 따른 터빈발전장치는 유체가 유동하도록 형성되는 유로에 연결되어, 전기를 생산할 수 있다.

본 실시예에서는 도 2와 같이 펌프(P)를 이용하여 작동유체를 저장하는 유체공급탱크(T)에서 작동유체를 공급하며, 가열기(H)를 통해 작동유체를 가열하고, 기화된 작동유체가 본 발명에 따른 터빈발전장치의 터빈(100)을 회전시키고 배출되며, 냉각기(C)를 통해 냉각되어 액화된 작동유체가 다시 유체공급탱크(T)로 저장되는 랭킨사이클에 적용될 수 있다.

이러한 구성은 본 발명에 따른 터빈발전장치가 적용되는 일 실시예이며, 이러한 실시예에 제한되지 않고 본 발명에 따른 터빈발전장치는 유체가 유동하도록 유로가 형성되는 구성에 범용적으로 적용될 수 있다.

한편, 하우징(400)에서 유체가 유입되고 배출되도록 형성되는 전술한 유입유로(410) 및 배출유로(420)는 수용공간에서 터빈(100)이 수용되는 측에 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 유입유로(410)를 통해 터빈(100) 측 수용공간으로 유입된 작동유체는 유동에 의해 터빈(100)을 회전시키고, 이후 다시 배출유로(420)를 통해 하우징(400)의 외부로 배출될 수 있다.

즉, 작동유체가 하우징(400) 내부의 수용공간에서 유동할 때, 격벽(500)에 의해 나눠진 공간 중 터빈(100)이 수용되는 측의 수용공간이 유체가 유동하는 유로가 될 수 있다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 터빈(100)이 수용되는 측에서 유동하는 작동유체가 샤프트(200) 및 격벽(500) 사이의 공간 또는 베어링(510)의 내부를 통해 발전모듈(300)이 수용되는 측으로 일부 누설될 수 있다.

본 실시예에서 본 발명에 따른 터빈발전장치가 랭킨사이클에 적용되어 있기 때문에, 터빈에 공급되는 작동유체는 고온 고압의 상태일 수 있다.

따라서, 샤프트(200)가 관통하는 격벽(500)의 미세한 틈 등을 이용하여 작동유체가 발전모듈(300)이 수용되는 측으로 누설될 수도 있다.

이러한 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(400)의 수용공간 중 발전모듈(300)이 수용되는 측에 형성된 회수유로(430)를 통해 누설된 작동유체를 회수할 수 있다.

발전모듈(300)이 수용되는 측의 수용공간은 터빈(100)이 수용되는 측의 수용공간에 비해 상대적으로 내부의 압력 및 온도가 낮을 수 있다.

따라서, 발전모듈(300)이 수용되는 측의 수용공간 내부로 기화된 상태의 작동유체가 유입되어 액화될 수 있으므로, 회수유로(430)는 수용공간 내부의 하면에 형성되는 것이 유리할 수 있다.

또한, 회수유로(430)는 전체적인 유체순환시스템에 유체를 공급하는 유체공급탱크(T)로 연결되는 것이 유리할 수 있다.

이러한 구성을 통해 발전모듈(300)이 수용된 측의 수용공간으로 누설된 작동유체를 다시 유체순환시스템으로 회수할 수 있다.

그리고, 회수유로(430)는 회수유로(430)의 내부에 수용된 유체의 양을 측정하는 센서부(432)가 더 포함될 수 있다.

본 실시예에서 센서부(432)는 하우징(400)에서 발전모듈(300)이 수용되는 측의 하부에 연결된 회수유로(430)의 상부측에 유체의 레벨을 측정할 수 있는 센서가 구비되어 구성될 수 있다.

회수유로(430)의 내부에 누설된 작동유체가 일정량 이상 모이면 센서부(432)가 이를 감지하고, 회수유로(430)에 구비된 별도의 펌프(434)를 구동하여 회수유로(430) 내부의 작동유체를 유체공급탱크(T)로 배출할 수 있다.

전술한 구성을 포함하는 본 발명에 따른 터빈발전장치는 실링베어링을 이용하지 않고, 상대적으로 저렴한 일반적인 베어링을 이용할 수 있으므로, 제조 및 보수 등에 소요되는 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실링베어링으로 인해 터빈의 회전력이 손실되는 것을 방지하여, 터빈의 회전력이 온전히 발전기로 전달될 수 있다.

따라서, 터빈을 이용하는 발전장치의 발전효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 일반적인 베어링을 이용하면서 누설되는 작동유체가 전체 발전시스템의 외부로 배출되거나, 버려지지 않고, 다시 발전시스템의 내부로 회수될 수 있다.

따라서, 유체 누설로 인하여, 환경이 파괴되거나, 유독성 작동유체로 인한 사고발생 등의 피해를 방지할 수 있고, 누설되는 유체를 다시 보충하기 위해 소요되는 비용 및 공정을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이상 설명한 바와 같이 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 터빈
200 : 샤프트
300 : 발전모듈
310 : 회전자
320 : 고정자
400 : 하우징
410 : 유입유로
420 : 배출유로
430 : 회수유로
432 : 센서부 434 : 펌프
500 : 격벽
510 : 베어링

Claims (7)

1. 유체의 유동에 의해 회전하는 터빈;
   일측이 상기 터빈의 회전축에 연결되어 상기 터빈의 회전력을 전달하는 샤프트;
   상기 샤프트의 타측과 연결되는 회전자 및 상기 회전자의 인근에 배치되는 고정자를 포함하는 발전모듈;
   상기 터빈, 샤프트 및 발전모듈을 모두 수용하는 수용공간이 형성되는 하우징; 및
   상기 터빈 및 상기 발전모듈의 사이를 가로지르도록 형성되어 상기 수용공간을 분리하며, 상기 샤프트가 관통되도록 형성되는 격벽;
   을 포함하며,
   상기 하우징은,
   상기 수용공간에서 상기 터빈이 수용되는 측으로부터 상기 발전모듈이 수용되는 측으로 유입되는 상기 유체를 회수하는 회수유로가 형성되고,
   상기 회수유로는,
   상기 수용공간의 하면에 형성되고, 상기 유체를 공급하는 유체공급탱크로 연결되며,
   상기 회수유로의 내부에 수용된 상기 유체의 양을 측정하는 센서부 및 상기 회수유로 내부의 상기 유체를 유체공급탱크로 배출하는 펌프를 포함하는 터빈발전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 수용공간에서 상기 터빈이 수용되는 측에, 상기 터빈을 회전시키는 유체가 유입되는 유입유로 및 상기 터빈을 회전시킨 후의 상기 유체가 배출되는 배출유로가 형성되는 터빈발전장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 격벽은,
   상기 샤프트가 상기 격벽을 관통하는 부위에 베어링을 포함하는 터빈발전장치.
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