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KR101407947B1 - cooling system and method of generator based on ORC and generating equipment and method using them - Google Patents

cooling system and method of generator based on ORC and generating equipment and method using them Download PDF

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KR101407947B1
KR101407947B1 KR1020120110106A KR20120110106A KR101407947B1 KR 101407947 B1 KR101407947 B1 KR 101407947B1 KR 1020120110106 A KR1020120110106 A KR 1020120110106A KR 20120110106 A KR20120110106 A KR 20120110106A KR 101407947 B1 KR101407947 B1 KR 101407947B1
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KR
South Korea
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cooling
cooling fluid
turbine
inlet
working fluid
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KR1020120110106A
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KR20140044115A (en
Inventor
박병식
이시우
김혁주
임용훈
이재용
이동현
김종진
정대헌
김용은
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명에 따른 발전기 냉각 시스템은 터빈(20)에 연결되어 터빈(20)과 함께 회전되는 회전축(11), 상기 회전축(11)과 함께 회전가능하도록 상기 회전축(11) 중심부에 결합된 회전자(12) 및 상기 회전자(12)의 회전 반경 외각에 위치되는 원통 형상의 고정자(14)를 포함하며, 상기 고정자(14)의 외주면(17)과 내주면(16)이 관통되어 형성되며, 펌프 출구단에서 인출된 작동 유체의 일부를 냉각 유체로서 상기 고정자(14)의 내측으로 유입시키는 냉각 유체 유입구(32), 상기 냉각 유체 유입구(32)의 출구로부터 상기 터빈(20)의 후면까지 이어져, 상기 고정자(14) 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하고 상기 터빈(20)의 후면으로 유동될 수 있는 유동 경로를 제공하는 냉각 유로(33), 및 상기 터빈(20)의 후면에 위치되며, 상기 냉각 유로(33)로부터 유입되는 냉각 유체를 터빈(20)의 회전에 따른 원심력을 이용하여 작동 유체 유입구(31) 측으로 유동시키는 터빈 후면 유로(35)를 마련하여, 펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 냉각 유체로 사용하며, 상기 하우징의 내부에서 증발된 냉각 유체를 다시 터빈(20)의 작동 유체로 활용하는 것을 특징으로 한다.A generator cooling system according to the present invention includes a rotating shaft 11 connected to a turbine 20 and rotated together with a turbine 20, a rotor coupled to a center of the rotating shaft 11 to be rotatable with the rotating shaft 11 And a cylindrical stator 14 located at an outer radius of rotation of the rotor 12. The stator 14 has an outer circumferential surface 17 and an inner circumferential surface 16 penetrating therethrough, A cooling fluid inlet 32 for introducing a part of the working fluid taken out from the stage into the stator 14 as a cooling fluid and a cooling fluid inlet 32 extending from the outlet of the cooling fluid inlet 32 to the rear surface of the turbine 20, A cooling channel 33 for cooling the cooling fluid introduced into the stator 14 to perform cooling inside the housing and to provide a flow path to the rear surface of the turbine 20, And flows from the cooling passage 33 A turbine rear flow passage 35 is provided to flow the cooling fluid to the working fluid inlet 31 side by using the centrifugal force in accordance with the rotation of the turbine 20 to draw out a part of the working fluid at the pump outlet end, And the cooling fluid evaporated inside the housing is used as the working fluid of the turbine 20 again.

Description

ORC 기반 발전기의 냉각 시스템과 그 방법 및 이를 이용한 발전 장치 및 그 방법 {cooling system and method of generator based on ORC and generating equipment and method using them}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cooling system of an ORC-based generator, a method thereof, a power generation apparatus using the same and a method thereof,

본 발명은 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템과 그 방법 및 이를 이용한 발전 장치 및 그 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 터빈을 이용하는 발전기에 있어서 작동 유체를 이용하여 냉각을 수행하는 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템과 그 방법 및 이를 이용한 발전 장치 및 그 방법에 관한 발명이다.
The present invention relates to a cooling system of an ORC-based generator, a method thereof, and a power generating apparatus and method using the same. More particularly, the present invention relates to a cooling system of an ORC-based generator And a method of producing the same, and a power generation apparatus and method using the same.

유기랭킨사이클(ORC : Organic Rankine Cycle)은 유기매체를 작동 유체로 사용하는 랭킨사이클(Rankine Cycle)로서 비교적 저온의 온도 범위(60~200℃)의 열원을 회수하여 전기를 생산하는 시스템을 말한다.Organic Rankine Cycle (ORC) is a Rankine Cycle that uses an organic medium as a working fluid and refers to a system that generates electricity by recovering a heat source in a relatively low temperature range (60 to 200 ° C).

도5에 도시된 바와 같이, 유기랭킨사이클(ORC : Organic Rankine Cycle)은 펌프(pump)(1), 증발기(evaporator)(2), 터빈(turbine)(3), 응축기(condenser)(4)의 기본 요소로 구성되어 있다. 증발기(2)는 작동 유체에 열을 전달하여 터빈 구동에 필요한 온도까지 가열시키고, 터빈(3)은 작동 유체의 열에너지를 기계적 에너지로 변환시키며, 응축기(4)는 터빈(3)에서 나온 작동 유체를 냉각시키며, 펌프(1)는 응축기(4)에서 나온 저압의 작동 유체를 작동 유체를 증발 압력까지 가압하는 역할을 한다.5, the Organic Rankine Cycle (ORC) comprises a pump 1, an evaporator 2, a turbine 3, a condenser 4, It is composed of basic elements of. The evaporator 2 conveys heat to the working fluid to heat it to the temperature required for driving the turbine and the turbine 3 converts the thermal energy of the working fluid to mechanical energy and the condenser 4 supplies the working fluid from the turbine 3 And the pump 1 serves to pressurize the low-pressure working fluid from the condenser 4 up to the evaporation pressure.

한편, 고속 터빈 기반의 발전 장치에서는 고정자, 회전자 등이 구비된 발전기 하우징 내부에서 기전력 발생에 따른 전기저항 및 구성요소 간 마찰 등에 의해 많은 양의 발열이 발생된다. 이러한 발열은 발전기 내부의 구성요소의 변형을 일으킬 수 있으며, 또 한편으로는 고정자에 감긴 코일 내부의 전기 저항을 증가시켜 발전 효율의 저하를 불러올 수 있다. 발전기 내부의 냉각을 위하여, 별도의 냉각 유체를 사용하는 것을 고려할 수 있으나, 복잡한 냉각 유로를 별도로 마련해야하는 문제점이 있다.On the other hand, in a high-speed turbine-based power generation apparatus, a large amount of heat is generated due to electric resistance due to generation of electromotive force and friction between components in a generator housing including a stator and a rotor. Such heat generation can cause deformation of the internal components of the generator, and on the other hand, it can increase the electric resistance inside the coil wound on the stator, thereby inviting reduction in power generation efficiency. Although it is possible to consider using a separate cooling fluid for cooling the inside of the generator, there is a problem that a complicated cooling channel must be separately provided.

