KR101575512B1 - 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 선박에 설치된 엔진의 폐열과 이산화탄소를 열교환시키는 열교환부, 발전기가 전기를 생산하도록 상기 열교환부로부터 배출되는 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부, 및 상기 선박의 외부로부터 공급되는 해수를 이용하여 상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시키기 위한 냉각부를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

Description

초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박{Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System and Ship having the same}
본 발명은 선박에 설치되어 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산하는 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
연소로, 보일러 등은 소정의 연료를 연소시키면서 이산화탄소(Carbon Dioxide)가 포함된 배가스를 배출한다. 이산화탄소는 지구온난화 등과 같이 환경오염을 초래하는 물질로 알려져 있다. 이에 따라, 이산화탄소로 인한 환경오염을 줄이기 위한 방안으로, 이산화탄소에 대한 배출 규제를 강화하는 방안, 태양력, 풍력 등과 같은 친환경 에너지원으로 대체하는 방안 등이 시도되고 있다.
그러나, 이산화탄소에 대한 배출 규제를 강화하는 방안은 이산화탄소가 포함된 배가스를 정화하기 위한 설비를 필요로 하기 때문에 각 국가의 산업발전, 경제적 사정 등을 이유로 제대로 시행되지 못하고 있는 실정이다. 태양력, 풍력 등과 같은 친환경 에너지원으로 대체하는 방안은, 기존에 이산화탄소 배출을 통해 생산하는 에너지량을 대체하기에 개발이 부족한 상태이다.
최근에는 배가스로부터 이산화탄소를 포집하여 저장하는 CCS(Carbong Capture and Storage) 기술에 대한 개발이 활발하게 진행되면서, 포집한 이산화탄소를 에너지로 변환하는 기술에 대한 개발로 이어지고 있다.
예를 들어, 포집한 이산화탄소를 드라이아이스로 제조하여 기존의 냉각물질인 얼음을 대체하는 기술, 포집한 이산화탄소를 탄산가스로 제조하여 맥주, 탄산음료, 조선용접, 산화방지제 등으로 이용하는 기술 등에 대한 개발로 이어지고 있다.
이와 같이 이산화탄소를 다른 용도로 이용하는 기술이 활발하게 개발되면서, 환경오염물질인 이산화탄소에 대한 처리 기술이 새로운 전환점을 맞고 있다. 따라서, 발전시스템에 있어서도 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
등록특허공보 제10-1290289호(2013.07.26 공개) 일본 공개특허공보 특개2012-225228호(2012.11.15 공개) 공개특허공보 제10-2011-0081440호(2011.07.14 공개)
본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 해소하고자 안출된 것으로, 이산화탄소를 이용하여 선박 엔진의 폐열로부터 전기를 생산할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은 선박에 설치된 엔진으로부터 배출되는 배기(Exhaust Gas) 또는 상기 엔진으로 공급되는 소기(Scavenge Air) 중에서 적어도 하나, 및 초임계 이산화탄소를 열교환시키는 열교환부; 상기 열교환부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 이용하여 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 및 상기 선박의 외부로부터 공급되는 해수를 이용하여 상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시키기 위한 냉각부를 포함하고, 상기 냉각부는, 상기 선박의 외부로부터 공급되는 해수가 이동하는 해수배관; 열교환매체가 순환 이동하는 순환배관; 열교환매체가 냉각되도록 상기 해수배관을 따라 이동하는 해수 및 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체를 열교환시키는 해수열교환기구; 상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소가 냉각되도록 상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소 및 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체를 열교환시키는 제1열교환기구; 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각매체가 냉각되도록 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체 및 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각매체를 열교환시키는 제2열교환기구; 및 상기 엔진으로부터 배출되는 윤활유가 냉각되도록 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체 및 상기 엔진으로부터 배출되는 윤활유를 열교환시키는 제3열교환기구를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 선체를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 엔진; 상기 선체에 설치되는 발전기; 및 상기 엔진의 폐열을 열원으로 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산하는 초임계 이산화탄소 발전시스템을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 해수를 이용하여 이산화탄소를 냉각시키도록 구현됨으로써, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써 열교환부, 터빈부 등을 소형화할 수 있으므로, 선박 등과 같이 설치공간이 협소한 곳에 용이하게 설치되어 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 이산화탄소가 엔진의 폐열로 가열되도록 구현됨으로써, 이산화탄소를 가열하기 위한 열원을 마련하기 위해 추가로 연소로 등을 이용하여 연료를 연소시킬 필요가 없으므로, 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 폐열을 열원으로 이용함으로써 운영비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 환경오염물질인 이산화탄소를 이용하여 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키므로, 환경오염물질인 이산화탄소를 정화하는데 필요한 설비 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도
도 2는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도
도 3은 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도
도 4는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 냉각부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 5는 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도
이하에서는 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도, 도 2는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도, 도 3은 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도, 도 4는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 냉각부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소(Supercritical Carbon Dioxide)를 이용하여 전기를 생산하는 발전기(300)를 동작시키기 위한 것이다. 이산화탄소는 임계 온도 및 임계 압력 이상의 조건에서 초임계 이산화탄소로 된다. 초임계 이산화탄소는 밀도가 높은 특성을 가짐과 동시에 점도가 낮은 특성을 갖는다. 즉, 초임계 이산화탄소는 밀도가 높은 기체 특성을 갖는다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 엔진(100)의 폐열과 초임계 이산화탄소를 열교환시키는 열교환부(2), 상기 열교환부(2)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부(3), 및 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로부터 공급되는 해수를 이용하여 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시키기 위한 냉각부를 포함한다.
