KR101665687B1 - 초임계유체 저장부를 포함하는 초임계유체 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

초임계유체 저장부를 포함하는 초임계유체 발전시스템이 게시된다. 본 발명의 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템(100)은, 초임계유체를 이용하여 터빈(101) 및 발전기(102)를 구동시켜 발전하는 발전시스템에 있어서, 상기 터빈(101)에는 초임계유체를 공급할 수 있는 공급로가 구비되어 있고, 상기 공급로의 입구(103)에는 초임계유체를 저장하고 터빈에 초임계유체를 유동시키는 초임계유체 저장부(110)가 설치되는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명의 초임계유체 발전시스템에 따르면, 전력부하량에 따른 냉난방 및 전력 생산이 용이한 초임계유체 발전시스템을 제공할 수 있고, 외부로의 냉난방 열교환을 용이하게 수행할 수 있으며, 초임계유체 발전시스템의 발전효율을 현저히 향상시킬 수 있다.

Description

초임계유체 저장부를 포함하는 초임계유체 발전시스템{Super Critical Fluid Generating System Having Super Critical Fluid Storage}
본 발명은 초임계유체 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초임계유체 저장부를 포함하는 초임계유체 발전시스템에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 초임계 유체를 이용한 발전시스템은, 전력 부하량에 따라 초임계 유체의 유량을 제어할 수 없다.
따라서, 종래 기술에 따른 초임계 유체를 이용한 발전시스템은, 전력부하량에 따른 냉난방 및 전력 생산을 변경함에 있어 큰 어려움이 있다.
한국공개특허공보 제10-1990-0011968호 (1990년 08월 02일 공개)
본 발명의 목적은, 초임계 유체를 작동유체로 하는 터빈의 구동에 의해 발전기를 구동시켜 발전하는 발전시스템에 있어서, 전력부하량에 따라 초임계유체의 유량을 제어할 수 있는 초임계유체 저장부를 구비함으로써, 전력부하량에 따른 냉난방 및 전력 생산이 용이한 초임계유체 발전시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 초임계유체 발전시스템은, 초임계유체를 이용하여 터빈(101)을 구동시켜 발전하는 초임계유체 발전시스템(100)에 있어서, 초임계유체는 초임계유체 압축기(120)의 구동에 의해 초임계유체 저장부(110)에 저장되되, 상기 초임계유체 압축기(120)는 서로 회전축을 공유하는 압축기가 둘 이상 구비되어 상기 초임계유체를 압축시키고, 상기 초임계유체 압축기(120) 전단에 intercooling을 위한 열교환기(180)를 구비하며, 상기 터빈(101)에는 초임계유체를 공급할 수 있는 공급로의 입구(103) 측에는 초임계유체 저장부(100)가 설치되어 초임계유체를 터빈(101)에 유동시키며, 초임계유체 공급로의 출구(104) 측에 장착되고, 열교환 후의 초임계 유체를 외부 열교환장치(150)로 유동시키거나 초임계 유체 압축기(120)로 유동시키는 유동분배기(130)를 포함하되, 상기 초임계유체 발전시스템(100)은 초임계유체 저장부(110)를 직접 가열하기 위한 가열부(140); 상기 유동분배기(130)와 터빈(101)사이에서 상기 초임계유체 공급로의 출구(104)를 통해 터빈(101)으로부터 배출된 초임계유체와 상기 초임계유체 저장부(110) 상호간의 열교환이 가능하도록 하는 추가열교환부(170)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
경우에 따라서, 상기 초임계유체는 이산화탄소일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초임계유체 저장부는, 전력부하량에 따라 터빈에 유동시키는 초임계유체의 유량을 제어할 수 있으며, 상기 초임계유체 저장부는, Packed bed 구조를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 초임계유체 발전시스템은, 초임계유체를 이용하여 터빈 및 발전기를 구동시켜 발전하는 발전시스템에 있어서, 상기 터빈에는 초임계유체를 공급할 수 있는 공급로가 구비되어 있고, 공급로의 입구에는 초임계유체를 저장하는 초임계유체 저장부가 설치되고, 초임계유체는 초임계유체 압축기의 구동에 의해 초임계유체 저장부에 저장되고, 초임계유체 공급로의 출구에 장착되고, 열교환 후의 초임계 유체를 초임계유체 압축기로 유동시키는 유동분배기를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 초임계유체 발전시스템은, 초임계유체를 이용하여 터빈 및 발전기를 구동시켜 발전하는 발전시스템에 있어서, 상기 터빈에는 초임계유체를 공급할 수 있는 공급로가 구비되어 있고, 공급로의 입구에는 초임계유체를 저장하는 초임계유체 저장부가 설치되고, 초임계유체는 둘 이상의 초임계유체 압축기의 구동에 의해 압축되어 초임계유체 저장부에 저장되고, 상기 초임계유체 공급로의 출구에 장착되고, 열교환 후의 초임계 유체를 초임계유체 압축기로 유동시키는 유동분배기를 포함하는 구성일 수 있다.