한편, 별도의 냉각 유체를 마련하지 않기 위하여 작동 유체의 일부를 인출하여 냉각 유체로 활용하는 것을 고려할 수 있으나, 터빈에 유입되는 작동 유체의 유량 감소에 따라 터빈 출력이 저하되는 문제점이 있다.
Meanwhile, in order to avoid providing a separate cooling fluid, it may be considered to utilize a part of the working fluid as a cooling fluid. However, there is a problem that the turbine output is lowered due to a decrease in the flow rate of the working fluid flowing into the turbine.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 별도의 냉각 유체를 사용하지 않고 작동 유체일부를 인출하여 냉각 유체로 사용하고, 별도의 가압장치 없이 냉각을 마친 냉각 유체를 작동 유체와 합류시켜 터빈의 작동 유체로 다시 활용하여 터빈 출력 저하를 방지하는 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템과 그 방법, 이를 이용한 발전 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
In order to solve the above-described problems, the present invention has been developed to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a turbine, which is capable of extracting a part of a working fluid without using a separate cooling fluid, A cooling system of an ORC-based generator for preventing a decrease in turbine output by reusing it as a working fluid, a method for the same, and a power generating apparatus using the same and a method therefor.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템은 터빈에 연결되어 터빈과 함께 회전되는 회전축, 상기 회전축과 함께 회전가능하도록 상기 회전축 중심부에 결합된 회전자 및 상기 회전자의 회전 반경 외각에 위치되는 원통 형상의 고정자를 포함하며, 상기 고정자의 외주면과 내주면이 관통되어 형성되며, 펌프 출구단에서 인출된 작동 유체의 일부를 냉각 유체로서 상기 고정자의 내측으로 유입시키는 냉각 유체 유입구, 상기 냉각 유체 유입구의 출구로부터 상기 터빈의 후면까지 이어져, 상기 고정자 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하고 상기 터빈의 후면으로 유동될 수 있는 유동 경로를 제공하는 냉각 유로, 및 상기 터빈의 후면에 위치되며, 상기 냉각 유로로부터 유입되는 냉각 유체를 터빈의 회전에 따른 원심력을 이용하여 작동 유체 유입구 측으로 유동시키는 터빈 후면 유로를 마련하여, 펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 냉각 유체로 사용하며, 상기 하우징의 내부에서 증발된 냉각 유체를 다시 터빈의 작동 유체로 활용하는 것을 특징으로 한다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described, an ORC-based generator cooling system includes a rotary shaft connected to a turbine and rotated together with a turbine, a rotor coupled to the rotary shaft center, A cooling fluid inlet formed to penetrate the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the stator and introducing a part of the working fluid drawn out from the pump outlet end to the inside of the stator as a cooling fluid; A cooling passage extending from the outlet of the cooling fluid inlet to the rear surface of the turbine to provide a flow path through which the cooling fluid introduced into the stator can perform cooling inside the housing and flow to the rear surface of the turbine, And the cooling fluid flowing from the cooling channel is supplied to the turbine A turbine rear flow passage is provided which uses a centrifugal force in accordance with the rotation to flow to the working fluid inlet port to draw a part of the working fluid from the pump outlet end and use the cooling fluid as a cooling fluid, And is used as a fluid.

그리고, 상기 냉각 유체 유입구의 입구에 연결되어 냉각 유체의 유량을 조절하는 냉각 유체 조절 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a cooling fluid regulating valve connected to the inlet of the cooling fluid inlet for regulating a flow rate of the cooling fluid.

또한, 냉각 유체 조절 밸브는 상기 작동 유체 유입구로 이어지는 상기 냉각 유로의 끝단의 냉각 유체가 과열 증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.The cooling fluid regulating valve regulates the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling flow path leading to the working fluid inlet may become an overheated steam state.

한편, 본 발명에 따른 ORC 기반 발전기의 냉각 방법은 펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 발전기의 하우징 내부의 냉각 유체로 이용하고 냉각을 마친 후 증발된 냉각 유체를 다시 터빈의 작동 유체로 활용하는 ORC 기반 발전기의 냉각 방법에 있어서, 냉각 유체가, 고정자의 외주면과 내주면이 관통되어 형성된 냉각 유체 유입구를 통하여, 상기 고정자 내측으로 유입되는 단계, 상기 냉각 유체 유입구의 출구로부터 상기 터빈의 후면까지 이어진 냉각 유로를 통하여, 상기 고정자 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하면서 증발되어 상기 터빈의 후면으로 유동되는 단계, 상기 터빈의 후면에 위치된 터빈 후면 유로를 통하여, 상기 냉각 유로로부터 유입된 냉각 유체가 터빈의 회전에 따른 원심력을 이용하여 작동 유체 유입구 측으로 유동되는 단계, 및 상기 작동 유체로 유입된 냉각 유체가 터빈 입구단의 작동 유체와 합류되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the cooling method of the ORC-based generator according to the present invention uses a part of the working fluid at the outlet of the pump as a cooling fluid inside the housing of the generator, uses the evaporated cooling fluid as the working fluid of the turbine after cooling A method of cooling an ORC-based generator, the method comprising the steps of: flowing a cooling fluid into the stator through a cooling fluid inlet formed through the outer and inner surfaces of the stator through the stator; cooling the cooling fluid from the outlet of the cooling fluid inlet to the back of the turbine The cooling fluid flowing into the stator through the flow path is evaporated while cooling the interior of the housing to flow to the rear surface of the turbine, a step of flowing the cooling fluid flowing from the cooling channel through the rear flow path of the turbine positioned on the rear surface of the turbine The cooling fluid is supplied to the working fluid inlet side And the cooling fluid introduced into the working fluid merges with the working fluid at the inlet end of the turbine.

그리고, 상기 냉각 유체 유입구에 연결되는 냉각 유체 조절 밸브를 마련하여, 냉각 유체의 유량을 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.A cooling fluid regulating valve connected to the cooling fluid inlet is provided to regulate the flow rate of the cooling fluid.

한편, 상기 냉각 유체 조절 밸브는 상기 작동 유체 유입구로 이어지는 상기 냉각 유로의 끝단의 냉각 유체가 과열 증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
The cooling fluid regulating valve regulates the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling flow path leading to the working fluid inlet may be in an overheated steam state.

