KR101761756B1 - 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템 - Google Patents

듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101761756B1
KR101761756B1 KR1020160106881A KR20160106881A KR101761756B1 KR 101761756 B1 KR101761756 B1 KR 101761756B1 KR 1020160106881 A KR1020160106881 A KR 1020160106881A KR 20160106881 A KR20160106881 A KR 20160106881A KR 101761756 B1 KR101761756 B1 KR 101761756B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ejector
pressure
primary
distributor
evaporator
Prior art date
Application number
KR1020160106881A
Other languages
English (en)
Inventor
김현주
이호생
문덕수
문정현
임승택
윤정인
손창효
설성훈
Original Assignee
한국해양과학기술원
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 한국해양과학기술원 filed Critical 한국해양과학기술원
Priority to KR1020160106881A priority Critical patent/KR101761756B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101761756B1 publication Critical patent/KR101761756B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
    • F03G7/05—Ocean thermal energy conversion, i.e. OTEC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • 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
    • F01K23/04—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 condensation heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • 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
    • F01K23/12—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/16—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled all the engines being turbines
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oceanography (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

본 발명은 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템에 관한 것으로서, 듀얼 이젝터(Dual ejectors)와 작동부 펌프(Motive pump), 그리고 작동부 증발기(Motive evaporator)를 적용하여 터빈의 입구와 출구의 압력차이를 종래의 해양심층수 발전시스템보다 확장시켜서, 발전량 증가 및 시스템효율이 증가된 해양온도차 발전시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이는 터빈, 응축기, 증발기, 펌프가 순차적으로 이루어진 해양온도차 발전시스템에 있어서, 상기 터빈의 출구측과 응축기사이에 각각 순차적으로 1차 이젝터 및 2차 이젝터가 형성된 듀얼 이젝터와; 상기 응축기 출구측에 설치되어 일부 냉매는 상기 증발기와 나머지 냉매는 상기 1차 이젝터 및 2차 이젝터로 각각 분배되도록 설치된 분배기 1와; 상기 분배기 1의 출구측에 설치되어 분배기 2에 의하여 1차 및 2차 이젝터의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프와; 상기 분배기 1의 출구측에 설치되어 승압시켜서 증발기입구로 흡입시키기 위한 펌프를 포함하도록 구성되는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템에 관한 것이다.

Description

듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템{High efficiency OTEC system with dual ejector type}
본 발명은 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템에 관한 것으로서, 듀얼 이젝터(Dual ejectors)와 작동부 펌프(Motive pump), 그리고 작동부 증발기(Motive evaporator)를 적용하여 터빈의 입구와 출구의 압력차이를 종래의 해양심층수 발전시스템보다 확장시켜서, 발전량 증가 및 시스템효율이 증가된 해양온도차 발전시스템을 제공하고자 하는 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 배출하여, 안정적인 산업용 발전 배열 확보될 수 있다.
발전소에서 배출되는 고온수를 기화열로 이용 할 경우, 응축열로써 해양심층수 뿐 아니라 상대적으로 추출이 용이하며 저렴한 해양표층수를 이용하는 장점이 있다.
배출수는 계절적 변동이 있긴 하지만 대개 25∼35℃의 고온으로 배출되기 때문에 온도차 발전에 쉽게 활용될 수 있다.
산업용 발전 배열을 이용한 온수와 해양심층수를 이용한 냉수를 해양 온도차 발전으로 활용한다면 25°C 이상의 수온차가 발생하며, 해양표층수를 응축열로 이용할 경우에도 20°C 이상의 수온차가 확보가능하기 때문에 상업적인 발전이 가능할 수 있다.
반면, 적도 부근의 표층수 수온은 연중 25℃를 초과하기 때문에 온도차 발전의 상업화가 가능한 곳이다.
종래의 해양온도차 발전시스템은 증발기에서 열원과 열교환을 통해 기화된 고압 기체상태의 작동유체가 응축압력인 저압과의 압력차이에 의해 터빈을 구동하여 발전하는 방식을 적용하고 있다.
다시 말해, 상기와 같은 종래의 온도차발전 시스템에서 터빈 입구와 출구의 압력 차이는 증발압력과 응축압력 수준이며, 단순한 기본 구성요소만을 갖춘 사이클이기 때문에 발전효율이 타 발전방식에 비해 미미한 상태이다.