경우에 따라서, 상기 초임계유체는 이산화탄소일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초임계유체 저장부는, 전력부하량에 따라 터빈에 유동시키는 초임계유체의 유량을 제어할 수 있으며, 상기 초임계유체 저장부는, Packed bed 구조를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초임계유체 발전시스템은: 상기 초임계유체 저장부에 장착되고, 재생에너지에 의해 초임계유체 저장부 내부에 저장된 초임계유체를 가열하는 재생에너지 가열부;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
경우에 따라서, 상기 유동분배기는: 초임계유체 압축기가 구동할 경우에는 초임계유체를 초임계유체 압축기로 유동시키고, 초임계유체 압축기가 구동하지 않을 경우에는 초임계유체를 외부 열교환장치에 유동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초임계유체 발전시스템은: 상기 초임계유체 저장부와 공급로의 입구 사이에 장착되고, 초임계유체 저장부로부터 공급로의 입구로 유동하는 초임계유체의 온도를 제어할 수 있는 유입온도 제어부;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 상기 유입온도 제어부는 원자력 반응기 또는 가스터빈의 폐열을 이용하여 초임계유체를 가열할 수 있다.
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이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 초임계유체 발전시스템에 따르면, 초임계유체를 이용하여 터빈 및 발전기를 구동시켜 발전하는 발전시스템에 있어서, 전력부하량에 따라 초임계유체의 유량을 제어할 수 있는 초임계유체 저장부를 구비함으로써, 전력부하량에 따른 냉난방 및 전력 생산이 용이한 초임계유체 발전시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 초임계유체 발전시스템에 따르면, 초임계유체 공급로의 출구에 장착되고, 열교환 후의 초임계 유체를 초임계유체 압축기로 유동시키는 유동분배기를 구비함으로써, 전력부하량에 따라 초임계유체의 유량을 제어할 수 있고, 외부로의 냉난방 열교환을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 초임계유체 발전시스템에 따르면, 둘 이상의 초임계유체 압축기를 더 구비함으로써, 초임계유체를 재압축하거나 2단압축(intercooling) 시킬 수 있어, 초임계유체 발전시스템의 발전효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템을 나타내는 모식도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템(100)은, 초임계유체를 이용하여 터빈(101) 및 발전기(102)를 구동시켜 발전하는 발전시스템으로서, 터빈(101)에는 초임계유체를 공급할 수 있는 공급로가 구비되어 있고, 공급로의 입구(103)에는 초임계유체를 저장하고 터빈에 초임계유체를 유동시키는 초임계유체 저장부(110)가 설치될 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템(100)은, 초임계유체 공급로의 입구(103), 공급로의 출구(104), 유동분배기(130), 초임계유체 압축기(120) 및 초임계유체 저장부(110)를 포함하는 폐루프(closed loop) 구조이다.
초임계유체 저장부(110)는 미리 초임계유체를 저장하여 전력부하량에 따라 터빈(101)에 유동시키는 초임계유체의 유량을 제어할 수 있다.