한편, 본 발명에 따른 ORC 기반 발전 장치는 터빈에 연결되어 터빈과 함께 회전되는 회전축, 상기 회전축과 함께 회전가능하도록 상기 회전축 중심부에 결합된 회전자, 및 상기 회전자의 회전 반경 외각에 위치되는 원통 형상의 고정자를 포함하며, 상기 고정자의 외주면과 내주면이 관통되어 형성되며, 펌프 출구단에서 인출된 작동 유체의 일부를 냉각 유체로서 상기 고정자의 내측으로 유입시키는 냉각 유체 유입구, 상기 냉각 유체 유입구의 출구로부터 상기 터빈의 후면까지 이어져, 상기 고정자 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하고 상기 터빈의 후면으로 유동될 수 있는 유동 경로를 제공하는 냉각 유로 및 상기 터빈의 후면에 위치되며 상기 냉각 유로로부터 유입되는 냉각 유체를 터빈의 회전에 따른 원심력을 이용하여 작동 유체 유입구 측으로 유동시키는 터빈 후면 유로를 마련하여, 펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 냉각 유체로 사용하며, 상기 하우징의 내부에서 증발된 냉각 유체를 다시 터빈의 작동 유체로 활용하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the ORC-based power generation apparatus according to the present invention includes a rotating shaft connected to a turbine and rotated together with a turbine, a rotor coupled to the center of the rotating shaft to be rotatable together with the rotating shaft, and a cylindrical A cooling fluid inlet formed to penetrate the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the stator and introducing a part of the working fluid drawn out from the pump outlet end to the inside of the stator as a cooling fluid, A cooling flow path extending from the turbine to the rear surface of the turbine so that the cooling fluid introduced into the stator performs cooling inside the housing and can flow to the rear surface of the turbine, The cooling fluid flowing from the flow path is centrifugally driven by the rotation of the turbine A turbine rear flow passage for flowing the fluid to the fluid inlet side is used to draw out a part of the working fluid at the outlet end of the pump and is used as a cooling fluid and the cooling fluid evaporated inside the housing is used again as a working fluid of the turbine .

그리고, 상기 냉각 유체 유입구의 입구에 연결되어 냉각 유체의 유량을 조절하는 냉각 유체 조절 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a cooling fluid regulating valve connected to the inlet of the cooling fluid inlet for regulating a flow rate of the cooling fluid.

한편, 상기 냉각 유체 조절 밸브는 상기 작동 유체 유입구로 이어지는 상기 냉각 유로의 끝단의 냉각 유체가 과열 증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.The cooling fluid regulating valve regulates the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling flow path leading to the working fluid inlet may be in an overheated steam state.

또한, 상기 터빈은 한 쌍으로 구비되어 그 각각이 상기 회전축의 양단에 연결되며, 터빈 후면이 상호 마주보도록 대향 배치되어 터빈의 전, 후방 압력차에 따른 축하중을 상호 상쇄시키는 것을 특징으로 하며, 상기 한 쌍의 터빈은 동일한 크기의 축하중을 발생하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
Further, the turbines are provided in pairs, each of which is connected to both ends of the rotating shaft, and the rear surfaces of the turbines are opposed to each other so as to mutually offset the axial loads according to the front and rear pressure differentials of the turbine, And the pair of turbines are formed so as to generate an axial load of the same magnitude.

한편, 본 발명에 따른 ORC 기반 발전 방법은 펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 발전기의 하우징 내부의 냉각 유체로 이용하고 냉각을 마친 후 증발된 냉각 유체를 다시 터빈의 작동 유체로 활용하는 ORC 기반 발전 방법에 있어서, 냉각 유체가, 고정자의 외주면과 내주면이 관통되어 형성된 냉각 유체 유입구를 통하여, 상기 고정자 내측으로 유입되는 단계, 상기 냉각 유체 유입구의 출구로부터 상기 터빈의 후면까지 이어진 냉각 유로를 통하여, 상기 고정자 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하면서 증발되어 상기 터빈의 후면으로 유동되는 단계, 상기 터빈의 후면에 위치된 터빈 후면 유로를 통하여, 상기 냉각 유로로부터 유입된 냉각 유체가 터빈의 회전에 따른 원심력을 이용하여 작동 유체 유입구 측으로 유동되는 단계 및 상기 작동 유체로 유입된 냉각 유체가 터빈 입구단의 작동 유체와 합류되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the ORC-based power generation method according to the present invention is based on ORC, which uses a part of the working fluid at the outlet end of the pump as a cooling fluid inside the housing of the generator and uses the evaporated cooling fluid as the working fluid of the turbine after cooling The method of generating electricity according to claim 1, wherein the cooling fluid is introduced into the stator through a cooling fluid inlet formed by penetrating the outer and inner surfaces of the stator, through a cooling passage extending from the outlet of the cooling fluid inlet to the rear surface of the turbine, The cooling fluid flowing into the stator is evaporated while cooling the interior of the housing to flow to the rear surface of the turbine, the cooling fluid introduced from the cooling channel through the turbine rear flow path located on the rear surface of the turbine, To the working fluid inlet side using the centrifugal force according to the rotation of the working fluid inlet And joining the cooling fluid introduced into the working fluid with the working fluid at the inlet end of the turbine.

그리고, 상기 냉각 유체 유입구에 연결되는 냉각 유체 조절 밸브를 마련하여, 냉각 유체의 유량을 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.A cooling fluid regulating valve connected to the cooling fluid inlet is provided to regulate the flow rate of the cooling fluid.

한편, 상기 냉각 유체 조절 밸브는 상기 작동 유체 유입구로 이어지는 상기 냉각 유로의 끝단의 냉각 유체가 과열 증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
The cooling fluid regulating valve regulates the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling flow path leading to the working fluid inlet may be in an overheated steam state.

본 발명은 추가적인 냉각 유체를 따로 마련하지 않고 펌프 출구단에서 작동 유체의 일부를 인출하여 사용함으로써, 장치의 간소화, 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 펌프 출구단에서 작동 유체를 인출하여 냉각 유체로 사용함으로써, 작동 유체의 작동 온도 범위 내에서 비교적 낮은 온도의 냉각 유체를 확보할 수 있다. 그리고, 터빈 입구단의 압력과 비슷한 압력을 가지므로 터빈의 작동 유체로 재사용하기 위하여 별도의 가압장치를 구비할 필요가 없다. 또한, 냉각 과정에 있어서, 발전기 내부의 발열을 이용하여 냉각 유체를 가열하여 터빈의 작동 유체로 재사용함으로써, 즉, 버려지는 폐열 에너지를 회수하여 재사용함으로써, 발전기 전체의 효율을 높일 수 있다. The present invention can simplify and lighten the apparatus by drawing a part of the working fluid at the pump outlet end without using any additional cooling fluid. Further, by drawing out the working fluid from the pump outlet end and using it as the cooling fluid, it is possible to secure a relatively low-temperature cooling fluid within the operating temperature range of the working fluid. Since it has a pressure similar to the pressure at the inlet of the turbine, it is not necessary to provide a separate pressurizing device for reusing it as a working fluid of the turbine. In addition, in the cooling process, the efficiency of the whole generator can be increased by heating the cooling fluid by utilizing the heat inside the generator and reusing it as a working fluid of the turbine, that is, by recovering and reusing the waste heat energy.

