KR101939029B1 - Supercritical CO2 generation system applying plural heat sources - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 작동 유체를 순환시키는 펌프와, 외부의 열원을 통해 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와, 상기 열교환기를 통과해 가열된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 복수의 리큐퍼레이터를 포함하며, 상기 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단 쪽 고온 영역부터 중온 영역을 거쳐 상기 폐열 기체가 배출되는 출구단 쪽 저온 영역까지 복수 개가 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 작동 유체의 온도 별로 열교환기를 적절히 배치하여 사용함으로써 효율적인 열교환 및 발전 시스템의 성능 향상이 가능해진다.The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system using a plurality of heat sources, comprising a pump for circulating a working fluid, a plurality of heat exchangers for heating the working fluid through an external heat source, And a plurality of recupilators for cooling the working fluid passing through the turbine by exchanging heat between the working fluid that has passed through the turbine and the working fluid that has passed through the pump, The heat exchanger is characterized in that a plurality of heat exchangers are sequentially arranged from a high-temperature region toward an inlet end of the waste heat gas to a low-temperature region toward an outlet end through which the waste heat gas is discharged via a middle temperature region.
According to the present invention, it is possible to improve the performance of an efficient heat exchange and power generation system by suitably arranging the heat exchanger according to the temperature of the working fluid.

Figure R1020180113122
Figure R1020180113122

Description

복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템{Supercritical CO2 generation system applying plural heat sources}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a supercritical carbon dioxide (CO2)

본 발명은 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐열을 회수하여 열교환에 이용하는 복수의 열원을 효율적으로 배치함으로써 시스템 성능을 향상시킨 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system using a plurality of heat sources, and more particularly, to a supercritical carbon dioxide power generation system using a plurality of heat sources that improve system performance by efficiently collecting waste heat, To a carbon dioxide power generation system.

국제적으로 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있고, 공해물질 발생을 줄이기 위한 움직임이 점차 활발해짐에 따라 공해물질의 발생을 줄이면서 전력 생산량을 높이기 위해 여러 가지 노력을 기울이고 있다. 그러한 노력의 하나로 일본특허공개 제2012-145092호에 개시된 바와 같이 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)에 대한 연구 개발이 활성화되고 있다. Internationally, there is an increasing need for efficient power generation. As the movement to reduce the generation of pollutants becomes more active, various efforts are being made to increase the production of electricity while reducing the generation of pollutants. As one of such efforts, research and development on a supercritical carbon dioxide power generation system using supercritical carbon dioxide as a working fluid has been activated as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 145092/1989.

초임계 상태의 이산화탄소는 액체 상태와 유사한 밀도에 기체와 비슷한 점성을 동시에 가지므로 기기의 소형화와 더불어, 유체의 압축 및 순환에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있다. 동시에 임계점이 섭씨 31.4도, 72.8기압으로, 임계점이 섭씨 373.95도, 217.7기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다. 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 섭씨 550도에서 운전할 경우 약 45% 수준의 순발전효율을 보이며, 기존 스팀 사이클의 발전효율 대비 20% 이상의 발전효율 향상과 함께 터보기기를 수십 분의 1 수준으로 축소가 가능한 장점이 있다.Since supercritical carbon dioxide has a gas-like viscosity at a density similar to that of a liquid state, it can minimize the power consumption required for compression and circulation of the fluid as well as miniaturization of the apparatus. At the same time, the critical point is 31.4 degrees Celsius, 72.8 atmospheres, and the critical point is much lower than the water at 373.95 degrees Celsius and 217.7 atmospheres, which is easy to handle. This supercritical carbon dioxide power generation system shows a net generation efficiency of about 45% when operating at 550 ° C, and it improves the power generation efficiency by more than 20% compared to the existing steam cycle power generation efficiency and reduces the turbo device to one- There are advantages.

열원에 제약 조건이 있는 복수의 열원을 적용할 경우 시스템 구성이 복잡해지고 효과적인 열 이용이 어렵기 때문에 일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 열원인 히터가 1개인 경우가 대부분이다. 따라서 시스템 구성이 한정적이고 효과적인 열원의 이용이 어려운 문제가 있다.When a plurality of heat sources having a limited heat source is applied, the system configuration is complicated and it is difficult to effectively use heat. Therefore, supercritical carbon dioxide power generation system generally has one heater as a heat source. Therefore, there is a problem that the system configuration is limited and it is difficult to use an effective heat source.

일본특허공개 제2012-145092호 (공개일 2012. 08. 02)Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2012-145092 (published on Aug. 02, 2012)

본 발명의 목적은 폐열을 회수하여 열교환에 이용하는 복수의 열원을 효율적으로 배치함으로써 시스템 성능을 향상시킨 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a supercritical carbon dioxide power generation system utilizing a plurality of heat sources that improve system performance by efficiently disposing a plurality of heat sources used for heat exchange by collecting waste heat.

본 발명의 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동 유체를 순환시키는 펌프와, 외부의 열원을 통해 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와, 상기 열교환기를 통과해 가열된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 복수의 리큐퍼레이터를 포함하며, 상기 복수의 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단 쪽 고온 영역부터 중온 영역을 거쳐 상기 폐열 기체가 배출되는 출구단 쪽 저온 영역까지 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.A supercritical carbon dioxide power generation system using a plurality of heat sources of the present invention includes a pump for circulating a working fluid, a plurality of heat exchangers for heating the working fluid through an external heat source, And a plurality of recuperators for cooling the working fluid passing through the turbine by exchanging heat between the working fluid that has passed through the turbine and the working fluid that has passed through the pump, Wherein the plurality of heat exchangers are sequentially arranged from a high-temperature region toward the inlet end of the waste heat gas to a low-temperature region toward the outlet end through which the waste heat gas is discharged via the intermediate-temperature region.

상기 펌프를 통과한 작동 유체의 온도에 따라 상기 작동 유체를 상기 복수의 열교환기 및 상기 복수의 리큐퍼레이터 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 제어 밸브를 더 포함한다.And a control valve for selectively supplying the working fluid to any one of the plurality of heat exchangers and the plurality of recuperators in accordance with the temperature of the working fluid that has passed through the pump.

상기 복수의 열교환기는 상기 저온 영역에 배치되는 제1 열교환기와, 상기 중온 영역에 배치되는 제4 열교환기와, 상기 고온 영역에 배치되는 제2 열교환기, 제3 열교환기, 제5 열교환기를 포함한다.The plurality of heat exchangers include a first heat exchanger disposed in the low temperature region, a fourth heat exchanger disposed in the middle temperature region, and a second heat exchanger, a third heat exchanger, and a fifth heat exchanger disposed in the high temperature region.

상기 제3 열교환기, 제5 열교환기, 제2 열교환기는 상기 고온 영역에서 상기 중온 영역을 향해 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.And the third heat exchanger, the fifth heat exchanger and the second heat exchanger are sequentially arranged in the high temperature region toward the middle temperature region.

상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체의 온도가 기준 온도 이하이면 상기 작동 유체를 상기 제1 열교환기로 이송하고, 상기 작동 유체의 온도가 상기 기준 온도를 초과하면 상기 작동 유체를 제4 열교환기로 이송하는 것을 특징으로 한다.And transferring the working fluid to the first heat exchanger when the temperature of the working fluid passing through the pump is lower than the reference temperature and transferring the working fluid to the fourth heat exchanger when the temperature of the working fluid exceeds the reference temperature .

상기 복수의 리큐퍼레이터는 상기 터빈의 후단과 상기 펌프의 전단 사이에 배치되는 제1 리큐퍼레이터와, 상기 제1 리큐퍼레이터의 후단과 상기 펌프의 전단 사이에 배치되는 제2 리큐퍼레이터를 포함한다.Wherein the plurality of recirculators comprise a first recuperator disposed between a rear end of the turbine and a front end of the pump, a second recuperator disposed between a rear end of the first recuperator and a front end of the pump, .

