KR102187924B1 - Electric power generation system that can generate electricity through superheated steam pyrolyzed by induction current - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current.

Description

유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템{Electric power generation system that can generate electricity through superheated steam pyrolyzed by induction current}Electric power generation system that can generate electricity through superheated steam pyrolyzed by induction current}

본 발명은 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current.

환경에 의존하는 전통적인 동력원에 관해, 발전의 대체 수단에 대한 조사가 매우 중요해지고 있다. For traditional power sources that depend on the environment, the search for alternative means of power generation is becoming very important.

특히, 연소에 기초한 에너지 시스템에서 관련된 환경적 및 정치적 문제를 무시할 수 없다. In particular, the environmental and political issues involved in combustion-based energy systems cannot be ignored.

이러한 형태의 동력원과 발전 방법에 의존하는 것을 감소시키는 노력으로써, 연소를 사용하지 않고 연료를 소비하여 전기를 발전시킬 수 있는 장치에 관한 연구가 증가되어 왔다.As an effort to reduce dependence on this type of power source and power generation method, research on a device capable of generating electricity by consuming fuel without using combustion has been increased.

잘 알려진 바와 같이, 내부연소 엔진에 의해 동력이 공급되는 자동차에 대한 대체 안으로 여러 형태의 전기 자동차를 포함한다. As is well known, several types of electric vehicles are included as an alternative to automobiles powered by internal combustion engines.

전기 자동차는 당업자에게 공지되어 있다. 전형적인 전기 자동차는 20 내지 100마력으로 어떠한 전기 모터도 구동시키는 니켈-카드뮴 배터리에 의해 동력을 얻는다. Electric vehicles are known to those skilled in the art. A typical electric vehicle is powered by a nickel-cadmium battery that drives any electric motor with 20 to 100 horsepower.

배터리는 일반적으로 거치 직류(dc) 전력원에 의해 재충전될 수 있다. The battery can generally be recharged by a stationary direct current (dc) power source.

하지만, 공지된 시스템의 문제점은 이들이 꾸준한 재충전을 필요로 하고 재충전소 사이의 범위를 제한한다는 것이며, 공지된 시스템은 또한 고가이다. However, a problem with known systems is that they require constant recharging and limit the range between recharge stations, and known systems are also expensive.

메사츄세츠주 알링턴의 솔렉트리아사로부터 구입할 수 있는 태양열 재충전 시스템은 이동 거리를 증가시키는 것 및 전기 자동차의 비용을 조절하고자 하는 노력을 대표한다. The solar recharge system, available from Solectria of Arlington, Massachusetts, represents an effort to increase travel distance and control the cost of electric vehicles.

하지만, 태양열 발전과 관련된 단점은 이들의 사용이 맑은 날씨와 낮시간에 국한된다는 점과 자동차 비용에 의해 제한된다는 것이다.However, the disadvantages associated with solar power generation are that their use is limited to sunny weather and daylight hours, and is limited by vehicle costs.

그러므로, 연료전지는 전기 자동차에 동력을 전달하고, 오프-보드(off-board) 동력원으로부터 자동차를 재충전하는데 필요한 일정 시간을 감소시키기 위한 수단으로서 연구되어 왔다.Therefore, fuel cells have been studied as a means for transmitting power to an electric vehicle and reducing a certain amount of time required to recharge the vehicle from an off-board power source.

또한, 종래의 연료전지 시스템과 관련된 단점은 이들이 연료전지의 전력률이 추진에 필요한 조건을 충족시켜야만 하는 여러 응용에 경제성이 없다는 것이다.In addition, a disadvantage associated with conventional fuel cell systems is that they are not economical for many applications where the power rate of the fuel cell must meet the conditions required for propulsion.

그러나, 3세대 연료전지로 불리는 고체산화물 연료전지(SOFC)는 산소 또는 수소 이온전도성을 띄는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써 1937년에 Bauer와 Preis에 의해 처음으로 작동되었다. However, the solid oxide fuel cell (SOFC), called the third generation fuel cell, is a fuel cell that uses solid oxides with oxygen or hydrogen ion conductivity as an electrolyte, and was first operated by Bauer and Preis in 1937.

고체산화물 연료전지는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(700 ~ 1000 ℃)에서 작동하며, 모든 구성요소가 고체로 이루어져있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없으며, 귀금속 촉매가 필요 없고 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. Solid oxide fuel cells operate at the highest temperature (700 ~ 1000 ℃) among existing fuel cells, and because all components are made of solid, the structure is simpler than other fuel cells. There is no problem, no precious metal catalyst is required, and fuel supply through direct internal reforming is easy.

또한, 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. In addition, since high-temperature gas is discharged, it has the advantage that it is possible to perform thermal complex power generation using waste heat.

이러한 장점 때문에 고체산화물 연료전지에 관한 연구는 21세기 초 상업화를 목표로 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.Because of these advantages, studies on solid oxide fuel cells are being actively conducted in advanced countries such as the United States and Japan with the aim of commercialization in the early 21st century.

특히, 고체산화물 연료전지는 연료전지 가운데 가장 효율이 높고 공해요인이 적으며, 700 ~ 1000 ℃에서 작동되기 때문에 천연가스, 석탄가스 등을 직접 사용할 수 있고, 고온에서 작동되기 때문에 가스터빈, 증기터빈과 결합한 MW급 용량의 복합발전이 가능하며, 70%의 전기효율을 얻을 수 있다.In particular, the solid oxide fuel cell is the most efficient among fuel cells and has the least pollutant. Since it operates at 700 ~ 1000 ℃, it can directly use natural gas, coal gas, etc., and since it operates at high temperatures, gas turbines and steam turbines Combined with MW class capacity combined power generation is possible, and 70% of electric efficiency can be obtained.

그러나, 상기한 기술의 문제점은 효율이 떨어지는 점이다.However, the problem with the above technology is that the efficiency is low.

따라서, 에너지 효율이 높으면서 저장하였다가 수시로 사용할 수 있는 새로운 방식의 전기발전 시스템이 요구되었다.Therefore, a new type of electric power generation system that can be stored and used at any time with high energy efficiency is required.