따라서, 전력부하량에 따라 필요로 하는 초임계유체를 활용할 수 있어, 초임계유체 압축기(120)의 용량을 작게 설계하여 적용시킬 수 있다.
이때, 초임계유체 저장부(110)는, 초임계유체를 용이하게 저장하고, 저장된 초임계유체를 터빈에 용이하게 공급할 수 있는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 Packed bed 구조를 포함하는 저장부일 수 있다.
초임계유체는 표면장력이 없어 다공성 물질에서 높은 침투성과 확산성을 갖는다. 따라서, Packed bed 구조를 포함하는 초임계유체 저장부(110)는, 초임계유체를 효과적으로 저장할 수 있다.
초임계유체는 일정한 고온과 고압의 한계를 넘어선 상태에 도달하여 액체와 기체를 구분할 수 없는 시점의 유체를 가리키는 것으로, 분자의 밀도는 액체에 가깝지만, 점성도는 낮아 기체에 가까운 성질을 가진다.
보통 온도 및 압력에서는 기체와 액체가 되는 물질도 임계점(critical point)이라고 불리는 일정한 고온 및 고압의 한계를 넘으면 증발 과정이 일어나지 않아서 기체와 액체의 구별을 할 수 없는 상태, 즉 임계상태가 되는데, 이 상태에 있는 물질을 초임계유체라고 한다. 이러한 성질을 갖는 초임계유체 중 임계점이 상온에 비교적 가까운 것이 이산화탄소여서 본 발명에서는 초임계유체의 한 실시형태로서, 이산화탄소를 이용한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템(100)은, 초임계유체 저장부(110)에 장착되고, 재생에너지에 의해 초임계유체 저장부(110) 내부에 저장된 초임계유체를 가열하는 재생에너지 가열부(140);를 더 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로 재생에너지 가열부(140)는, 지열, 폐열, 태양광 에너지 등과 같은 재생에너지를 이용하여 초임계유체 저장부에 저장된 초임계유체를 가열할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 초임계유체 공급로의 출구(104)로부터 배출된 초임계유체는 유동분배기(130)에 의해 초임계유체 압축기(120)로 유동될 수 있다. 유동분배기(130)에 의해 초임계유체가 초임계유체 압축기(120)로 유동되는 경우는, 초임계유체 압축기(120)가 구동되는 경우이다. 반면, 초임계유체 압축기(120)가 구동하지 않을 경우에는 초임계유체를 외부 열교환장치(150)에 유동시킬 수 있다.
이때, 상기 언급한 외부 열교환장치(150)의 대표적인 예로서 냉난방을 위한 열교환기를 들 수 있다.
따라서, 초임계유체 압축기(120)가 구동되지 않을 때에는 초임계유체를 냉난방을 위한 열교환 등에 활용할 수 있으므로, 초임계유체에 따른 환경문제 발생을 미연에 차단할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 초임계유체 저장부(110)와 초임계유체 공급로의 입구(103) 사이에는 유입온도 제어부(160)가 장착될 수 있다. 이때, 유입온도 제어부(160)는 초임계유체 저장부(110)로부터 초임계유체 공급로의 입구(103)로 유동하는 초임계유체의 온도를 제어할 수 있다.
구체적으로, 유입온도 제어부(160)는 원자력 반응기 또는 가스터빈의 폐열을 이용하여 초임계유체의 터빈 인입 온도(TIT: Turbine Inlet Temperature)를 제어할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 초임계유체 저장부(110) 내부에는, 터빈(101)으로부터 배출되어 유동하는 초임계유체로부터 열에너지를 초임계유체 저장부(110)에 저장된 초임계유체에 전달하는 추가열교환부(170)가 장착될 수 있다.
