KR101358309B1 - 랭킨 사이클 시스템 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

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Abstract

랭킨 사이클 시스템이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템은 제 1 증발기, 제 1 터빈, 제 1 응축기 그리고 펌프가 순차적으로 유동 라인으로 연결된 열 동력 장치와 재생기, 제 2 응축기, 제 2 증발기 그리고 흡수기가 서로 연결되어 흡수제, 냉매 또는 흡수제와 냉매를 혼합한 혼합물이 유동하는 흡수식 냉동기를 포함하고, 유동 라인 중 제 1 터빈과 제 1 응축기를 연결하는 라인은 그 내부를 흐르는 작동 유체가 재생기 내의 혼합물을 가열하도록 제공된다.

Description

랭킨 사이클 시스템 및 이를 구비한 선박 {RANKINE CYCLE SYSTEM AND SHIP WITH THE SAME}
본 발명은 랭킨 사이클 시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것으로, 더 상세하게는 흡수식 냉동기를 결합한 랭킨 사이클 시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.
랭킨 사이클 시스템은 2 개의 등압 변화선과 2 개의 단열 변화선으로 이루어진 사이클로서, 작동 유체의 일부 또는 전부가 액체 상태와 기체 상태로 상이 변하면서 열에너지를 기계적 에너지로 변화시키는 열 동력 시스템이다.
유가 상승과 에너지 절약 문제가 대두되면서 엔진의 배기 가스 등과 같은 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 랭킨 사이클 시스템에 대한 기술이 중요시되고 있다. 특히, 선박과 같이 전력 생산량이 한정적인 경우, 선박 내에서 발생하는 폐열을 이용한 랭킨 사이클 시스템에 대한 기술이 중요시된다.
그러나, 선박 내에서 엔진의 배기 가스를 이용하여 스팀을 생산하는 기술 외에는 선박 내에서 발생하는 다양한 폐열을 활용하는 기술은 아직 미미하다.
또한, 선박 내에 랭킨 사이클 시스템을 적용하더라도 청수와 해수를 냉각수로 사용하기 때문에 효과적으로 전력을 생산할 수 없다. 이는 랭킨 사이클 시스템은 냉각수의 온도가 낮을수록 전력 생산량이 높아지나, 청수와 해수의 온도를 낮추기 위해서는 별도의 추가적인 전력 생산 시스템이 필요하기 때문이다.
본 발명의 실시예들은 폐열을 활용한 랭킨 사이클 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 전력 생산량을 높이는 랭킨 사이클 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 제 1 증발기, 제 1 터빈, 제 1 응축기 그리고 펌프가 순차적으로 유동 라인으로 연결된 열 동력 장치와 재생기, 제 2 응축기, 제 2 증발기 그리고 흡수기가 서로 연결되어 흡수제, 냉매 또는 흡수제와 냉매를 혼합한 혼합물이 유동하는 흡수식 냉동기를 포함하고, 유동 라인 중 제 1 터빈과 제 1 응축기를 연결하는 라인은 그 내부를 흐르는 작동 유체가 재생기 내의 혼합물을 가열하도록 제공되는 랭킨 사이클 시스템을 제공한다.
또한, 제 1 열전달 유체가 흐르는 제 1 열전달 라인을 더 포함하고, 제 1 열전달 라인은 제 1 열전달 유체가 제 1 응축기에 흐르는 작동 유체 및 제 2 증발기에 흐르는 냉매와 열교환하도록 제공될 수 있다.
또한, 제 2 증발기는 제 1 열전달 유체가 흐르는 증발 라인을 포함하고, 증발 라인은 상기 제 1 열전달 유체가 제 2 증발기에 흐르는 냉매 및 외부의 냉각 시스템과 열교환하도록 제공될 수 있다.
또한, 제 1 증발기는 제 1 증발기 내로 열에너지를 공급하는 열원 라인을 포함하고, 열원 라인에 열에너지를 공급하는 열원은 엔진의 배기 가스일 수 있다.
또한, 엔진의 배기 가스를 배출하는 배기 라인, 배기 라인에 연결된 제 1 열교환기를 포함하는 엔진 배기 시스템과 제 2 열전달 유체가 흐르는 제 2 열전달 라인을 더 포함하고, 제 2 열전달 라인은 제 2 열전달 유체가 제 1 증발기에 흐르는 작동 유체 및 제 1 열교환기에 흐르는 배기 가스와 열교환하도록 제공될 수 있다.
또한, 엔진의 배기 가스를 배출하는 배기 라인, 배기 라인에 연결되어 배기 가스를 팽창시키는 제 2 터빈, 제 2 터빈에 연결되어 제 2 터빈에서 발생된 에너지를 이용하여 유입 기체를 압축하는 압축기, 그리고 압축기에 의해 압축된 유입 기체를 냉각하는 제 1 냉각기를 포함하는 엔진 배기 시스템과 제 2 열전달 유체가 흐르는 제 2 열전달 라인을 더 포함하되, 제 2 열전달 라인은 제 2 열전달 유체가 제 1 증발기에 흐르는 작동 유체 및 제 1 냉각기에 흐르는 유입 기체와 열교환하도록 제공될 수 있다.