그리고, 본 발명의 일 실시예의 경우, 발전기의 터빈을 회전축 양단에 대향 배치되는 한 쌍으로 마련함으로써, 터빈의 전,후면 압력차에 따른 축하중을 구조적으로 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 발전기의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 과도한 축하중에 따른 마찰 및 베어링 파손 등에 따른 출력저하 내지 효율저하를 미연에 방지할 수 있다.
In an embodiment of the present invention, the turbine of the generator is provided in a pair so as to be opposed to both ends of the rotating shaft, so that the axial load according to the front and rear pressure differentials of the turbine can be structurally canceled. Therefore, it is possible to improve the durability of the generator, and it is possible to prevent a decrease in output or an efficiency deterioration due to friction and bearing damage due to excessive axial load.

도1는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 냉각 시스템 및 발전 장치의 주요 구성을 나타내는 횡단면도이다.
도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 유체의 유동 경로를 나타내는 횡단면도이다.
도3는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자를 나타내는 발췌 사시도이다.
도4은 터빈 전, 후면 압력차에 의해 발생되는 축하중을 나타내는 개념도이다.
도5는 ORC, 즉 유기 매체 사이클의 일 예를 나타낸 것으로서 그 구성 및 작동관계를 나타내는 모식도이다.
1 is a cross-sectional view showing a main configuration of a generator cooling system and a power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a flow path of a cooling fluid according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a stator according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram showing axial load generated by the front and rear pressure differences of the turbine.
Fig. 5 is a schematic view showing an example of an ORC, that is, an organic medium cycle, showing its configuration and operation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다. 이하의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, like reference numerals are used to denote like elements, and even if they are shown in different drawings, they are denoted by the same reference numerals whenever possible, A detailed description of known functions and configurations will be omitted.

도1는 본 발명에 따른 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템의 주요 구성을 나타내는 요부 횡단면도에 해당한다.1 is a transverse sectional view showing a main structure of a cooling system of an ORC-based generator according to the present invention.

본 발명에 따른 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템은, 도1에 도시된 바와 같이, 터빈(20)에 연결되어 터빈(20)과 함께 회전되는 회전축(11), 상기 회전축(11)과 함께 회전가능하도록 상기 회전축(11) 중심부에 결합된 회전자(12), 및 상기 회전자(12)의 회전 반경 외각에 위치되는 원통 형상의 고정자(14)를 기본적으로 포함하여 구성된다.1, a cooling system of an ORC-based generator according to the present invention includes a rotating shaft 11 connected to a turbine 20 and rotated together with a turbine 20, A rotor 12 coupled to the center of the rotary shaft 11 and a cylindrical stator 14 located at an outer radius of rotation of the rotor 12.

그리고, 상기 고정자(14)의 외주면(17)과 내주면(16)이 관통되어 형성되며, 펌프 출구단에서 인출된 작동 유체의 일부를 냉각 유체로서 상기 고정자(14)의 내측으로 유입시키는 냉각 유체 유입구(32)을 마련한다.The stator 14 has an outer circumferential surface 17 and an inner circumferential surface 16 penetrating therethrough and a part of the working fluid drawn out from the pump outlet end is introduced into the stator 14 as a cooling fluid. (32).

또한, 상기 냉각 유체 유입구(32)의 출구로부터 상기 터빈(20)의 후면까지 이어져, 상기 고정자(14) 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하고 상기 터빈(20)의 후면으로 유동될 수 있는 유동 경로를 제공하는 냉각 유로(33)를 마련한다.The cooling fluid introduced into the stator 14 from the outlet of the cooling fluid inlet 32 to the rear surface of the turbine 20 performs cooling inside the housing and flows to the rear surface of the turbine 20 A cooling flow path 33 is provided to provide a flow path that can be formed.

그리고, 상기 터빈(20)의 후면에 위치되며, 상기 냉각 유로(33)로부터 유입되는 냉각 유체를 터빈(20)의 회전에 따른 원심력을 이용하여 작동 유체 유입구(31) 측으로 유동시키는 터빈 후면 유로(35)를 마련한다.The turbine 20 is disposed at a rear surface of the turbine 20 and uses a centrifugal force generated by the rotation of the turbine 20 to flow the cooling fluid introduced from the cooling passage 33 toward the working fluid inlet 31, 35 are provided.

이로써, 펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 냉각 유체로 사용하며, 상기 하우징의 내부에서 증발된 냉각 유체를 다시 터빈(20)의 작동 유체로 활용하는 것이다. As a result, a part of the working fluid at the outlet end of the pump is withdrawn and used as a cooling fluid, and the cooling fluid evaporated inside the housing is utilized as the working fluid of the turbine 20 again.

펌프 출구단에서 작동 유체를 인출하는 이유는, 증발기를 거쳐 터빈(20) 입구로 유입되는 작동 유체의 경우 매우 높은 압력으로 가압되기 때문에, 원활한 합류가 이루어 질 수 있도록, 이론적으로 동일한 압력을 가지는 펌프 출구단의 작동 유체를 인출하는 것이다. 또한, 펌프 출구단의 경우 랭킨사이클 내에서 비교적 낮은 온도를 가지는 구간이므로, 적은 유량을 인출하여 효율적인 냉각을 수행할 수 있다.
The reason for withdrawing the working fluid from the pump outlet end is that the working fluid flowing into the inlet of the turbine 20 through the evaporator is pressurized to a very high pressure so that a pump having theoretically the same pressure The working fluid at the outlet end is drawn out. In addition, since the pump outlet end has a relatively low temperature in the Rankine cycle, efficient cooling can be performed by drawing out a small flow rate.

한편, 상기 냉각 유체 유입구(32)는 비록 도3에서 2개의 원형 관통구로 나타내었지만, 필요에 따라 다양한 개수가 마련될 수 있으며 및 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.Although the cooling fluid inlet 32 is shown as two circular through holes in FIG. 3, the cooling fluid inlet 32 may be provided in various numbers as needed, and may be formed in various shapes such as a polygonal shape.