(인용문헌1) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0019466호(Citation 1) Korean Patent Application Publication No. 10-2009-0019466

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템을 제공하고자 한다.
Accordingly, the present invention has been proposed in view of the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide an electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,In order to achieve the problem to be solved by the present invention,

본 발명의 일실시예에 따른 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템은,An electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current according to an embodiment of the present invention,

액체가 순환할 수 있는 3중의 관 형상을 가지고 있으며, 일측에 형성된 노즐물분사부(111)를 통해 유입되는 액체를 유도 가열에 의해 과열증기로 변환시켜 타측에 형성된 과열증기출구관(123)으로 과열증기를 배출시키기 위한 주파수유도가열기(112);와It has a triple tube shape through which liquid can circulate, and converts the liquid flowing through the nozzle water spray part 111 formed on one side into superheated steam by induction heating, and overheats it with the superheated steam outlet pipe 123 formed on the other side. Frequency induction heater 112 for discharging the steam; And

일측에 상기 과열증기출구와 연결되어 있는 과열증기입구관(122)이 형성되어 있으며, 상기 과열증기입구관(122)으로 유입되는 과열증기를 저장시키기 위한 저장탱크(124);와A storage tank 124 having a superheated steam inlet pipe 122 connected to the superheated steam outlet on one side and storing superheated steam flowing into the superheated steam inlet pipe 122; And

상기 저장탱크의 외관에 형성되어 있으며, 유도 가열에 의해 온도를 유지하기 위한 유도가열기(120);와An induction heater 120 formed on the exterior of the storage tank and for maintaining a temperature by induction heating; And

상기 유도가열기의 일측에 형성되어 있으며, 공급되는 과열증기를 이용하여 전기에너지를 생산하여 배터리(102)에 저장시키기 위한 가스터빈발전기(118);와A gas turbine generator 118 formed on one side of the induction heater and for generating electric energy using the supplied superheated steam and storing it in the battery 102; And

상기 유도가열기의 일측에 형성되어 있으며, 공급되는 과열증기를 이용하여 전기에너지를 생산하여 배터리(102)에 저장시키기 위한 고체산화물연료전지(103);와A solid oxide fuel cell 103 formed on one side of the induction heater, for generating electric energy using the supplied superheated steam and storing it in the battery 102; And

상기 고체산화물연료전지(103)의 일측에 형성되어 있으며, 고체산화물연료전지(103)에서 제공된 스팀가스를 이용하여 전기에너지를 생산하여 배터리(102)에 저장시키기 위한 고온열전소자(104);와A high-temperature thermoelectric element 104 formed on one side of the solid oxide fuel cell 103 to produce electric energy using steam gas provided from the solid oxide fuel cell 103 and store it in the battery 102; And

상기 가스터빈발전기(118), 고체산화물연료전지(103), 고온열전소자(104)에 의해 생산된 전기에너지를 저장하고 있는 배터리(102);와A battery 102 storing electric energy produced by the gas turbine generator 118, the solid oxide fuel cell 103, and the high-temperature thermoelectric element 104; And

상기 배터리와 연결되어 있으며, 배터리로부터 전기에너지를 공급받아 외부설비에 동력을 전달하기 위한 모터(101);를 포함하여 구성됨으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.It is connected to the battery and is configured to include a motor 101 for receiving electric energy from the battery and transmitting power to external equipment, thereby solving the subject of the present invention.

이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템은,An electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current according to the present invention having the above configuration and action,

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주파수유도가열기(112)와 유도가열기(120)를 통해 제공되는 과열증기를 이용하여 가스터빈발전기(118)와 고체산화물연료전지(103)를 동작시켜 각각 150kw/h 정도의 전기에너지를 생산할 수 있으며, 고온열전소자(104)를 동작시켜 150kw/h 정도의 전기에너지를 생산할 수 있기 때문에 총 450kw/h 정도의 전기에너지를 생산할 수 있게 되어 에너지 효율성이 대폭적으로 상승하는 효과를 제공한다.The gas turbine generator 118 and the solid oxide fuel cell 103 are operated using superheated steam provided through the frequency induction heater 112 and the induction heater 120 to produce electric energy of about 150 kw/h, respectively. In addition, since the high-temperature thermoelectric element 104 can be operated to produce electric energy of about 150 kw/h, a total of about 450 kw/h of electric energy can be produced, thereby providing an effect of significantly increasing energy efficiency.

따라서, 본 발명의 소형 복합 발전 공법을 기반으로 하는 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템을 전기수소자동차, 도서지역 전기발전과 이동식발전, 과열증기로 건조장치, 폐기물재생처리장치 등에 다양하게 활용할 수 있는 확장성을 제공하게 되는 것이다.Therefore, the electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using the induced current based on the small-sized composite power generation method of the present invention is built with electric hydrogen vehicles, electric power generation and mobile power generation in islands, and superheated steam. It provides expandability that can be used in various ways such as equipment and waste recycling treatment equipment.

또한, 물을 이용하기 때문에 불활성기체가 필요없이 에너지 효율을 높일 수 있는 효과를 제공하며, 경제성이 높으며(전기 히터보다 30%가 저감됨), 10분 이내에 과열증기를 생산해낼 수 있으며(왜냐하면, 과열증기는 열용량이 2배이기 때문임), 안정성이 향상되게 된다.In addition, since water is used, it provides the effect of increasing energy efficiency without the need for an inert gas, is highly economical (30% less than an electric heater), and can produce superheated steam within 10 minutes (because, This is because superheated steam has twice the heat capacity), and stability is improved.

상기 안정성에서 일반 LPG 가스의 경우에는 화재 폭발 위험이 상당하지만, 본 발명은 유도 가열을 이용하기 때문에 안전하며, 과열증기라는 스팀을 이용하기 때문에 더욱 안정성이 높은 장점을 제공한다.In the above stability, in the case of general LPG gas, the risk of fire explosion is significant, but the present invention is safe because it uses induction heating, and provides an advantage of higher stability because it uses steam called superheated steam.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 물과 스팀의 압력 온도 그래프이다.
도 3은 1차 ~ 3차 파이프 밴딩 조립과정을 나타낸 예시도이며, 도 4는 1차 ~ 3차 파이프 밴딩 조립도를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템의 주파수유도가열기의 외관에 히팅 코일을 형성한 예시도이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템의 저장탱크 외부에 유도가열기가 형성된 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템의 외형도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템의 오실로스코프 상에 3중 주파수(132)를 나타낸 그래프 예시도이며, 도 9는 실험 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템의 유도가열기컨트롤부 예시도이다.1 is an overall configuration diagram of an electric energy generation system capable of combined power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph of the pressure temperature of water and steam.
3 is an exemplary view showing the first to third pipe bending assembly process, and FIG. 4 is an exemplary view showing the first to third pipe bending assembly diagram.
5 is an exemplary view of forming a heating coil on the exterior of a frequency induction heater of an electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view in which an induction heater is formed outside a storage tank of an electric energy generation system capable of combined power generation through superheated steam pyrolyzed using an induction current according to an embodiment of the present invention.
7 is an external view of an electric energy generation system capable of combined power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an exemplary graph showing a triple frequency 132 on an oscilloscope of an electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 Is an experimental example.
10 is an exemplary view of an induction heater control unit of an electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induction current according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 의한 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, it will be described in detail through an embodiment of an electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current according to the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템의 전체 구성도이다.1 is an overall configuration diagram of an electric energy generation system capable of combined power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 전기에너지 발전시스템은, 크게 주파수유도가열기(112), 저장탱크(124)의 외관에 형성된 유도가열기(120), 가스터빈발전기(118), 고체산화물연료전지(103), 고온열전소자(104), 배터리(102), 모터(101)를 포함하여 구성되게 된다.As shown in Figure 1, the electric energy generation system of the present invention, the frequency induction heater 112, the induction heater 120 formed on the exterior of the storage tank 124, the gas turbine generator 118, solid oxide A fuel cell 103, a high-temperature thermoelectric element 104, a battery 102, and a motor 101 are included.