해양온도차발전 시스템에서 낮은 시스템효율은 특정 발전량을 얻기 위한 각 구성요소 및 전체 시스템의 규모가 커지는 것을 의미하며, 특히 고가의 구성요소인 해수용 열교환기의 높은 초기 투자비용과 전력소비가 큰 해양 심층수 추출 과정은 온도차발전 시스템의 상용화를 방해하는 요소 중 하나이다.
대한민국 등록특허공보 10-1522710호(2015.05.18.등록)
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
듀얼 이젝터(Dual ejectors)와 작동부 펌프(Motive pump), 그리고 작동부 증발기(Motive evaporator)를 적용하여 터빈의 입구와 출구의 압력차이를 종래의 해양심층수 발전시스템보다 확장시켜서, 발전량 증가 및 시스템효율이 증가된 해양온도차 발전시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 상기 듀얼 이젝터(Dual ejectors)는 1차 이젝터(1st ejector)와 2차 이젝터(2nd ejector)를 포함하며, 2차 이젝터의 적용은 1차 이젝터의 성능을 강화하는 역할을 하여 한 단계 높은 발전량 및 시스템효율이 상승되는 해양온도차 발전시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 펌프(Motive pump)는 액 상태인 1차 및 2차 이젝터의 작동부 유체를 승압시켜 줌으로써 각 이젝터를 구동시키는 역할을 하며, 운전조건 및 작동유체에 종류에 따라 필요시 작동부 증발기(Motive evaporator)가 설치되어 1차 이젝터의 작동부 유체가 열원과 열교환을 통해 일부 기화하여 1차 이젝터의 안정적인 성능발휘가 가능한 해양온도차 발전시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 터빈, 응축기, 증발기, 펌프가 순차적으로 이루어진 해양온도차 발전시스템에 있어서, 상기 터빈의 출구측과 응축기사이에 각각 순차적으로 1차 이젝터 및 2차 이젝터가 형성된 듀얼 이젝터와; 상기 응축기 출구측에 설치되어 일부 냉매는 상기 증발기와 나머지 냉매는 상기 1차 이젝터 및 2차 이젝터로 각각 분배되도록 설치된 분배기 1와; 상기 분배기 1의 출구측에 설치되어 분배기 2에 의하여 1차 및 2차 이젝터의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프와; 상기 분배기 1의 출구측에 설치되어 승압시켜서 증발기 입구로 흡입시키기 위한 펌프를 포함하도록 구성되는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템은 증발기, 응축기, 터빈, 펌프를 통과하는 기본 사이클 원리에 듀얼 이젝터(Dual ejectors)는 1차 이젝터(1st ejector)와 2차 이젝터(2nd ejector)를 포함하며, 2차 이젝터의 적용은 1차 이젝터의 성능을 강화하는 효과를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 펌프(Motive pump)는 액 상태인 1차 및 2차 이젝터의 작동부 유체를 승압시켜 줌으로써 각 이젝터를 구동시키는 역할을 하며, 운전조건 및 작동유체에 종류에 따라 필요시 작동부 증발기(Motive evaporator)가 설치되어 1차 이젝터의 작동부 유체가 열원과 열교환을 통해 일부 기화하여 1차 이젝터의 안정적인 성능효과가 있는 것이다.
본 발명을 통해 시스템의 고효율화를 통해 온도차발전 시스템의 규모가 축소될 수 있으며, 이러한 효과는 발생되는 초기비용 및 운전비용을 감소시켜 온도차발전 시스템의 경제성 향상 및 상용화에 기여할 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템을 나타낸 계통도.
도 2는 도 1에 의한 P-h 선도를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 제2실시예에 의한 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템을 나타낸 계통도.