상기 기준 온도 이하의 상기 작동 유체는 상기 제1 열교환기에서 상기 폐열 기체와 열교환해 가열된 뒤, 상기 제2 열교환기로 이송되어 상기 폐열 기체와 열교환해 가열되고, 상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체는 상기 제1 리큐퍼레이터로 이송되어 상기 터빈을 통과한 작동 유체로부터 열을 흡수한 후 상기 제3 열교환기로 이송되어 상기 폐열 기체와 열교환해 가열된 후 상기 터빈 중 어느 하나로 이송되는 것을 특징으로 한다. The working fluid below the reference temperature is heat-exchanged with the waste heat gas in the first heat exchanger and is heated and then transferred to the second heat exchanger and heat-exchanged with the waste heat gas. The working fluid passing through the second heat exchanger The fluid is transferred to the first recuperator, absorbed heat from the working fluid passing through the turbine, transferred to the third heat exchanger, heat-exchanged with the waste heat gas, heated, and then transferred to the turbine do.

상기 기준 온도를 초과하는 상기 작동 유체는 상기 제2 리큐퍼레이터로 이송되어 상기 제1 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체로부터 열을 흡수한 후 상기 제4 열교환기로 이송되어 상기 폐열 기체와 열교환해 가열되고, 상기 제4 열교환기를 통과한 상기 작동 유체는 상기 제5 열교환기로 이송되어 상기 폐열 기체와 열교환해 가열된 후 상기 터빈 중 다른 하나로 이송되는 것을 특징으로 한다.The working fluid exceeding the reference temperature is transferred to the second recuperator, absorbs heat from the working fluid that has passed through the first recuperator, and is transferred to the fourth heat exchanger to perform heat exchange with the waste heat gas And the working fluid having passed through the fourth heat exchanger is transferred to the fifth heat exchanger, heat-exchanged with the waste heat gas, heated, and then transferred to another one of the turbines.

상기 터빈은 상기 제3 열교환기 또는 상기 제5 열교환기 중 어느 하나로부터 공급된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 고온 터빈과, 상기 제3 열교환기 또는 상기 제5 열교환기 중 다른 하나로부터 공급된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 저온 터빈을 포함한다.Wherein the turbine comprises: a high-temperature turbine driven by the working fluid supplied from any one of the third heat exchanger and the fifth heat exchanger; and a second turbine provided between the third heat exchanger and the fifth heat exchanger, And a low temperature turbine driven by the fluid.

상기 고온 터빈은 상기 제3 열교환기에 연결되고, 상기 저온 터빈은 상기 제5 열교환기에 연결되는 것을 특징으로 한다.The high temperature turbine is connected to the third heat exchanger, and the low temperature turbine is connected to the fifth heat exchanger.

본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 폐열을 회수하여 열교환에 이용하는 복수의 열원을 효율적으로 배치함으로써 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system utilizing a plurality of heat sources according to an embodiment of the present invention can improve the system performance by collecting waste heat and efficiently arranging a plurality of heat sources used for heat exchange.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 6은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a first embodiment of the present invention,
2 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a second embodiment of the present invention,
3 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a third embodiment of the present invention,
4 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a fourth embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram illustrating a supercritical carbon dioxide power generation system according to a fifth embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a sixth embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a seventh embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a supercritical carbon dioxide power generation system using a plurality of heat sources according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한다.Generally, a supercritical carbon dioxide power generation system forms a closed cycle that does not discharge the carbon dioxide used for power generation, and uses supercritical carbon dioxide as a working fluid.

초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체가 이산화탄소이므로 화력 발전소 등에서 배출되는 배기 가스를 이용할 수 있어 단독 발전 시스템뿐만 아니라 화력 발전 시스템과의 하이브리드 발전 시스템에도 사용될 수 있다. 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체는 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하여 공급할 수도 있고, 별도의 이산화탄소를 공급할 수도 있다.Since the supercritical carbon dioxide power generation system uses carbon dioxide as the working fluid, it can be used not only in a single power generation system but also in a hybrid power generation system with a thermal power generation system, since exhaust gas discharged from a thermal power plant can be used. The working fluid of the supercritical carbon dioxide power generation system may separate carbon dioxide from the exhaust gas and supply the carbon dioxide separately.

사이클 내의 이산화탄소는 압축기를 통과한 후, 히터 등과 같은 열원을 통과하면서 가열되어 고온고압의 초임계 상태가 되며, 초임계 이산화탄소 유체가 터빈을 구동시킨다. 터빈에는 발전기 또는 펌프가 연결되며, 발전기에 연결된 터빈에 의해 전력을 생산하고 펌프에 연결된 터빈을 이용해 펌프를 구동한다. 터빈을 통과한 이산화탄소는 열교환기를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 압축기로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다.The carbon dioxide in the cycle is passed through a compressor and then heated while passing through a heat source such as a heater to become a high-temperature high-pressure supercritical state, and a supercritical carbon dioxide fluid drives the turbine. The turbine is connected to a generator or a pump, which drives the pump using a turbine connected to the pump and generating power by the turbine connected to the generator. The carbon dioxide passing through the turbine is cooled through the heat exchanger, and the cooled working fluid is supplied to the compressor again to circulate in the cycle. A plurality of turbines or heat exchangers may be provided.

본 발명에서는 열원으로 폐열 기체를 이용하는 복수의 히터가 구비되고, 사이클 내를 순환하는 작동 유체의 온도에 따라 복수의 히터를 적절히 분배하여 작동 유체가 순환하도록 함으로써 시스템 성능을 향상시킨 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공하고자 한다.In the present invention, a plurality of heaters using a waste heat gas as a heat source are provided, and a plurality of heaters are appropriately distributed according to the temperature of the working fluid circulating in the cycle to circulate the working fluid, .

본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템이란 사이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 시스템뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함하는 의미로 사용된다.A supercritical carbon dioxide power generation system according to various embodiments of the present invention includes not only a system in which all of the working fluid flowing in a cycle is in a supercritical state but also a system in which a majority of the working fluid is supercritical and the rest is subcritical It is used as a meaning.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서 작동 유체로 이산화탄소가 사용되는데, 여기서 이산화탄소란, 화학적인 의미에서 순수한 이산화탄소, 일반적인 관점에서 불순물이 다소 포함되어 있는 상태의 이산화탄소 및 이산화탄소에 한가지 이상의 유체가 첨가물로서 혼합되어 있는 상태의 유체까지도 포함하는 의미로 사용된다.Also, in various embodiments of the present invention, carbon dioxide is used as the working fluid, wherein carbon dioxide refers to pure carbon dioxide in the chemical sense, carbon dioxide in a state where the impurities are somewhat contained in general terms, and carbon dioxide in which at least one fluid is mixed Is used to mean a fluid in a state where the fluid is in a state of being fluidized.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 이산화탄소를 작동 유체로 사용하며, 작동 유체를 순환시키는 펌프(100)와, 펌프(100)를 통과한 작동 유체와 열교환하는 복수의 리큐퍼레이터 및 열원과, 리큐퍼레이터 및 열원을 통과하며 가열된 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈(410, 430)과, 터빈(410, 430)에 의해 구동되는 발전기(450), 그리고 펌프(100)로 유입되는 작동 유체를 냉각시키는 쿨러(500)를 포함하여 구성될 수 있다.1, a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention includes a pump 100 that uses carbon dioxide as a working fluid and circulates a working fluid, a working fluid 100 that passes through the pump 100, A plurality of recuperators and heat sources for heat exchange with each other and a plurality of turbines 410 and 430 driven by a heated working fluid passing through the recuperator and the heat source and a plurality of turbines 410 and 430 driven by the turbines 410 and 430 450, and a cooler 500 for cooling the working fluid flowing into the pump 100.