일반적으로 수소를 생성하기 위한 방법은 고체연료전지, 고체산화물연료전지(SFCS), 용융탄산염연료전지(MCFCS), 인산염연료전지(PAFCS), 전기분해연료전지 등 수십 종류가 있으나, 수소 생산비용이 고가이므로 고온증기 얻기 위해 화력발전소, 원자력발전소, 태양광 발전소 등에서 고열증기를 전기분해하여 수소와 산소를 분리하는 방식을 이용하게 된다.In general, there are dozens of methods for generating hydrogen, such as solid fuel cells, solid oxide fuel cells (SFCS), molten carbonate fuel cells (MCFCS), phosphate fuel cells (PAFCS), electrolysis fuel cells, etc. Since it is expensive, a method of separating hydrogen and oxygen by electrolyzing high-temperature steam in thermal power plants, nuclear power plants, and solar power plants is used to obtain high-temperature steam.

이러한 종류의 수소를 만드는 고전적인 방법은 메탄에서 열분해하는 방법이 있으며, 화석연료 사용하는 것이므로 이산화탄소를 생성하기에 충분한 청정에너지가 아니다.The classic method of making this kind of hydrogen is pyrolysis from methane, and because fossil fuels are used, it is not enough clean energy to generate carbon dioxide.

수소 생성은 많은 학자들이 고온 전기분해 프로젝트를 선도해오고 근래에 저온, 고온 전기분해를 이용하여 수소를 생산하는데 학술지에서 언급한 최적의 조건은 800℃ 정도이다.Hydrogen generation has led many scholars to high-temperature electrolysis projects, and in recent years, the optimum condition mentioned in the journal is about 800℃ to produce hydrogen using low-temperature and high-temperature electrolysis.

본 발명의 시스템에서는 이산화탄소를 생성하지 않고, 900℃ 이상의 물을 이용하여 과열증기를 생성하는 것이며, 경제성을 제공하기 위하여 유도가열에 의한 과열증기를 생성하는 것이다.In the system of the present invention, superheated steam is generated using water of 900°C or higher without generating carbon dioxide, and superheated steam is generated by induction heating in order to provide economy.

열역학적 에너지의 전환으로서, 물을 냄비에 놓고 가열하면 냄비뚜껑이 들어 올려지는 현상을 볼 수 있다.As a conversion of thermodynamic energy, when water is placed in a pot and heated, the pot lid is lifted.

도 2는 물과 스팀의 압력 온도 그래프로서, 과열증기 전도성과 가열 공기를 비교해보면, 단위체적당 열용량이 크고, 대류 열전달, 응축 열전달, 복사 전열 때문에 열풍 가열의 2 ~ 4배 건조 능력을 갖는다.2 is a graph of the pressure temperature of water and steam, when comparing superheated steam conductivity and heated air, the heat capacity per unit volume is large, and the drying ability of hot air is 2 to 4 times that of hot air heating due to convective heat transfer, condensation heat transfer, and radiant heat transfer.

대기압하에서 고온 처리하기에 고압용 특수배관이나 압력용기 등이 필요가 없고 저 산소 상태(환원성 분위기) 처리가 가능하고, 물에 용존하는 산소량은 6ml/kg 정도이므로, 과열증기 중에는 수 ppm정도의 산소밖에 존재하지 않는다.Since high-temperature treatment under atmospheric pressure does not require high-pressure special pipes or pressure vessels, it is possible to treat in a low oxygen state (reducing atmosphere), and since the amount of oxygen dissolved in water is about 6 ml/kg, there is about several ppm of oxygen in superheated steam. It exists outside.

따라서, 본 발명에서 활용하고 있는 온도 조건은 물을 과열증기 900℃ 이상이 되어야 800℃의 안정된 고체산화물연료전지(103)에 과열증기를 공급할 수 있게 된다.Therefore, the temperature condition used in the present invention is to supply superheated steam to the stable solid oxide fuel cell 103 at 800°C only when water is at least 900°C.

상기 공급되는 900℃의 과열증기 열용량은 831.2 Kcal/m3(100+539+(900-100)*0.5=1039 Kal/Kg * 0.8kg/m3) 이며, 900℃의 공기의 열용량은 264.6 Kcal/m3(900℃ * 0.24= 216Kcal/Kg * 1.225Kg/m3=264.6Kcal/m3)이다.The supplied heat capacity of superheated steam at 900°C is 831.2 Kcal/m 3 (100+539+(900-100)*0.5=1039 Kal/Kg * 0.8kg/m 3 ), and the heat capacity of air at 900°C is 264.6 Kcal /m 3 (900℃ * 0.24= 216Kcal/Kg * 1.225Kg/m 3 =264.6Kcal/m 3 ).

따라서, 과열증기 대비 공기의 열용량은 831.2/264.6 = 3.14배이다.Therefore, the heat capacity of air compared to superheated steam is 831.2/264.6 = 3.14 times.

일반전기 히터를 이용하는 것보다 유도가열은 주파수의 자기장과 전기장을 이용하므로 일반전기 히터보다 유도가열이 소비전력이 30 ~ 40% 정도 적어서 과열증기 대비 공기의 열용량 증가는 3.14배이기 때문에 유도가열의 소비전력은 에너지가 대체되므로 유도가열을 이용하여 자동차 연료, 발전, 식품 건조, 보일러, 폐기물처리 등에 응용할 수 있게 되는 것이다.Induction heating uses magnetic and electric fields of frequency compared to general electric heaters, so induction heating consumes 30 to 40% less power than general electric heaters, so the increase in heat capacity of air compared to overheated steam is 3.14 times. Since power is replaced by energy, it can be applied to automobile fuels, power generation, food drying, boilers, and waste treatment using induction heating.

구체적으로 설명하면, 상기 주파수유도가열기(112)는 액체가 순환할 수 있는 3중의 관 형상을 가지고 있으며, 일측에 형성된 노즐물분사부(111)를 통해 유입되는 액체를 유도 가열에 의해 과열증기로 변환시켜 타측에 형성된 과열증기출구관(123)으로 과열증기를 배출시키기 위한 기능을 수행하게 된다.Specifically, the frequency induction heater 112 has a triple tubular shape through which liquid can circulate, and the liquid flowing through the nozzle water spraying part 111 formed on one side is transferred to superheated steam by induction heating. Converted to perform a function of discharging the superheated steam to the superheated steam outlet pipe 123 formed on the other side.