도 4는 도 2에 의한 P-h 선도를 나타낸 개략도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은,
터빈(10), 응축기(50), 증발기(80), 펌프(70)가 순차적으로 이루어진 해양온도차 발전시스템에 있어서,
상기 터빈(10)의 출구측과 응축기(50)사이에 각각 순차적으로 1차 이젝터 (30) 및 2차 이젝터(40)가 형성된 듀얼 이젝터와;
상기 응축기(50)출구측에 설치되어 일부 냉매는 상기 증발기(80)와 나머지 냉매는 상기 1차 이젝터(30) 및 2차 이젝터(40)로 각각 분배되도록 설치된 분배기 1(60)와;
상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어 분배기 2(100)에 의하여 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터(30,40)의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프(90)와;
상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어 승압시켜서 증발기(80)입구로 흡입시키기 위한 펌프(70)를; 포함하도록 구성되는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템에 관한 것이다.
보다 구체적인 제1실시예로서, 본 발명은
냉매액을 열원으로 표층수와 열교환시켜 고압의 기체상태로 기화시키는 증발기(80)와;
상기 증발기(80)를 지난 고압의 기체상태 작동유체를 이용하여 전력을 생산하는 터빈(10)과;
상기 터빈(10)의 출구 압력을 응축압력 이하로 형성하여 터빈(10)의 입구와 출구의 압력차이를 증가시키는 1차 이젝터(30)와;
상기 1차 이젝터(30)의 토출압력을 감소시킴으로써 터빈출구압력을 한 단계 낮게 형성시키는 2차 이젝터(40)와;
상기 2차 이젝터(40)에서 분출된 액체-기체 혼합상태의 작동유체를 열원으로심층수와의 열교환을 통해 응축시키는 응축기(50)와;
상기 응축기(50)를 거쳐 증발기(80)와 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 유입되는 작동유체를 분리시키는 분배기 1(60)과;
상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터(30,40)의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프(90)와;
상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어, 상기 응축기(50)로부터 응축된 냉매를 증발기(80)로 순환시켜 냉매액과 표층수를 상호 열교환시키는 펌프(70)와;
상기 작동부 펌프(90) 출구측에서 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 각각의 작동유체를 분배시키는 분배기 2(100);를 포함하도록 구성되는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템에 관한 것이다
또한, 보다 구체적인 제2실시예로서, 본 발명은
냉매액을 열원으로 표층수와 열교환시켜 고압의 기체상태로 기화시키는 증발기(80)와;
상기 증발기(80)를 지난 고압의 기체상태 작동유체를 이용하여 전력을 생산하는 터빈(10)과;
상기 터빈(10)의 출구 압력을 응축압력 이하로 형성하여 터빈(10)의 입구와 출구의 압력차이를 증가시키는 1차 이젝터(30)와;
상기 1차 이젝터(30)의 토출압력을 감소시킴으로써 터빈출구압력을 한 단계 낮게 형성시키는 2차 이젝터(40)와;
상기 2차 이젝터(40)에서 분출된 액체-기체 혼합상태의 작동유체를 열원으로심층수와의 열교환을 통해 응축시키는 응축기(50)와;
상기 응축기(50)를 거쳐 증발기(80)와 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 유입되는 작동유체를 분리시키는 분배기 1(60)과;
상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터(30,40)의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프(90)와;
상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어, 상기 응축기(50)로부터 응축된 냉매를 증발기(80)로 순환시켜 냉매액과 표층수를 상호 열교환시키는 펌프(70)와;
상기 작동부 펌프(90) 출구측에서 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 각각의 작동유체를 분배시키는 분배기 2(100)와;
상기 분배기 2(100)와 1차 이젝터(30)의 중간계통에 설치되고, 냉매액을 다시 증발시키기 위하여 표층수를 열원으로 사용하는 작동부 증발기(85);를 포함하도록 구성되는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템에 관한 것이다.
또한, 상기 1차 이젝터(30)의 출구측이 2차 이젝터(40)의 흡입측에 연결되며, 각 이젝터(30,40)의 작동부에 작동부 펌프(90)를 통해 승압된 액상태 혹은 액-기체 혼합상태의 작동부 유체를 공급하도록; 구성되는 것이다.
또한,상기 분배기1(60)에서 분지된 작동유체가 작동부 펌프(90)를 통해 승압되어 분배기2(100)를 통해 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 공급하도록; 구성되는 것이다.
또한, 상기 1차 이젝터(30)에서 토출된 액-기체 혼합상태의 작동유체가 2차 이젝터(40)의 흡입부를 통해 흡입됨에 따라 1차 이젝터(30)의 흡입 압력이 한 단계 낮게 형성되도록; 구성되는 것이다.