본 발명의 각 구성들은 작동 유체가 흐르는 이송관(10)에 의해 연결되며, 특별히 언급하지 않더라도 작동 유체는 이송관(10)을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, 복수 개의 구성들이 일체화 되어 있는 경우, 일체화된 구성 내에 사실상 이송관(10)의 역할을 하는 부품 내지 영역이 있을 것이므로, 이 경우에도 당연히 작동 유체는 이송관(10)을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다. 별도의 기능을 하는 유로의 경우 추가로 설명하기로 한다.Each constitution of the present invention is connected by a conveyance pipe 10 through which a working fluid flows, and it is to be understood that the working fluid flows along the conveyance pipe 10 even if not specifically mentioned. However, in the case where a plurality of structures are integrated, there is a part or region which functions as the transfer pipe 10 in the integrated structure. In this case, it is understood that the working fluid flows along the transfer pipe 10 . In the case of a separate functioning channel, a further description will be given.

또한, 본 발명에서 설명하는 작동 유체의 온도는 여러 케이스 중 하나의 케이스를 예로 들어 설명한 것이므로, 절대적인 온도 값으로 이해되어서는 안될 것이다.In addition, since the temperature of the working fluid described in the present invention is described by taking one of the cases as an example, it should not be understood as an absolute temperature value.

펌프(100)는 후술할 저온 터빈(410)에 의해 구동되며(도 1의 점선 참조), 쿨러(500)를 거쳐 냉각된 저온의 작동 유체를 리큐퍼레이터 또는 열원으로 보내는 역할을 한다. 작동 유체의 순환 유로를 선택하기 위해 펌프(100)의 후단에는 3방향 밸브()가 설치되어 제어되는 것이 바람직하다.The pump 100 is driven by a low-temperature turbine 410 to be described later (see a dotted line in FIG. 1), and serves to send the low-temperature working fluid cooled through the cooler 500 to a recuperator or a heat source. It is preferable that a three-way valve () is provided at the rear end of the pump (100) in order to select the circulating flow path of the working fluid.

리큐퍼레이터는 터빈(410, 430)을 통과해 팽창되면서 고온에서 중온으로 냉각된 작동 유체와 열교환하여 작동 유체를 1차로 냉각시킨다. 냉각된 작동 유체는 쿨러(500)로 보내져 2차로 냉각된 후 펌프(100)로 보내진다. 펌프(100)를 통해 리큐퍼레이터로 보내진 작동 유체는 터빈(410, 430)을 통과한 작동 유체와 열교환하여 1차로 가열되고, 후술할 열원으로 공급된다. 본 실시 예에서 리큐퍼레이터(210, 230)는 2개로 구비되는 것을 예로 하여 설명한다.The recuperator is expanded through the turbines (410, 430) and exchanges heat with a working fluid cooled from a high temperature to a middle temperature to primarily cool the working fluid. The cooled working fluid is sent to the cooler (500), cooled secondarily, and then sent to the pump (100). The working fluid sent to the recuperator through the pump 100 is heat-exchanged with the working fluid that has passed through the turbines 410 and 430 and is primarily heated and supplied to a heat source to be described later. In the present embodiment, two recupillators 210 and 230 are provided.

제1 리큐퍼레이터(210)는 후술할 제2 열교환기(310)로 작동 유체가 유입되는 유입단 이전에 구비되며, 제2 리큐퍼레이터(230)는 후술할 제4 열교환기(330)로 작동 유체가 유입되는 유입단 이전에 구비될 수 있다.The first recuperator 210 is provided before the inflow end into which the working fluid flows into the second heat exchanger 310 to be described later and the second recuperator 230 is connected to the fourth heat exchanger 330 May be provided before the inflow end into which the working fluid flows.

제1 리큐퍼레이터(210)로는 고온 터빈(430)을 통과한 유체의 유량(mt1) 및 저온 터빈(410)을 통과한 유체의 유량(mt2)이 합쳐진 유량(mt0, 이하 통합 유량이라고 정의함)이 분기되어 유입된다. 또한, 제1 리큐퍼레이터(210)를 거친 통합 유량(t0)이 다시 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입된다. 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각된 작동 유체는 쿨러(500)로 유입되어 냉각된 후 다시 펌프(100)로 공급된다.The first recuperator 210 is defined as a combined flow rate mt0 (hereinafter referred to as a combined flow rate) of the flow rate mt1 of the fluid passing through the high temperature turbine 430 and the flow rate mt2 of the fluid passing through the low temperature turbine 410 ). Further, the integrated flow rate t0 through the first recuperator 210 flows into the second recirculator 230 again. The working fluid cooled sequentially through the first recuperator 210 and the second recirculator 230 flows into the cooler 500 and is cooled and then supplied to the pump 100 again.

한편, 열원은 필요에 따라 복수 개로 구비될 수 있으며, 본 실시 예에서 열원은 제1 내지 제5 열교환기(310~350)로 구비되는 것을 예로 하여 설명한다. 제1 내지 제5 열교환기(310~350)는 발전소의 보일러에서 배출되는 배기 가스와 같이 폐열을 갖는 기체(이하 폐열 기체)를 열원으로 사용하며, 폐열 기체의 배출 시 별도의 배출 규제 조건이 없는 열원이다. Meanwhile, a plurality of heat sources may be provided as needed. In the present embodiment, the heat sources are provided as first to fifth heat exchangers 310 to 350. [ The first to fifth heat exchangers 310 to 350 use a gas having waste heat (hereinafter referred to as waste heat gas) as a heat source, such as exhaust gas discharged from a boiler of a power plant, as a heat source, It is a heat source.

제1 내지 제5 열교환기(310~350)는 폐열 기체와 사이클 내를 순환하는 작동 유체를 열교환하여 폐열 기체로부터 공급된 열로 작동 유체를 가열하는 역할을 한다. The first to fifth heat exchangers 310 to 350 serve to heat the working fluid by the heat supplied from the waste heat gas by exchanging heat between the waste heat gas and the working fluid circulating in the cycle.

또한, 제1 내지 제5 열교환기(310~350)는 폐열 기체의 온도에 따라 상대적으로 저온, 중온, 고온으로 구분할 수 있다. 즉, 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단 쪽에 가까울수록 고온에서의 열교환이 가능하고, 폐열 기체가 배출되는 출구단 쪽에 가까울수록 저온에서의 열교환이 된다. In addition, the first to fifth heat exchangers 310 to 350 can be divided into relatively low temperature, middle temperature, and high temperature depending on the temperature of the waste heat gas. That is, as the heat exchanger is closer to the inlet end where the waste heat gas is introduced, heat exchange can be performed at a higher temperature, and heat exchange at a lower temperature becomes closer to the outlet end where the waste heat gas is discharged.

본 실시 예에서 제1 열교환기(310)는 다른 열교환기들에 비해 상대적으로 저온이고, 제4 열교환기(340)는 상대적으로 중온이며, 제2 열교환기(320), 제3 열교환기(330) 및 제5 열교환기(350)는 상대적으로 고온인 것을 예로 하여 설명하기로 한다. 좀더 상세히 설명하면, 폐열 기체가 유입되는 입구단에서 배출단 쪽으로 제3 열교환기(330), 제5 열교환기(350), 제2 열교환기(320), 제4 열교환기(340), 제1 열교환기(310)가 순차적으로 배치된 것을 예로 하여 설명하기로 한다.In this embodiment, the first heat exchanger 310 is relatively cold compared to other heat exchangers, the fourth heat exchanger 340 is relatively middle temperature, and the second heat exchanger 320, the third heat exchanger 330, And the fifth heat exchanger 350 will be described as an example of relatively high temperature. More specifically, the third heat exchanger 330, the fifth heat exchanger 350, the second heat exchanger 320, the fourth heat exchanger 340, the first heat exchanger 340, And the heat exchanger 310 are sequentially arranged will be described as an example.