본 발명의 예시에서는 물소비량은 약 20리터 정도를 수행하기 위한 주파수유도가열기(112)를 도입한 것으로서, 1차 ~ 3차 파이프 밴딩 조립과정을 나타낸 도 3과 1차 ~ 3차 파이프 밴딩 조립도를 나타낸 도 4와 같이, 주파수유도가열기(112)는,In the example of the present invention, a frequency induction heater 112 is introduced to perform water consumption of about 20 liters, and Figure 3 and 1st to 3rd pipe bending assembly showing the 1st to 3rd pipe bending assembly process As shown in FIG. 4 showing the diagram, the frequency induction heater 112,

스프링형상의 1차파이프관(107)과,A spring-shaped primary pipe tube 107,

상기 1차파이프관의 직경보다 큰 파이프로 이루어지며, 1차파이프관의 외관을 따라 형성되는 스프링형상의 2차파이프관(108)과,A spring-shaped secondary pipe tube 108 made of a pipe larger than the diameter of the primary pipe tube and formed along the exterior of the primary pipe tube,

상기 2차파이프관의 직경보다 큰 파이프로 이루어지며, 2차파이프관의 외관을 따라 형성되는 스프링형상의 3차파이프관(109)을 포함하여 구성되게 된다.It is made of a pipe larger than the diameter of the secondary pipe tube, and is configured to include a spring-shaped tertiary pipe tube 109 formed along the exterior of the secondary pipe tube.

이때, 도 3과 같이, 상기 1차파이프관(107)에 1차 파이프 밴딩(127)을 수행하고, 2차파이프관(108)에 2차 파이프 밴딩(126)을 수행하고, 3차파이프관(109)에 3차 파이프 밴딩(125)을 수행하게 되면, 도 4와 같은 주파수유도가열기의 외관을 형성하게 된다.At this time, as shown in FIG. 3, the primary pipe bending 127 is performed on the primary pipe tube 107, the secondary pipe bending 126 is performed on the secondary pipe tube 108, and the tertiary pipe tube When the third pipe bending 125 is performed at 109, the appearance of the frequency induction heater as shown in FIG. 4 is formed.

그리고, 도 5와 같이, 히팅 코일을 외부에 형성하게 되는데, 1차파이프관(107)에는 0.8 ~ 3 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일을, 2차파이프관(108)에는 3 ~ 200 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일을, 3차파이프관(109)에는 300 ~ 900 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일을 형성하게 된다.And, as shown in Fig. 5, a heating coil is formed outside, a heating coil using a frequency band of 0.8 to 3 KHz in the primary pipe tube 107, and a frequency band of 3 to 200 KHz in the secondary pipe tube 108 A heating coil using a heating coil and a heating coil using a frequency band of 300 ~ 900 KHz are formed in the tertiary pipe tube 109.

즉, 유도 가열체가 원거리일수록 주파수는 파장이 길기 때문에 주파수가 낮아지고, 유도 가열체가 근거리일수록 주파수는 짧아지고 유도가열코일 주파수 길이는 f = λ/2 파장 단축률에 의하여 조절되는 것이다.That is, the farther the induction heating element is, the longer the wavelength is, so the frequency decreases, and the closer the induction heating element is, the shorter the frequency and the induction heating coil frequency length is controlled by the f = λ/2 wavelength shortening rate.

또한, 1,2,3차 파이프 밴딩을 형성하는 이유는 적은 면적에서 유도가열로 온도를 빨리 높이는 것과 소비전력이 적게 들고 물이 유입되면 포화증기(200℃)에서 과열증기로 생성되는 과정에서 증기 팽창을 천천히 올리기 위한 기능과 증기폭발을 방지하기 위한 것이다.In addition, the reason for forming the 1st, 2nd and 3rd pipe bending is to increase the temperature quickly by induction heating in a small area, and to consume less power and when water is introduced, steam is generated as superheated steam at 200℃. It is to increase the expansion slowly and to prevent vapor explosion.

결국, 3중 구조의 파이프관을 밴딩 처리하여 서로 연결시키게 되면, 접촉 면적이 올라가게 되어 체류 시간을 증가시키게 되며, 3중 구조의 스프링 형상의 파이프관을 통해 유도 자기장이 더욱 잘 수행할 수 있도록 하여 온도를 1,300℃ 이상으로 올릴 수가 있게 되는 것이다.Eventually, when the pipe pipes of the triple structure are bent and connected to each other, the contact area increases and the residence time is increased, and the induced magnetic field can be performed better through the spring-shaped pipe tube of the triple structure. Thus, the temperature can be raised to 1,300℃ or higher.

그리고, 저장탱크(124)는 일측에 상기 과열증기출구와 연결되어 있는 과열증기입구관(122)이 형성되어 있으며, 상기 과열증기입구관(122)으로 유입되는 과열증기를 저장시키기 위한 기능을 수행하게 된다.In addition, the storage tank 124 has a superheated steam inlet pipe 122 connected to the superheated steam outlet at one side, and performs a function for storing the superheated steam flowing into the superheated steam inlet pipe 122 Is done.

또한, 상기 저장탱크의 외관에 유도가열기(120)를 형성하게 됨으로써, 유도 가열에 의해 온도를 유지하게 되는 것이다.In addition, by forming the induction heater 120 on the exterior of the storage tank, the temperature is maintained by induction heating.

상기와 같이, 구성하는 이유는 주파수유도가열기(112)를 통해 1차 열분해된 과열증기를 가스터빈발전기(118)에 제공하여 동작시키기 위하여 일정한 압력 유지를 수행하여야 한다.As described above, the reason for the configuration is to provide the gas turbine generator 118 with superheated steam that has been first pyrolyzed through the frequency induction heater 112 and maintain a constant pressure in order to operate.

이를 위하여, 저장탱크를 설치 구성하고, 바람직하게는 앞단에는 압력조절밸브(119)를 설치 구성하게 되며, 온도 유지를 위하여 바람직하게는 300 ~ 900 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일인 유도가열기(120)를 저장탱크 외관을 따라 형성하게 되는 것이다.To this end, a storage tank is installed, preferably a pressure control valve 119 is installed at the front end, and an induction heater 120, which is a heating coil, preferably using a frequency band of 300 to 900 KHz to maintain temperature. ) Is formed along the exterior of the storage tank.

그리고, 가스터빈발전기(118)를 상기 유도가열기의 일측에 형성하게 된다.Then, a gas turbine generator 118 is formed on one side of the induction heater.