또한, 상기 작동부 증발기(85)를 통해 운전조건에 따라 1차 이젝터(30)의 작동부 유체의 건도를 조정함으로써 1차 이젝터(30) 내부 노즐 출구에서의 분사속도 및 이젝터의 흡입력 향상을 확보할 수 있도록;구성되는 것이다.
또한, 상기 작동부 증발기(85)의 열원은 해양 표층수 또는 발전소 배열을 사용하고,
상기 응축기(50)의 열원은
상기 작동부 증발기(85)의 열원이 해양 표층수 경우에는 해양 심층수를 사용하고,
상기 작동부 증발기(85)의 열원이 발전소 배열 경우에는 해양심층수 또는 해양 표층수를 사용하도록; 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 듀얼 이젝터(Dual ejectors)와 작동부 펌프(Motive pump), 그리고 작동부 증발기(Motive evaporator)를 적용하여 터빈의 입구와 출구의 압력차이를 종래의 해양심층수 발전시스템보다 확장시켜서, 발전량 증가 및 시스템효율이 증가된 해양온도차 발전시스템을 제공하고자 계통도를 제공하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1 및 도 3의 계통도에 나타낸 바와 같이.
본 발명은 터빈(10), 응축기(50), 증발기(80), 펌프(70)가 순차적으로 이루어진 해양온도차 발전시스템에 있어서,
상기 터빈(10)의 출구측과 응축기(50)사이에 각각 순차적으로 1차 이젝터 (30) 및 2차 이젝터(40)가 형성된 듀얼 이젝터를 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 응축기(50)출구측에 분배기 1(60)을 설치하고, 이에 의하여 일부 냉매는 상기 증발기(80)로 분배시키고, 나머지 냉매는 상기 1차 이젝터(30) 및 2차 이젝터(40)로 각각 분배시키는 것이다.
상기 1차 이젝터(30) 및 2차 이젝터(40)로 각각 분배시키기 위하여, 상기 분배기 1(60) 출구측에 분배기 2(100)가 설치되는 것이며, 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터(30,40)의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프(90)와;
상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어 승압시켜서 증발기(80)입구로 흡입시키기 위한 펌프(70)를; 포함하도록 구성되는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템에 관한 것이다.
도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 제1실시예에 의한 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템을 나타낸 계통도 및 P-h 선도로서,
냉매액을 표층수와 열교환시켜 고압의 기체상태로 기화시키는 증발기(80) 내부의 냉매는 일정한 압력을 유지하며, 액상의 냉매상태가 액-기체상태로 변화되며, 출구는 기체상태로 토출되며, 발전기(20)에 연결되어 전기를 생산하는 터빈(10)으로 흡입되기 위하여, 상기 증발기(80)를 지난 고압의 기체상태 작동유체를 이용하여 전력을 생산하는 터빈(10)으로 구성되고 있다.
상기 터빈(10)의 출구 압력을 응축압력 이하로 형성하여 터빈(10)의 입구와 출구의 압력차이를 증가시키는 1차 이젝터(30)로 구성되어 있으며, 이는 터빈(10)으로부터 토출된 냉매는 액-기체 상태로 변환되어 1차 이젝터(30)로 흡입되며, 작동부 펌프(90)로부터 액상상태로 승압되어 1차 이젝터(30)로 흡입된 냉매와 상호 혼합되는 것이다.
또한, 상기 1차 이젝터(30)의 토출압력을 감소시킴으로써 터빈출구압력을 한 단계 낮게 형성시키는 2차 이젝터(40)로 구성되어 있으며, 이는 1차 이젝터(30)로부터 승압되어 토출된 액-기체 상태의 냉매가 2차 이젝터(40)로 흡입되며, 작동부 펌프(90)로부터 액상상태로 승압되어 2차 이젝터(40)로 흡입된 냉매와 상호 혼합되는 것이다.
또한, 상기 2차 이젝터(40)에서 분출된 액체-기체 혼합상태의 작동유체를 심층수와의 열교환을 통해 응축시키는 응축기(50)로 구성되어 있으며, 이는 액-기체 상태의 냉매를 액 상태로 일정한 압력을 유지하며, 응축시키는 것이다.