또한, 엔진의 배기 가스를 배출하는 배기 라인, 배기 라인에 연결되어 상기 배기 가스를 팽창시키는 제 2 터빈, 상기 배기 라인에 연결된 제 1 열교환기, 제 2 터빈에 연결되어 상기 제 2 터빈에서 발생된 에너지를 이용하여 유입 기체를 압축하는 압축기, 압축기에 의해 압축된 유입 기체를 냉각하는 제 1 냉각기를 포함하는 엔진 배기 시스템 및 제 2 열전달 유체가 흐르는 제 2 열전달 라인을 더 포함하고, 제 2 열전달 라인은 제 2 열전달 유체가 상기 제 1 증발기에 흐르는 작동 유체, 제 1 열교환기에 흐르는 배기 가스 및 제 1 냉각기에 흐르는 유입 기체와 각각 열교환하도록 제공될 수 있다.
또한, 제 2 열전달 라인은 제 1 증발기에 연결된 열원 라인, 제 1 열교환기에 연결된 제 1 열교환 라인 그리고 제 1 냉각기에 연결된 제 1 냉각 라인을 포함하고, 제 1 열교환 라인과 제 1 냉각 라인이 열원 라인에 공통적으로 연결될 수 있다.
발명의 일측면에 따르면, 엔진과 상술한 바와 같은 랭킨 사이클 시스템을 포함하는 선박을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 폐열을 효과적으로 활용한 랭킨 사이클 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전력 생산량을 효과적으로 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 열 동력 장치의 응축기의 용량을 최소화할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 나타낸 도면이다.
도 8는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 랭킨 사이클 시스템을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템(1)을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 랭킨 사이클 시스템(1)은 열 동력 장치(1100), 흡수식 냉동기(1200) 그리고 제 1 열전달 라인(1300)을 포함한다.
열 동력 장치(1100)는 제 1 증발기(1110), 제 1 터빈(1120), 제 1 응축기(1130) 그리고 펌프(1140)를 포함한다. 제 1 증발기(1110), 제 1 터빈(1120), 제 1 응축기(1130) 그리고 펌프(1140)는 작동 유체가 흐르는 유동 라인(1150)을 통해 순차적으로 서로 연결된다.
유동 라인(1150)은 제 1 유동 라인(1152), 제 2 유동 라인(1154), 제 3 유동 라인(1156) 그리고 제 4 유동 라인(1158)을 포함한다. 제 1 유동 라인(1152)은 제 1 증발기(1110)와 제 1 터빈(1120)을 연결한다. 제 2 유동 라인(1154)은 제 1 터빈(1120)과 제 1 응축기(1130)를 연결한다. 제 3 유동 라인(1156)은 제 1 응축기(1130)와 펌프(1140)를 연결한다. 그리고 제 4 유동 라인(1158)은 펌프(1140)와 제 1 증발기(1110)를 연결한다.
제 1 증발기(1110)는 외부로부터 열에너지를 공급받아 액체 상태의 작동 유체를 가열한다. 작동 유체는 제 1 증발기(1110)에서 포화 상태의 증기로 증발된다. 제 1 증발기(1110) 내에는 외부의 열에너지를 공급하는 열원 라인(1112)이 제공된다. 외부의 열에너지는 엔진(10)의 배기 가스일 수 있다.
제 1 터빈(1120)은 증기 상태의 작동 유체를 팽창시키고, 작동 유체의 열에너지를 기계적 에너지로 변환한다.
제 1 응축기(1130)는 외부의 냉각수를 통해 작동 유체를 응축시킨다. 제 1 응축기(1130) 내에는 냉각수가 유동하는 응축 라인(1132)이 제공된다.
펌프(1140)는 응축된 작동 유체를 압축시킨 후, 제 1 증발기(1110)로 작동 유체를 유동시킨다.
열 동력 장치(1100)의 작동 유체는 제 1 증발기(1110)에 의해 가열되고 터빈(1120)을 거쳐 팽창한 후 제 1 응축기(1130)를 거쳐 다시 액화되어 펌프(1140)에 의해 제 1 증발기(1110)로 흐른다. 또한, 열 동력 장치(1100)의 터빈(1120)에는 발전기(1160)가 결합되어 전력을 생산할 수 있다.
열 동력 장치(1100)는 물보다 낮은 온도에서 증발이 일어나는 유기 물질을 작동 유체로 사용할 수 있다. 예를 들어, 유기 물질은 프레온이나 탄화 수소 일 수 있다.
흡수식 냉동기(1200)는 재생기(1210), 제 2 응축기(1220), 제 2 증발기(1230) 그리고 흡수기(1240)를 포함한다.
재생기(1210), 제 2 응축기(1220), 제 2 증발기(1230) 그리고 흡수기(1240)는 냉매(1264), 흡수제(1262) 또는 이들의 혼합물(1260)이 흐르는 냉매 배관, 흡수제 배관 또는 혼합물 배관을 통해 서로 연결된다.
냉매(1264)가 흐르는 냉매 배관은 제 1 냉매 배관(1251), 제 2 냉매 배관(1255), 제 3 냉매 배관(1257)을 포함한다. 제 1 냉매 배관(1251)은 재생기(1210)와 제 2 응축기(1220)를 연결한다. 제 2 냉매 배관(1255)은 제 2 응축기(1220)와 제 2 증발기(1230)를 연결한다. 제 3 냉매 배관(1257)은 제 2 증발기(1230)와 흡수기(1240)를 연결한다. 냉매는 냉매 배관을 통해 재생기(1210), 제 2 응축기(1220) 그리고 제 2 증발기(1230) 간에 유동한다.
흡수제(1262)는 흡수제 배관(1253)을 통해 재생기(1210)와 흡수기(1240) 간에 유동한다.
혼합물(1260)은 혼합물 배관(1259)을 통해 흡수기(1240)와 재생기(1210) 간에 유동한다.