따라서, 유도가열기 내부의 저장탱크를 통해 공급되는 과열증기를 이용하여 전기에너지를 생산하여 배터리(102)에 저장시키게 되는 것이다.Accordingly, electric energy is produced using superheated steam supplied through the storage tank inside the induction heater and stored in the battery 102.

그리고, 고체산화물연료전지(103)를 상기 유도가열기의 타측에 형성하게 된다.Then, the solid oxide fuel cell 103 is formed on the other side of the induction heater.

도 1에 도시한 바와 같이, 유도가열기 내부의 저장탱크를 통해 공급되는 과열증기는 가스터빈발전기(118)와 고체산화물연료전지(103)로 공급되는 것이다.As shown in FIG. 1, superheated steam supplied through a storage tank inside the induction heater is supplied to the gas turbine generator 118 and the solid oxide fuel cell 103.

이때, 상기 고체산화물연료전지(103)를 통해 전기에너지를 생산하여 배터리(102)에 저장시키게 되는 것이다.In this case, electric energy is produced through the solid oxide fuel cell 103 and stored in the battery 102.

예를 들어, 가스터빈발전기(118)에서 생산되는 전기용량은 150Kw이고, 이에 의해 생산된 전기 에너지는 배터리(102)로 제공하여 충전시키게 되며, 동시에 저장탱크에서 제공되는 과열증기를 고체산화물연료전지(103)에서 전기를 생산하게 된다.For example, the electric capacity produced by the gas turbine generator 118 is 150Kw, and the electric energy produced thereby is supplied to the battery 102 for charging, and at the same time, the superheated steam provided from the storage tank is supplied to the solid oxide fuel cell. At 103, electricity will be produced.

일반적으로 고체산화물연료전지(103)는 고체 산화물 또는 세라믹 전해질을 포함하고 있으며, 공정은 열분해된 과열 증기를 이용하여 전기 에너지를 생산하게 되며, 생산된 전기 에너지를 배터리(102)에 저장시키게 되는 것이다.In general, the solid oxide fuel cell 103 includes a solid oxide or a ceramic electrolyte, and the process is to produce electric energy using thermally decomposed superheated steam, and to store the produced electric energy in the battery 102. .

여기서, 물 1리터의 몰 질량은 18.016g/mol이고, 물 1리터에는 55.5 몰의 수소와 27.75 몰의 산소를 함유한다.Here, the molar mass of 1 liter of water is 18.016 g/mol, and 1 liter of water contains 55.5 moles of hydrogen and 27.75 moles of oxygen.

아보가드로 법칙에 따라 1몰의 기체는 22.4 리터의 부피를 의미한다.According to Avogadro's law, 1 mole of gas means a volume of 22.4 liters.

그러므로, 1리터의 수소는 22.4 * 55.5=1,243리터이며, 1리터의 산소는 22.4 * 27.75=621리터이다.Therefore, 1 liter of hydrogen is 22.4 * 55.5 = 1,243 liters, and 1 liter of oxygen is 22.4 * 27.75 = 621 liters.

예를 들어, 수소연료전지 차량연비는 150(HP)기준으로 한번 충전 122리터로 600km 주행할 수 있으며, 물소비량 20리터/시간당 150마력 이상의 에너지를 생산할 수 있게 된다.For example, the fuel efficiency of a hydrogen fuel cell vehicle can run 600km with 122 liters of one charge on a 150 (HP) basis, and can produce more than 150 horsepower per hour with 20 liters of water consumption.

또한, 상기 고온열전소자(104)는 고체산화물연료전지(103)의 일측에 형성되어 있으며, 고체산화물연료전지(103)에서 제공된 스팀가스를 이용하여 전기에너지를 생산하여 배터리(102)에 저장시키게 되는 것이다.In addition, the high-temperature thermoelectric element 104 is formed on one side of the solid oxide fuel cell 103, and generates electric energy using the steam gas provided from the solid oxide fuel cell 103 and stores it in the battery 102. It becomes.

즉, 고체산화물연료전지(103)에서 제공된 스팀가스를 이용하여 전기에너지를 생산하기 위한 기능을 수행하게 된다.In other words, the solid oxide fuel cell 103 performs a function of generating electric energy by using the steam gas provided by the solid oxide fuel cell 103.

본 발명에서 설명하고 있는 과열증기는 800℃ ~ 1300℃ 범위 내 증기를 의미하며, 스팀가스는 200℃ ~ 300℃ 범위 내 증기를 의미한다.The superheated steam described in the present invention refers to steam within the range of 800°C to 1300°C, and the steam gas refers to steam within the range of 200°C to 300°C.

한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따라, 주파수유도가열기(112)에 형성된 1차파이프관(107)에 형성된 0.8 ~ 3 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일에 연결되는 제1유도가열동작부(107a);와Meanwhile, according to an additional aspect of the present invention, a first induction heating operation unit 107a connected to a heating coil using a frequency band of 0.8 to 3 KHz formed in the primary pipe tube 107 formed in the frequency induction heater 112 );Wow

2차파이프관(108)에 형성된 3 ~ 200 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일에 연결되는 제2유도가열동작부(108a);와A second induction heating operation unit 108a connected to a heating coil using a frequency band of 3 to 200 KHz formed in the secondary pipe tube 108; And

3차파이프관(109)에 형성된 300 ~ 900 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일에 연결되는 제3유도가열동작부(109a);와A third induction heating operation unit 109a connected to a heating coil using a frequency band of 300 to 900 KHz formed in the tertiary pipe tube 109; And

공통선(110a)이 형성되어 있는 유도가열컨트롤부(106)를 더 포함하여 구성하게 된다.It is configured to further include an induction heating control unit 106 in which the common line 110a is formed.

따라서, 유도가열컨트롤부(106)를 동작시키게 되면 유도 가열되어 원하는 온도까지 상승되어 과열증기를 생산해낼 수 있게 되는 것이다.Therefore, when the induction heating control unit 106 is operated, it is induction heated and rises to a desired temperature to produce superheated steam.

또한, 상기 배터리(102)에는 상기 가스터빈발전기(118), 고체산화물연료전지(103), 고온열전소자(104)에 의해 생산된 전기에너지를 저장하고 있게 되는 것이다.In addition, the battery 102 stores electric energy produced by the gas turbine generator 118, the solid oxide fuel cell 103, and the high-temperature thermoelectric element 104.

예를 들어, 가스터빈발전기(118)와 고체산화물연료전지(103)를 동작시켜 각각 150kw/h 정도의 전기에너지를 생산할 수 있으며, 고온열전소자(104)를 동작시켜 150kw/h 정도의 전기에너지를 생산할 수 있기 때문에 총 450kw/h 정도의 전기에너지를 생산할 수 있게 되어 에너지 효율성이 대폭적으로 상승하는 효과를 제공한다.For example, by operating the gas turbine generator 118 and the solid oxide fuel cell 103, electric energy of about 150 kw/h can be produced, respectively, and electric energy of about 150 kw/h by operating the high-temperature thermoelectric element 104 Because it can produce electricity, it is possible to produce a total of 450 kw/h of electric energy, providing the effect of greatly increasing energy efficiency.