또한, 상기 응축기(50)를 거쳐 증발기(80)와 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 유입되는 작동유체를 분리시키는 분배기 1(60)로 구성되어 있다.
또한, 상기 분배기 1(60)출구측에 설치되어 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터(30,40)의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프(90)로 구성되어 있으며, 이는 응축기(50)로부터 토출된 포화액상을 작동부 펌프(90)를 이용하여 과포화상태의 액상으로 승압시키는 것이다.
또한, 상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어, 상기 응축기(50)로부터 응축된 냉매를 증발기(80)로 순환시켜 냉매액과 표층수를 상호 열교환시키는 펌프(70)로 구성되어 있으며, 이는 응축기(50)로부터 토출된 포화액상을 펌프(70)를 이용하여 과포화상태의 액상으로 승압시키는 것이다.
또한, 상기 작동부 펌프(90) 출구측에서 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 각각의 작동유체를 분배시키는 분배기 2(100)로 구성되어 있는 것이다.
도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 제2실시예에 의한 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템을 나타낸 계통도 및 P-h 선도로서,
본 발명의 제1실시예에서는 1개의 증발기를 사용하며, 제2실시예에서는 2개의 독립된 증발기를 적용한 것에 특징이 있는 것이다.
이를 위하여, 냉매액을 표층수와 열교환시켜 고압의 기체상태로 기화시키는 증발기(80) 내부의 냉매는 일정한 압력을 유지하며, 액상의 냉매상태가 액-기체상태로 변화되며, 출구는 기체상태로 토출되며, 발전기(20)에 연결되어 전기를 생산하는 터빈(10)으로 흡입되기 위하여, 상기 증발기(80)를 지난 고압의 기체상태 작동유체를 이용하여 전력을 생산하는 터빈(10)으로 구성되고 있다.
상기 터빈(10)의 출구 압력을 응축압력 이하로 형성하여 터빈(10)의 입구와 출구의 압력차이를 증가시키는 1차 이젝터(30)로 구성되어 있으며, 이는 터빈(10)으로부터 토출된 냉매는 액-기체 상태로 변환되어 1차 이젝터(30)로 흡입되며, 작동부 펌프(90)로부터 액상상태로 승압되고, 작동부 증발기(85)에서 액-기체 상태로 변화된 냉매와 1차 이젝터(30)로 흡입된 냉매가 상호 혼합되는 것이다.
또한, 상기 1차 이젝터(30)의 토출압력을 감소시킴으로써 터빈출구압력을 한 단계 낮게 형성시키는 2차 이젝터(40)로 구성되어 있으며, 이는 1차 이젝터(30)로부터 승압되어 토출된 액-기체 상태의 냉매가 2차 이젝터(40)로 흡입되며, 작동부 펌프(90)로부터 액상상태로 승압되어 2차 이젝터(40)로 흡입된 냉매와 상호 혼합되는 것이다
또한, 상기 2차 이젝터(40)에서 분출된 액체-기체 혼합상태의 작동유체를 심층수와의 열교환을 통해 응축시키는 응축기(50)로 구성되어 있으며, 이는 액-기체 상태의 냉매를 액 상태로 일정한 압력을 유지하며, 응축시키는 것이다.
또한, 상기 응축기(50)를 거쳐 증발기(80)와 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 유입되는 작동유체를 분리시키는 분배기 1(60)로 구성되어 있다.
또한, 상기 분배기 1(60)출구측에 설치되어 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터(30,40)의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프(90)로 구성되어 있으며, 이는 응축기(50)로부터 토출된 포화액상을 작동부 펌프(90)를 이용하여 과포화상태의 액상으로 승압시키는 것이다.
또한, 상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어, 상기 응축기(50)로부터 응축된 냉매를 증발기(80)로 순환시켜 냉매액과 표층수를 상호 열교환시키는 펌프(70)로 구성되어 있으며, 이는 응축기(50)로부터 토출된 포화액상을 펌프(70)를 이용하여 과포화상태의 액상으로 승압시키는 것이다.
또한, 상기 작동부 펌프(90) 출구측에서 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 각각의 작동유체를 분배시키는 분배기 2(100)로 구성되어 있다.
