KR101431133B1 - 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치 - Google Patents

이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치 Download PDF

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문덕수
정동호
윤정인
손창효
백승문
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Abstract

본 발명은 팽창기구인 이상(two-phase, 二相)이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양 온도차 발전시스템에서 응축기용 냉각수로 사용되는 해양 심층수와 기화용 온수로 사용되는 표층수를 기본적으로 사용하며, 기존의 해양 온도차 발전시스템보다 효율을 증대시키기 위하여 재생기에서의 재열 과정을 적용하였고, 응축기의 크기를 줄이기 위해서 재생기와 응축기 사이에 지열 열교환기와 팽창 이상 이젝터를 적용하였으며, 터빈 출력을 증대시키기 위해서 터빈 입구에 공랭식 열교환기를 적용하는 특징이 있다.

Description

이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치{OTEC cycle device that contains the ejector}
본 발명은 팽창기구인 이상(two-phase, 二相) 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양 온도차 발전시스템에서 응축기용 냉각수로 사용되는 해양 심층수와 기화용 온수로 사용되는 표층수를 기본적으로 사용하며, 기존의 해양 온도차 발전시스템보다 효율을 증대시키기 위하여 재생기에서의 재열 과정을 적용하였고, 응축기의 크기를 줄이기 위해서 재생기와 응축기 사이에 지열 열교환기와 팽창 이상 이젝터를 적용하였으며, 터빈 출력을 증대시키기 위해서 터빈 입구에 공랭식 열교환기를 적용한 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치에 관한 것이다.
일반적으로, 해양 온도차 발전은 수온이 높은 해양표층수와 수온이 낮은 해양심층수를 각각 기화열과 응축열로 활용하여 전기를 생산하는 발전 시스템이다. 경제성 있는 해양 온도차 발전을 위해서는 대량의 해양표층수와 해양심층수를 연속적으로 확보할 수 있어야 한다. 냉각수로 사용되는 해양심층수는 우리나라 동해안에 거의 무한량으로 부존하고 있으며, 수온도 2℃ 이하를 나타내기 때문에 온도차 발전용 냉각수로 활용될 수 있으며, 표층수는 태양열에 의해서 가열되며, 계절과 지리적인 영향을 많이 받게 되며 따라서 우리나라와 같은 나라에서는 연중 고온의 표층수를 확보하기가 어려운 해양환경이다. 우리나라의 경우 여름에만 수온이 약 25℃를 초과하기 때문에 온도차 발전이 가능하지만, 우리나라는 해안가에 화력 및 원자력 발전소가 다수 위치하고 있는데, 발전소에서는 일일 수백만톤 이상의 고수온 배출수를 배출한다.
발전소 배출수는 계절적 변동이 있긴 하지만 대개 25∼35℃의 고온으로 배출되기 때문에 온도차 발전에 쉽게 활용될 수 있다.
발전소 배출수를 이용한 온수와 해양심층수를 이용한 냉수를 해양 온도차 발전으로 활용한다면 25℃ 이상의 수온차가 발생하기 때문에 상업적인 발전이 가능할 수 있다.
반면, 적도 부근의 표층수 수온은 연중 25℃를 초과하기 때문에 온도차 발전의 상업화가 가능한 곳이다.
국내공개특허공보 제10-2011-0101754호(공개일자: 2011년09월16일)
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
해양 온도차 발전시스템에서 응축기용 냉각수로 사용되는 해양 심층수와 기화용 온수로 사용되는 표층수를 기본적으로 사용하며, 기존의 해양 온도차 발전시스템보다 효율을 증대시키기 위하여 재생기에서의 재열 과정을 적용하였고, 응축기의 크기를 줄이기 위해서 재생기와 응축기 사이에 지열 열교환기와 팽창 이상 이젝터를 적용하였으며, 터빈 출력을 증대시키기 위해서 터빈 입구에 공랭식 열교환기를 적용한 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 고온고압의 냉매를 발생시키는 터빈 1과;
상기 터빈 1로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프로부터 유출된 응축기의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기와;
상기 재생기에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기와;
상기 제 1 기액분리기에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기와;
상기 제 1 기액분리기에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터와;
상기 이젝터에서 팽창된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기와;
상기 재생기에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 증발기;를 포함하여 구성되고,
상기 제 2 기액분리기에서 분리된 냉매증기는 제 1 기액분리기의 입구 측에 연결 이송되어 재생기에서 이송되는 냉매와 혼합되어 제 1 기액분리기에 유입되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치는 해양 온도차 발전시스템에서 응축기용 냉각수로 사용되는 해양 심층수와 기화용 온수로 사용되는 표층수를 기본적으로 사용하며, 기존의 해양 온도차 발전시스템보다 효율을 증대시키기 위하여 재생기에서의 재열 과정을 적용하였고, 응축기의 크기를 줄이기 위해서 재생기와 응축기 사이에 지열 열교환기와 팽창 이상 이젝터를 적용하였으며, 터빈 출력을 증대시키기 위해서 터빈 입구에 공랭식 열교환기를 적용하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이고,
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치의 P-H 선도를 나타낸 그래프도이고,
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이고,
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이고,
도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치의 P-H 선도를 나타낸 그래프도이고,
도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이고,
도 7은 본 발명의 제 4실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치의 P-H 선도를 나타낸 그래프도이고,
도 8은 본 발명의 제 5실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 이젝터를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(제 1실시예)
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치의 P-H 선도를 나타낸 그래프도이다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치는 고온고압의 냉매를 발생시키는 터빈 1(10)과; 상기 터빈 1(10)로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와; 상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와; 상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와; 상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와; 상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50)와; 상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 증발기(70)로 구성된다.
여기서, 상기 증발기(70)와 터빈 1(10) 사이에 공랭식 열교환기(90)를 설치하여 증발기(70) 출구 즉, 터빈 1(10) 입구의 냉매온도와 압력을 높이고, 이로 인해 터빈 1(10)의 출력값을 향상시킨다. 즉, R134a, R123, R125와 같은 프레온계 냉매 및 암모니아를 작동유체로 사용할 수 있으며, 특히 이산화탄소를 사용할 경우, 증발기(70) 출구 온도를 임계온도보다 높게 할 수 있어서 터빈 1(10)의 출력 값이 더욱더 향상된다.
단, 이 공랭식 열교환기(90)는 외기의 온도가 표층수 온도인 25℃ 더욱 높을 경우에 사용해야 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 외기 온도가 높은 여름철에 설치하여 사용하는 것이 유리하다.
또한, 상기 터빈 1(10)의 출구에 재생기(20)를 설치하여 터빈 1(10)에서 나온 고온의 냉매와 펌프에서 나온 저온의 냉매를 서로 열교환시킨다. 이로 인해 터빈 1(10)에서 나온 냉매는 재생기(20)를 통과하면서 온도가 떨어지기 때문에 응축기(60)에서의 열량을 줄일 수 있고, 그 결과, 응축기(60)의 크기를 줄일 수 있다. 그리고 펌프(80)에서 나온 저온의 냉매는 재생기(20)를 통과하면서 온도가 상승하기 때문에, 증발기(70)에서의 열량을 줄일 수 있다. 그 결과, 증발기(70)의 크기를 줄일 수 있다.
그리고, 상기 재생기(20)와 제 1 기액분리기(30) 사이에 저온의 지열 열교환기(110)를 사용하여 보다 저온의 작동유체로 만들 수 있다. 이로 인해 응축기(60)의 열량과 크기를 줄일 수 있다. 특히, 지열은 겨울철에 연중 5℃ 정도로 낮기 때문에, 겨울철에 사용하는 것이 유리하다.
한편, 도면 1에서처럼, 재생기(20)와 응축기(60) 사이에 이젝터(100), 제 1,2 기액분리기(30,50), 응축기(60) 내 열교환기(미도시)를 설치한 것으로, 도면 2에서와 같이 재생기(20)를 나온 냉매(4번)는 일단 제 1 기액분리기(30)에서 냉매액과 냉매증기로 분리된 후, 냉매증기는 응축기(60)로 들어가고, 냉매액은 도면 9에서와 같이 이젝터(100)의 구동부(101)와 흡입부(102) 노즐(105)로 들어가 등엔트로피 과정으로 팽창되는 구조로 되어 있는데, 이 후 혼합 탱크(mixing tank,103)에서 혼합된 냉매는 디퓨저(diffuser,104)에서 압력이 회복된 후, 제 2 기액분리기(50)로 들어간다.
이때, 상기 제 2 기액분리기(50)의 하부에 있는 냉매액은 응축기(60) 하부의 열교환기 내에서 증발하면서 제 1 기액분리기(30)를 통해 응축기(60)로 들어오는 냉매증기를 액화시킨다. 그런 후 이젝터(ejector,100)의 흡입부(102)로 들어가게 된다. 이렇게 함으로서 응축기(60)의 열량과 크기를 감소시킬 수 있다.
(제 2 실시예)
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치는 고온고압의 냉매를 발생시키는 터빈 1(10)과; 상기 터빈 1(10)로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와; 상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와; 상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와; 상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와; 상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50)와; 상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 증발기(70);를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리되어 나온 냉매증기(13번)는 제 1 기액분리기(30)의 상부와 연결할 수도 있고, 또는 제 1 기액분리기(30)의 후면(출구)에 연결할 수도 있다. 하지만, 본 해양온도차 발전시스템의 안정적인 운전을 위해서는 제 1 기액분리기(30)의 후면에 냉매증기(13번) 배관을 연결하는 것이 유리하다.
이외에는 제 1실시예와 동일한 구조, 형태 및 시스템이기에 별도의 기술은 하지 않는다.
(제 3 실시예)
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이고, 도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치의 P-H 선도를 나타낸 그래프도이다.
도 4 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 고온고압의 냉매를 발생시키는 터빈 1(10)과; 상기 터빈 1(10)로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와; 상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와; 상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와; 상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와; 상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 응축기(60)에 이송되어 열교환된 후, 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50)와; 상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 증발기(70);를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 재생기(20)와 응축기(60) 사이에 이젝터(100), 제 1,2 기액분리기(30,50), 응축기(60) 내 열교환기를 설치한 것으로, 상기 이젝터(100), 제 1,2 기액분리기(30,50), 응축기(60) 내 열교환기는 제 1실시예와 동일한 역할을 하게 된다.
즉, 도면 5에서와 같이, 재생기(20)를 나온 냉매액과 증기는 제 1 기액분리기(30)에서 분리되어, 냉매증기는 응축기(60)로 들어가고, 냉매액은 이젝터(100)에서 등엔트로피 팽창을 한 후, 응축기(60) 내 열교환기로 유입되어 증발하면서, 응축기(60)로 유입되는 냉매증기를 액화시킨다.
그리고 증발된 냉매액은 증기상태 혹은 습증기 상태로 된 후, 제 2 기액분리기에서 냉매액과 증기로 분리된다. 그런 후, 냉매액은 이젝터(100)의 흡입부(102) 노즐(105)로 들어간다. 이와 같은 장치를 채용할 경우, 응축기(60)용 심층수(120)의 유량을 상당히 줄여서 심층수(120)용 펌프(80)의 용량을 줄일 수 있고, 또한 응축기(60) 열량과 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리된 냉매증기는 제 1 기액분리기(30)의 입구 측에 연결 이송되어 재생기(20)에서 이송되는 냉매와 혼합되어 제 1 기액분리기(30)에 유입되고, 상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리된 냉매액은 이젝터(100)에 유입되어 이젝터(100) 내에서 팽창된 냉매와 혼합된다.
이외에는 제 1실시예와 동일한 구조, 형태 및 시스템이기에 별도의 기술은 하지 않는다.
(제 4 실시예)
도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이고, 도 7은 본 발명의 제 4실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치의 P-H 선도를 나타낸 그래프도이다.
도 6 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치는 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 제 1 증발기(71)와; 상기 제 1 증발기(71)에서 이송된 냉매를 고온고압 변환시키는 터빈 1(10)과; 상기 터빈 1(10)과 직렬로 연결되어 터빈 1(10)로부터 유입된 고온의 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 제 2 증발기(72)와; 상기 제 2 증발기(72)에서 이송된 냉매를 고온고압 변환시키는 터빈 2(40)과; 상기 터빈 2(40)로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와; 상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와; 상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와; 상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와; 상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50);를 포함하여 구성된다.
여기서, 제 1 실시예의 증발기(70), 공랭식 열교환기(90), 터빈 1(10)으로 조합된 장치를 동일하게 2개로 직렬로 연결한 것으로, 도면 7에서와 같이 각각의 터빈 1(10)과 터빈 2(40)에서 출력되는 동력을 증대시킬 수 있으며, 터빈 1(10)과 터빈 2(40)에서 출력되는 동력을 운전조건에 맞게 얻을 수 있다. 그리고 이 해양온도차 발전시스템의 효율도 향상시킬 수 있다.
이외에는 제 1실시예와 동일한 구조, 형태 및 시스템이기에 별도의 기술은 하지 않는다.
(제 5 실시예)
도 8은 본 발명의 제 5실시예에 따른 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치을 나타낸 공정도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치는 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 제 1 증발기(71)와; 상기 제 1 증발기(71)에서 이송된 냉매를 고온고압 변환시키는 터빈 1(10)과; 상기 제 1 증발기(71)와 병렬로 구비되어 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 제 2 증발기(72)와; 상기 제 2 증발기(72)에서 이송된 냉매를 고온고압 변환시키는 터빈 2(40)과; 상기 터빈 1(10) 또는 터빈 2(40) 중 어느 하나로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와; 상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와; 상기 제 1 기액분리기에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와; 상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와; 상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50);를 포함하여 구성된다.
여기서, 제 4 실시예의 증발기(70), 공랭식 열교환기(90), 터빈 1(10)으로 조합된 장치를 동일하게 2개로 병렬로 연결한 것으로, 각각의 터빈 1(10)과 터빈 2(40)에서 출력되는 동력을 자유롭게 조절할 수 있다.
즉, 임의의 터빈 출력을 얻기 위해서 제 1 증발기(71)나 제 2 증발기(72)의 앞에 각각 설치되어 있는 개폐밸브(140)의 개도를 조절하여 냉매유량을 자유롭게 제어하여 터빈 1(10)과 터빈 2(40)에서 얻을 수 있는 터빈 동력을 조절할 수 있다.
이렇듯, 작동유체로서 프레온계 냉매 등의 유기화합물, 암모니아뿐만 아니라, 환경친화적인 이산화탄소 냉매도 적용할 수 있다. 이산화탄소 냉매의 경우 임계온도가 31℃로 낮기 때문에 증발기(70) 출구의 공랭식 열교환기(90)를 통과하게 되면 온도와 압력이 상당히 높은 상태로 되기 때문에 터빈 1(10)에서의 출력 동력을 높일 수 있다.
즉, 터빈 1(10)의 입구 냉매는 초임계 상태로 되어 터빈 1(10)에서 동력을 상당히 증대시킬 수 있다. 일반적으로 이산화탄소를 작동유체로 사용할 경우, 아임계 사이클(subcritical cycle) 보다는 초임계 사이클(transcritical cycle)로 운전하는 것이 터빈 1(10)에서의 동력과 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 제 1 내지 5 실시예에 있는 공랭식 열교환기(90)는 화력발전소나 원자력 발전소의 온배수를 이용하여 열교환시켜 터빈 입구의 작동유체 온도를 높일 수 있고, 또한 태양열로부터 얻을 수 있는 온열의 열원수를 이용하여 열교환시킴으로써, 터빈 입구의 작동유체 온도를 높일 수 있다. 이로 인해 터빈 1(10)에서의 출력 동력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 터빈 2(40)에서의 출력 동력을 높일 수 있다. 따라서 이 해양온도차 발전 사이클의 전체 효율도 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 터빈 1 20 : 재생기
30 : 제 1 기액분리기 40 : 터빈 2
50 : 제 2 기액분리기 60 : 응축기
70 : 증발기 71 : 제 1 증발기
72 : 제 2 증발기 80 : 펌프
90 : 공랭식 열교환기 91 : 제 1 공랭식 열교환기
92 : 제 2 공랭식 열교환기 100 : 이젝터
101 : 구동부 102 : 흡입부
103 : 혼합탱크 104 : 디퓨저
110 : 지열 열교환기 120 : 심층수
130 : 표층수 140 : 개폐밸브

Claims (10)

  1. 고온고압의 냉매를 발생시키는 터빈 1(10)과;
    상기 터빈 1(10)로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와;
    상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와;
    상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50)와;
    상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 증발기(70);를 포함하여 구성되고,
    상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리된 냉매증기는 제 1 기액분리기(30)의 입구 측에 연결 이송되어 재생기에서 이송되는 냉매와 혼합되어 제 1 기액분리기(30)에 유입되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
  2. 고온고압의 냉매를 발생시키는 터빈 1(10)과;
    상기 터빈 1(10)로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와;
    상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와;
    상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50)와;
    상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 증발기(70);를 포함하여 구성되고,
    상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리된 냉매증기는 제 1 기액분리기(30)의 출구 측에 연결 이송되어 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기와 혼합되어 응축기(60)에 이송되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
  3. 고온고압의 냉매를 발생시키는 터빈 1(10)과;
    상기 터빈 1(10)로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와;
    상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와;
    상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 응축기에 이송되어 열교환된 후, 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50)와;
    상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 증발기(70);를 포함하여 구성되고,
    상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리된 냉매증기는 제 1 기액분리기(30)의 입구 측에 연결 이송되어 재생기(20)에서 이송되는 냉매와 혼합되어 제 1 기액분리기(30)에 유입되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리된 냉매액은 응축기(60)에 이송되어 열교환된 후, 이젝터(100)에 유입되어 이젝터(100) 내에서 팽창된 냉매와 혼합되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리된 냉매액은 이젝터(100)에 유입되어 이젝터(100) 내에서 팽창된 냉매와 혼합되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기(70) 출구의 냉매온도를 증가시켜 상기 터빈 1(10)의 출력 값을 향상시키고자 상기 증발기(70)와 터빈 1(10) 사이에는 공랭식 열교환기(90)가 더 설치되고, 상기 재생기(20)와 제 1 기액분리기(30) 사이에는 이송되는 냉매와 지열의 열원이 상호 열교환되도록 지열 열교환기(110)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
  7. 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 제 1 증발기(71)와;
    상기 제 1 증발기(71)에서 이송된 냉매를 고온고압 변환시키는 터빈 1(10)과;
    상기 터빈 1(10)과 직렬로 연결되어 터빈 1(10)로부터 유입된 고온의 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 제 2 증발기(72)와;
    상기 제 2 증발기(72)에서 이송된 냉매를 고온고압 변환시키는 터빈 2(40)과;
    상기 터빈 2(40)로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와;
    상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와;
    상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50);를 포함하여 구성되고,
    상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리된 냉매증기는 제 1 기액분리기(30)의 입구 측에 연결 이송되어 재생기(20)에서 이송되는 냉매와 혼합되어 제 1 기액분리기(30)에 유입되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
  8. 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 제 1 증발기(71)와;
    상기 제 1 증발기(71)에서 이송된 냉매를 고온고압 변환시키는 터빈 1(10)과;
    상기 제 1 증발기(71)와 병렬로 구비되어 재생기(20)에서 열교환된 냉매와 외부에서 유입된 표층수(130)가 상호 열교환되어 냉매를 증발시키는 제 2 증발기(72)와;
    상기 제 2 증발기(72)에서 이송된 냉매를 고온고압 변환시키는 터빈 2(40)과;
    상기 터빈 1(10) 또는 터빈 2(40) 중 어느 하나로부터 유출된 고온의 냉매와 펌프(80)로부터 유출된 응축기(60)의 응축 냉매가 상호 열교환되는 재생기(20)와;
    상기 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 1 기액분리기(30)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매증기가 이송되어 외부에서 유입된 심층수(120)와 상호 열교환됨으로써, 냉매증기가 응축되는 응축기(60)와;
    상기 제 1 기액분리기(30)에서 분리된 냉매액이 유입되어 등엔트로피 과정으로 팽창시키는 이젝터(100)와;
    상기 이젝터(100)에서 팽창된 냉매가 유입되어 냉매액과 냉매증기로 분리하는 제 2 기액분리기(50);를 포함하여 구성되고,
    상기 제 2 기액분리기(50)에서 분리된 냉매증기는 제 1 기액분리기(30)의 입구 측에 연결 이송되어 재생기(20)에서 이송되는 냉매와 혼합되어 제 1 기액분리기(30)에 유입되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 증발기(71)와 터빈 1(10) 사이 및 제 2 증발기(72)와 터빈 2(40) 사이에는 증발기(70) 출구의 냉매온도를 증가시켜 상기 터빈의 출력 값을 향상시키고자 제 1,2 공랭식 열교환기(91,92)가 각각 설치되고, 상기 재생기(20)와 제 1 기액분리기(30) 사이에는 이송되는 냉매와 지열의 열원이 상호 열교환되도록 지열 열교환기(110)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 증발기(71)와 제 2 증발기(72)의 입구 측에는 재생기(20)에서 열교환된 냉매가 제 1 증발기(71) 또는 제 2 증발기(72) 중 어느 하나에 선택적으로 이송되도록 개폐밸브(140)가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치.
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