상기 냉각 유체 유입구(32)를 통하여 고정자(14) 내측으로 유입된 액상의 냉각 유체는 고정자(14)와 회전자(12) 사이의 공간을 포함하는 냉각 유로(33)를 지나면서 냉각을 수행하는 동시에 하우징 내부의 폐열을 흡수하여 증발된다. 그 후, 냉각 유체는 터빈(20)의 후면 중심부로 유입되어, 터빈(20)의 후면 외각부까지 유동되어 최종적으로 작동 유체 유입구(31)로 이송되어 작동 유체와 합류된다. 작동 유체 유입구(31)로 유입된 냉각 유체는 작동 유체와 혼합되어 터빈(20)에서 팽창이 이루어진다.The liquid cooling fluid introduced into the stator 14 through the cooling fluid inlet 32 passes through the cooling channel 33 including the space between the stator 14 and the rotor 12 to perform cooling At the same time, the waste heat inside the housing is absorbed and evaporated. Thereafter, the cooling fluid flows into the rear center portion of the turbine 20, flows to the outer surface of the rear surface of the turbine 20, and finally is transferred to the working fluid inlet 31 to join with the working fluid. The cooling fluid introduced into the working fluid inlet (31) mixes with the working fluid and is expanded in the turbine (20).

여기서 사용하는 냉각 유체와 작동 유체의 용어는 기능적인 측면을 부각시키기 위하여 그 용어만을 달리 정의한 것으로서, 동일한 유체에 해당한다. 즉 작동 유체의 일부를 냉각 유체로 사용한 것에 해당한다. 보다 상세하게는, 일반적인 랭킨 사이클에 있어서, 펌프의 출구단의 작동 유체의 일부를 인출하여 냉각 유체로 사용하고, 냉각 과정에서 반사적으로 가열된 냉각 유체를 증발기에서 가열된 작동 유체와 혼합하여, 터빈(20)으로 유입시켜 팽창을 수행하는 것이다.The terms cooling fluid and working fluid as used herein refer to the same fluid in which only the terms are defined differently in order to highlight functional aspects. That is, a part of the working fluid is used as the cooling fluid. More particularly, in a typical Rankine cycle, a portion of the working fluid at the outlet end of the pump is withdrawn and used as a cooling fluid, and the refluxing heated fluid is mixed with the working fluid heated in the evaporator, (20) to perform expansion.

한편, 상기 냉각 유체 유입구(32)에 연결되어 냉각 유체의 유량을 조절하는 냉각 유체 조절 밸브(34)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 냉각 유체 조절 밸브(34)는 상기 작동 유체 유입구(31)로 이어지는 상기 냉각 유로(33)의 끝단의 냉각 유체가 과열증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절한다.Preferably, the cooling fluid control valve 34 is connected to the cooling fluid inlet 32 to control the flow rate of the cooling fluid. The cooling fluid regulating valve 34 regulates the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling channel 33 leading to the working fluid inlet 31 may be in an overheated vapor state.

작동 유체의 경우, 증발기에서 가열을 거치면서 포화 증기 상태 내지 과열 증기 상태가 된다. 냉각 유체의 경우 냉각 과정을 거치면서 가열되며, 최소한 포화증기 상태 이상으로 가열되는 것이 요구된다. 터빈에서의 팽창과정에서 포화상태가 되고 심지어 포화 건도가 낮아지게 되는 경우 터빈 블레이드의 기계적 손상 또는 부식을 일으킬 수 있기 때문이다.In the case of the working fluid, it is heated in the evaporator and becomes saturated or superheated steam. In the case of cooling fluid, it is required to be heated while cooling down, and to be heated to at least the saturation vapor state. As it can become saturated in the process of expansion in the turbine and even lower in saturation qualities, which can cause mechanical damage or corrosion of the turbine blades.

한편, 상기 냉각 유로(33)가 터빈(20)의 후면을 지나도록 하는 것은 냉각 유체의 원활한 흐름을 위함이다. 증발기를 거친 작동 유체 유입구(31)의 작동 유체와 펌프 출구단에서 인출된 냉각 유체는 이론적으로 동일한 압력을 가지며, 실제로도 매우 유사한 압력을 가진다. 따라서, 보다 원활한 유동을 형성시키기 위하여 터빈(20) 후면으로 냉각 유로(33)가 지나도록 하여, 터빈(20) 회전에 의해 발생되는 냉각 유체 유동의 원심력 및 터빈(20) 후면의 가장자리부와 중심부의 선속도 차에 따른 냉각 유체 유동의 미소 압력 구배를 이용하기 위함이다.
On the other hand, the cooling channel 33 passes through the rear surface of the turbine 20 for smooth flow of the cooling fluid. The working fluid in the working fluid inlet 31 through the evaporator and the cooling fluid drawn out from the pump outlet end have theoretically the same pressure and actually have a very similar pressure. The centrifugal force of the cooling fluid flow generated by the rotation of the turbine 20 and the centrifugal force of the rear portion of the turbine 20 and the center portion of the center portion of the turbine 20, In order to utilize the minute pressure gradient of the cooling fluid flow in accordance with the difference in linear velocity of the cooling fluid.

한편, 본 발명에 따른 ORC 기반 발전기의 냉각 방법은 펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 발전기의 하우징 내부의 냉각 유체로 이용하고 냉각을 마친 후 증발된 냉각 유체를 다시 터빈의 작동 유체로 활용하는 ORC 기반 발전기의 냉각 방법에 해당한다. 보다 구체적으로 냉각 방법의 각 단계를 살펴 보자면, 먼저 냉각 유체가, 고정자(14)의 외주면(17)과 내주면(16)이 관통되어 형성된 냉각 유체 유입구(32)를 통하여, 상기 고정자(14) 내측으로 유입되는 단계를 포함한다.Meanwhile, the cooling method of the ORC-based generator according to the present invention uses a part of the working fluid at the outlet of the pump as a cooling fluid inside the housing of the generator, uses the evaporated cooling fluid as the working fluid of the turbine after cooling It corresponds to cooling method of ORC based generator. The cooling fluid is first introduced into the stator 14 through the cooling fluid inlet 32 formed by penetrating the outer circumferential surface 17 and the inner circumferential surface 16 of the stator 14, .

그리고, 상기 냉각 유체 유입구(32)의 출구로부터 상기 터빈(20)의 후면까지 이어진 냉각 유로(33)를 통하여, 상기 고정자(14) 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하면서 증발되어 상기 터빈(20)의 후면으로 유동되는 단계를 포함한다.The cooling fluid introduced into the stator 14 through the cooling flow path 33 extending from the outlet of the cooling fluid inlet 32 to the rear surface of the turbine 20 is evaporated while cooling the interior of the housing To the backside of the turbine (20).

그리고, 상기 터빈(20)의 후면에 위치된 터빈 후면 유로(35)를 통하여, 상기 냉각 유로(33)로부터 유입된 냉각 유체가 터빈(20)의 회전에 따른 원심력을 이용하여 작동 유체 유입구(31) 측으로 유동되는 단계 및 상기 작동 유체 유입구(31) 측으로 유입된 냉각 유체가 터빈(20) 입구단의 작동 유체와 합류되는 단계를 포함한다.The cooling fluid introduced from the cooling flow path 33 flows through the turbine rear flow path 35 located at the rear surface of the turbine 20 to the working fluid inlet 31 And the cooling fluid introduced into the working fluid inlet 31 is merged with the working fluid at the inlet end of the turbine 20.