이때, 모터(101)는 상기 배터리와 연결되어 있으며, 배터리로부터 전기에너지를 공급받아 외부설비에 동력을 전달하게 되는 것이다.At this time, the motor 101 is connected to the battery and receives electric energy from the battery and transmits power to external equipment.

한편, 도 7과 같이, 실제 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템은 하측에 주파수유도가열기(112)가 형성되며, 상측에 유도가열기(120)가 형성되어 있다.On the other hand, as shown in Figure 7, the electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an actual induced current, a frequency induction heater 112 is formed on the lower side, and an induction heater 120 is formed on the upper side. Is formed.

또한, 유도가열컨트롤부(106)를 형성하게 되며, 유도가열컨트롤부(106)의 일측에 유도가열기컨트롤부(121)를 구성하여 이의 제어에 의해 유도가열기(120)의 동작을 제어하게 되는 것이다.(도 10 참조)In addition, an induction heating control unit 106 is formed, and an induction heater control unit 121 is formed on one side of the induction heating control unit 106 to control the operation of the induction heater 120 (See Fig. 10)

유도(induction) 전류를 이용하기 위한 관은 가열 도체관으로서, 자성체이며, 주파수유도가열기(112)에 유도 가열할 경우에 자기장과 전기장의 거리에 따라서 주파수를 설정해야 한다.The tube for using the induction current is a heating conductor tube, which is a magnetic material, and in the case of induction heating in the frequency induction heater 112, the frequency must be set according to the distance between the magnetic field and the electric field.

도 8의 경우, 오실로스코프 상에 3중 주파수(132)를 나타낸 그래프 예시도이다.In the case of FIG. 8, it is an exemplary graph showing the triple frequency 132 on the oscilloscope.

따라서, 도 5와 같이, 설계한 것이며, 이를 통해 생산된 과열증기는 유도가열기(120)가 형성된 저장탱크로 제공되는 것이다.Therefore, it is designed as shown in FIG. 5, and the superheated steam produced through it is provided to a storage tank in which the induction heater 120 is formed.

이때, 상기 유도가열기(120)는 가열하고자 하는 거리가 근접거리이므로 주파수 대역이 높고 과열증기를 유지하기 위한 기능을 수행하게 된다.At this time, the induction heater 120 has a high frequency band and performs a function of maintaining superheated steam because the distance to be heated is a close distance.

한편, 본 발명의 파이프관은, On the other hand, the pipe pipe of the present invention,

임계 한도가 높은 강자성체인 코발트, 니켈, 철 중 어느 하나 혹은 어느 하나 이상을 합금한 재질로 형성시키는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it is formed of a material obtained by alloying one or more of cobalt, nickel, and iron, which are ferromagnetic materials having a high critical limit.

예를 들어, 농수산물 건조, 보일러, 표면 열처리 등에 유도 가열을 사용하였으나, 유도 가열 방식으로 물을 포화 증기에서 과열 증기로 고온 500℃ 이상 지속적으로 올리는데 한계가 있었다.For example, induction heating was used for drying agricultural and marine products, boilers, and surface heat treatment, but there was a limit to continuously raising water to a high temperature of 500℃ or higher from saturated steam to superheated steam by induction heating method.

또한, 온도 상승하는데 자성체인 촉매로 인하여 임계 한도(퀘리점)가 낮아 온도 상승하는데 어려움도 있었고, 자성체가 강한 것이어야 효율이 좋아 전기소비 전력이 낮아지게 된다.In addition, there was a difficulty in increasing the temperature due to the low critical limit (queries point) due to the catalyst, which is a magnetic material, and the magnetic material must be strong so that the efficiency is good and the power consumption is low.

따라서, 본 발명에서의 임계 한도가 높은 강자성체인 코발트, 니켈, 철 중 어느 하나 혹은 어느 하나 이상을 합금한 재질로 형성시키게 되는 것이다.Accordingly, in the present invention, a material obtained by alloying one or more of cobalt, nickel, and iron, which is a ferromagnetic material having a high critical limit, is formed.

일반 강을 이용하여 유도 가열을 수행하게 되면 자기장의 한계점에 의해 800℃ 이상 온도가 상승할 수 없지만, 상기한 바와 같이, 강자성체, 예를 들어, 코발트강을 이용하여 제조하게 되면 1,300℃까지 온도 상승이 가능하게 된다.If induction heating is performed using general steel, the temperature cannot rise above 800°C due to the limit of the magnetic field, but as described above, when manufactured using a ferromagnetic material, for example, cobalt steel, the temperature rises to 1,300°C. This becomes possible.

따라서, 무산소 상태에서 수분을 과열 증기로 전환시킬 수 있으므로 과열증기로 출력시키게 되므로 과열로 전달이 가능하게 되는 것이다.Therefore, since moisture can be converted into superheated steam in an oxygen-free state, it is output as superheated steam, so that it is possible to transfer it through superheating.

한편, 실험에 의하면, 포화 증기에서 과열 증기로 변환시키기 위하여 물이 과열 증기에서 포화 증기로 변화되는 시간이 필요하다.On the other hand, according to the experiment, in order to convert from saturated steam to superheated steam, it takes a time for water to change from superheated steam to saturated steam.

이때, 온도에 따라 1차파이프관(107)과 2차파이프관(108)의 길이를 6m로 형성함으로써, 500℃로 온도 상승하는데 소비 전력 5KW가 소비되었으며, 시간은 온도가 15℃인 물 15리터를 이용하여 500℃로 올리는데 4분이 소요되었다.At this time, by forming the length of the primary pipe tube 107 and the secondary pipe tube 108 to 6m according to the temperature, 5KW power consumption was consumed to increase the temperature to 500℃, and the time was water with a temperature of 15℃. It took 4 minutes to raise to 500℃ using liters.

한편, 주파수유도가열기(112)와 유도가열기(120)는 과열증기를 이용하기 때문에 산소가 내부에 존재하지 않아 불활성기체인 N2 가 필요없게 된다.On the other hand, since the frequency induction heater 112 and the induction heater 120 use superheated steam, oxygen does not exist inside, so that N 2 , an inert gas, is not required.

즉, 과열증기라는 스팀 자체가 공기를 밀어내기 때문에 연소가 되지 않게 된다.In other words, because the steam itself, called superheated steam, pushes out the air, combustion does not occur.

일반적으로 O2가 공기 중 15% 이하로 존재하게 되면 연소가 되질 않게 된다.In general, if O 2 is present in less than 15% of air, combustion will not occur.