재생기(1210)는 혼합물(1260)을 가열하여 혼합물을 흡수제(1262)와 냉매(1264)로 분리시킨다. 재생기(1210)는 열 동력 장치(1100)의 제 2 유동 라인(1154)과 결합되어 제 2 유동 라인(1154) 내에서 흐르는 작동 유체로부터 열에너지를 공급받는다. 이에, 제 2 유동 라인(1154) 내의 작동 유체는 혼합물(1260)과 열교환한 후 냉각된다.
혼합물(1260)에서 분리된 냉매(1264)는 재생기(1210)의 상부에 연결된 제 1 냉매 배관(1251)을 통해 제 2 응축기(1220)로 이송된다. 혼합물(1260)에서 분리된 흡수제(1262)는 재생기(1210)에 연결된 흡수제 배관(1253)을 통해 흡수기(1240)로 흐른다.
제 2 응축기(1220)는 재생기(1210) 내의 혼합물(1260)로부터 분리된 냉매(1264)를 냉각수를 이용하여 응축시킨다. 제 2 응축기(1220)에는 냉각수가 흐르는 열교환기(미도시)가 제공된다. 냉각수에 의해 응축된 냉매(1264)는 제 2 응축기(1220)에 연결된 제 2 냉매 배관(1255)을 통해 제 2 증발기(1230)로 흐른다.
제 2 증발기(1230)는 외부로부터 열에너지를 흡수하여 제 2 응축기(1220)에서 응축된 냉매(1264)를 증발시킨다. 제 2 증발기(1230) 내에는 냉매(1264)에 열에너지를 공급하는 제 1 열교환 유체가 흐르는 증발 라인(1232)이 제공된다. 제 2 증발기(1230)는 냉매(1264)가 낮은 온도에서 증발할 수 있도록 저압의 상태를 유지할 수 있다. 냉매(1264)는 제 1 열교환 유체의 열에너지를 흡수하여 증발한다. 또한, 증발 라인(1232) 내의 제 1 열교환 유체는 냉매(1264)와 열교환을 통해 냉각된다. 증발된 냉매는 제 2 증발기(1230)에 연결된 제 3 냉매 배관(1257)을 통해 흡수기(1240)로 흐른다.
흡수기(1240)는 제 2 증발기(1230)에서 증발된 냉매를 흡수제(1262)로 흡수하여 혼합물(1260)을 생성시킨다. 흡수기(1240)는 흡수제(1262)가 지속적으로 냉매(1264)를 흡수할 수 있도록 적정 온도로 유지된다. 흡수기(1240) 내에는 냉각수가 흐르는 열교환기(미도시)가 제공된다.
흡수제(1262)는 흡수기(1240) 상부에 연결된 흡수제 배관(1253)을 통해 재생기(1210)로부터 흡수기(1240)로 유입된다. 제 2 증발기(1230)에 연결된 제 3 냉매 배관(1257)으로부터 유입된 냉매(1264)는 흡수제(1262)에 흡수되어 혼합된다. 혼합물(1260)은 흡수기(1240)에 연결된 혼합물 배관(1259)을 통해 재생기(1210)로 이송된다.
제 1 열전달 라인(1300)은 그 내부에서 흐르는 제 1 열전달 유체가 제 1 응축기(1130)에 흐르는 작동 유체 및 제 2 증발기(1230)에 흐르는 냉매와 열교환하도록 제공된다. 즉, 제 1 열전달 라인(1300)은 흡수식 냉동기(1200)의 제 2 증발기(1230)의 증발 라인(1232)과 열 동력 장치(1100)의 제 1 응축기(1130)의 응축 라인(1132)을 연결함으로써 형성된다. 제 2 증발기(1230) 내의 냉매(1264)에 의해 냉각된 제 1 열전달 유체는 제 1 응축기(1130) 내의 작동 유체를 응축시킨다.
상기와 같은 구성을 가지는 랭킨 사이클 시스템(1)의 작동 유체는 제 2 유동 라인(1154)을 통해 재생기(1210) 내의 혼합물(1260)에 열에너지를 공급한다. 또한, 랭킨 사이클 시스템(1)의 제 1 열전달 유체는 제 1 열전달 라인(1300)을 통해 제 2 증발기(1230) 내의 냉매(1264)에 열에너지를 공급하고, 냉각된 제 1 열전달 유체는 제 1 열전달 라인(1300)을 통해 제 1 응축기(1220) 내의 작동 유체를 응축시킨다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템(2)을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 랭킨 사이클 시스템(2)은 열 동력 장치(2100), 흡수식 냉동기(2200), 엔진 배기 시스템(2400), 제 1 열전달 라인(2300), 제 2 열전달 라인(2500) 그리고 제 3 열전달 라인(2600)을 포함한다.
열 동력 장치(2100)의 제 1 증발기(2110), 제 1 터빈(2120), 제 1 응축기(2130) 그리고 펌프(2140)는 도 1의 열 동력 장치(1100)의 제 1 증발기(1110), 제 1 터빈(1120), 제 1 응축기(1130) 그리고 펌프(1140)와 유사한 구성으로 제공된다.
흡수식 냉동기(2200)의 재생기(2210), 제 2 응축기(2220), 제 2 증발기(2230) 그리고 흡수기(2240)는 도 1의 흡수식 냉동기(1200)의 재생기(1210), 제 2 응축기(1120), 제 2 증발기(1230) 그리고 흡수기(1240)와 유사한 구성으로 제공된다.
제 1 열전달 라인(2300)은 도 1의 제 1 열전달 라인(1300)과 유사한 구성으로 제공된다.