펌프(100)를 통과하면서 냉각된 저온의 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)로 보내기 전 먼저 제1 열교환기(310)로 보내져 폐열 기체와 열교환해 1차로 가열된다. 제1 열교환기(310)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과하며 터빈(410, 430)으로부터 배출되는 작동 유체와 열교환하여 다시 한번 가열된다. 이렇게 가열된 중온의 작동 유체는 제2 열교환기(320)로 보내져 폐열 기체와 다시 한번 열교환해 가열된다. 그 후 작동 유체는 제3 열교환기(330)로 보내져 폐열 기체와 열교환을 통해 추가로 가열되어 고온이 되며, 고온 터빈(430)으로 공급된다.The low-temperature working fluid that has been cooled while passing through the pump 100 is first sent to the first heat exchanger 310 before being sent to the first recuperator 210, and is heat-exchanged with the waste heat gas to be heated first. The working fluid that has passed through the first heat exchanger 310 passes through the first recuperator 210 and is heat-exchanged with the working fluid discharged from the turbines 410 and 430 and is once again heated. The heated medium-temperature working fluid is sent to the second heat exchanger 320 and is again heat-exchanged with the waste heat gas and heated. Thereafter, the working fluid is sent to the third heat exchanger 330 and further heated through the heat exchange with the waste heat gas to be hot, and is supplied to the high temperature turbine 430.

고온 터빈(430)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거치며 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.The working fluid that has passed through the high temperature turbine 430 is cooled by passing through the first recuperator 210 and the second recirculator 230 in order and is sent to the pump 100 again through the cooler 500.

만약, 펌프(100)에서 배출되는 작동 유체의 온도가 제1 열교환기(310)로 공급한 작동 유체의 온도보다 높다면, 작동 유체는 제1 열교환기(310)가 아닌 제2 리큐퍼레이터(230)로 바로 보내진다. 이 경우 작동 유체가 제1 열교환기(310)를 통과하지 않아도 제2 리큐퍼레이터(230)에서 충분히 가열될 수 있으므로 제2 리큐퍼레이터(230)로 작동 유체를 보내는 것이다. 펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과해 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입된 작동 유체와 열교환 해 1차로 가열된다. 그 후 작동 유체는 제4 열교환기(340)에서 폐열 기체와 열교환하여 2차로 가열된 뒤 제5 열교환기(350)에서 3차로 가열되어 저온 터빈(410)으로 보내진다.If the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is higher than the temperature of the working fluid supplied to the first heat exchanger 310, the working fluid is supplied to the second recuperator (not the first heat exchanger 310) 230). In this case, even if the working fluid does not pass through the first heat exchanger 310, the working liquid can be sufficiently heated by the second recuperator 230, so that the working fluid is sent to the second recuperator 230. The working fluid that has passed through the pump 100 is heat-exchanged with the working fluid that has flowed into the second recuperator 230 through the first recuperator 210 and is firstly heated. Thereafter, the working fluid is heat-exchanged with the waste heat gas in the fourth heat exchanger (340), secondarily heated, and then thirdly heated in the fifth heat exchanger (350) and sent to the low temperature turbine (410).

터빈(410, 430)은 저온 터빈(410) 및 고온 터빈(430)으로 구성되며, 작동 유체에 의해 구동되어 이 터빈들 중 적어도 어느 하나의 터빈에 연결된 발전기(450)를 구동시킴으로써 전력을 생산하는 역할을 한다. 저온 터빈(410) 및 고온 터빈(430)을 통과하면서 작동 유체가 팽창되므로 터빈(410, 430)은 팽창기(expander)의 역할도 하게 된다. 본 실시 예에서는 고온 터빈(430)에 발전기(450)가 연결되어 전력을 생산하며, 저온 터빈(410)은 펌프(100)를 구동시키는 역할을 한다.Turbines 410 and 430 are composed of a low temperature turbine 410 and a high temperature turbine 430 and are driven by a working fluid to drive a generator 450 connected to at least one of the turbines to generate electric power It plays a role. The working fluid is expanded while passing through the low temperature turbine 410 and the high temperature turbine 430 so that the turbines 410 and 430 also function as an expander. In this embodiment, the generator 450 is connected to the high temperature turbine 430 to generate electric power, and the low temperature turbine 410 drives the pump 100.

여기서 고온 터빈(430)과 저온 터빈(410)이라는 용어는 상대적인 의미를 갖는 용어로서, 특정 온도를 기준값으로 하여 그보다 높으면 고온이고 그보다 낮으면 저온이라는 의미로 이해되지 않아야 함을 밝혀둔다.Here, the terms "high temperature turbine 430" and "low temperature turbine 410" have relative meanings. It should be understood that a specific temperature is used as a reference value, and higher temperature is not understood as a high temperature.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 있어서, 작동 유체의 흐름에 따른 온도 변화에 대해 구체적인 예를 들어 설명하기로 한다.In the supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration, a temperature change according to a flow of a working fluid will be described with specific examples.

먼저, 펌프(100)로부터 배출된 작동 유체의 온도가 섭씨 30~40도의 저온인 경우 저온 영역의 제1 열교환기(310)로 보내진다. 작동 유체는 제1 열교환기(310)에서 폐열 기체와 열교환하여 섭씨 70~80도로 가열된 상태에서 제1 리큐퍼레이터(210)로 이송된다.First, when the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is a low temperature of 30 to 40 degrees Celsius, it is sent to the first heat exchanger 310 in the low temperature region. The working fluid is heat-exchanged with the waste heat gas in the first heat exchanger (310) and transferred to the first recuperator (210) while being heated to 70 to 80 degrees Celsius.

제1 열교환기(310)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)에서 터빈(410, 430)을 통과한 작동 유체의 열을 흡수해 섭씨 200도 정도로 가열된다. 그 후 작동 유체는 고온 영역의 제2 열교환기(320)로 보내져 폐열 기체와 열교환하게 되고, 섭씨 250도까지 가열된다.The working fluid that has passed through the first heat exchanger 310 is heated to about 200 degrees Celsius by absorbing the heat of the working fluid that has passed through the turbines 410 and 430 from the first recuperator 210. The working fluid is then sent to the second heat exchanger 320 in the hot zone to heat exchange with the waste heat gas and heated to 250 degrees Celsius.

제2 열교환기(320)에서 가열된 작동 유체는 다시 제3 열교환기(330)로 이송되어 섭씨 300~400도까지 가열된 후 고온 터빈(430)으로 보내져 고온 터빈(430)을 구동시킨다. The working fluid heated in the second heat exchanger 320 is again sent to the third heat exchanger 330 and heated to 300 to 400 degrees Celsius and then sent to the high temperature turbine 430 to drive the high temperature turbine 430.

작동 유체가 고온 터빈(430)을 구동시킬 수 있을 정도로 충분히 가열시키기 위해 처음부터 고온 영역의 열교환기로 작동 유체를 이송하면 저온의 작동 유체가 목표로 하는 온도에 이르기까지 많은 열량이 요구되며 시스템 효율이 저하된다. 따라서 본 발명에서는 저온 영역의 제1 열교환기(310)에서 작동 유체를 먼저 가열한 후 고온 영역의 제2 열교환기(320) 및 제3 열교환기(330)를 순차적으로 통과하도록 함으로써 작동 유체를 효율적으로 가열할 수 있다.Transferring the working fluid from the beginning to the hot zone heat exchanger to sufficiently heat the working fluid enough to drive the hot turbine 430 requires a large amount of heat to reach the target temperature of the low temperature working fluid, . Accordingly, in the present invention, the working fluid is first heated in the first heat exchanger 310 in the low-temperature region and then sequentially passed through the second heat exchanger 320 and the third heat exchanger 330 in the high-temperature region, Lt; / RTI >

한편, 펌프(100)로부터 배출된 작동 유체의 온도가 섭씨 40도를 초과하는 온도인 경우, 펌프(100)를 통해 배출된 작동 유체는 중온 영역의 제4 열교환기(340) 쪽으로 보내지는 것이 바람직하다((여기서는 작동 유체의 온도가 40도인 경우를 기준 온도로 하여 기준 온도 이하이면 제1 열교환기로 보내고, 기준 온도를 초과하면 제4 열교환기 쪽으로 보내는 것을 예로 하여 설명함. 그러나 기준 온도는 시스템 설정에 따라 달라질 수 있음).On the other hand, when the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is higher than 40 degrees Celsius, the working fluid discharged through the pump 100 is preferably sent to the fourth heat exchanger 340 in the middle temperature region (Here, the case where the temperature of the working fluid is 40 degrees is referred to as the reference temperature and is sent to the first heat exchanger when the temperature is lower than the reference temperature and is sent to the fourth heat exchanger when the temperature is higher than the reference temperature. ≪ / RTI >

펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제2 리큐퍼레이터(230)에서 터빈(410, 430)을 거쳐 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과한 작동 유체로부터 열을 흡수해 섭씨 70~80도의 중온으로 가열될 수 있다.The working fluid that has passed through the pump 100 absorbs heat from the working fluid that has passed through the first recuperator 210 through the turbine 410 and 430 in the second recuperator 230, It can be heated to medium temperature.