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즉, 불활성 분위기를 만들어 액체로 만들 수 있게 되는 것이다.In other words, it is possible to create a liquid by creating an inert atmosphere.

따라서, 본 발명에서는 효율이 떨어지는 종래 방식의 간접열 혹은 직접 가열식 대신에 후단에 결합되는 가스터빈발전기(118), 고체산화물연료전지(103)에 직접 과열증기를 제공함으로써, 불활성기체인 N2 가 필요없는 상태에서도 불활성 기체 분위기를 제공할 수 있게 된다.Therefore, in the present invention, by providing superheated steam directly to the gas turbine generator 118 and the solid oxide fuel cell 103 coupled to the rear end instead of the indirect heat or direct heating type of the conventional method, which is inefficient, the inert gas, N 2 It is possible to provide an inert gas atmosphere even in an unnecessary state.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 시스템은 1차 유도가열온도(129)인 100℃온도에서 상승하기 시작하여 2차 유도가열온도(130)인 500℃를 초과하고 있음을 알 수 있었다.As shown in FIG. 9, it was found that the system of the present invention started to rise at a temperature of 100° C., which is the first induction heating temperature 129, and exceeded 500° C., which is the second induction heating temperature 130.

요약하자면, 본 발명의 유도가열의 핵심 구성요소인 주파수유도가열기(112)로 적은 면적에서 신속히 열을 높이고, 1차파이프 밴딩, 2차파이프밴딩, 3차 파이프밴딩을 통해 물의 투입 과정에서 급격한 증기폭발을 방지할 수 있으며, 팽창된 압력증기를 안정되게 공급하게 된다.In summary, the frequency induction heater 112, which is a key component of the induction heating of the present invention, quickly increases heat in a small area, and rapid in the process of introducing water through primary pipe bending, secondary pipe bending, and third pipe bending. Steam explosion can be prevented, and expanded pressure steam is supplied stably.

또한, 주파수유도가열기(112)에 유도되는 주파수대가 각각 달리하여 제공하는 것은 유도 전류 코일의 거리에 따라 자력이 생기지 않을 것을 방지하기 위한 것이며, 주파수대를 조절하기 위하여 유도가열기컨트롤부(121)를 구성하게 된 것이다.In addition, providing different frequency bands induced to the frequency induction heater 112 is to prevent magnetic force from occurring according to the distance of the induction current coil, and the induction heater control unit 121 to adjust the frequency band I came to construct.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Those skilled in the art to which the present invention with the above contents pertains will be able to understand that it can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, the embodiments described above are exemplified in all respects and should be understood as non-limiting.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

101 : 모터
102 : 배터리
103 : 고체산화물연료전지
104 : 고온열전소자
112 : 주파수유도가열기
118 : 가스터빈발전기
120 : 유도가열기
124 : 저장탱크101: motor
102: battery
103: solid oxide fuel cell
104: high temperature thermoelectric element
112: frequency induction heater
118: gas turbine generator
120: induction heater
124: storage tank

Claims (3)

유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템에 있어서,
액체가 순환할 수 있는 3중의 관 형상을 가지고 있으며, 일측에 형성된 노즐물분사부(111)를 통해 유입되는 액체를 유도 가열에 의해 과열증기로 변환시켜 타측에 형성된 과열증기출구관(123)으로 과열증기를 배출시키기 위한 주파수유도가열기(112);와
일측에 상기 과열증기출구와 연결되어 있는 과열증기입구관(122)이 형성되어 있으며, 상기 과열증기입구관(122)으로 유입되는 과열증기를 저장시키기 위한 저장탱크(124);와
상기 저장탱크의 외관에 형성되어 있으며, 유도 가열에 의해 온도를 유지하기 위한 유도가열기(120);와
상기 유도가열기의 일측에 형성되어 있으며, 공급되는 과열증기를 이용하여 전기에너지를 생산하여 배터리(102)에 저장시키기 위한 가스터빈발전기(118);와
상기 유도가열기의 일측에 형성되어 있으며, 공급되는 과열증기를 이용하여 전기에너지를 생산하여 배터리(102)에 저장시키기 위한 고체산화물연료전지(103);와
상기 고체산화물연료전지(103)의 일측에 형성되어 있으며, 고체산화물연료전지(103)에서 제공된 스팀가스를 이용하여 전기에너지를 생산하여 배터리(102)에 저장시키기 위한 고온열전소자(104);와
상기 가스터빈발전기(118), 고체산화물연료전지(103), 고온열전소자(104)에 의해 생산된 전기에너지를 저장하고 있는 배터리(102);와
상기 배터리와 연결되어 있으며, 배터리로부터 전기에너지를 공급받아 외부설비에 동력을 전달하기 위한 모터(101);를 포함하여 구성되고,
상기 주파수유도가열기(112)는,
스프링형상의 1차파이프관(107)과,
상기 1차파이프관의 직경보다 큰 파이프로 이루어지며, 1차파이프관의 외관을 따라 형성되는 스프링형상의 2차파이프관(108)과,
상기 2차파이프관의 직경보다 큰 파이프로 이루어지며, 2차파이프관의 외관을 따라 형성되는 스프링형상의 3차파이프관(109)으로 구성되되,
적은 면적에서 유도가열로 온도를 빨리 높이는 것과 소비전력이 적게 들고 물이 유입되면 포화증기(200℃)에서 과열증기로 생성되는 과정에서 증기 팽창을 천천히 올리기 위한 기능과 증기폭발을 방지하기 위해, 상기 1차파이프관(107)에 1차 파이프 밴딩(127)을 수행하고, 2차파이프관(108)에 2차 파이프 밴딩(126)을 수행하고, 3차파이프관(109)에 3차 파이프 밴딩(125)을 수행하고, 히팅 코일을 외부에 형성하고,
유도 가열체가 원거리일수록 주파수는 파장이 길기 때문에 주파수가 낮아지고, 유도 가열체가 근거리일수록 주파수는 짧아지고 유도가열코일 주파수 길이는 f = λ/2 파장 단축률에 의하여 조절되는 것을 바탕으로,
1차파이프관(107)에는 0.8 ~ 3 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일을, 2차파이프관(108)에는 3 ~ 200 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일을, 3차파이프관(109)에는 300 ~ 900 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일을 형성하는 것으로,
3중 구조의 파이프관을 밴딩 처리하여 서로 연결시키게 되면, 접촉 면적이 올라가게 되어 체류 시간을 증가시키게 되며, 3중 구조의 스프링 형상의 파이프관을 통해 유도 자기장이 용이하게 수행할 수 있도록 하여 온도를 1,300℃ 이상으로 올릴 수 있도록 하고,
상기 저장탱크(124)의 앞단에는 압력조절밸브(119)가 설치 구성되고,
온도 유지를 위하여, 300 ~ 900 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일인 유도가열기(120)를 저장탱크 외관을 따라 형성하여,
주파수유도가열기(112)를 통해 1차 열분해된 과열증기를 이용, 가스터빈발전기(118)를 동작시킬 수 있도록, 유도 가열에 의한 온도가 유지되도록 하고,
주파수유도가열기(112)에 형성된 1차파이프관(107)에 형성된 0.8 ~ 3 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일에 연결되는 제1유도가열동작부(107a);와
2차파이프관(108)에 형성된 3 ~ 200 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일에 연결되는 제2유도가열동작부(108a);와
3차파이프관(109)에 형성된 300 ~ 900 KHz의 주파수대를 이용하는 히팅코일에 연결되는 제3유도가열동작부(109a);와
공통선(110a)이 형성되어 있는 유도가열컨트롤부(106);를 더 포함, 구성하여,
유도가열컨트롤부(106)를 동작시키게 되면 유도 가열되어 원하는 온도까지 상승되어 과열증기를 생산해낼 수 있도록 하고,
1차파이프관(107), 2차파이프관(108), 3차파이프관(109)은,
임계 한도가 높은 강자성체인 코발트, 니켈, 철 중 어느 하나 혹은 어느 하나 이상을 합금한 재질로 형성되고,
주파수유도가열기(112)로 적은 면적에서 신속히 열을 높이고, 1차파이프 밴딩, 2차파이프밴딩, 3차 파이프밴딩을 통해 물의 투입 과정에서 급격한 증기폭발을 방지할 수 있으며, 팽창된 압력증기를 안정되게 공급할 수 있도록 하고,
유도가열기컨트롤부(121)를 이용하여, 유도 전류 코일의 거리에 따라 자력이 생기지 않을 것을 방지하기 위하여, 주파수유도가열기(112)에 유도되는 주파수대를 각각 달리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는,
유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템.
In the electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current,
It has a triple tube shape through which liquid can circulate, and converts the liquid flowing through the nozzle water spray part 111 formed on one side into superheated steam by induction heating, and overheats it with the superheated steam outlet pipe 123 formed on the other side. Frequency induction heater 112 for discharging the steam; And
A storage tank 124 having a superheated steam inlet pipe 122 connected to the superheated steam outlet on one side and storing superheated steam flowing into the superheated steam inlet pipe 122; And
An induction heater 120 formed on the exterior of the storage tank and for maintaining a temperature by induction heating; And
A gas turbine generator 118 formed on one side of the induction heater and for generating electric energy using the supplied superheated steam and storing it in the battery 102; And
A solid oxide fuel cell 103 formed on one side of the induction heater, for generating electric energy using the supplied superheated steam and storing it in the battery 102; And
A high-temperature thermoelectric element 104 formed on one side of the solid oxide fuel cell 103 to produce electric energy using steam gas provided from the solid oxide fuel cell 103 and store it in the battery 102; And
A battery 102 storing electric energy produced by the gas turbine generator 118, the solid oxide fuel cell 103, and the high-temperature thermoelectric element 104; And
And a motor 101 connected to the battery and receiving electric energy from the battery and transmitting power to external equipment,
The frequency induction heater 112,
A spring-shaped primary pipe tube 107,
A spring-shaped secondary pipe tube 108 made of a pipe larger than the diameter of the primary pipe tube and formed along the exterior of the primary pipe tube,
It is made of a pipe larger than the diameter of the secondary pipe tube, and is composed of a spring-shaped tertiary pipe tube 109 formed along the exterior of the secondary pipe tube,
In order to increase the temperature quickly with induction heating in a small area, to increase the steam expansion slowly in the process of generating superheated steam from saturated steam (200°C) when water is introduced with less power consumption and to prevent steam explosion, the above Performing the primary pipe bending 127 on the primary pipe tube 107, secondary pipe bending 126 on the secondary pipe tube 108, and tertiary pipe bending on the tertiary pipe tube 109 Perform 125, form a heating coil on the outside,
Based on the fact that the farther the induction heating element is, the longer the wavelength, so the frequency decreases, and the closer the induction heating element is, the shorter the frequency and the induction heating coil frequency length is controlled by f = λ/2 wavelength shortening rate.
A heating coil using a frequency band of 0.8 to 3 KHz is used for the primary pipe tube 107, a heating coil using a frequency band of 3 to 200 KHz is used for the secondary pipe tube 108, and 300 to the third pipe tube 109. By forming a heating coil that uses a frequency band of 900 KHz,
When the pipe pipes of the triple structure are bent and connected to each other, the contact area is increased and the residence time is increased, and the induced magnetic field can be easily performed through the spring-shaped pipe pipe of the triple structure. Can be raised to 1,300℃ or higher,
A pressure control valve 119 is installed at the front end of the storage tank 124,
In order to maintain the temperature, an induction heater 120, which is a heating coil using a frequency band of 300 ~ 900 KHz, is formed along the exterior of the storage tank,
Using the superheated steam first pyrolyzed through the frequency induction heater 112, so that the gas turbine generator 118 can be operated, the temperature by induction heating is maintained,
A first induction heating operation unit 107a connected to a heating coil using a frequency band of 0.8 to 3 KHz formed in the primary pipe tube 107 formed in the frequency induction heater 112; And
A second induction heating operation unit 108a connected to a heating coil using a frequency band of 3 to 200 KHz formed in the secondary pipe tube 108; And
A third induction heating operation unit 109a connected to a heating coil using a frequency band of 300 to 900 KHz formed in the tertiary pipe tube 109; And
Induction heating control unit 106 in which the common line 110a is formed; further including, configuring,
When the induction heating control unit 106 is operated, it is induction heated and raised to a desired temperature so that superheated steam can be produced,
The primary pipe tube 107, the secondary pipe tube 108, and the tertiary pipe tube 109,
It is formed of a material alloyed with one or more of cobalt, nickel, and iron, which are ferromagnetic materials with a high critical limit,
The frequency induction heater 112 can quickly increase heat in a small area, and prevent rapid steam explosion in the process of introducing water through primary pipe bending, secondary pipe bending, and tertiary pipe bending. To provide a stable supply,
Using the induction heater control unit 121, in order to prevent magnetic force from being generated according to the distance of the induction current coil, it is characterized in that the frequency bands induced to the frequency induction heater 112 can be changed respectively. ,
An electric energy generation system that can generate complex power through superheated steam pyrolyzed using an induced current.
 제 1항에 있어서,
상기 외부설비는,
수소연료 주행 자동차 혹은 소형 발전기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유도전류를 이용하여 열분해한 과열증기를 통해 복합 발전할 수 있는 전기에너지 발전시스템.
The method of claim 1,
The external equipment,
An electric energy generation system capable of complex power generation through superheated steam pyrolyzed using an induced current, characterized in that it is either a hydrogen fueled vehicle or a small generator.
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