한편, 상기 냉각 유체 유입구(32)에 연결되는 냉각 유체 조절 밸브(34)를 마련하여, 냉각 유체의 유량을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Meanwhile, it is preferable that a cooling fluid regulating valve 34 connected to the cooling fluid inlet 32 is provided to control the flow rate of the cooling fluid.

그리고, 상기 냉각 유체 조절 밸브(34)는 상기 작동 유체 유입구(31)로 이어지는 상기 냉각 유로(33)의 끝단의 냉각 유체가 과열 증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절하는 것을 고려할 수 있다.
The cooling fluid regulating valve 34 may control the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling channel 33 leading to the working fluid inlet 31 may become an overheated steam state .

한편, 본 발명에 따른 ORC 기반 발전 장치 및 방법은 상술한 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템 및 방법을 포함하는 발전 장치 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 상술한 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템 및 방법과 동일한 기술적 특징에 대하여는 자세한 설명을 생략하기로 한다.Meanwhile, the ORC-based power generation apparatus and method according to the present invention is related to a power generation apparatus and method including the above-described ORC-based generator cooling system and method. Therefore, detailed description of the same technical features as the cooling system and method of the ORC-based generator described above will be omitted.

한편, 첨부된 도1 및 도2은 대향배치된 한 쌍의 터빈이 구비된 발전기를 나타내고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예를 표현한 것으로서, 회전축(11)의 일단에만 결합되는 단일 터빈을 이용하여도 무방하다.1 and 2 illustrate a generator having a pair of turbines arranged opposite to each other. However, this is an embodiment of the present invention, in which a single turbine coupled to only one end of the rotary shaft 11 is used Also,

다만, 한 쌍의 대향 배치되는 터빈을 이용할 경우 이하와 같은 문제점을 해소하고, 추가적인 효과를 발생시킬 수 있다.However, when a pair of opposed turbines is used, the following problems can be solved and additional effects can be generated.

증기 터빈을 비롯한 일반적인 터빈은, 작동 유체의 유동으로부터 모든 매커니즘이 비롯되는 본질적인 특성상, 작동 유체가 유입되는 터빈 후면 압력(P2)이 작동 유체가 배출되는 터빈 전면 압력(P1)보다 높게 형성된다. 이러한 터빈 전, 후면의 압력 차이에 의하여, 도4에 나타낸 바와 같이, 터빈 전면 방향(화살표 방향)으로 상기 압력차에 따른 축하중이 발생하게 된다. 일반적인 발전 장치에서는, 터빈에서 발생되는 이러한 축하중을 지지하기 위하여, 터빈에 연결된 회전축의 축방향에 수직한 스러스트 베어링(thrust bearing)을 두거나, 축방향 하중을 분담하는 볼 베어링(ball bearing)을 두는 것이 일반적이다. 그러나, 과도한 축하중이 발생될 경우, 베어링의 증가된 마찰에 의하여, 심지어는 베어링의 손상에 의하여 터빈 및 발전기의 회전체 전체에 파손을 일으켜 큰 손실이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 파손 문제를 근본적으로 방지하기 위하여, 축방향의 하중을 구조적으로 상쇄시킬 필요성이 요구된다. 특히, 상술한 스러스트 베어링 또는 볼 베어링이 아니라, 지지 하중의 범위가 낮은 증기 베어링(Air-bearing or Gas-bearing)을 이용하는 경우, 그 파손의 문제는 더욱 심각하게 된다.A general turbine including a steam turbine is formed such that the back pressure P2 of the turbine into which the working fluid is introduced is higher than the front pressure P1 of the turbine from which the working fluid is discharged due to intrinsic characteristics resulting from the entire mechanism from the flow of the working fluid. Due to the pressure difference between the front and rear surfaces of the turbine, as shown in Fig. 4, axial load is generated in the turbine front direction (arrow direction) in accordance with the pressure difference. In a general power generation apparatus, in order to support such an axial load generated in the turbine, a thrust bearing perpendicular to the axial direction of the rotary shaft connected to the turbine is placed, or a ball bearing for sharing the axial load is provided It is common. However, when excessive axial load is generated, the increased friction of the bearings, or even damage to the bearings, causes damage to the entire rotating body of the turbine and the generator, resulting in a large loss. Therefore, in order to fundamentally prevent such a breakage problem, it is required to structurally cancel the load in the axial direction. Particularly, in the case of using an air-bearing or a gas-bearing having a low range of the support load instead of the thrust bearing or the ball bearing described above, the problem of the breakage becomes more serious.

따라서 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 터빈(20)을 한 쌍으로 마련하여 터빈 후면이 서로 마주보도록 회전축(11)의 양단에 대향 배치하는 것을 고려할 수 있다. 이 경우, 각 터빈에서 발생되는 축하중을 상호 구조적으로 상쇄시킬 수 있기 때문이다.
Therefore, in order to solve such a problem, it may be considered to provide a pair of turbines 20 so that the rear surfaces of the turbines are opposed to each other at both ends of the rotating shaft 11 so as to face each other. In this case, the axial load generated in each turbine can be structurally canceled.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 사용된 상, 하, 좌, 우 등의 위치관계는 첨부된 도면을 중심으로 설명된 것으로서, 실시 태양에 따라 그 위치관계는 달라질 수 있다.The positional relationship of the upper, lower, left, right, etc. used to describe the preferred embodiment of the present invention is described with reference to the accompanying drawings, and the positional relationship thereof may vary according to the embodiment.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다고 할 것이다. 아울러, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 할 것이다.It is also to be understood that, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs will be. Further, unless explicitly defined in the present application, it should not be interpreted as an ideal or overly formal sense.

이상에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예는 물론, 본 발명에 기존의 공지기술을 단순 주합하거나, 본 발명을 단순 변형한 실시 또한, 당연히 본 발명의 권리 범위에 해당한다고 보아야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, You should see.