제2 리큐퍼레이터(230)를 통과한 작동 유체는 제4 열교환기(340)에서 폐열 기체와 열교환해 섭씨 약 150도 정도로 가열된다. 그 후 작동 유체는 고온 영역의 제5 열교환기(350)로 보내져 섭씨 300도까지 가열된 후 저온 터빈(410)으로 이송되어 저온 터빈(410)을 구동시킨다.The working fluid that has passed through the second recuperator 230 is heat-exchanged with the waste heat gas in the fourth heat exchanger 340 and heated to about 150 degrees centigrade. Thereafter, the working fluid is sent to the fifth heat exchanger 350 in the high temperature region, heated to 300 degrees Celsius, and then transferred to the low temperature turbine 410 to drive the low temperature turbine 410.

이상에서 설명한 바와 같이, 고온 영역의 열교환기를 2개의 번들로 나누고(제2 및 제3 열교환기가 하나의 번들, 제5 열교환기가 다른 하나의 번들임), 고온 영역의 열교환기는 고온의 작동 유체를 만드는데 사용하게 된다(제1 열교환기 및 제1 리큐퍼레이터를 거친 작동 유체를 가열함). 저온 영역의 열교환기(제1 열교환기)는 쿨러 및 펌프를 거친 저온의 작동 유체를 가열하는데 사용하게 된다. 또한, 중온 영역의 열원(제4 열교환기)으로 펌프 및 제2 리큐퍼레이터를 거친 중온의 작동 유체를 가열하는데 사용하게 된다.As described above, the heat exchanger in the high temperature region is divided into two bundles (one bundle of the second and third heat exchangers and one bundle of the fifth heat exchanger), and the high temperature region heat exchanger produces the high temperature working fluid (Which heats the working fluid through the first heat exchanger and the first recuperator). The heat exchanger (first heat exchanger) in the low-temperature region is used to heat the low-temperature working fluid through the cooler and the pump. The heat source (fourth heat exchanger) in the mid-temperature region is used to heat the middle-temperature working fluid passing through the pump and the second recuperator.

이렇게 작동 유체의 온도 별로 열교환기를 적절히 배치하여 사용함으로써 효율적인 열교환 및 발전 시스템의 성능 향상이 가능해진다.By appropriately arranging the heat exchanger according to the temperature of the working fluid, it is possible to improve the performance of the heat exchange and power generation system.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 열교환기의 개수 및 폐열 온도 영역 별 배치에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 이하에서는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대해 설명하기로 한다(설명의 편의를 위해 제1 실시 예와 동일한 구성 및 기능에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다).The supercritical carbon dioxide power generation system of the present invention having the above-described configuration can be variously configured according to the number of heat exchangers and the arrangement of the waste heat temperature region. Hereinafter, a supercritical carbon dioxide power generation system according to various embodiments of the present invention will be described. (For the sake of convenience of explanation, the same components and functions as those of the first embodiment will not be described in detail.

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예 역시 제1 내지 제5 열교환기가 구비될 수 있다.2 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the second embodiment of the present invention may also be equipped with first through fifth heat exchangers.

제2 실시 예에서, 제1 열교환기(310a)는 다른 열교환기들에 비해 상대적으로 저온 영역에, 제2 열교환기(320a), 제3 열교환기(330a), 제5 열교환기(350a)는 상대적으로 고온 영역에, 제4 열교환기(340a)는 상대적으로 중온 영역에 배치된다. 이때, 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단에서 배출단 쪽으로 제3 열교환기(330a), 제5 열교환기(350a), 제2 열교환기(320a), 제4 열교환기(340a), 제1 열교환기(310a)가 순차적으로 배치될 수 있다.The second heat exchanger 320a, the third heat exchanger 330a and the fifth heat exchanger 350a are arranged in a relatively low temperature region in comparison with other heat exchangers in the second embodiment, And the fourth heat exchanger 340a is disposed in a relatively middle temperature region. At this time, the heat exchanger is divided into a third heat exchanger 330a, a fifth heat exchanger 350a, a second heat exchanger 320a, a fourth heat exchanger 340a, a first heat exchange Gt; 310a < / RTI > can be sequentially arranged.

펌프(100)를 통과한 저온의 작동 유체는 제1 열교환기(310a)로 보내져 폐열 기체와 열교환해 1차로 가열되고, 제2 열교환기(320a)로 보내져 폐열 기체와 다시 한번 열교환해 가열된다. 그 후 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)로 보내져 후술할 고온 터빈(430) 및 저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체와 열교환해 가열된 뒤 제3 열교환기(330a)로 보내진다. 작동 유체는 제3 열교환기(330a)에서 폐열 기체화 열교환을 통해 추가로 가열되어 고온고압의 유체가 된 후 고온 터빈(430)으로 공급되어 고온 터빈(430)을 구동시킨다.The low-temperature working fluid that has passed through the pump 100 is sent to the first heat exchanger 310a to be heat-exchanged with the waste heat gas to be heated first and then to the second heat exchanger 320a to be heat-exchanged again with the waste heat gas. Thereafter, the working fluid is sent to the first recuperator 210 and heat-exchanged with the working fluid passing through the high temperature turbine 430 and the low temperature turbine 410, which will be described later, and is then sent to the third heat exchanger 330a. The working fluid is further heated through the waste heat gasification heat exchange in the third heat exchanger 330a to be a high temperature and high pressure fluid, and then supplied to the high temperature turbine 430 to drive the high temperature turbine 430.

고온 터빈(430)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.The working fluid that has passed through the high temperature turbine 430 is cooled sequentially through the first recirculator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

만약, 펌프(100)에서 배출되는 작동 유체의 온도가 제1 열교환기(310)로 공급한 작동 유체의 온도보다 높다면, 작동 유체는 제1 열교환기(310a)가 아닌 제2 리큐퍼레이터(230)로 바로 보내진다. 이 경우 작동 유체가 제1 열교환기(310a)를 통과하지 않아도 제2 리큐퍼레이터(230)에서 충분히 가열될 수 있으므로 제2 리큐퍼레이터(230)로 작동 유체를 보내는 것이다. 펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과해 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입된 작동 유체와 열교환 해 1차로 가열된다. 그 후 작동 유체는 제4 열교환기(340a)에서 폐열 기체와 열교환하여 2차로 가열된 뒤 제5 열교환기(350a)에서 3차로 가열되어 저온 터빈(410)으로 보내진다.If the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is higher than the temperature of the working fluid supplied to the first heat exchanger 310, the working fluid is supplied to the second recuperator (not the first heat exchanger 310a) 230). In this case, even if the working fluid does not pass through the first heat exchanger 310a, the working fluid can be sufficiently heated by the second recuperator 230, and thus the working fluid is sent to the second recirculator 230. The working fluid that has passed through the pump 100 is heat-exchanged with the working fluid that has flowed into the second recuperator 230 through the first recuperator 210 and is firstly heated. Thereafter, the working fluid is heat-exchanged with the waste heat gas in the fourth heat exchanger 340a, and is secondarily heated. Then, the working fluid is thirdly heated in the fifth heat exchanger 350a and sent to the low temperature turbine 410.