도 2에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템(100)은, 둘 이상의 초임계유체 압축기(120)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 이러한 구성을 포함하는 본 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템(100)은 초임계유체 압축기(120) 추가 설치를 통한 초임계유체의 재압축을 구현할 수 있어, 초임계유체 발전시스템(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템(100)은, 둘 이상의 초임계유체 압축기(120) 및 둘 이상의 열교환기(180)를 포함하는 구성으로서, 2단압축(intercooling) 시스템을 구현할 수 있어, 초임계유체 발전시스템(100)의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 2단압축(intercooling) 시스템은, 유동분배기(130)로부터 공급된 초임계유체를 열교환기(180) 및 초임계유체 압축기(120)를 거쳐 압축시킨 후, 또 다시 열교환기(180) 및 초임계유체 압축기(120)를 거치게 하여 재차 압축시킬 수 있다.
상기 언급한 구성을 포함하는 본 실시예에 따른 초임계유체 발전시스템(100)은, 복합발전과 열병합발전, 열병합복합발전 등에 적용 가능하다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100: 초임계유체 발전시스템
101: 터빈
102: 발전기
103: 초임계유체 공급로의 입구
104: 초임계유체 공급로의 출구
110: 초임계유체 저장부
120: 초임계유체 압축기
121: 압축기 구동모터
130: 유동분배기
140: 재생에너지 가열부
150: 외부 열교환장치
160: 유입온도 제어부
170: 추가열교환부
180: 열교환기

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 초임계유체를 이용하여 터빈(101)을 구동시켜 발전하는 초임계유체 발전시스템(100)에 있어서,
    초임계유체는 초임계유체 압축기(120)의 구동에 의해 초임계유체 저장부(110)에 저장되되, 상기 초임계유체 압축기(120)는 서로 회전축을 공유하는 압축기가 둘 이상 구비되어 상기 초임계유체를 압축시키고, 상기 초임계유체 압축기(120) 전단에 intercooling을 위한 열교환기(180)를 구비하며,
    상기 터빈(101)에는 초임계유체를 공급할 수 있는 공급로의 입구(103) 측에는 초임계유체 저장부(100)가 설치되어 초임계유체를 터빈(101)에 유동시키며,
    초임계유체 공급로의 출구(104) 측에 장착되고, 열교환 후의 초임계 유체를 외부 열교환장치(150)로 유동시키거나 초임계 유체 압축기(120)로 유동시키는 유동분배기(130)를 포함하되,
    상기 초임계유체 발전시스템(100)은 초임계유체 저장부(110)를 직접 가열하기 위한 가열부(140); 상기 유동분배기(130)와 터빈(101)사이에서 상기 초임계유체 공급로의 출구(104)를 통해 터빈(101)으로부터 배출된 초임계유체와 상기 초임계유체 저장부(110) 상호간의 열교환이 가능하도록 하는 추가열교환부(170)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계유체 발전시스템.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 초임계유체는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 초임계유체 발전시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 초임계유체 저장부(110)는, 전력부하량에 따라 터빈(101)에 유동시키는 초임계유체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 초임계유체 발전시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 가열부(140)는:
    상기 초임계유체 저장부(110)에 장착되고, 재생에너지에 의해 초임계유체 저장부(110) 내부에 저장된 초임계유체를 가열하는 재생에너지 가열부(140)인 것을 특징으로 하는 초임계유체 발전시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 유동분배기(130)는,
    초임계유체 압축기(120)가 구동할 경우에는 초임계유체를 초임계유체 압축기(120)로 유동시키고,
    초임계유체 압축기(120)가 구동하지 않을 경우에는 초임계유체를 외부 열교환장치(150)에 유동시키는 것을 특징으로 하는 초임계유체 발전시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 초임계유체 발전시스템(100)은:
    상기 초임계유체 저장부(110)와 공급로의 입구(103) 사이에 장착되고, 초임계유체 저장부(110)로부터 공급로의 입구(103)로 유동하는 초임계유체의 온도를 제어할 수 있는 유입온도 제어부(160);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계유체 발전시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유입온도 제어부(160)는 원자력 반응기 또는 가스터빈의 폐열을 이용하여 초임계유체를 가열하는 것을 특징으로 하는 초임계유체 발전시스템.
  13. 삭제
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 초임계유체 저장부(110)는, Packed bed 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계유체 발전시스템.
  15. 삭제
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