11: 회전축
12: 회전자
13: 코일
14: 고정자
15: 코일 권선부
16: 내주면
17: 외주면
20: 터빈
31: 작동 유체 유입구
32: 냉각 유체 유입구
33: 냉각 유로
34: 냉각 유체 조절 밸브
35: 터빈 후면 유로
11:
12: Rotor
13: Coil
14: stator
15: coil winding section
16: inner peripheral surface
17:
20: Turbine
31: working fluid inlet
32: cooling fluid inlet
33:
34: Cooling fluid regulating valve
35: Turbine rear flow path

Claims (14)

터빈(20)에 연결되어 터빈(20)과 함께 회전되는 회전축(11); 상기 회전축(11)과 함께 회전가능하도록 상기 회전축(11) 중심부에 결합된 회전자(12); 및 상기 회전자(12)의 회전 반경 외각에 위치되는 원통 형상의 고정자(14);를 포함하는 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템에 있어서,
상기 고정자(14)의 외주면(17)과 내주면(16)이 관통되어 형성되며, 펌프 출구단에서 인출된 작동 유체의 일부를 냉각 유체로서 상기 고정자(14)의 내측으로 유입시키는 냉각 유체 유입구(32);
상기 냉각 유체 유입구(32)의 출구로부터 상기 터빈(20)의 후면까지 이어져, 상기 고정자(14) 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하고 상기 터빈(20)의 후면으로 유동될 수 있는 유동 경로를 제공하는 냉각 유로(33); 및
상기 터빈(20)의 후면에 위치되며, 상기 냉각 유로(33)로부터 유입되는 냉각 유체를 터빈(20)의 회전에 따른 원심력을 이용하여 터빈(20)의 입구단에 연결된 작동 유체 유입구(31) 측으로 유동시키는 터빈 후면 유로(35);를 마련하여,
펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 냉각 유체로 사용하며, 상기 하우징의 내부에서 증발된 냉각 유체를 다시 터빈(20)의 작동 유체로 활용하는 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템.
A rotating shaft (11) connected to the turbine (20) and rotating together with the turbine (20); A rotor 12 coupled to a central portion of the rotary shaft 11 so as to be rotatable together with the rotary shaft 11; And a cylindrical stator (14) located at a radial outer radius of the rotor (12), the cooling system comprising:
A cooling fluid inlet 32 for introducing a part of the working fluid drawn out from the pump outlet end into the inside of the stator 14 as a cooling fluid is formed so as to penetrate the outer circumferential surface 17 and the inner circumferential surface 16 of the stator 14, );
The cooling fluid introduced into the stator 14 from the outlet of the cooling fluid inlet 32 to the backside of the turbine 20 performs cooling inside the housing and can flow to the backside of the turbine 20. [ A cooling flow path (33) for providing a flow path having a flow path; And
The cooling fluid is introduced from the cooling fluid passage 33 into the working fluid inlet 31 connected to the inlet end of the turbine 20 by centrifugal force generated by the rotation of the turbine 20, And a turbine rear-side flow path (35)
Wherein a part of the working fluid at the outlet of the pump is taken out and used as a cooling fluid, and the cooling fluid evaporated inside the housing is used again as a working fluid for the turbine (20).
제1항에 있어서,
상기 냉각 유체 유입구(32)의 입구에 연결되어 냉각 유체의 유량을 조절하는 냉각 유체 조절 밸브(34)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a cooling fluid regulating valve (34) connected to the inlet of the cooling fluid inlet (32) to regulate the flow rate of the cooling fluid.
제2항에 있어서,
상기 냉각 유체 조절 밸브(34)는 상기 작동 유체 유입구(31)로 이어지는 상기 냉각 유로(33)의 끝단의 냉각 유체가 과열 증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전기의 냉각 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the cooling fluid control valve (34) adjusts the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling channel (33) leading to the working fluid inlet (31) Generator cooling system.
펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 발전기의 하우징 내부의 냉각 유체로 이용하고 냉각을 마친 후 증발된 냉각 유체를 다시 터빈(20)의 작동 유체로 활용하는 ORC 기반 발전기의 냉각 방법에 있어서,
냉각 유체가, 고정자(14)의 외주면(17)과 내주면(16)이 관통되어 형성된 냉각 유체 유입구(32)를 통하여, 상기 고정자(14) 내측으로 유입되는 단계;
상기 냉각 유체 유입구(32)의 출구로부터 상기 터빈(20)의 후면까지 이어진 냉각 유로(33)를 통하여, 상기 고정자(14) 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하면서 증발되어 상기 터빈(20)의 후면으로 유동되는 단계;
상기 터빈(20)의 후면에 위치된 터빈 후면 유로(35)를 통하여, 상기 냉각 유로(33)로부터 유입된 냉각 유체가 터빈(20)의 회전에 따른 원심력을 이용하여 터빈(20)의 입구단에 연결된 작동 유체 유입구(31) 측으로 유동되는 단계; 및
상기 작동 유체 유입구(31) 측으로 유입된 냉각 유체가 터빈(20) 입구단의 작동 유체와 합류되는 단계;
를 포함하는 ORC 기반 발전기의 냉각 방법.
A cooling method of an ORC-based generator that draws a part of a working fluid at an outlet end of a pump to use as a cooling fluid inside a housing of a generator and uses the evaporated cooling fluid as a working fluid of a turbine (20)
Flowing cooling fluid into the stator (14) through a cooling fluid inlet (32) formed through the outer circumferential surface (17) and the inner circumferential surface (16) of the stator (14);
The cooling fluid introduced into the stator 14 through the cooling flow path 33 extending from the outlet of the cooling fluid inlet 32 to the rear surface of the turbine 20 is evaporated while cooling the interior of the housing, (20);
The cooling fluid introduced from the cooling flow path 33 flows through the turbine rear surface flow path 35 located on the rear surface of the turbine 20 to the inlet end of the turbine 20 using the centrifugal force resulting from the rotation of the turbine 20, To the working fluid inlet (31) side connected to the working fluid inlet (31); And
The cooling fluid introduced into the working fluid inlet (31) side merges with the working fluid at the inlet end of the turbine (20);
Wherein the ORC-based generator has a cooling function.
제4항에 있어서,
상기 냉각 유체 유입구(32)에 연결되는 냉각 유체 조절 밸브(34)를 마련하여, 냉각 유체의 유량을 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전기의 냉각 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein a cooling fluid regulating valve (34) connected to the cooling fluid inlet (32) is provided to control the flow rate of the cooling fluid.
제5항에 있어서,
상기 냉각 유체 조절 밸브(34)는 상기 작동 유체 유입구(31)로 이어지는 상기 냉각 유로(33)의 끝단의 냉각 유체가 과열 증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전기의 냉각 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the cooling fluid control valve (34) adjusts the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling channel (33) leading to the working fluid inlet (31) Cooling method of generator.
터빈(20)에 연결되어 터빈(20)과 함께 회전되는 회전축(11); 상기 회전축(11)과 함께 회전가능하도록 상기 회전축(11) 중심부에 결합된 회전자(12); 및 상기 회전자(12)의 회전 반경 외각에 위치되는 원통 형상의 고정자(14);를 포함하는 ORC 기반 발전 장치에 있어서,