저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.The working fluid that has passed through the low temperature turbine 410 is cooled sequentially through the first recuperator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 제1 내지 제4 열교환기가 구비될 수 있다.3 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the first to fourth heat exchangers may be provided in the present embodiment.

제3 실시 예에서, 제1 열교환기(310b)는 다른 열교환기들에 비해 상대적으로 저온 영역에, 제2 열교환기(320b), 제4 열교환기(340b)는 상대적으로 고온 영역에, 제3 열교환기(330b)는 상대적으로 중온 영역에 배치된다. 이때, 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단에서 배출단 쪽으로 제4 열교환기(340b), 제2 열교환기(320b), 제3 열교환기(330b), 제1 열교환기(310b)가 순차적으로 배치될 수 있다.In the third embodiment, the first heat exchanger 310b is disposed in a relatively low temperature region, the second heat exchanger 320b and the fourth heat exchanger 340b are disposed in a relatively high temperature region, The heater 330b is disposed in a relatively middle temperature region. At this time, the fourth heat exchanger 340b, the second heat exchanger 320b, the third heat exchanger 330b, and the first heat exchanger 310b are sequentially arranged from the inlet end into which the waste heat gas flows into the discharge end, .

전술한 실시 예들과 달리 펌프(100)를 통과한 저온의 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)로 보내져 후술할 고온 터빈(430) 및 저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체와 열교환해 복열되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 펌프(100)에서 배출되는 작동 유체의 온도가 매우 낮아 좀더 많은 열량을 필요로 할 경우에 해당된다.The working fluid having passed through the pump 100 is sent to the first recuperator 210 to be heat-exchanged with the working fluid passing through the high temperature turbine 430 and the low temperature turbine 410 to be described later, Lt; / RTI > This configuration corresponds to the case where the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is very low and needs more heat.

그 후 작동 유체는 제3 열교환기(330b)로 보내져 폐열 기체와 열교환해 2차로 가열되고, 제4 열교환기(340b)로 보내져 폐열 기체와 다시 한번 열교환해 가열된다. 그 후 작동 유체는 고온 터빈(430)으로 공급되어 고온 터빈(430)을 구동시킨다. 고온 터빈(430)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.Thereafter, the working fluid is sent to the third heat exchanger 330b, heat-exchanged with the waste heat gas, and then heated to the second heat. Then, the working fluid is sent to the fourth heat exchanger 340b and is heat-exchanged again with the waste heat gas. The working fluid is then supplied to the high temperature turbine (430) to drive the high temperature turbine (430). The working fluid that has passed through the high temperature turbine 430 is cooled sequentially through the first recirculator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

만약, 펌프(100)에서 배출되는 작동 유체의 온도가 제1 리큐퍼레이터(210)로 공급한 작동 유체의 온도보다 높다면, 펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과해 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입된 작동 유체와 열교환해 1차로 가열된다. 그 후 작동 유체는 제1 열교환기(310b)에서 폐열 기체와 열교환하여 2차로 가열된 뒤 제2 열교환기(350b)에서 3차로 가열되어 저온 터빈(410)으로 보내진다.If the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is higher than the temperature of the working fluid supplied to the first recuperator 210, the working fluid passing through the pump 100 flows through the first recuperator 210 And is heat-exchanged with the working fluid flowing into the second recuperator 230, and is firstly heated. Thereafter, the working fluid is heat-exchanged with the waste heat gas in the first heat exchanger (310b) to be heated secondarily, then thirdly heated in the second heat exchanger (350b) and sent to the low temperature turbine (410).

저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.The working fluid that has passed through the low temperature turbine 410 is cooled sequentially through the first recuperator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 제1 내지 제6 열교환기가 구비될 수 있다.4 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the first to sixth heat exchangers may be provided in the present embodiment.

제4 실시 예에서, 제1 열교환기(310c)는 다른 열교환기들에 비해 상대적으로 저온 영역에, 제3 열교환기(330c), 제6 열교환기(360c)는 상대적으로 고온 영역에 배치되며, 제2 열교환기(320c), 제4 열교환기(340c) 및 제5 열교환기(350c)는 상대적으로 중온 영역에 배치된다. 이때 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단에서 배출단 쪽으로 제6 열교환기(360c), 제3 열교환기(330c), 제5 열교환기(350c), 제2 열교환기(320c), 제4 열교환기(340c), 제1 열교환기(310c)가 순차적으로 배치될 수 있다.In the fourth embodiment, the first heat exchanger 310c is disposed in a relatively low temperature region as compared with the other heat exchangers, the third heat exchanger 330c and the sixth heat exchanger 360c are disposed in a relatively high temperature region, The two-heat exchanger 320c, the fourth heat exchanger 340c and the fifth heat exchanger 350c are arranged in a relatively middle-temperature region. At this time, the heat exchanger has a sixth heat exchanger 360c, a third heat exchanger 330c, a fifth heat exchanger 350c, a second heat exchanger 320c, a fourth heat exchanger The first heat exchanger 340c, and the first heat exchanger 310c may be sequentially arranged.

펌프(100)를 통과한 저온의 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)로 보내져 후술할 고온 터빈(430) 및 저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체와 열교환해 복열되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 펌프(100)에서 배출되는 작동 유체의 온도가 매우 낮아 많은 열량을 필요로 할 경우에 해당된다.The low-temperature working fluid that has passed through the pump 100 may be sent to the first recuperator 210 to be heat-exchanged with the working fluid passing through the high-temperature turbine 430 and the low-temperature turbine 410 to be described later. This configuration corresponds to a case where the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is very low and requires a large amount of heat.

그 후 작동 유체는 제4 열교환기(340c)로 보내져 폐열 기체와 열교환해 2차로 가열되고, 제5 열교환기(350c)와 제6 열교환기(360c)를 순차적으로 통과하면서 폐열 기체와 열교환해 3차 및 4차로 가열된다. 그 후 작동 유체는 고온 터빈(430)으로 공급되어 고온 터빈(430)을 구동시킨다. 고온 터빈(430)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.Thereafter, the working fluid is sent to the fourth heat exchanger 340c and heat-exchanged with the waste heat gas to be secondarily heated. The working fluid is sequentially passed through the fifth heat exchanger 350c and the sixth heat exchanger 360c, The car and the fourth car. The working fluid is then supplied to the high temperature turbine (430) to drive the high temperature turbine (430). The working fluid that has passed through the high temperature turbine 430 is cooled sequentially through the first recirculator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

만약, 펌프(100)에서 배출되는 작동 유체의 온도가 제1 리큐퍼레이터(210)로 공급한 작동 유체의 온도보다 높다면, 펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과해 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입된 작동 유체와 열교환 해 1차로 가열된다. 그 후 작동 유체는 제1 열교환기(310c)에서 폐열 기체와 열교환하여 2차로 가열된 뒤 제2 열교환기(320) 및 제3 열교환기(330c)를 순차적으로 거치면서 가열되어 저온 터빈(410)으로 보내진다.If the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is higher than the temperature of the working fluid supplied to the first recuperator 210, the working fluid passing through the pump 100 flows through the first recuperator 210 And is heat-exchanged with the working fluid flowing into the second recuperator 230, and is firstly heated. Thereafter, the working fluid is heat-exchanged with the waste heat gas in the first heat exchanger 310c to be secondarily heated and then heated while sequentially passing through the second heat exchanger 320 and the third heat exchanger 330c, Lt; / RTI >

저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.The working fluid that has passed through the low temperature turbine 410 is cooled sequentially through the first recuperator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 제1 내지 제6 열교환기가 구비될 수 있다.5 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the first to sixth heat exchangers may be provided in the present embodiment.