엔진 배기 시스템(2400)은 배기 라인(2410), 제 2 터빈(2430), 제 1 열교환기(2450), 압축기(2470) 그리고 제 1 냉각기(2490)를 포함한다. 엔진(10)에서 유출되는 배기 가스는 배기 라인(2410)을 통해 제 2 터빈(2430) 및 제 1 열교환기(2450)를 거쳐 배출된다.
제 2 터빈(2430)은 배기 라인(2410)에 연결되어 엔진(10)에서 배출되는 배기 가스를 팽창시킨다. 제 2 터빈(2430)은 배기 가스가 가진 열에너지를 기계적 에너지로 변환한다.
제 1 열교환기(2450)는 배기 라인(2410)에 연결된다. 제 1 열교환기(2450) 내에는 제 2 열전달 유체가 유동하는 제 1 열교환 라인(2452)이 제공된다. 배기 라인(2410)을 통해 제 1 열교환기(2450)를 거쳐 유동하는 배기 가스는 제 1 열교환 라인(2452)의 제 2 열전달 유체에 열에너지를 공급한다.
압축기(2470)는 제 2 터빈(2430)에 연결된다. 압축기(2470)는 제 2 터빈(2430)에서 발생되는 기계적 에너지를 이용하여 유입 기체를 압축시킨다. 유입 기체는 공기(air)일 수 있다.
제 1 냉각기(2490)는 압축기(2470)에 의해 압축된 유입 기체를 냉각시킨다. 제 1 냉각기(2490)에는 제 3 열전달 유체를 공급하는 제 1 냉각 라인(2492)이 제공된다. 제 1 냉각 라인(2492)으로 유입된 제 3 열전달 유체는 유입 기체의 열에너지를 흡수한다. 유입 기체는 제 3 열전달 유체에 의해 냉각된다.
제 2 열전달 라인(2500)은 그 내부에 흐르는 제 2 열전달 유체가 제 1 열교환기(2450)에 흐르는 배기 가스, 제 1 증발기(2110)에 흐르는 작동 유체 및 제 1 냉각기(2490)에 흐르는 유입 기체와 각각 열교환하도록 제공된다. 즉, 제 2 열전달 라인(2500)은 제 1 열교환기(2450)의 제 1 열교환 라인(2452)과 제 1 냉각기(2490)의 제 1 냉각 라인(2492)이 제 1 증발기(2110)의 열원 라인(2112)에 공통적으로 연결됨으로써 형성된다. 배기 가스의 열에너지와 유입 기체의 열에너지를 공급받은 제 2 열전달 유체는 제 1 증발기(2110) 내의 작동 유체에 열에너지를 공급한다.
상기와 같은 구성을 가지는 랭킨 사이클 시스템(2)은 도 1의 랭킨 사이클 시스템(1)과 유사하게 작동한다.
다만, 열 동력 장치(2100)의 제 1 증발기(2110)는 제 2 열전달 라인(2500)을 통해 엔진(10)의 배기 가스와 압축기(2470)로 유입된 유입기체의 열에너지를 공급받는다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템(3)을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 랭킨 사이클 시스템(3)은 열 동력 장치(3100), 흡수식 냉동기(3200), 엔진 배기 시스템(3400), 제 1 열전달 라인(3300) 그리고 제 2 열전달 라인(3500)을 포함한다.
열 동력 장치(3100)의 제 1 증발기(3110), 제 1 터빈(3120), 제 1 응축기(3130) 그리고 펌프(3140)는 도 1의 열 동력 장치(1100)의 제 1 증발기(1110), 제 1 터빈(1120), 제 1 응축기(1130) 그리고 펌프(1140)와 유사한 구성으로 제공된다. 흡수식 냉동기(3200)의 재생기(3210), 제 2 응축기(3220), 제 2 증발기(3230) 그리고 흡수기(3240)는 도 1의 흡수식 냉동기(1200)의 재생기(1210), 제 2 응축기(1220), 제 2 증발기(1230) 그리고 흡수기(1240)와 유사한 구성으로 제공된다. 제 1 열전달 라인(3300)은 도 1의 제 1 열전달 라인(1300)과 유사한 구성으로 제공된다.
엔진 배기 시스템(3400)은 배기 라인(3410)과 제 1 열교환기(3450)를 포함한다. 엔진에서 유출되는 배기 가스는 배기 라인(3410)을 통해 제 1 열교환기(3450)를 거쳐 배출된다. 엔진 배기 시스템의 제 1 열교환기(3450)는 도 2의 열교환기(2450)와 유사한 구성으로 제공된다.
제 2 열전달 라인(3500)은 그 내부에 흐르는 제 2 열전달 유체가 제 1 열교환기(3450)에 흐르는 배기 가스 및 제 1 증발기(3110)에 흐르는 작동 유체와 열교환하도록 제공된다. 즉, 제 2 열전달 라인(3500)은 엔진 배기 시스템(3400)의 열교환 라인(3452)과 열 동력 장치(3100)의 열원 라인(3112)을 연결함으로써 형성된다. 배기 가스로부터 열에너지를 공급받은 제 2 열전달 유체는 제 1 증발기(3110) 내의 작동 유체에 열에너지를 공급한다.
상기와 같은 구성을 가지는 랭킨 사이클 시스템(3)은 도 2의 랭킨 사이클 시스템(2)와 유사하게 작동한다.
다만, 열 동력 장치(3100)의 제 1 증발기(3110)는 제 2 열전달 라인(3500)을 통해 엔진(10)의 배기 가스의 열에너지를 공급받는다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템(4)을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 랭킨 사이클 시스템(4)은 열 동력 장치(4100), 흡수식 냉동기(4200), 엔진 배기 시스템(4400), 제 1 열전달 라인(4300) 그리고 제 2 열전달 라인(4500)을 포함한다.