또한, 상기 분배기 2(100)와 1차 이젝터(30)의 중간계통에 설치되고, 냉매액을 다시 증발시키기 위하여 표층수를 열원으로 사용하는 작동부 증발기(85)로 구성되어 있으며, 제1실시예에서는 과포화 액상상태의 냉매를 1차 이젝터(30)로 흡입시키고 있으나, 제2실시예에서는 작동부 증발기(85)를 통과시켜서, 과포화 액상의 냉매를 액-기체 상태의 냉매로 변환시켜서, 1차 이젝터(30)로 흡입시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상기 1차 이젝터(30)의 출구측이 2차 이젝터(40)의 흡입측에 연결되며, 각 이젝터(30,40)의 작동부에 작동부 펌프(90)를 통해 승압된 액상태 혹은 액-기체 혼합상태의 작동부 유체를 공급하도록; 구성되는 것이다.
또한,상기 분배기1(60)에서 분지된 작동유체가 작동부 펌프(90)를 통해 승압되어 분배기 2(100)를 통해 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 공급하도록; 구성되는 것이며, 1차 이젝터(30)에서는 터빈(10)토출 냉매와 상호 혼합되며, 2차 이젝터(40)에서는 1차 이젝터(30)에서 토출된 냉매와 상호 혼합되는 것이다.
또한, 상기 1차 이젝터(30)에서 토출된 액-기체 혼합상태의 작동유체가 2차 이젝터(40)의 흡입부를 통해 흡입됨에 따라 1차 이젝터(30)의 흡입 압력이 한 단계 낮게 형성되도록; 구성되는 것이다.
또한, 상기 작동부 증발기(85)를 통해 운전조건에 따라 1차 이젝터(30)의 작동부 유체의 건도를 조정함으로써 1차 이젝터(30) 내부 노즐 출구에서의 분사속도 및 이젝터의 흡입력 향상을 확보할 수 있도록;구성되는 것이다.
또한, 상기 작동부 증발기(85)의 열원과 응축기(50)의 열원으로 사용되는 것은 다음과 같다.
상기 작동부 증발기(85)의 열원으로 해양 표층수 또는 발전소 배열을 사용하고,
상기 응축기(50)의 열원은
상기 작동부 증발기(85)의 열원이 해양 표층수 경우에는 해양 심층수를 사용하고,
상기 작동부 증발기(85)의 열원이 발전소 배열 경우에는 해양심층수 또는 해양 표층수를 사용하도록 하는 것이다.
상기 응축기(50)의 열원으로서, 표층수를 사용하는 경우는 심층수에 비하여 온도차이가 감소하므로, 시스템 효율이 감소하는 단점이 있으나, 심층수 추출동력이 감소하거나, 시스템 구성이 단순하여, 비용이 절감되는 장점이 있는 것이다.
10: 터빈 20: 발전기
30: 1차 이젝터 40: 2차 이젝터
50: 응축기 60: 분배기 1
70: 펌프 80: 증발기
85: 작동부 증발기 90: 작동부 펌프
100: 분배기 2

Claims (8)

  1. 터빈(10), 응축기(50), 증발기(80), 펌프(70)가 순차적으로 이루어진 해양온도차 발전시스템에 있어서,
    상기 터빈(10)의 출구측과 응축기(50)사이에 각각 순차적으로 1차 이젝터 (30) 및 2차 이젝터(40)가 형성된 듀얼 이젝터와;
    상기 응축기(50)출구측에 설치되어 일부 냉매는 상기 증발기(80)와 나머지 냉매는 상기 1차 이젝터(30) 및 2차 이젝터(40)로 각각 분배되도록 설치된 분배기 1(60)와;
    상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어 분배기 2(100)에 의하여 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터 (30,40)의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프 (90)와;
    상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어 승압시켜서 증발기(80)입구로 흡입시키기 위한 펌프(70)를; 포함하도록 구성되며,
    상기 1차 이젝터(30)의 출구측이 2차 이젝터(40)의 흡입측에 연결되며, 각 이젝터(30,40)의 작동부에 작동부 펌프(90)를 통해 승압된 액상태 혹은 액-기체 혼합상태의 작동부 유체를 공급하도록 하며,
    상기 분배기1(60)에서 분지된 작동유체가 작동부 펌프(90)를 통해 승압되어 분배기2(100)를 통해 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템.