도 1을 참고하면, 상기 열교환부(2)는 엔진(100)의 폐열 및 초임계 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 초임계 이산화탄소는 상기 열교환부(2)를 통과하면서 엔진(100)의 폐열에 의해 가열된다. 이 경우, 상기 엔진(100)의 폐열이 열원으로 기능한다. 상기 열교환부(2)는 초임계 이산화탄소가 이동할 수 있는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 터빈부(3)에 연결된다. 상기 열교환부(2)는 상기 엔진(100)으로부터 배출되는 배기 또는 상기 엔진(100)으로부터 공급되는 소기 중에서 적어도 하나를 초임계 이산화탄소와 열교환시킨다.
상기 열교환부(2)는 배기열교환기구(21)를 포함할 수 있다.
상기 배기열교환기구(21)는 상기 엔진(100)으로부터 배출되어 과급기(200)를 통과한 배기 및 초임계 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 초임계 이산화탄소는 상기 배기열교환기구(21)를 통과하면서 상기 엔진(100)의 폐열 중에서 배기에 의해 가열된다. 이 경우, 상기 엔진(100)의 폐열 중에서 배기가 열원으로 기능한다. 상기 배기열교환기구(21)를 통과한 배기는, 초임계 이산화탄소가 가열되도록 열을 방출한 후에, 스택(미도시)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기는 파이프 등의 배관을 따라 이동하면서 상기 과급기(200), 상기 배기열교환기구(21), 및 스택을 순차적으로 통과할 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 터빈부(3)는 상기 발전기(300)에 연결된다. 상기 터빈부(3)는 열교환부(2)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 이용하여 동력을 발생시킨다. 상기 열교환부(2)가 상기 배기열교환기구(21)를 포함하는 경우, 상기 터빈부(3)는 상기 배기열교환기구(21)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 이용하여 동력을 발생시킨다. 상기 배기열교환기구(21)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소는, 상기 터빈부(3)를 통과하면서 상기 터빈부(3)가 갖는 임펠러를 회전시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 발전기(300)는 상기 터빈부(3)로부터 제공되는 동력을 이용하여 전기를 생산한다. 상기 발전기(300)는 샤프트 등을 통해 상기 터빈부(3)에 연결될 수 있다.
상기 터빈부(3)는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 상기 배기열교환기구(21)로부터 배출되는 이산화탄소는 초임계 상태로 상기 터빈부(3)를 통과하면서 동력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써, 물과 같은 다른 열교환매체를 초임계 상태의 작동유체로 이용하는 것과 비교할 때, 상기 열교환부(2) 및 상기 터빈부(3)를 소형화할 수 있다. 초임계 이산화탄소는 물과 같은 다른 열교환매체가 초임계 상태일 때와 비교할 때, 밀도가 더 높은 특성을 갖기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 전체적인 크기가 감소될 수 있으므로, 선박 등과 같이 설치공간이 협소한 곳에도 용이하게 설치될 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 이용하여 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 무해한 물질로 정화하지 않으면서 이산화탄소를 전기를 생산하기 위한 용도로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 정화하는데 필요한 설비 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 이산화탄소가 엔진(100)의 폐열로 가열되도록 구현됨으로써, 이산화탄소를 가열하기 위한 열원을 마련하기 위해 추가로 연소로 등을 이용하여 연료를 연소시킬 필요가 없다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 연소로 등을 통해 추가로 이산화탄소를 발생시키지 않으면서 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진(100)의 폐열을 열원으로 이용함으로써 운영비용을 절감할 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 냉각부는 해수를 이용하여 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시킨다. 해수는 상기 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로부터 공급되는 것이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시키기 위한 설비를 감축시킬 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다. 해수는 상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시키면서 초임계 이산화탄소에 의해 가열된 후에, 상기 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로 배출될 수 있다.