열 동력 장치(4100)의 제 1 증발기(4110), 제 1 터빈(4120), 제 1 응축기(4130) 그리고 펌프(4140)는 도 1의 열 동력 장치(1100)의 제 1 증발기(1110), 제 1 터빈(1120), 제 1 응축기(1130) 그리고 펌프(1240)와 유사한 구성으로 제공된다. 흡수식 냉동기(4200)의 재생기(4210), 제 2 응축기(4220), 제 2 증발기(4230) 그리고 흡수기(4240)는 도 1의 흡수식 냉동기(1200)의 재생기(1210), 제 2 응축기(1220), 제 2 증발기(1230) 그리고 흡수기(1240)와 유사한 구성으로 제공된다. 제 1 열전달 라인(4300)은 도 1의 제 1 열전달 라인(1300)과 유사한 구성으로 제공된다.
엔진 배기 시스템(4400)은 배기 라인(4410), 제 2 터빈(4430), 압축기(4470) 그리고 제 1 냉각기(4490)를 포함한다. 엔진(10)에서 유출되는 배기 가스는 배기 라인(4410)을 통해 배출된다.
엔진 배기 시스템(4400)의 배기 라인(4410), 제 2 터빈(4430), 압축기(4470) 그리고 제 1 냉각기(4490)는 도 2의 배기 라인(2410), 제 2 터빈(2430), 압축기(2470) 그리고 제 1 냉각기(2490)와 유사한 구성으로 제공된다.
제 2 열전달 라인(4500)은 그 내부에 흐르는 제 2 열전달 유체가 제 1 냉각기(4492)에 흐르는 유입 기체 및 제 1 증발기(4110)에 흐르는 작동 유체와 열교환하도록 제공된다. 즉, 제 2 열전달 라인(4500)은 엔진 배기 시스템(4400)의 제 1 냉각기(4490)의 제 1 냉각 라인(4492)과 열 동력 장치(4100)의 제 1 증발기(4110)의 열원 라인(4112)을 연결함으로써 형성된다. 유입 기체로부터 열에너지를 공급받은 제 2 열전달 유체는 제 1 증발기(4110) 내의 작동 유체에 열에너지를 공급한다.
상기와 같은 구성을 가지는 랭킨 사이클 시스템(4)은 도 2의 랭킨 사이클 시스템(2)과 유사하게 작동한다.
다만, 열 동력 장치(4100)의 제 1 증발기(4110)는 제 2 열전달 라인(4500)을 통해 압축기(2470)로 유입된 유입기체의 열에너지를 공급받는다.
도 5은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템(5)을 나타낸 도면이다.
도 5을 참조하면, 랭킨 사이클 시스템(5)은 열 동력 장치(5100), 흡수식 냉동기(5200), 엔진 배기 시스템(5400) 그리고 제 2 열전달 라인(5500)을 포함한다.
열 동력 장치(5100)의 제 1 증발기(5110), 제 1 터빈(5120), 제 1 응축기(5130) 그리고 펌프(5140)는 도 1의 열 동력 장치(1110)의 제 1 증발기(1110), 제 1 터빈(1120), 제 1 응축기(1130) 그리고 펌프(1140)와 유사한 구성으로 제공된다. 흡수식 냉동기(5200)의 재생기(5210), 제 2 응축기(5220), 제 2 증발기(5230) 그리고 흡수기(5240)는 도 1의 흡수식 냉동기(1200)의 재생기(1210), 제 2 응축기(1220), 제 2 증발기(1230) 그리고 흡수기(1240)와 유사한 구성으로 제공된다. 엔진 배기 시스템(5400)의 배기 라인(5410), 제 2 터빈(5430), 제 1 열교환기(5450), 압축기(5470) 그리고 제 1 냉각기(5490)는 도 2의 엔진 배기 시스템(2400)의 배기 라인(2410), 제 2 터빈(2430), 제 1 열교환기(2450), 압축기(2470) 그리고 제 1 냉각기(2490)와 유사한 구성으로 제공된다.
제 2 열전달 라인(5500)은 그 내부에 흐르는 제 2 열전달 유체가 제 1 열교환기(5450)에 흐르는 배기 가스 및 제 1 증발기(5110)에 흐르는 작동 유체와 열교환하고, 제 1 냉각기(5490)에 흐르는 유입 기체 및 제 1 증발기(5110)에 흐르는 작동 유체와 열교환하도록 제공된다.
제 2 열전달 라인(5500)은 제 1 순환 라인(5510)과 제 2 순환 라인(5520)을 포함한다.
제 1 순환 라인(5510)은 제 1 열교환기(5450)의 제 1 열교환 라인(5452)과 제 1 증발기(5110)의 열원 라인(5112)이 연결됨으로써 형성된다.
제 2 순환 라인(5520)은 제 1 냉각기(5490)의 제 1 냉각 라인(5492)과 제 1 증발기(2110)의 열원 라인(2112)이 연결됨으로써 형성된다.
따라서, 배기 가스의 열에너지와 유입 기체의 열에너지를 각각 공급받은 제 2 열전달 유체는 제 1 증발기(5110) 내의 작동 유체에 열에너지를 공급한다.
상기와 같은 구성을 가지는 랭킨 사이클 시스템(5)은 도 2의 랭킨 사이클 시스템(2)과 유사하게 작동한다.
다만, 열 동력 장치(5100)의 제 1 증발기(5110)는 제 1 순환 라인(5510)을 통해 엔진(10)의 배기 가스의 열에너지를 공급받고, 제 2 순환 라인(5520)을 통해 압축기(5470)의 유입 기체의 열에너지를 공급받는다.
도 6 는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템(5)을 나타낸 도면이다.
도 6를 참조하면, 랭킨 사이클 시스템(6)은 열 동력 장치(6100)와 흡수식 냉동기(6200)를 포함한다.
열 동력 장치(6100)의 제 1 증발기(6110), 제 1 터빈(6120), 제 1 응축기(6130) 그리고 펌프(6140)는 도 1의 열 동력 장치(1100)의 제 1 증발기(1110), 제 1 터빈(1120), 제 1 응축기(1130) 그리고 펌프(1140)와 유사한 구성으로 제공된다. 흡수식 냉동기(6200)의 재생기(6210), 제 2 응축기(6220), 제 2 증발기(6230) 그리고 흡수기(6240)는 도 1의 흡수식 냉동기(1200)의 재생기(1210), 제 2 응축기(1220), 제 2 증발기(1230) 그리고 흡수기(1240)와 유사한 구성으로 제공된다.
상기와 같은 구성을 가지는 랭킨 사이클 시스템(6)은 도 1의 랭킨 사이클 시스템(1)과 유사하게 작동한다.
다만, 증발 라인(6232)을 통해 제 2 증발기(6230)로 유입된 제 1 열교환 유체는 냉매(6264)에 열에너지를 공급하고 냉각된다. 냉각된 제 1 열교환 유체는 다양한 냉각 시스템(6900)에 사용될 수 있다. 일 예에 의하면, 선박의 선실 냉방 시스템, 엔진의 소기 공기 냉각 시스템 또는 냉각기 시스템에 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템(7)을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 랭킨 사이클 시스템(7)은 열 동력 장치(7100), 흡수식 냉동기(7200), 제 1 열전달 라인(7300)을 포함한다.
열 동력 장치(7100)의 제 1 증발기(7110), 제 1 터빈(7120), 제 1 응축기(7130) 그리고 펌프(7140)는 도 1의 열 동력 장치(1100)의 제 1 증발기(1110), 제 1 터빈(1120), 제 1 응축기(1130) 그리고 펌프(1140)와 유사한 구성으로 제공된다. 흡수식 냉동기(7200)의 재생기(7210), 제 2 응축기(7220), 제 2 증발기(7230) 그리고 흡수기(7240)는 도 1의 흡수식 냉동기(1200)의 재생기(1210), 제 2 응축기(1220), 제 2 증발기(1230) 그리고 흡수기(1240)와 유사한 구성으로 제공된다. 제 1 열전달 라인(7300)은 도 1의 제 1 열전달 라인(1300)과 유사한 구성으로 제공된다.
다만, 랭킨 사이클 시스템(7)은 도 1의 랭킨 사이클 시스템(1)과 달리 제 1 터빈(7120)과 제 1 응축기(7130)를 연결하는 제 2 유동 라인(7154)이 흡수식 냉동기(7200)의 재생기(7210)에 연결되지 않는다. 재생기(7210)는 제 2 유동 라인(7154)의 작동 유체가 아닌 외부의 열원으로부터 열에너지를 공급받아 혼합물(7260)을 가열한다.
도 8은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템(8)을 나타낸 도면이다.
도 8를 참조하면, 랭킨 사이클 시스템(8)은 열 동력 장치(8100), 흡수식 냉동기(8200), 엔진 배기 시스템(8400), 제 1 열전달 라인(8300), 제 2 열전달 라인(8500) 그리고 제 3 열전달 라인(8600)을 포함한다.
열 동력 장치(8100)의 제 1 증발기(8110), 제 1 터빈(8120), 제 1 응축기(8130) 그리고 펌프(8140)는 도 7의 열 동력 장치(7100)의 제 1 증발기(7110), 제 1 터빈(7120), 제 1 응축기(7130) 그리고 펌프(7140)와 유사한 구성으로 제공된다. 흡수식 냉동기(8200)의 재생기(8210), 제 2 응축기(8220), 제 2 증발기(8230) 그리고 흡수기(8240)는 도 7의 흡수식 냉동기(7200)의 재생기(7210), 제 2 응축기(7220), 제 2 증발기(7230) 그리고 흡수기(7240)와 유사한 구성으로 제공된다. 제 1 열전달 라인(8300) 및 제 2 열전달 라인(8500)은 도 2의 제 1 열전달 라인(2300) 및 제 2 열전달 라인(2500)과 유사한 구성으로 제공된다.
엔진 배기 시스템(8400)은 배기 라인(8410), 제 2 터빈(8430), 제 1 열교환기(8450), 제 2 열교환기(8440), 압축기(8470), 제 1 냉각기(8490) 그리고 제 2 냉각기(8480)를 포함한다. 엔진(10)에서 유출되는 배기 가스는 배기 라인(8410)을 통해 제 2 터빈(8430), 제 2 열교환기(8440) 및 제 1 열교환기(8450)를 거쳐 배출된다.
엔진 배기 시스템(8400)의 배기 라인(8410), 제 2 터빈(8430), 제 1 열교환기(8450), 압축기(8470) 그리고 제 1 냉각기(8490)는 도 2의 엔진 배기 시스템(2400)의 배기 라인(2410), 제 2 터빈(2430), 제 1 열교환기(2450), 압축기(2470) 그리고 제 1 냉각기(2490)와 유사한 구성으로 제공된다.
제 2 열교환기(8440)는 배기 라인(8410)에 연결된다. 제 2 열교환기(8440) 내에는 제 3 열전달 유체가 유동하는 제 2 열교환 라인(8442)이 제공된다. 배기 라인(8410)을 통해 제 2 열교환기(8440)를 거쳐 유동하는 배기 가스는 제 2 열교환 라인(8442) 내의 제 3 열전달 유체에 열에너지를 공급한다.
제 2 냉각기(8480)는 제 1 냉각기(8490)에 의해 냉각된 유입 기체를 냉각시킨다. 제 2 냉각기(8480)에는 제 4 열전달 유체를 공급하는 제 2 냉각 라인(8482)이 제공된다. 제 2 냉각 라인(8482)으로 유입된 제 4 열전달 유체는 유입 기체의 열에너지를 흡수한다. 유입 기체는 제 4 열전달 유체에 의해 냉각된다.
제 3 열전달 라인(8600)은 그 내부에서 흐르는 제 3 열전달 유체가 제 2 열교환기(8440)에 흐르는 배기 가스 및 재생기(8210)의 혼합물(8260)과 열교환하도록 제공된다. 즉, 제 3 열전달 라인(8600)은 엔진 배기 시스템(8400)의 제 2 열교환기(8440)의 제 2 열교환 라인(8442)과 흡수식 냉동기(8200)의 재생기(8210)의 열원 라인(8212)을 연결함으로써 형성된다. 배기 가스로부터 열에너지를 공급받은 제 3 열전달 유체는 재생기(8210) 내의 혼합물(8260)에 열에너지를 공급한다.
흡수식 냉동기(8200)의 재생기(8210)는 제 2 열교환기(8440)에 흐르는 배기 가스의 열에너지를 공급받아 혼합물(8260)을 가열한다.
도 9은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 랭킨 사이클 시스템(9)을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 랭킨 사이클 시스템(9)은 열 동력 장치(9100), 흡수식 냉동기(9200), 엔진 배기 시스템(9400), 제 1 열전달 라인(9300), 제 2 열전달 라인(9500) 그리고 제 4 열전달 라인(9700)을 포함한다.
열 동력 장치(9100)의 제 1 증발기(9110), 제 1 터빈(9120), 제 1 응축기(9130) 그리고 펌프(9140)는 도 7의 열 동력 장치(7100)의 제 1 증발기(7110), 제 1 터빈(7120), 제 1 응축기(7130) 그리고 펌프(7140)와 유사한 구성으로 제공된다.
흡수식 냉동기(9200)의 재생기(9210), 제 2 응축기(9220), 제 2 증발기(9230) 그리고 흡수기(9240)는 도 7의 흡수식 냉동기(7200)의 재생기(7210), 제 2 응축기(7220), 제 2 증발기(7230) 그리고 흡수기(7240)와 유사한 구성으로 제공된다.
제 1 열전달 라인(9300) 및 제 2 열전달 라인(9500)은 도 8의 제 1 열전달 라인(8300) 및 제 2 열전달 라인(8500)과 유사한 구성으로 제공된다.
엔진 배기 시스템(9400)의 배기 라인(9410), 제 2 터빈(9430), 제 1 열교환기(9450), 제 2 열교환기(9440), 압축기(9470), 제 1 냉각기(9490) 그리고 제 2 냉각기(9480)는 도 8의 엔진 배기 시스템(8400)의 배기 라인(8410), 제 2 터빈(8430), 제 1 열교환기(8450), 제 2 열교환기(8440), 압축기(8470), 제 1 냉각기(8490) 그리고 제 2 냉각기(8480)와 유사한 구성으로 제공된다.
제 4 열전달 라인(9700)은 그 내부에서 흐르는 제 4 열전달 유체가 제 2 냉각기(9480)에 흐르는 유입 기체 및 재생기(8210)의 혼합물(8260)과 열교환하도록 제공된다. 즉, 제 4 열전달 라인(9700)은 제 2 냉각기(9480)의 제 2 냉각라인(9482)과 재생기(9210)의 열원 라인(9212)을 연결함으로써 형성된다. 유입 기체로부터 열에너지를 공급받은 제 4 열전달 유체는 재생기(9210) 내의 혼합물에 열에너지를 공급한다.
상기와 같은 구성을 가지는 랭킨 사이클 시스템(9)은 도 7의 랭킨 사이클 시스템(7)과 유사하게 작동한다.
다만, 열 동력 장치(9100)의 제 1 증발기(9110)는 제 2 열전달 라인(9500)을 통해 엔진(10)의 배기 가스와 압축기(9470)로 유입된 유입기체의 열에너지를 공급받는다.
또한, 흡수식 냉동기(9200)의 재생기(9210)는 제 2 냉각기(9480)에 흐르는 유입 기체의 열에너지를 공급받아 혼합물(9260)을 가열한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 내지 9 랭킨 사이클 시스템
1100 내지 9100 열 동력 장치
1200 내지 9200 흡수식 냉동기
1300 내지 4300, 7300 내지 9300 제 1 열전달 라인
2400 내지 4400, 6400, 8400 및 9400 엔진 배기 시스템
2500, 3500, 6500, 8500 및 9500 제 2 열전달 라인
8600 제 3 열전달 라인
9700 제 4 열전달 라인

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 제 1 증발기, 제 1 터빈, 제 1 응축기 그리고 펌프가 순차적으로 유동 라인으로 연결된 열 동력 장치와;
    재생기, 제 2 응축기, 제 2 증발기 그리고 흡수기가 서로 연결되어 흡수제, 냉매 또는 흡수제와 냉매를 혼합한 혼합물이 유동하는 흡수식 냉동기;
    제 1 열전달 유체가 흐르는 제 1 열전달 라인을 포함하되,
    상기 유동 라인 중 상기 제 1 터빈과 상기 제 1 응축기를 연결하는 라인은 그 내부를 흐르는 작동 유체가 상기 재생기 내의 상기 혼합물을 가열하도록 제공되며,
    상기 제 1 열전달 라인은 상기 제 1 열전달 유체가 상기 제 1 응축기에 흐르는 상기 작동 유체 및 상기 제 2 증발기에 흐르는 냉매와 열교환하도록 제공되는 랭킨 사이클 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 증발기는 상기 제 1 증발기 내로 열에너지를 공급하는 열원 라인을 포함하되,
    상기 열원 라인에 열에너지를 공급하는 열원은 엔진의 배기 가스인 랭킨 사이클 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    엔진의 배기 가스를 배출하는 배기 라인, 상기 배기 라인에 연결된 제 1 열교환기를 포함하는 엔진 배기 시스템과
    제 2 열전달 유체가 흐르는 제 2 열전달 라인을 더 포함하되,
    상기 제 2 열전달 라인은 상기 제 2 열전달 유체가 상기 제 1 증발기에 흐르는 상기 작동 유체 및 상기 제 1 열교환기에 흐르는 상기 배기 가스와 열교환하도록 제공되는 랭킨 사이클 시스템
  6. 제 1 증발기, 제 1 터빈, 제 1 응축기 그리고 펌프가 순차적으로 유동 라인으로 연결된 열 동력 장치와;
    재생기, 제 2 응축기, 제 2 증발기 그리고 흡수기가 서로 연결되어 흡수제, 냉매 또는 흡수제와 냉매를 혼합한 혼합물이 유동하는 흡수식 냉동기;
    엔진의 배기 가스를 배출하는 배기 라인, 상기 배기 라인에 연결되어 상기 배기 가스를 팽창시키는 제 2 터빈, 상기 제 2 터빈에 연결되어 상기 제 2 터빈에서 발생된 에너지를 이용하여 유입 기체를 압축하는 압축기, 그리고 상기 압축기에 의해 압축된 유입 기체를 냉각하는 제 1 냉각기를 포함하는 엔진 배기 시스템; 및
    제 2 열전달 유체가 흐르는 제 2 열전달 라인을 포함하되,
    상기 유동 라인 중 상기 제 1 터빈과 상기 제 1 응축기를 연결하는 라인은 그 내부를 흐르는 작동 유체가 상기 재생기 내의 상기 혼합물을 가열하도록 제공되며,
    상기 제 2 열전달 라인은 상기 제 2 열전달 유체가 상기 제 1 증발기에 흐르는 상기 작동 유체 및 상기 제 1 냉각기에 흐르는 상기 유입 기체와 열교환하도록 제공되는 랭킨 사이클 시스템.
  7. 제 1 증발기, 제 1 터빈, 제 1 응축기 그리고 펌프가 순차적으로 유동 라인으로 연결된 열 동력 장치와;
    재생기, 제 2 응축기, 제 2 증발기 그리고 흡수기가 서로 연결되어 흡수제, 냉매 또는 흡수제와 냉매를 혼합한 혼합물이 유동하는 흡수식 냉동기; 및
    엔진의 배기 가스를 배출하는 배기 라인, 상기 배기 라인에 연결되어 상기 배기 가스를 팽창시키는 제 2 터빈, 상기 배기 라인에 연결된 제 1 열교환기, 상기 제 2 터빈에 연결되어 상기 제 2 터빈에서 발생된 에너지를 이용하여 유입 기체를 압축하는 압축기, 상기 압축기에 의해 압축된 유입 기체를 냉각하는 제 1 냉각기를 포함하는 엔진 배기 시스템; 및
    제 2 열전달 유체가 흐르는 제 2 열전달 라인을 포함하되,
    상기 유동 라인 중 상기 제 1 터빈과 상기 제 1 응축기를 연결하는 라인은 그 내부를 흐르는 작동 유체가 상기 재생기 내의 상기 혼합물을 가열하도록 제공되며,
    상기 제 2 열전달 라인은 상기 제 2 열전달 유체가 상기 제 1 증발기에 흐르는 상기 작동 유체, 상기 제 1 열교환기에 흐르는 상기 배기 가스 및 상기 제 1 냉각기에 흐르는 유입 기체와 각각 열교환하도록 제공되는 랭킨 사이클 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 열전달 라인은
    상기 제 1 증발기에 연결된 열원 라인;
    상기 제 1 열교환기에 연결된 제 1 열교환 라인; 및
    상기 제 1 냉각기에 연결된 제 1 냉각 라인을 포함하되,
    상기 제 1 열교환 라인과 상기 제 1 냉각 라인이 상기 열원 라인에 공통적으로 연결되는 랭킨 사이클 시스템.
  9. 엔진 및
    제 2 항, 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 랭킨 사이클 시스템을 구비한 선박.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104265390A (zh) * 2014-10-22 2015-01-07 烟台荏原空调设备有限公司 一种具备废热回收功能的双工质循环发电系统
KR102286057B1 (ko) * 2020-01-31 2021-08-03 한국해양대학교 산학협력단 선박 해수온도차 발전 장치 연동형 흡수식 냉동장치

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200356600Y1 (ko) * 2004-04-23 2004-07-19 한국남부발전 주식회사 복합 화력 발전의 가스 터빈 흡입 공기 냉각 시스템

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