  2. 냉매액을 열원으로서 해양 표층수와 열교환시켜 고압의 기체상태로 기화시키는 증발기(80)와;
    상기 증발기(80)를 지난 고압의 기체상태 작동유체를 이용하여 전력을 생산하는 터빈(10)과;
    상기 터빈(10)의 출구 압력을 응축압력 이하로 형성하여 터빈(10)의 입구와 출구의 압력차이를 증가시키는 1차 이젝터(30)와;
    상기 1차 이젝터(30)의 토출압력을 감소시킴으로써 터빈출구압력을 한 단계 낮게 형성시키는 2차 이젝터(40)와;
    상기 2차 이젝터(40)에서 분출된 액체-기체 혼합상태의 작동유체를 열원으로 심층수와의 열교환을 통해 응축시키는 응축기(50)와;
    상기 응축기(50)를 거쳐 증발기(80)와 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 유입되는 작동유체를 분리시키는 분배기 1(60)과;
    상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터(30,40)의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프(90)와;
    상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어, 상기 응축기(50)로부터 응축된 냉매를 증발기(80)로 순환시켜 냉매액과 표층수를 상호 열교환시키는 펌프(70)와;
    상기 작동부 펌프(90) 출구측에서 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 각각의 작동유체를 분배시키는 분배기 2(100);를 포함하도록 구성되며,
    상기 1차 이젝터(30)의 출구측이 2차 이젝터(40)의 흡입측에 연결되며, 각 이젝터(30,40)의 작동부에 작동부 펌프(90)를 통해 승압된 액상태 혹은 액-기체 혼합상태의 작동부 유체를 공급하도록 하며,
    상기 분배기1(60)에서 분지된 작동유체가 작동부 펌프(90)를 통해 승압되어 분배기2(100)를 통해 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템.
  3. 냉매액을 열원으로서 표층수와 열교환시켜 고압의 기체상태로 기화시키는 증발기(80)와;
    상기 증발기(80)를 지난 고압의 기체상태 작동유체를 이용하여 전력을 생산하는 터빈(10)과;
    상기 터빈(10)의 출구 압력을 응축압력 이하로 형성하여 터빈(10)의 입구와 출구의 압력차이를 증가시키는 1차 이젝터(30)와;
    상기 1차 이젝터(30)의 토출압력을 감소시킴으로써 터빈출구압력을 한 단계 낮게 형성시키는 2차 이젝터(40)와;
    상기 2차 이젝터(40)에서 분출된 액체-기체 혼합상태의 작동유체를 열원으로서, 심층수와의 열교환을 통해 응축시키는 응축기(50)와;
    상기 응축기(50)를 거쳐 증발기(80)와 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 유입되는 작동유체를 분리시키는 분배기 1(60)과;
    상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부의 저압 액체상태인 작동유체가 고압의 각각의 상기 이젝터(30,40)의 구동원인 작동부 유체로써의 역할을 하도록 승압시키는 작동부 펌프(90)와;
    상기 분배기 1(60) 출구측에 설치되어, 상기 응축기(50)로부터 응축된 냉매를 증발기(80)로 순환시켜 냉매액과 표층수를 상호 열교환시키는 펌프(70)와;
    상기 작동부 펌프(90) 출구측에서 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 각각의 작동유체를 분배시키는 분배기 2(100)와;
    상기 분배기 2(100)와 1차 이젝터(30)의 중간계통에 설치되고, 냉매액을 다시 증발시키기 위하여 표층수를 열원으로 사용하는 작동부 증발기(85);를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 1차 이젝터(30)의 출구측이 2차 이젝터(40)의 흡입측에 연결되며, 각 이젝터(30,40)의 작동부에 작동부 펌프(90)를 통해 승압된 액상태 혹은 액-기체 혼합상태의 작동부 유체를 공급하도록; 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 분배기1(60)에서 분지된 작동유체가 작동부 펌프(90)를 통해 승압되어 분배기2(100)를 통해 1차 및 2차 이젝터(30,40)의 작동부로 공급하도록; 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 이젝터(30)에서 토출된 액-기체 혼합상태의 작동유체가 2차 이젝터(40)의 흡입부를 통해 흡입됨에 따라 1차 이젝터(30)의 흡입 압력이 한 단계 낮게 형성되도록; 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 작동부 증발기(85)를 통해 운전조건에 따라 1차 이젝터(30)의 작동부 유체의 건도를 조정함으로써 1차 이젝터(30) 내부 노즐 출구에서의 분사속도 및 이젝터의 흡입력 향상을 확보할 수 있도록;구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 작동부 증발기(85)의 열원은 해양 표층수 또는 발전소 배열을 사용하고,
    상기 응축기(50)의 열원은
    상기 작동부 증발기(85)의 열원이 해양 표층수 경우에는 해양 심층수를 사용하고,
    상기 작동부 증발기(85)의 열원이 발전소 배열 경우에는 해양심층수 또는 해양 표층수를 사용하도록; 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템.