상기 냉각부는 제1열교환기구(20), 제2열교환기구(30), 제3열교환기구(40), 및 해수배관(50)을 포함할 수 있다.
상기 제1열교환기구(20)는 상기 해수배관(50)을 따라 이동하는 해수, 및 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소는 해수에 의해 냉각된다.
상기 제2열교환기구(30)는 상기 해수배관(50)을 따라 이동하는 해수, 및 상기 엔진(100)을 냉각시키기 위한 냉각매체를 열교환시킨다. 냉각매체는 상기 엔진(100)을 냉각시킴에 따라 온도가 상승한 후에, 상기 제2열교환기구(30)를 통과하면서 해수에 의해 냉각된다. 그 후, 냉각매체는 다시 상기 엔진(100)에 공급되어 상기 엔진(100)을 냉각시킨다. 냉각매체는 냉각매체배관(60)를 따라 순환 이동할 수 있다. 냉각매체는 물일 수 있다.
상기 제3열교환기구(40)는 상기 해수배관(50)을 따라 이동하는 해수, 및 상기 엔진(100)으로부터 배출되는 윤활유를 열교환시킨다. 이에 따라, 상기 엔진(100)으로부터 배출되는 윤활유는 상기 제3열교환기구(40)를 통과하면서 해수에 의해 냉각된다. 그 후, 윤활유는 다시 상기 엔진(100)에 공급될 수 있다. 윤활유는 윤활유저장탱크를 거쳐 상기 엔진(100)에 공급될 수도 있다. 윤활유는 윤활유배관(70)을 따라 순환이동할 수 있다.
상기 해수배관(50)은 상기 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로부터 공급되는 해수가 이동하기 위한 유로를 제공한다. 해수는 상기 해수배관(50)을 따라 이동하면서 초임계 이산화탄소, 냉각매체, 및 윤활유를 냉각시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소, 냉각매체, 및 윤활유를 냉각시키기 위한 설비를 감축시킬 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다. 해수는 초임계 이산화탄소, 냉각매체, 및 윤활유를 냉각시킨 후에, 상기 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로 배출될 수 있다.
상기 해수배관(50)은 상기 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로부터 공급되는 해수가 분기되어 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30) 각각으로 공급되도록 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30) 각각에 연결되게 설치된다. 즉, 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30)는 상기 해수배관(50)에 서로 병렬로 연결된다. 이에 따라, 해수는 상기 해수배관(50)을 따라 이동하면서 분기된 후에, 일부가 상기 제1열교환기구(20)로 공급되고, 나머지 일부가 상기 제2열교환기구(30)로 공급된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소 및 냉각매체 모두를 충분한 온도로 냉각시킬 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.
우선, 해수가 초임계 이산화탄소를 먼저 냉각시킨 후에 냉각매체를 냉각시키도록 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(3)가 서로 직렬로 연결되는 경우, 해수는 초임계 이산화탄소를 냉각시키면서 가열되기 때문에 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로부터 공급될 때보다 더 높은 온도인 상태로 냉각매체를 냉각시키게 된다. 이에 따라, 냉각매체에 대한 냉각률이 저하된다. 해수가 냉각매체를 먼저 냉각시킨 후에 초임계 이산화탄소를 냉각시키도록 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(3)가 서로 직렬로 연결되는 경우, 해수는 냉각매체를 냉각시키면서 가열되기 때문에 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로부터 공급될 때보다 더 높은 온도인 상태로 초임계 이산화탄소를 냉각시키게 된다. 이에 따라, 초임계 이산화탄소에 대한 냉각률이 저하된다.
다음, 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(3)가 서로 병렬로 연결되는 경우, 해수는 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로부터 공급될 때와 대략 일치하는 온도인 상태로 초임계 이산화탄소 및 냉각매체 각각을 냉각시키게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30)가 서로 직렬로 연결되는 경우와 대비할 때, 초임계 이산화탄소 및 냉각매체 모두에 대해 충분한 냉각률을 확보할 수 있다.
상기 해수배관(50)은 상기 제2열교환기구(30) 및 상기 제3열교환기구(40)가 서로 직렬로 연결되도록 설치될 수 있다. 이에 따라, 해수는 상기 해수배관(50)을 따라 이동하면서 분기된 후에, 일부가 상기 제1열교환기구(20)로 공급되고, 나머지 일부가 상기 제2열교환기구(30)를 거쳐 상기 제3열교환기구(40)로 공급된다. 윤활유는 냉각매체에 비해 높은 온도에서 엔진(100)에 공급되므로, 냉각매체를 냉각시킨 후에 해수에 의해 냉각되어도 충분한 온도로 냉각될 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 순환부(4)를 포함할 수 있다.
상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3) 및 상기 열교환부(2) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 순환부(4)는 상기 열교환부(2)에서 이산화탄소가 초임계 상태로 열원으로부터 열을 흡수하도록 상기 열교환부(2)에 초임계 상태의 이산화탄소를 공급한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 이용한 폐열 회수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시킨다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도를 낮추고, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 압력을 높인다. 이에 따라, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소는, 상기 순환부(4)를 통해 다시 상기 열교환부(2)에서 열원으로부터 열을 흡수하여 상기 터빈부(3)를 작동시킬 수 있는 상태로 조절된다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소가 상기 배기열교환기구(21)로 재공급되어 배기로부터 열을 흡수하도록 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시킬 수 있다.
상기 순환부(4)는 냉각기구(41) 및 압축기구(42)를 포함할 수 있다.
상기 냉각기구(41)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각함으로써, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도를 낮춘다. 상기 냉각기구(41)는 전기 등에 의해 동작하는 쿨러(Cooler)를 이용하여 이산화탄소를 냉각할 수 있다. 상기 냉각기구(41)는 이산화탄소를 냉각할 수 있는 냉각매체 및 이산화탄소를 열교환시킴으로써, 이산화탄소를 냉각할 수도 있다.
상기 압축기구(42)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소를 압축함으로써, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 압력을 높인다. 상기 압축기구(42)는 상기 냉각기구(41) 및 상기 열교환부(2) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 압축기구(42)는 상기 냉각기구(41) 및 상기 배기열교환기구(21) 사이에 위치되게 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 압축기구(42)는 상기 냉각기구(41)에 의해 냉각된 이산화탄소를 압축한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각한 후에 압축함으로써, 상기 압축기구(42)가 이산화탄소를 압축하는 압축률을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소가 상기 열교환부(2)에서 열을 흡수하는 폐열 회수율을 더 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 압축기구(42)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소가 액체 상태인 경우, 펌프(Pump)를 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 이산화탄소가 사이클 내에서 미임계 상태와 초임계 상태 간에 변화하는 트랜스크리티컬 사이클(Transcritical Cycle)로 구현될 수 있다. 이산화탄소는 상기 터빈부(3)로부터 배출된 후에 미임계 상태로 변화되고, 상기 압축기구(42)에서 초임계 상태로 변화될 수 있다.
상기 압축기구(42)는 상기 터빈부(42)로부터 배출되는 이산화탄소가 초임계 상태인 경우, 컴프레서(Compressor)를 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 이산화탄소가 전체 사이클 내에서 초임계 상태로 유지되는 슈퍼크리티컬 사이클(Supercritical Cycle)로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)이 상기 냉각기구(41)를 포함하는 경우, 상기 제1열교환기구(20)는 상기 터빈부(3) 및 상기 냉각기구(41) 사이에 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1열교환기구(20)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소 및 상기 해수배관(50)을 따라 이동하는 해수를 열교환시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 제1열교환기구(20)가 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 터빈부(3) 사이에 설치되는 경우와 대비할 때, 초임계 이산화탄소가 더 높은 온도인 상태로 상기 터빈부(3)를 통과하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 터빈부(3)를 통해 전기를 생산하는 발전효율을 더 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)에 따르면, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소는 해수에 의해 냉각된 후에 상기 냉각기구(41)에 의해 냉각된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 냉각하기 위한 냉각기구(41)의 용량을 줄일 수 있으므로, 설치비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 열교환부(2)는 소기열교환기구(22)를 포함할 수 있다.
상기 소기열교환기구(22)는 상기 과급기(200)로부터 배출되어 상기 엔진(100)으로 공급되는 소기 및 초임계 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 초임계 이산화탄소는 상기 소기열교환기구(22)를 통과하면서 상기 엔진(100)의 폐열 중에서 소기에 의해 가열된다. 이 경우, 상기 엔진(100)의 폐열 중에서 소기가 열원으로 기능한다. 상기 소기열교환기구(22)를 통과한 소기는, 초임계 이산화탄소가 가열되도록 열을 방출한 후에, 상기 엔진(100)으로 공급된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
우선, 소기는 상기 엔진(100)에 공급되는 연소용 공기로, 상기 엔진(100)의 효율을 향상시키기 위해 상기 과급기(200)를 통과하면서 압축되어 상기 엔진(100)으로 공급된다. 그러나, 소기는 상기 과급기(200)를 통과하면서 온도가 함께 상승한다. 이와 같이 온도가 상승된 소기가 상기 엔진(100)에 공급되면, 상기 엔진(100)의 효율이 저하될 수 있고, 상기 엔진(100)의 수명이 단축될 수 있다.