상기 고정자(14)의 외주면(17)과 내주면(16)이 관통되어 형성되며, 펌프 출구단에서 인출된 작동 유체의 일부를 냉각 유체로서 상기 고정자(14)의 내측으로 유입시키는 냉각 유체 유입구(32);
상기 냉각 유체 유입구(32)의 출구로부터 상기 터빈(20)의 후면까지 이어져, 상기 고정자(14) 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하고 상기 터빈(20)의 후면으로 유동될 수 있는 유동 경로를 제공하는 냉각 유로(33); 및
상기 터빈(20)의 후면에 위치되며 상기 냉각 유로(33)로부터 유입되는 냉각 유체를 터빈(20)의 회전에 따른 원심력을 이용하여 터빈(20)의 입구단에 연결된 작동 유체 유입구(31) 측으로 유동시키는 터빈 후면 유로(35);를 마련하여,
펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 냉각 유체로 사용하며, 상기 하우징의 내부에서 증발된 냉각 유체를 다시 터빈(20)의 작동 유체로 활용하는 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전 장치.
A rotating shaft (11) connected to the turbine (20) and rotating together with the turbine (20); A rotor 12 coupled to a central portion of the rotary shaft 11 so as to be rotatable together with the rotary shaft 11; And a cylindrical stator (14) located at an outer radius of rotation of the rotor (12), the ORC-
A cooling fluid inlet 32 for introducing a part of the working fluid drawn out from the pump outlet end into the inside of the stator 14 as a cooling fluid is formed so as to penetrate the outer circumferential surface 17 and the inner circumferential surface 16 of the stator 14, );
The cooling fluid introduced into the stator 14 from the outlet of the cooling fluid inlet 32 to the backside of the turbine 20 performs cooling inside the housing and can flow to the backside of the turbine 20. [ A cooling flow path (33) for providing a flow path having a flow path; And
The cooling fluid flowing from the cooling channel 33 positioned on the rear surface of the turbine 20 is directed toward the working fluid inlet 31 connected to the inlet end of the turbine 20 using the centrifugal force generated by the rotation of the turbine 20 A turbine rear-surface flow path (35)
Wherein a part of the working fluid at the outlet end of the pump is drawn out and used as a cooling fluid, and the cooling fluid evaporated inside the housing is used again as a working fluid for the turbine (20).
제7항에 있어서,
상기 냉각 유체 유입구(32)의 입구에 연결되어 냉각 유체의 유량을 조절하는 냉각 유체 조절 밸브(34)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전 장치.
8. The method of claim 7,
Further comprising a cooling fluid regulating valve (34) connected to the inlet of the cooling fluid inlet (32) to regulate the flow rate of the cooling fluid.
제8항에 있어서,
상기 냉각 유체 조절 밸브(34)는 상기 작동 유체 유입구(31)로 이어지는 상기 냉각 유로(33)의 끝단의 냉각 유체가 과열 증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the cooling fluid control valve (34) adjusts the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling channel (33) leading to the working fluid inlet (31) Generator.
제7항에 있어서,
상기 터빈(20)은 한 쌍으로 구비되어 그 각각이 상기 회전축(11)의 양단에 연결되며, 터빈(20) 후면이 상호 마주보도록 대향 배치되어 터빈(20)의 전, 후방 압력차에 따른 축하중을 상호 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전 장치.
8. The method of claim 7,
The turbines 20 are arranged in pairs and are respectively connected to both ends of the rotary shaft 11 so that the rear surfaces of the turbines 20 are opposed to each other to face each other, Wherein the ORC-based power generation apparatus comprises:
제10항에 있어서,
상기 한 쌍의 터빈(20)은 동일한 크기의 축하중을 발생하도록 형성된 것을 특징으로 하는 ORC 기반 발전 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the pair of turbines (20) are formed to generate an axial load of the same magnitude.
펌프 출구단의 작동 유체 일부를 인출하여 발전기의 하우징 내부의 냉각 유체로 이용하고 냉각을 마친 후 증발된 냉각 유체를 다시 터빈(20)의 작동 유체로 활용하는 냉각 방법을 포함하는 ORC 기반 발전 방법에 있어서,
냉각 유체가, 고정자(14)의 외주면(17)과 내주면(16)이 관통되어 형성된 냉각 유체 유입구(32)를 통하여, 상기 고정자(14) 내측으로 유입되는 단계;
상기 냉각 유체 유입구(32)의 출구로부터 상기 터빈(20)의 후면까지 이어진 냉각 유로(33)를 통하여, 상기 고정자(14) 내측으로 유입된 냉각 유체가 하우징 내부의 냉각을 수행하면서 증발되어 상기 터빈(20)의 후면으로 유동되는 단계;
상기 터빈(20)의 후면에 위치된 터빈 후면 유로(35)를 통하여, 상기 냉각 유로(33)로부터 유입된 냉각 유체가 터빈(20)의 회전에 따른 원심력을 이용하여 터빈(20)의 입구단에 연결된 작동 유체 유입구(31) 측으로 유동되는 단계; 및
상기 작동 유체 유입구(31) 측으로 유입된 냉각 유체가 터빈(20) 입구단의 작동 유체와 합류되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 냉각 방법을 포함하는 ORC 기반 발전 방법.
A cooling method in which a part of the working fluid at the outlet end of the pump is taken out and used as a cooling fluid inside the housing of the generator and the evaporated cooling fluid is used again as the working fluid of the turbine As a result,
Flowing cooling fluid into the stator (14) through a cooling fluid inlet (32) formed through the outer circumferential surface (17) and the inner circumferential surface (16) of the stator (14);
The cooling fluid introduced into the stator 14 through the cooling flow path 33 extending from the outlet of the cooling fluid inlet 32 to the rear surface of the turbine 20 is evaporated while cooling the interior of the housing, (20);
The cooling fluid introduced from the cooling flow path 33 flows through the turbine rear surface flow path 35 located on the rear surface of the turbine 20 to the inlet end of the turbine 20 using the centrifugal force resulting from the rotation of the turbine 20, To the working fluid inlet (31) side connected to the working fluid inlet (31); And
The cooling fluid introduced into the working fluid inlet (31) side merges with the working fluid at the inlet end of the turbine (20);
And a cooling method comprising: < RTI ID = 0.0 > a < / RTI >
제12항에 있어서,
상기 냉각 유체 유입구(32)에 연결되는 냉각 유체 조절 밸브(34)를 마련하여, 냉각 유체의 유량을 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법을 포함하는 ORC 기반 발전 방법.
13. The method of claim 12,
A cooling fluid regulating valve (34) connected to the cooling fluid inlet (32) is provided to control the flow rate of the cooling fluid.
제13항에 있어서,
상기 냉각 유체 조절 밸브(34)는 상기 작동 유체 유입구(31)로 이어지는 상기 냉각 유로(33)의 끝단의 냉각 유체가 과열 증기 상태가 될 수 있도록 냉각 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법을 포함하는 ORC 기반 발전 방법.
14. The method of claim 13,
Characterized in that the cooling fluid regulating valve (34) regulates the flow rate of the cooling fluid so that the cooling fluid at the end of the cooling channel (33) leading to the working fluid inlet (31) / RTI >
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