KR1020160106881A 2016-08-23 2016-08-23 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템 KR101761756B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160106881A KR101761756B1 (ko) 2016-08-23 2016-08-23 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160106881A KR101761756B1 (ko) 2016-08-23 2016-08-23 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101761756B1 true KR101761756B1 (ko) 2017-07-27

Family

ID=59427978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160106881A KR101761756B1 (ko) 2016-08-23 2016-08-23 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101761756B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111912135A (zh) * 2020-07-16 2020-11-10 南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江) 双级引射冷电联供混合循环系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110289961A1 (en) * 2010-05-29 2011-12-01 Occhipinti Gasper C Enhanced liquid pressure cycle having an ejector
KR101431133B1 (ko) * 2013-05-13 2014-08-18 한국해양과학기술원 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110289961A1 (en) * 2010-05-29 2011-12-01 Occhipinti Gasper C Enhanced liquid pressure cycle having an ejector
KR101431133B1 (ko) * 2013-05-13 2014-08-18 한국해양과학기술원 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111912135A (zh) * 2020-07-16 2020-11-10 南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江) 双级引射冷电联供混合循环系统
CN111912135B (zh) * 2020-07-16 2021-10-15 南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江) 双级引射冷电联供混合循环系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8534039B1 (en) High performance air-cooled combined cycle power plant with dual working fluid bottoming cycle and integrated capacity control
US9816400B1 (en) Process and method using low temperature sources to produce electric power and desalinate water
US7788924B2 (en) System and method for in-line geothermal and hydroelectric generation
US6539718B2 (en) Method of and apparatus for producing power and desalinated water
KR101431133B1 (ko) 이젝터가 포함된 해양 온도차 발전사이클장치
US8246786B2 (en) Solar desalinization plant
US20110048921A1 (en) Solar desalinization plant
US9410535B2 (en) Binary power generation system
US9388797B2 (en) Method and apparatus for producing power from geothermal fluid
US9500205B2 (en) Multi-pressure radial turbine system
US10676373B2 (en) Thermal utilization system and methods
US20120297774A1 (en) Exhaust heat recovery system, energy supply system, and exhaust heat recovery method
KR20130122828A (ko) 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템
CN103477150A (zh) 用于产生供在工业过程中使用的蒸汽的方法和装置
KR20130143219A (ko) 태양열 발전 및 담수화 시스템
CN102575531A (zh) 用于生成高压蒸汽的方法和系统
KR101678829B1 (ko) 액-증기 이젝터와 작동부 펌프를 적용한 고효율 해양온도차 발전 시스템
KR101761756B1 (ko) 듀얼 이젝터형 고효율 해양온도차 발전시스템
SA521422249B1 (ar) جهاز مضخة حرارية وشبكة تدفئة منطقة تشمل جهاز مضخة حرارية
KR101556914B1 (ko) 증기-액 이젝터와 재열기를 이용한 고효율 해양온도차 발전시스템
KR101384207B1 (ko) 해상 설비용 해수 태양열 담수화 시스템
KR101522710B1 (ko) 증기 이젝터와 분배기를 이용한 고효율 해양온도차 발전시스템
JPS5867975A (ja) 低温低温度差エネルギ回収方法
KR20160054652A (ko) 증기분사 진공 냉각장치의 하이브리드 시스템
JP2004036573A (ja) 電力・冷熱供給コンバインドシステム

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant