KR101644942B1 - 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박 - Google Patents

폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박 Download PDF

Info

Publication number
KR101644942B1
KR101644942B1 KR1020160056425A KR20160056425A KR101644942B1 KR 101644942 B1 KR101644942 B1 KR 101644942B1 KR 1020160056425 A KR1020160056425 A KR 1020160056425A KR 20160056425 A KR20160056425 A KR 20160056425A KR 101644942 B1 KR101644942 B1 KR 101644942B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
working fluid
heat exchanger
heat
supplied
turbine
Prior art date
Application number
KR1020160056425A
Other languages
English (en)
Inventor
박성호
김준영
임동렬
염충섭
차재민
신중욱
이춘식
Original Assignee
고등기술연구원연구조합
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고등기술연구원연구조합 filed Critical 고등기술연구원연구조합
Priority to KR1020160056425A priority Critical patent/KR101644942B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101644942B1 publication Critical patent/KR101644942B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/02—Driving of auxiliaries from propulsion power plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J2/00—Arrangements of ventilation, heating, cooling, or air-conditioning
    • B63J2/12—Heating; Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/444—Floating structures carrying electric power plants for converting combustion energy into electric energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5281—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

본 발명은 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 엔진으로부터 배출되는 중저온 배기가스 열원을 추가 열원 발생 장치를 이용하여 고온 열원으로 승온한 후, 고온 열원으로 터빈에 공급되는 작동유체의 온도를 증가시키는 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폐열 회수 발전 시스템은 작동유체를 초임계 상태로 가압하는 압축기; 상기 압축기에서 가압된 작동유체가 엔진에서 발생하는 배기가스와 열교환되는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기에서 열교환된 작동유체가 공급되는 터빈; 상기 터빈에서 팽창된 고온의 작동유체를 냉각하는 냉각기; 및 공기와 연료를 공급받아 연소시키는 연소장치;를 포함하며, 상기 엔진에서 발생하는 배기가스는 상기 연소장치에서 발생하는 연소가스와 합류되어 상기 제 1 열교환기로 공급될 수 있다.

Description

폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박{Power generation system for waste heat recovery and ship having the same}
본 발명은 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 엔진으로부터 배출되는 중저온 배기가스 열원을 추가 열원 발생 장치를 이용하여 고온 열원으로 승온한 후, 고온 열원으로 터빈에 공급되는 작동유체의 온도를 증가시키는 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
엔진 배기가스의 열에너지를 보조 전기 에너지로 전환하는 시스템의 종래 기술은 작동 유체에 따라 크게 2가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 수증기를 이용한 랭킨 사이클로 증기의 작동 조건에 따라 과열증기/초임계/초초임계 증기 랭킨 사이클로 나눌 수 있으며, 기 랭킨 사이클의 경우 열원(엔진 배기가스)로부터 전달받은 열을 통해 작동유체가 액체에서 기체로 상변화함에 따라 상변화 손실이 발생하는 단점이 있으며, 저압부의 밀도가 대기압 이하로 매우 낮기 때문에 저압부의 시스템이 대형화 되는 단점이 있다. 또한 엔진 배기가스 배출 온도를 고려하였을 때 초임계/초초임계 증기 랭킨 사이클 구성이 어려워 과열 증기 조건에서 시스템이 구성되기 때문에 효율이 상대적으로 낮은 단점이 있다. 반면에 유기 냉매를 이용한 랭킨 사이클(ORC)의 경우 배열 회수 온도 스펙트럼이 상대적으로 증기에 비해 커 선박 배기가스 배출 온도를 고려하였을 때 가장 적합한 사이클로 판단되어지나, 다음과 같은 단점이 있다. 열침을 위해서 필요한 냉각수 온도가 낮고 저압부의 밀도가 대기압 이하로 매우 낮기 때문에 저압부의 시스템이 대형화 되는 단점이 있다. 또한 터빈에서 팽창비가 크기 때문에 터빈에서 엔탈피 차가 커 다단 터빈이 요구되기 때문에 설비비용이 높아진다. 또한 팽창 후 후단에서 작동 유체의 응축을 피하기 위해서 과열 영역에서 팽창을 시작해야 하는 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1138223호(2012.04.13.)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 안출된 것으로, 엔진에서 중저온으로 배출되는 배기가스의 열에너지를 전기 에너지로 전환하기 위해서 작동유체가 이산화탄소인 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 엔진으로부터 배출되는 중저온 배기가스 열원을 추가 열원 발생 장치를 이용하여 고온 열원으로 승온한 후, 고온 열원으로 터빈에 공급되는 작동유체의 온도를 증가시키는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 작동유체를 초임계 상태로 가압하는 압축기; 상기 압축기에서 가압된 작동유체가 엔진에서 발생하는 배기가스와 열교환되는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기에서 열교환된 작동유체가 공급되는 터빈; 상기 터빈에서 팽창된 고온의 작동유체를 냉각하는 냉각기; 및 공기와 연료를 공급받아 연소시키는 연소장치;를 포함하며, 상기 엔진에서 발생하는 배기가스는 상기 연소장치에서 발생하는 연소가스와 합류되어 상기 제 1 열교환기로 공급되는, 폐열 회수 발전 시스템을 제공한다.
상기 연소장치에서 발생하는 연소가스 온도는 상기 엔진에서 발생하는 배기가스 온도보다 높은 것이 바람직하다.
상기 제 1 열교환기와 상기 터빈을 연결하는 제 1 연결배관에 설치되는 제 2 열교환기;를 포함하며, 상기 제 2 열교환기에서는 상기 연소장치에서 배출되는 연소가스와 상기 제 1 열교환기에서 배출되는 작동유체가 열교환되며, 상기 제 2 열교환기에서 열교환된 연소가스는 상기 엔진에서 발생하는 배기가스와 합류되어 상기 제 1 열교환기로 공급되는 것이 바람직하다.
상기 터빈과 상기 냉각기를 연결하는 제 2 연결배관에 설치되는 예열기;를 포함하며, 상기 예열기에서는 상기 연소장치로 공급될 공기가 상기 터빈에서 배출되는 작동유체에 의해 예열되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 연결배관에 설치되며, 상기 예열기 후단에 설치되는 리큐퍼레이터;를 포함하며, 상기 리큐퍼레이터에서는 상기 예열기에서 배출되는 작동유체와 상기 압축기에서 배출되는 작동유체가 열교환되며, 상기 압축기에서 배출되어 열교환된 작동유체는 상기 제 1 열교환기로 공급되고, 상기 예열기에서 배출되어 열교환된 작동유체는 상기 냉각기로 공급되는 것이 바람직하다.
상기 터빈에 회전축에 의해 연결되는 재압축기;를 포함하며, 상기 리큐퍼레이터에서 상기 냉각기로 공급되는 작동유체 일부는 상기 재압축기로 공급되어 압축된 후, 상기 제 1 열교환기에서 상기 제 2 열교환기로 공급되는 작동유체에 합류되어 상기 제 2 열교환기로 공급되는 것이 바람직하다.
상기 작동유체는 초임계 상태의 이산화탄소인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 폐열 회수 발전 시스템을 포함하는 선박을 제공한다.
본 발명에 따르면, 이산화탄소를 작동유체로 한 발전 시스템을 활용함으로써, 엔진에서 배출되는 중/저온으로 배출되는 배기가스의 열에너지를 전기에너지로 효율적으로 전환되고, 공간 제약이 큰 수송 설비에 소형화가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동 유체를 초임계 상태로 구성할 경우, 저압부의 밀도가 높고 압축비가 매우 낮아 소형화가 가능하고, 고압부에서 확산 속도가 높아 기존의 수증기나 유기냉매를 이용한 열원 회수 발전 시스템에 비해 효율이 높은 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 열침으로 배출되는 열원을 최소화할 수 있도록 중온/저압 이산화탄소의 재순환을 고려하여 열효율을 향상시키고, 중/저온 열원을 이용하여 터빈을 구동할 시 발생할 수 있는 터빈 효율 저하 문제를 해결하기 위해 중/저온의 이산화탄소를 고온으로 승온시킬 수 있도록 하여 터빈 효율을 향상시킴과 중/저온의 이산화탄소를 고온으로 승온시키는데 이용된 열원을 배기가스와 혼합하여 열 손실을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 폐열 회수 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시례에 따른 폐열 회수 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시례에 따른 폐열 회수 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시례에 따른 폐열 회수 발전 시스템(100)은 작동유체를 150 기압 이상의 고압의 초임계 상태로 가압하는 압축기(140), 압축기(140)에서 가압된 작동유체가 엔진(110)에서 발생하는 배기가스와 열교환되는 제 1 열교환기(150), 제 1 열교환기(150)에서 열교환된 작동유체가 공급되는 터빈(120), 터빈(120)에서 팽창된 75 ~ 80 기압의 저압이며 고온인 작동유체를 냉각하는 냉각기(130), 및 공기와 연료를 공급받아 연소시키는 연소장치(115)를 포함하며, 엔진(110)에서 발생하는 배기가스는 연소장치(115)에서 발생하는 연소가스와 합류되어 제 1 열교환기(150)로 공급될 수 있다.
터빈(120)에 공급된 작동유체는 터빈(120)에 회전력을 제공하며, 터빈(120)의 회전력에 의해 전기를 생산하기 위한 동력이 발생하게 된다. 터빈(120)에서 팽창하는 과정을 거친 작동유체는 냉각기(130)를 통해 냉각된 후, 압축기(140)를 통해 압축되어 제 1 열교환기(150)로 공급될 수 있다.
일반적으로, 선박이나 해양구조물에 설치되는 엔진에서 배출되는 중/저온의 배기가스는 선체 외부로 배출되거나, 수증기 혹은 유기 냉매를 이용하여 열원을 회수하게 된다. 그런데, 수증기 또는 유기 냉매를 이용하여 열원을 회수하는 시스템의 경우, 상변화로 인한 손실이 상대적으로 크고, 저압부에 밀도가 낮기 때문에 시스템이 대형화되어 선박의 선체와 같이 공간 활용이 제한적인 경우 적용하는 데 있어 한계가 있다.
본 발명에서는, 작동유체를 초임계 이산화탄소로 하는 초임계 이산화탄소 사이클이 초임계 유체의 특성상 액체와 같이 밀도가 높아 압축일이 적으며, 점성은 기체와 같이 적고 열전도성이 높은 장점이 있으므로, 공간 제약이 큰 수송 설비에 주로 이용되는 엔진에서 배출되는 폐열을 효율적으로 회수하고, 소형화할 수 있는 이산화탄소 발전 시스템을 적용한다.
선체의 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도가 중저온일 경우, 터빈(120)의 효율이 떨어지므로, 추가 열원 공급 장치로서 연소장치(115)를 구비하여, 연소장치(115)에서 배출되는 고온의 연소가스를 엔진(110)에서 배출되는 중저온의 배기가스와 합류되도록 하여 열을 승온시킨다. 승온된 가스는 제 1 열교환기(150)에서 작동유체에게 고온의 열을 전달하여 터빈(120)의 효율을 높일 수 있다.
터빈(120)에 의해 전력을 생산하는 발전기(121)는 생산된 전력을 선박의 추진용 모터에 인가하여 회전력을 생성하도록 할 수 있으며, 추진용 모터의 회전력에 의해 선박의 프로펠러에 추진력을 생성하도록 할 수 있다.
본 발명에서 작동유체, 배기가스 및 연소가스의 온도가 고온이라는 것은 약 400 ℃ 이상을 의미하며, 중온은 약 150 ~ 400 ℃, 저온은 약 150 ℃ 미만을 의미한다.
한편, 제 1 열교환기(150)에서 승온된 작동유체는 터빈(120)으로 공급되기 전에 연소장치(115)에서 배출되는 연소가스와 한번 더 열교환될 수 있도록 한다.
즉, 제 1 열교환기(150)와 터빈(120)을 연결하는 제 1 연결배관(125)에 제 2 열교환기(160)를 설치하며, 제 2 열교환기(160)에서는 연소장치(115)에서 배출되는 연소가스와 제 1 열교환기(150)에서 배출되는 작동유체가 열교환되며, 제 2 열교환기(160)에서 열을 공급받은 고온/고압의 작동유체는 터빈(120)으로 공급되고, 제 2 열교환기(160)에서 열교환된 연소가스는 엔진(110)에서 발생하는 배기가스와 합류되어 제 1 열교환기(150)로 공급될 수 있다.
추가 열원 발생 장치인 연소장치(115)에 소요되는 공기는 공기 공급 블로워(116)를 통해 공급되며, 공기의 온도를 높이기 위해, 공기 공급 블로워(116)를 통과한 공기는 터빈(120)에서 배출되는 중온/저압의 작동유체와 열교환된다.
즉, 터빈(120)과 냉각기(130)를 연결하는 제 2 연결배관(126)에 예열기(170)가 설치되며, 예열기(170)에서는 연소장치(115)로 공급될 공기가 터빈(120)에서 배출되는 중온/저압의 작동유체에 의해 예열되며, 예열된 공기는 연소장치(115)로 공급되어 연료가 연소되도록 하며, 예열기(170)에서 배출되는 중온/저압 작동유체는 냉각기(130)로 공급될 수 있다.
또한, 냉각과 압축을 거친 저온/고압의 작동유체는 예열기(170)에서 배출되는 중온/저압의 작동유체와 열교환되어 열을 공급받아 중온/고압의 작동유체가 되어, 제 1 열교환기(150)로 공급될 수 있다.
즉, 제 2 연결배관(126)에 설치되며, 예열기(170) 후단에 리큐퍼레이터(180)를 설치하며, 리큐퍼레이터(180)에서는 예열기(170)에서 배출되는 중온/저압의 작동유체와 압축기(140)에서 배출되는 저온/고압의 작동유체가 열교환되며, 압축기(140)에서 배출되어 리큐퍼레이터(180)에서 열교환된 중온/고압의 작동유체는 제 1 열교환기(150)로 공급되고, 예열기(170)에서 배출되어 리큐퍼레이터(180)에서 열교환된 중온/저압의 작동유체는 냉각기(130)로 공급될 수 있다.
이로써, 터빈(120)에서 배출되는 저압/중온의 작동유체를 냉각하기 전에, 예열기(170)에서 연소장치(115)에 공급되는 공기를 예열하고 리큐퍼레이터(180)에서 저온/고압의 작동유체를 예열하는데 이용함으로써 열 손실을 최소화 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시례에 따른 폐열 회수 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 터빈(120)의 회전축에 의해 연결되는 재압축기(190)를 설치할 수 있고, 재압축기(190)는 터빈(120)에서 발생하는 팽창일의 일부분을 이용하여 구동되도록 하나의 새프트 형태의 회전축으로 터빈(120)과 재압축기(190)를 구성할 수 있다.
또한, 리큐퍼레이터(180)에서 냉각기(130)로 냉각라인(181)을 통해 공급되는 중온/저압의 작동유체 일부는 분기라인(182)을 통해 재압축기(190)로 공급되어 압축되어 중온/고압의 작동유체가 되며, 중온/고압의 작동유체는 제 1 열교환기(150)에서 제 2 열교환기(160)로 공급되는 고압이며 중고온인 작동유체에 합류되어 제 2 열교환기(160)로 공급될 수 있다.
이와 같이, 냉각기(130)로 공급되는 중온/저압의 작동유체 일부를 분기하여 재압축기(190)를 이용하여 재순환함으로써, 냉각기(130)에 의해 배출되는 열원을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 폐열 회수 발전 시스템은 냉각수에 의해 냉각된 작동 유체의 온도에 따라 랭킨 사이클 또는 브레이튼 사이클을 모두 구성할 수 있다. 즉, 냉각기에서 냉각수 온도에 의해 냉각된 작동유체의 온도가 약 30℃ 이하가 되면 작동유체인 이산화탄소가 액체가 되어 랭킨 사이클이 되며, 냉각기에서 냉각된 작동유체의 온도가 약 30℃ 이상이 되면 작동유체인 이산화탄소가 그대로 초임계 상태로 유지되므로 브레이튼 사이클로 구성될 수 있다.
냉각기(130)는 해수나 청수 또는 다른 냉매에 의해 냉각되도록 구성될 수 있으며, 해수를 이용할 경우, 해수를 공급하는 펌프(미도시)에 의해 해수를 냉각기(130)에 공급하여 초임계 이산화탄소와 열 교환하게 한 후, 다시 바다로 해수를 배출하게 되므로 별도의 냉각 장치가 필요하지 않다.
이상과 같이 본 발명에 따른 폐열 회수 발전 시스템을 활용함으로써, 엔진에서 배출되는 중/저온으로 배출되는 배기가스의 열에너지를 전기에너지로 효율적으로 전환되고, 공간 제약이 큰 수송 설비에 소형화가 가능하다.
또한, 작동 유체를 초임계 상태로 구성할 경우, 저압부의 밀도가 높고 압축비가 매우 낮아 소형화가 가능하고, 고압부에서 확산 속도가 높아 기존의 증기나 유기냉매를 이용한 열원 회수 발전 시스템에 비해 효율이 높일 수 있다.
또한, 열침으로 배출되는 열원을 최소화할 수 있도록 중온/저압 이산화탄소의 재순환을 고려하여 열효율을 향상시키고, 중/저온 열원을 이용하여 터빈을 구동할 시 발생할 수 있는 터빈 효율 저하 문제를 해결하기 위해 중/저온의 이산화탄소를 고온으로 승온시킬 수 있도록 하여 터빈 효율을 향상시킴과 중/저온의 이산화탄소를 고온으로 승온시키는데 이용된 열원을 배기가스와 혼합하여 열 손실을 최소화하는 효과가 있다.
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 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 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.
본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 엔진 115 : 연소 장치
116 : 공기 공급 블로워 120 : 터빈
121 : 발전기 125 : 제 1 연결배관
126 : 제 2 연결배관 130 : 냉각기
140 : 압축기 150 : 제 1 열교환기
160 : 제 2 열교환기 170 : 예열기
180 : 리큐퍼레이터 181 : 냉각라인
182 : 분기라인 190 : 재압축기

Claims (8)

  1. 작동유체를 가압하는 압축기;
    상기 압축기에서 가압된 작동유체가 엔진에서 발생하는 배기가스와 열교환되는 제 1 열교환기;
    상기 제 1 열교환기에서 열교환된 작동유체가 공급되는 터빈;
    상기 터빈에서 팽창된 고온의 작동유체를 냉각하는 냉각기; 및
    공기와 연료를 공급받아 연소시키는 연소장치;를 포함하며,
    상기 엔진에서 발생하는 배기가스는 상기 연소장치에서 발생하는 연소가스와 합류되어 상기 제 1 열교환기로 공급되며,
    상기 제 1 열교환기와 상기 터빈을 연결하는 제 1 연결배관에 설치되는 제 2 열교환기;를 포함하며,
    상기 제 2 열교환기에서는 상기 연소장치에서 배출되는 연소가스와 상기 제 1 열교환기에서 배출되는 작동유체가 열교환되며,
    상기 제 2 열교환기에서 열교환된 연소가스는 상기 엔진에서 발생하는 배기가스와 합류되어 상기 제 1 열교환기로 공급되는, 폐열 회수 발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연소장치에서 발생하는 연소가스 온도는 상기 엔진에서 발생하는 배기가스 온도보다 높은, 폐열 회수 발전 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈과 상기 냉각기를 연결하는 제 2 연결배관에 설치되는 예열기;를 포함하며,
    상기 예열기에서는 상기 연소장치로 공급될 공기가 상기 터빈에서 배출되는 작동유체에 의해 예열되는, 폐열 회수 발전 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 2 연결배관에 설치되며, 상기 예열기 후단에 설치되는 리큐퍼레이터;를 포함하며,
    상기 리큐퍼레이터에서는 상기 예열기에서 배출되는 작동유체와 상기 압축기에서 배출되는 작동유체가 열교환되며,
    상기 압축기에서 배출되어 열교환된 작동유체는 상기 제 1 열교환기로 공급되고, 상기 예열기에서 배출되어 열교환된 작동유체는 상기 냉각기로 공급되는, 폐열 회수 발전 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 터빈에 회전축에 의해 연결되는 재압축기;를 포함하며,
    상기 리큐퍼레이터에서 상기 냉각기로 공급되는 작동유체 일부는 상기 재압축기로 공급되어 압축된 후, 상기 제 1 열교환기에서 상기 제 2 열교환기로 공급되는 작동유체에 합류되어 상기 제 2 열교환기로 공급되는, 폐열 회수 발전 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 작동유체는 이산화탄소인, 폐열 회수 발전 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 2, 및 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 폐열 회수 발전 시스템을 포함하는 선박.
KR1020160056425A 2016-05-09 2016-05-09 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박 KR101644942B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160056425A KR101644942B1 (ko) 2016-05-09 2016-05-09 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160056425A KR101644942B1 (ko) 2016-05-09 2016-05-09 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101644942B1 true KR101644942B1 (ko) 2016-08-02

Family

ID=56708390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160056425A KR101644942B1 (ko) 2016-05-09 2016-05-09 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101644942B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101816021B1 (ko) * 2017-06-09 2018-01-08 한국전력공사 복합 발전장치
KR101838435B1 (ko) * 2017-05-15 2018-03-13 두산중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 제어방법.
WO2018225923A1 (ko) * 2017-06-09 2018-12-13 한국전력공사 복합 발전장치
WO2019013420A1 (ko) * 2017-07-12 2019-01-17 한국전력공사 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101138223B1 (ko) 2010-04-30 2012-04-24 한국과학기술원 혼합 가스를 이용한 임계점 이동을 통한 초임계 브레이튼 사이클의 효율 향상 시스템
KR20120128513A (ko) * 2011-05-17 2012-11-27 삼성중공업 주식회사 폐열 공급 시스템 및 이를 구비한 선박
KR20160017744A (ko) * 2014-08-01 2016-02-17 현대중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101138223B1 (ko) 2010-04-30 2012-04-24 한국과학기술원 혼합 가스를 이용한 임계점 이동을 통한 초임계 브레이튼 사이클의 효율 향상 시스템
KR20120128513A (ko) * 2011-05-17 2012-11-27 삼성중공업 주식회사 폐열 공급 시스템 및 이를 구비한 선박
KR20160017744A (ko) * 2014-08-01 2016-02-17 현대중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101838435B1 (ko) * 2017-05-15 2018-03-13 두산중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그 제어방법.
KR101816021B1 (ko) * 2017-06-09 2018-01-08 한국전력공사 복합 발전장치
WO2018225923A1 (ko) * 2017-06-09 2018-12-13 한국전력공사 복합 발전장치
WO2018225922A1 (ko) * 2017-06-09 2018-12-13 한국전력공사 복합 발전장치
US11149592B2 (en) 2017-06-09 2021-10-19 Hyundai Heavy Industries Co., Ltd. Combined power generation apparatus
WO2019013420A1 (ko) * 2017-07-12 2019-01-17 한국전력공사 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7173245B2 (ja) 発電システム
RU2551458C2 (ru) Комбинированная тепловая система с замкнутым контуром для рекуперации отработанного тепла и способ ее эксплуатации
US10072531B2 (en) Hybrid power generation system using supercritical CO2 cycle
EP2345793B1 (en) Dual reheat rankine cycle system and method thereof
KR101291170B1 (ko) 선박용 폐열회수장치
KR101644942B1 (ko) 폐열 회수 발전 시스템과 이를 포함하는 선박
US20100263380A1 (en) Cascaded organic rankine cycle (orc) system using waste heat from a reciprocating engine
WO2011058832A1 (ja) エンジン廃熱回収発電ターボシステムおよびこれを備えた往復動エンジンシステム
KR101320593B1 (ko) 히트펌프를 사용하는 열병합 발전시스템
US8943836B2 (en) Combined cycle power plant
KR102220071B1 (ko) 보일러 시스템
IT201800006187A1 (it) System for recovering waste heat and method thereof/sistema per recuperare calore residuo e relativo metodo
US10309259B2 (en) CO2 power generation system
KR101399428B1 (ko) Ｏｒｃ 발전시스템의 안전장치
CN103821571A (zh) 一种新型火力发电系统及工作方法
KR102538228B1 (ko) 엔진의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치 그리고 이를 포함하는 해양구조물
US9088188B2 (en) Waste-heat recovery system
JP4666641B2 (ja) エネルギー供給システム、エネルギー供給方法、及びエネルギー供給システムの改造方法
KR101664895B1 (ko) 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템
KR101936327B1 (ko) 초임계 이산화탄소 발전 사이클을 적용한 열병합 발전 시스템
KR20170141514A (ko) 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템
KR102043890B1 (ko) 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템
RU2806958C1 (ru) Способ использования аммиака в качестве судового топлива
US20240271544A1 (en) sCO2 Power Conversion System
JP5441844B2 (ja) 発電システム

Legal Events

Date Code Title Description
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190702

Year of fee payment: 4