다음, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소가 소기로부터 열을 흡수하므로, 상기 과급기(200)를 통과하여 상기 엔진(100)으로 공급되는 소기의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 소기를 이용하여 초임계 이산화탄소를 가열함으로써 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 상기 엔진(100)에 공급되는 소기의 온도를 낮춤으로써 상기 엔진(100)의 효율 향상 및 상기 엔진(100)의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 과급기(200)를 통과한 소기의 온도를 낮추기 위한 별도의 냉각 설비를 생략할 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
상기 소기열교환기구(22)는 상기 순환부(4) 및 상기 터빈부(3) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 소기열교환기구(22)는 상기 압축기구(42) 및 상기 터빈부(3) 사이에 위치되게 설치될 수 있다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소가 상기 소기열교환기구(22)로 재공급되어 소기로부터 열을 흡수하도록 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시킬 수 있다. 상기 순환부(4)는 상기 소기열교환기구(22)에서 이산화탄소가 초임계 상태로 소기로부터 열을 흡수하도록 상기 소기열교환기구(22)에 초임계 상태의 이산화탄소를 공급할 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따르면, 상기 열교환부(2)는 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22)를 모두 포함할 수 있다.
상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22)는 각각 상기 엔진(100)의 폐열 및 초임계 이산화탄소를 열교환시킨다. 상기 배기열교환기구(21)는 초임계 이산화탄소 및 상기 엔진(100)으로부터 배출되어 상기 과급기(200)를 통과한 배기를 열교환시킨다. 상기 소기열교환기구(22)는 초임계 이산화탄소 및 상기 과급기(200)를 통과하여 상기 엔진(100)으로 공급되는 소기를 열교환시킨다.
이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 하나의 엔진(100) 및 과급기(200)로부터 초임계 이산화탄소가 열을 흡수하는 폐열 회수율을 더 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소는 분기된 후에 상기 열교환부(2)로 공급된다. 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소의 일부는 상기 배기열교환기구(21)로 공급되고, 나머지 일부는 소기열교환기구(22)로 공급된다. 상기 터빈부(3)는 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22) 각각으로부터 배출되어 합류한 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다.
이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(3) 및 상기 순환부(4)를 통과하는 이산화탄소의 유량에 비해 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22) 각각을 통과하는 이산화탄소의 유량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22)가 서로 직렬로 연결된 것과 비교할 때, 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22) 각각의 용량을 줄일 수 있으므로, 설치비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22)가 서로 직렬로 연결된 것과 비교할 때, 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22) 각각에서 이산화탄소가 열을 흡수하는 폐열 회수율을 더 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 열교환부(2)가 상기 배기열교환기구(21)와 상기 소기열교환기구(22)를 모두 포함하는 경우, 상기 제1열교환기구(20)는 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22)를 거쳐 합류한 후에 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소 및 상기 해수배관(50)을 따라 이동하는 해수를 열교환시킨다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 분기부(5) 및 합류부(6)를 포함할 수 있다.
상기 분기부(5)는 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소를 분기시킨다. 이에 따라, 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소는 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22) 각각으로 공급된다. 상기 분기부(5)는 상기 압축기구(42)로부터 배출되는 이산화탄소가 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22) 각각으로 공급되도록 상기 압축기구(42)로부터 배출되는 이산화탄소를 분기시킬 수 있다. 상기 분기부(5)에는 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22) 각각으로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브가 설치될 수 있다. 상기 분기부(5)는 일측이 상기 압축기구(42)에 연결되고, 타측이 상기 배기열교환기구(21)와 상기 소기열교환기구(22) 각각에 연결되게 설치된다.
상기 합류부(6)는 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22) 각각으로부터 배출되는 이산화탄소를 합류시킨다. 이에 따라, 이산화탄소는 상기 배기열교환기구(21) 및 상기 소기열교환기구(22) 각각에서 열을 흡수하여 가열된 후에, 상기 합류부(6)에서 합류하여 상기 터빈부(3)로 공급될 수 있다. 상기 합류부(6)는 일측이 상기 터빈부(3)에 연결되고, 타측이 상기 배기열교환기구(21)와 상기 소기열교환기구(22) 각각에 연결되게 설치된다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 냉각부는, 해수 및 열교환매체를 이용하여 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시킬 수 있다. 열교환매체는 물, 냉매 등일 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 냉각부는, 해수열교환기구(80), 및 열교환매체순환기구(90)를 포함한다.
상기 해수열교환기구(80)는 상기 열교환매체순환기구(90)를 따라 순환 이동하는 열교환매체 및 상기 선박(10, 도 5에 도시됨)의 외부로부터 공급되는 해수를 열교환시킨다. 이에 따라, 열교환매체는 해수에 의해 냉각된다.
상기 열교환매체순환기구(90)는 열교환매체가 순환 이동하면서 초임계 이산화탄소를 냉각시키도록 열교환매체를 순환시킨다. 상기 열교환매체순환기구(90)는 순환배관(91)을 포함한다.
상기 순환배관(91)은 열교환매체가 순환 이동하기 위한 유도를 제공한다. 열교환매체는 상기 순환배관(91)을 따라 이동하면서 초임계 이산화탄소, 냉각매체, 및 윤활유를 냉각시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소, 냉각매체, 및 윤활유를 냉각시키기 위한 설비를 감축시킬 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다. 열교환매체는 초임계 이산화탄소, 냉각매체, 및 윤활유를 냉각시키면서 가열된 후에, 상기 해수열교환기구(80)를 통과하면서 해수에 의해 냉각된다. 그 후, 열교환매체는 다시 상기 순환배관(91)를 따라 이동하면서 초임계 이산화탄소, 냉각매체, 및 윤활유를 냉각시킨다.
상기 냉각부가 상기 해수열교환기구(80), 및 상기 열교환매체순환기구(90)를 포함하는 경우, 상기 제1열교환기구(20), 상기 제2열교환기구(30), 및 상기 제3열교환기구(40)는 다음과 같이 구현된다.
상기 제1열교환기구(20)는 상기 순환배관(91)을 따라 이동하는 열교환매체, 및 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소는 열교환매체에 의해 냉각된다.
상기 제2열교환기구(30)는 상기 순환배관(91)을 따라 이동하는 열교환매체, 및 상기 엔진(100)을 냉각시키기 위한 냉각매체를 열교환시킨다. 냉각매체는 상기 엔진(100)을 냉각시킴에 따라 온도가 상승한 후에, 상기 제2열교환기구(30)를 통과하면서 열교환매체에 의해 냉각된다. 그 후, 냉각매체는 다시 상기 엔진(100)에 공급되어 상기 엔진(100)을 냉각시킨다.
상기 제3열교환기구(40)는 상기 순환배관(91)을 따라 이동하는 열교환매체, 및 상기 엔진(100)으로부터 배출되는 윤활유를 열교환시킨다. 이에 따라, 상기 엔진(100)으로부터 배출되는 윤활유는 상기 제3열교환기구(40)를 통과하면서 열교환매체에 의해 냉각된다. 그 후, 윤활유는 다시 상기 엔진(100)에 공급될 수 있다. 윤활유는 윤활유저장탱크를 거쳐 상기 엔진(100)에 공급될 수도 있다.
여기서, 상기 순환배관(91)은 열교환매체가 분기되어 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30) 각각으로 공급되도록 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30) 각각에 연결되게 설치된다. 즉, 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30)는 상기 순환배관(91)에 서로 병렬로 연결된다. 이 경우, 상기 해수열교환기구(80)로부터 배출되는 열교환매체는 상기 순환배관(91)을 따라 이동하면서 분기된 후에, 일부가 상기 제1열교환기구(20)로 공급되고, 나머지 일부가 상기 제2열교환기구(30)로 공급된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소 및 냉각매체 모두를 충분한 온도로 냉각시킬 수 있다.
상기 순환배관(91)은 상기 제2열교환기구(30) 및 상기 제3열교환기구(40)가 서로 직렬로 연결되도록 설치될 수 있다. 이에 따라, 열교환매체는 상기 순환배관(91)을 따라 이동하면서 분기된 후에, 일부가 상기 제1열교환기구(20)로 공급되고, 나머지 일부가 상기 제2열교환기구(30)를 거쳐 상기 제3열교환기구(40)로 공급된다.
도 4를 참고하면, 상기 열교환매체순환기구(90)는 조절기구(92)를 포함할 수 있다.
상기 조절기구(92)는 상기 순환배관(91)에서 열교환매체가 분기되는 지점에 설치된다. 상기 조절기구(92)는 해수열교환기구(80)로부터 배출되는 열교환매체가 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30) 각각으로 분기되는 유량을 조절한다. 초임계 이산화탄소를 더 낮은 온도로 냉각시키는 경우, 상기 조절기구(92)는 상기 제1열교환기구(20)로 분기되는 열교환매체의 유량을 증가시키고, 상기 제2열교환기구(30)로 분기되는 열교환매체의 유량을 감소시킬 수 있다. 냉각매체 또는 윤활유를 더 낮은 온도로 냉각시키는 경우, 상기 조절기구(92)는 상기 제2열교환기구(30)로 분기되는 열교환매체의 유량을 증가시키고, 상기 제1열교환기구(20)로 분기되는 열교환매체의 유량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30) 각각으로 분기되는 유량을 조절함으로써, 초임계 이산화탄소, 냉각매체, 및 윤활유 각각의 온도를 조절할 수 있다.
상기 조절기구(92)는 상기 엔진(100)에 가해지는 운전부하에 따라 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30) 각각으로 분기되는 열교환매체의 유량을 조절할 수 있다. 상기 조절기구(92)는 유량조절밸브일 수 있다.
예컨대, 상기 엔진(100)에 가해지는 운전부하가 기설정된 제1기준값을 초과하면, 상기 조절기구(92)는 상기 제2열교환기구(30)로 분기되는 열교환매체의 유량을 증가시키고, 상기 제1열교환기구(20)로 분기되는 열교환매체의 유량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 운전부하 증가로 인해 엔진(100)의 온도가 상승하는 경우, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 냉각매체 및 윤활유 각각에 대한 냉각률을 증가시키도록 구현됨으로써, 상기 엔진(100)의 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 제1기준값은 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다. 상기 엔진(100)에 가해지는 운전부하가 기설정된 제1기준값을 초과하면, 상기 조절기구(92)는 열교환매체 전부가 상기 제2열교환기구(30)로 공급되도록 열교환매체의 유량을 조절할 수도 있다.
예컨대, 상기 엔진(100)에 가해지는 운전부하가 기설정된 제2기준값 미만이면, 상기 조절기구(92)는 상기 제1열교환기구(20)로 분기되는 열교환매체의 유량을 증가시키고, 상기 제2열교환기구(30)로 분기되는 열교환매체의 유량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 운전부하 감소로 인해 엔진(100)의 온도가 감소하는 경우, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소에 대한 냉각률을 증가시키도록 구현됨으로써, 상기 냉각기구(41)를 작동시키는데 소모되는 운영비용을 절감할 수 있다. 상기 제2기준값은 상기 제1기준값에 비해 낮은 값으로, 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다. 상기 엔진(100)에 가해지는 운전부하가 상기 제1기준값과 상기 제2기준값 사이인 경우, 상기 조절기구(92)는 열교환매체가 상기 제1열교환기구(20) 및 상기 제2열교환기구(30) 각각에 동일한 유량을 분기되도록 열교환매체의 유량을 조절할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 선박의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 선박(10)은 선체(11)에 설치되는 엔진(100), 상기 엔진(100)에 설치되는 과급기(200), 및 상기 선체(11)에 설치되는 발전기(300)를 포함한다. 본 발명에 따른 선박(10)은 상술한 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)을 더 포함한다. 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상술한 바와 같으므로, 구체적인 설명은 생략한다. 본 발명에 따른 선박(10)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 선박(10)은 초임계 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 해수를 이용하여 초임계 이산화탄소를 냉각시키도록 구현됨으로써, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 선박(10)은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써, 물과 같은 다른 유체를 초임계 상태의 작동유체로 이용하는 것과 비교할 때, 상기 열교환부(2), 상기 터빈부(3), 및 상기 순환부(4)를 소형화할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 전체적인 크기가 감소될 수 있으므로, 선체(11) 내부에 대한 공간활용도를 향상시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 선박(10)은 이산화탄소가 상기 선체(11)에 설치된 엔진(100)의 폐열로 가열되도록 구현됨으로써, 이산화탄소를 가열하기 위한 열원을 마련하기 위해 추가로 연소로 등을 이용하여 연료를 연소시킬 필요 없이 전기를 생산할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 종래에 선체(11) 내부에 설치된 발전기의 대수를 줄일 수 있으므로, 건조비용 및 운영비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 친환경 선박을 구현할 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 선박(10)은 환경오염물질인 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써, 환경오염물질인 이산화탄소를 상기 선체(11) 내부에서 전기를 이용하여 동작하는 기기들에 전기를 공급하기 위한 용도로 활용할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 선체(11)는 본 발명에 따른 선박(10)의 전체적인 외관을 이룬다. 상기 선체(11)에는 상기 엔진(100), 상기 과급기(200), 상기 발전기(300), 및 상기 발전시스템(1)이 설치된다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 엔진(100)은 상기 선체(11)를 이동시키기 위한 추진력을 발생시킨다. 상기 엔진(100)은 상기 선체(11)의 외부에 설치된 추진장치(12, 도 5에 도시됨)를 회전시킴으로써, 추진력을 발생시킬 수 있다. 상기 엔진(100)은 경유 또는 중유를 연료로 사용하는 디젤엔진(Diesel Engine), 경유와 LNG를 연료로 사용하는 혼소엔진(Dual Feul Engine), 및 가스엔진(Gas Engine) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 디젤엔진은 경유 또는 중유를 연료로 사용하는 것이다. 상기 혼소엔진은 경유와 액화천연가스(LNG)를 연료로 사용하는 것이다. 상기 가스엔진은 액화석유가스(LPG), 석탄가스, 목탄가스, 천연가스 등의 가스를 연료로 사용하는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 다양한 연료를 사용하는 엔진(100)의 폐열을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 과급기(200)는 상기 엔진(100)으로부터 배출되는 배기를 이용하여 상기 엔진(100)에 공급하기 위한 소기를 압축한다. 상기 열교환부(2)는 초임계 이산화탄소를 배기와 소기 중에서 어느 하나와 열교환시킬 수 있다. 이 경우, 상기 열교환부(2)는 상기 배기열교환기(21) 및 상기 소기열교환기(22) 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 열교환부(2)는 초임계 이산화탄소를 배기와 소기 모두와 열교환시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 열교환부(2)는 상기 배기열교환기(21) 및 상기 소기열교환기(22)를 모두 포함할 수 있다. 상기 열교환부(2)가 상기 소기열교환기(22)를 포함하는 경우, 본 발명에 따른 선박(10)은 해수를 이용하여 소기를 냉각시키는 냉각설비를 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 건조비용 및 운영비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 엔진(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 발전기(300)는 상기 터빈부(3)가 발생시킨 동력을 이용하여 전기를 생산한다. 상기 발전기(300)는 상기 선체(11)에 설치된다. 상기 발전기(300)는 생산한 전기를 저장하거나, 생산한 전기를 상기 선체(11)에서 전기를 이용하여 동작하는 기기들에 공급할 수 있다.
2 : 열교환부 3 : 터빈부
4 : 순환부 10 : 선박
20 : 제1열교환기구 30 : 제2열교환기구
40 : 제3열교환기구 100 : 엔진

Claims (7)

  1. 선박에 설치된 엔진으로부터 배출되는 배기(Exhaust Gas) 또는 상기 엔진으로 공급되는 소기(Scavenge Air) 중에서 적어도 하나, 및 초임계 이산화탄소를 열교환시키는 열교환부;
    상기 열교환부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 이용하여 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 및
    상기 선박의 외부로부터 공급되는 해수를 이용하여 상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시키기 위한 냉각부를 포함하고,
    상기 냉각부는,
    상기 선박의 외부로부터 공급되는 해수가 이동하는 해수배관;
    열교환매체가 순환 이동하는 순환배관;
    열교환매체가 냉각되도록 상기 해수배관을 따라 이동하는 해수 및 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체를 열교환시키는 해수열교환기구;
    상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소가 냉각되도록 상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소 및 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체를 열교환시키는 제1열교환기구;
    상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각매체가 냉각되도록 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체 및 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각매체를 열교환시키는 제2열교환기구; 및
    상기 엔진으로부터 배출되는 윤활유가 냉각되도록 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체 및 상기 엔진으로부터 배출되는 윤활유를 열교환시키는 제3열교환기구를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 해수배관은 상기 선박의 외부로부터 공급되는 해수가 분기되어 상기 제1열교환기구 및 상기 제2열교환기구 각각으로 공급되도록 상기 제1열교환기구 및 상기 제2열교환기구 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  4. 삭제
  5. 선박에 설치된 엔진으로부터 배출되는 배기(Exhaust Gas) 또는 상기 엔진으로 공급되는 소기(Scavenge Air) 중에서 적어도 하나, 및 초임계 이산화탄소를 열교환시키는 열교환부;
    상기 열교환부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 이용하여 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 및
    상기 선박의 외부로부터 공급되는 해수를 이용하여 상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각시키기 위한 냉각부를 포함하고,
    상기 냉각부는 상기 선박의 외부로부터 공급되는 해수가 이동하는 해수배관, 열교환매체가 순환 이동하는 순환배관, 상기 해수배관을 따라 이동하는 해수 및 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체를 열교환시키는 해수열교환기구, 상기 터빈부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소 및 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체를 열교환시키는 제1열교환기구, 및 상기 순환배관을 따라 이동하는 열교환매체 및 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각매체를 열교환시키는 제2열교환기구를 포함하고;
    상기 순환배관은 상기 해수열교환기구로부터 배출되는 열교환매체가 분기되어 상기 제1열교환기구 및 상기 제2열교환기구 각각으로 공급되도록 상기 제1열교환기구 및 상기 제2열교환기구 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 해수열교환기구로부터 배출되는 열교환매체가 상기 제1열교환기구 및 상기 제2열교환기구 각각으로 분기되는 유량을 조절하는 조절기구를 포함하고;
    상기 조절기구는 상기 엔진에 가해지는 운전부하에 따라 상기 제1열교환기구 및 상기 제2열교환기구 각각으로 분기되는 열교환매체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  7. 선체를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 엔진;
    상기 선체에 설치되는 발전기; 및
    상기 엔진의 폐열을 열원으로 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산하는 제1항, 제3항, 제5항 및 제6항 중에서 어느 하나의 초임계 이산화탄소 발전시스템을 포함하는 선박.
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