제5 실시 예에서 제1 열교환기(310d)는 다른 열교환기들에 비해 상대적으로 저온 영역에, 제4 열교환기(340d), 제6 열교환기(360d)는 상대적으로 고온 영역에 배치되며, 제2 열교환기(320d), 제3 열교환기(330d) 및 제5 열교환기(350d)는 상대적으로 중온 영역에 배치된다. 이때 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단에서 배출단 쪽으로 제4 열교환기(340d), 제6 열교환기(360d), 제3 열교환기(330d), 제2 열교환기(320d), 제5 열교환기(350d), 제1 열교환기(310d)가 순차적으로 배치될 수 있다.In the fifth embodiment, the first heat exchanger 310d is arranged in a relatively low temperature region, the fourth heat exchanger 340d and the sixth heat exchanger 360d are arranged in a relatively high temperature region in comparison with other heat exchangers, The heat exchanger 320d, the third heat exchanger 330d and the fifth heat exchanger 350d are disposed in a relatively middle temperature region. At this time, the heat exchanger is connected to the fourth heat exchanger 340d, the sixth heat exchanger 360d, the third heat exchanger 330d, the second heat exchanger 320d, the fifth heat exchanger The first heat exchanger 350d, and the first heat exchanger 310d may be sequentially arranged.

펌프(100)를 통과한 저온의 작동 유체는 제1 열교환기(310d)로 보내져 폐열 기체와 열교환해 1차로 가열되고, 제2 열교환기(320d)로 보내져 폐열 기체와 다시 한번 열교환해 가열된다. 그 후 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)로 보내져 후술할 고온 터빈(430) 및 저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체와 열교환해 가열된 뒤 제3 열교환기(330d)로 보내진다. 제3 열교환기(330d)를 통과한 작동 유체는 제4 열교환기(340d)를 통과한다. 작동 유체는 제3 열교환기(330d) 및 제4 열교환기(340d)를 순차적으로 통과하면서 폐열 기체화 열교환을 통해 추가로 가열되어 고온고압의 유체가 된 후 고온 터빈(430)으로 공급되어 고온 터빈(430)을 구동시킨다.The low-temperature working fluid that has passed through the pump 100 is sent to the first heat exchanger 310d to be heat-exchanged with the waste heat gas to be heated first and then to the second heat exchanger 320d to be heat-exchanged again with the waste heat gas. Thereafter, the working fluid is sent to the first recuperator 210 and is heat-exchanged with the working fluid passing through the high temperature turbine 430 and the low temperature turbine 410 to be described later, and is then sent to the third heat exchanger 330d. The working fluid that has passed through the third heat exchanger 330d passes through the fourth heat exchanger 340d. The working fluid is further heated through the third heat exchanger 330d and the fourth heat exchanger 340d while being further heated through the waste heat gasified heat exchange so as to be supplied to the high temperature turbine 430, (430).

고온 터빈(430)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.The working fluid that has passed through the high temperature turbine 430 is cooled sequentially through the first recirculator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

만약, 펌프(100)에서 배출되는 작동 유체의 온도가 제1 열교환기(310)로 공급한 작동 유체의 온도보다 높다면, 작동 유체는 제1 열교환기(310d)가 아닌 제2 리큐퍼레이터(230)로 바로 보내진다. 이 경우 작동 유체가 제1 열교환기(310d)를 통과하지 않아도 제2 리큐퍼레이터(230)에서 충분히 가열될 수 있으므로 제2 리큐퍼레이터(230)로 작동 유체를 보내는 것이다. 펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과해 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입된 작동 유체와 열교환 해 1차로 가열된다. 그 후 작동 유체는 제5 열교환기(350d)에서 폐열 기체와 열교환하여 2차로 가열된 뒤 제6 열교환기(360d)에서 3차로 가열되어 저온 터빈(410)으로 보내진다.If the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is higher than the temperature of the working fluid supplied to the first heat exchanger 310, the working fluid is supplied to the second recuperator (not shown) 230). In this case, even if the working fluid does not pass through the first heat exchanger 310d, the working fluid can be sufficiently heated by the second recuperator 230, so that the working fluid is sent to the second recirculator 230. The working fluid that has passed through the pump 100 is heat-exchanged with the working fluid that has flowed into the second recuperator 230 through the first recuperator 210 and is firstly heated. Thereafter, the working fluid is heat-exchanged with the waste heat gas in the fifth heat exchanger 350d to be secondarily heated, and then the tertiary heat is transferred to the low temperature turbine 410 by the sixth heat exchanger 360d.

저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다. The working fluid that has passed through the low temperature turbine 410 is cooled sequentially through the first recuperator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

도 6은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 제1 내지 제6 열교환기가 구비될 수 있다.6 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, first to sixth heat exchangers may be provided in this embodiment.

제6 실시 예에서 제1 열교환기(310e)는 다른 열교환기들에 비해 상대적으로 저온 영역에, 제4 열교환기(340e), 제6 열교환기(360e)는 상대적으로 고온 영역에 배치되며, 제2 열교환기(320e), 제3 열교환기(330e) 및 제5 열교환기(350e)는 상대적으로 중온 영역에 배치된다. 이때 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단에서 배출단 쪽으로 제4 열교환기(340e), 제6 열교환기(360e), 제2 열교환기(320e), 제3 열교환기(330e), 제5 열교환기(350e), 제1 열교환기(310e)가 순차적으로 배치될 수 있다.In the sixth embodiment, the first heat exchanger 310e is disposed in a relatively low temperature region as compared with the other heat exchangers, the fourth heat exchanger 340e and the sixth heat exchanger 360e are disposed in a relatively high temperature region, The heat exchanger 320e, the third heat exchanger 330e and the fifth heat exchanger 350e are disposed in a relatively middle temperature region. At this time, the heat exchanger has a fourth heat exchanger 340e, a sixth heat exchanger 360e, a second heat exchanger 320e, a third heat exchanger 330e, a fifth heat exchanger The first heat exchanger 350e, and the first heat exchanger 310e may be sequentially arranged.

펌프(100)를 통과한 저온의 작동 유체는 제1 열교환기(310e)로 보내져 폐열 기체와 열교환해 1차로 가열되고, 제2 열교환기(320e)로 보내져 폐열 기체와 다시 한번 열교환해 가열된다. 그 후 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)로 보내져 후술할 고온 터빈(430) 및 저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체와 열교환해 가열된 뒤 제3 열교환기(330e)로 보내진다. 이때 제3 열교환기(330e)는 제2 열교환기(320e)와 제5 열교환기(350e)의 사이인 중온 영역에 배치되어 있다. 제3 열교환기(330e)를 통과한 작동 유체는 고온 영역의 제4 열교환기(340e)를 통과하며 폐열 기체화 열교환을 통해 추가로 가열되어 고온고압의 유체가 된 후 고온 터빈(430)으로 공급되어 고온 터빈(430)을 구동시킨다.The low-temperature working fluid that has passed through the pump 100 is sent to the first heat exchanger 310e to be heat-exchanged with the waste heat gas to be heated first and then to the second heat exchanger 320e to be heat-exchanged again with the waste heat gas. Thereafter, the working fluid is sent to the first recuperator 210 and is heat-exchanged with the working fluid passing through the high temperature turbine 430 and the low temperature turbine 410 to be described later, and is then sent to the third heat exchanger 330e. At this time, the third heat exchanger 330e is disposed in a middle temperature region between the second heat exchanger 320e and the fifth heat exchanger 350e. The working fluid that has passed through the third heat exchanger 330e passes through the fourth heat exchanger 340e in the high temperature region and is further heated through the waste heat gasified heat exchange to be supplied to the high temperature turbine 430 And drives the high temperature turbine 430.

고온 터빈(430)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.The working fluid that has passed through the high temperature turbine 430 is cooled sequentially through the first recirculator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

만약, 펌프(100)에서 배출되는 작동 유체의 온도가 제1 열교환기(310e)로 공급한 작동 유체의 온도보다 높다면, 작동 유체는 제1 열교환기(310e)가 아닌 제2 리큐퍼레이터(230)로 바로 보내진다. 이 경우 작동 유체가 제1 열교환기(310e)를 통과하지 않아도 제2 리큐퍼레이터(230)에서 충분히 가열될 수 있으므로 제2 리큐퍼레이터(230)로 작동 유체를 보내는 것이다. 펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과해 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입된 작동 유체와 열교환 해 1차로 가열된다. 그 후 작동 유체는 제5 열교환기(350e)에서 폐열 기체와 열교환하여 2차로 가열된 뒤 고온 영역에 배치된 제6 열교환기(360e)에서 3차로 가열되어 저온 터빈(410)으로 보내진다.If the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is higher than the temperature of the working fluid supplied to the first heat exchanger 310e, the working fluid is supplied to the second recuperator (not shown) 230). In this case, even if the working fluid does not pass through the first heat exchanger 310e, the working fluid can be sufficiently heated by the second recuperator 230, and thus the working fluid is sent to the second recirculator 230. The working fluid that has passed through the pump 100 is heat-exchanged with the working fluid that has flowed into the second recuperator 230 through the first recuperator 210 and is firstly heated. Thereafter, the working fluid is heat-exchanged with the waste heat gas in the fifth heat exchanger 350e, and is secondarily heated. Then, the working fluid is thirdly heated by the sixth heat exchanger 360e disposed in the high temperature region and sent to the low temperature turbine 410.

저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다. The working fluid that has passed through the low temperature turbine 410 is cooled sequentially through the first recuperator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

도 7은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 제1 내지 제7 열교환기가 구비될 수 있다.7 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to a seventh embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, first to seventh heat exchangers may be provided in this embodiment.

제7 실시 예에서 제1 열교환기(310f)는 다른 열교환기들에 비해 상대적으로 저온 영역에, 제5 열교환기(350f), 제7 열교환기(370f)는 상대적으로 고온 영역에 배치되며, 제2 열교환기(320f), 제3 열교환기(330f), 제4 열교환기(340f) 및 제6 열교환기(360f)는 상대적으로 중온 영역에 배치된다. 이때 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단에서 배출단 쪽으로 제5 열교환기(350f), 제7 열교환기(370f), 제4 열교환기(340f), 제2 열교환기(320f), 제3 열교환기(330f), 제6 열교환기(360f), 제1 열교환기(310f)가 순차적으로 배치될 수 있다.In the seventh embodiment, the first heat exchanger 310f is disposed in a relatively low temperature region as compared with the other heat exchangers, the fifth heat exchanger 350f and the seventh heat exchanger 370f are disposed in a relatively high temperature region, The heat exchanger 320f, the third heat exchanger 330f, the fourth heat exchanger 340f and the sixth heat exchanger 360f are disposed in a relatively middle temperature region. At this time, the heat exchanger has a fifth heat exchanger 350f, a seventh heat exchanger 370f, a fourth heat exchanger 340f, a second heat exchanger 320f, a third heat exchanger The third heat exchanger 330f, the sixth heat exchanger 360f, and the first heat exchanger 310f may be sequentially arranged.

펌프(100)를 통과한 저온의 작동 유체는 제1 열교환기(310)로 보내져 폐열 기체와 열교환해 1차로 가열되고, 제2 열교환기(320f)로 보내져 폐열 기체와 다시 한번 열교환해 가열된다. 그 후 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)로 보내져 후술할 고온 터빈(430) 및 저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체와 열교환해 가열된 뒤 제3 열교환기(330f)로 보내진다. 이때 제3 열교환기(330f)는 제2 열교환기(320f)와 제6 열교환기(360f)의 사이인 중온 영역에 배치되어 있다. 제3 열교환기(330f)를 통과한 작동 유체는 중온 영역의 제4 열교환기(340f)를 통과하며 한번 더 가열된 뒤 고온 영역의 제5 열교환기(350f)로 보내진다. 제4 열교환기(340f) 및 제5 열교환기(350f)에서 폐열 기체화 열교환을 통해 추가로 가열되어 고온고압이 된 작동 유체는 고온 터빈(430)으로 공급되어 고온 터빈(430)을 구동시킨다.The low-temperature working fluid that has passed through the pump 100 is sent to the first heat exchanger 310 and heat-exchanged with the waste heat gas to be heated first, then to the second heat exchanger 320f to be heat-exchanged again with the waste heat gas. Thereafter, the working fluid is sent to the first recuperator 210 and heat-exchanged with the working fluid passing through the high temperature turbine 430 and the low temperature turbine 410, which will be described later, and is then sent to the third heat exchanger 330f. At this time, the third heat exchanger 330f is disposed in a middle temperature region between the second heat exchanger 320f and the sixth heat exchanger 360f. The working fluid that has passed through the third heat exchanger 330f passes through the fourth heat exchanger 340f in the middle temperature region and is once heated and then sent to the fifth heat exchanger 350f in the high temperature region. The working fluid further heated through the waste heat gasification heat exchange in the fourth heat exchanger (340f) and the fifth heat exchanger (350f) to be high temperature and high pressure is supplied to the high temperature turbine (430) to drive the high temperature turbine (430).

고온 터빈(430)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.The working fluid that has passed through the high temperature turbine 430 is cooled sequentially through the first recirculator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

만약, 펌프(100)에서 배출되는 작동 유체의 온도가 제1 열교환기(310)로 공급한 작동 유체의 온도보다 높다면, 작동 유체는 제1 열교환기(310f)가 아닌 제2 리큐퍼레이터(230)로 바로 보내진다. 이 경우 작동 유체가 제1 열교환기(310)를 통과하지 않아도 제2 리큐퍼레이터(230)에서 충분히 가열될 수 있으므로 제2 리큐퍼레이터(230)로 작동 유체를 보내는 것이다. 펌프(100)를 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)를 통과해 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입된 작동 유체와 열교환 해 1차로 가열된다. 그 후 작동 유체는 제6 열교환기(360f)에서 폐열 기체와 열교환하여 2차로 가열된 뒤 고온 영역에 배치된 제7 열교환기(370f)에서 3차로 가열되어 저온 터빈(410)으로 보내진다.If the temperature of the working fluid discharged from the pump 100 is higher than the temperature of the working fluid supplied to the first heat exchanger 310, the working fluid is supplied to the second recuperator (not the first heat exchanger 310f) 230). In this case, even if the working fluid does not pass through the first heat exchanger 310, the working liquid can be sufficiently heated by the second recuperator 230, so that the working fluid is sent to the second recuperator 230. The working fluid that has passed through the pump 100 is heat-exchanged with the working fluid that has flowed into the second recuperator 230 through the first recuperator 210 and is firstly heated. Thereafter, the working fluid is heat-exchanged with the waste heat gas in the sixth heat exchanger 360f to be secondarily heated and then heated to the tertiary temperature in the seventh heat exchanger 370f disposed in the high temperature region and sent to the low temperature turbine 410.

저온 터빈(410)을 통과한 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)를 순차적으로 거쳐 냉각되고, 쿨러(500)를 거쳐 다시 펌프(100)로 보내진다.The working fluid that has passed through the low temperature turbine 410 is cooled sequentially through the first recuperator 210 and the second recirculator 230 and is sent back to the pump 100 via the cooler 500.

전술한 실시 예들에서 열교환기의 숫자가 증가할수록 터빈의 유입단 쪽 작동 유체의 온도가 상승하므로 터빈의 구동 효율 및 전체적인 시스템의 열효율이 향상되는 효과가 있다.In the above embodiments, as the number of the heat exchanger increases, the temperature of the working fluid at the inlet end of the turbine rises, thereby improving the driving efficiency of the turbine and the overall thermal efficiency of the system.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and modify the technical spirit of the present invention in various forms. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

100: 펌프 210: 제1 리큐퍼레이터
230: 제2 리큐퍼레이터 310: 제1 열교환기
320: 제2 열교환기 330: 제3 열교환기
340: 제4 열교환기 350: 제5 열교환기
410: 고온 터빈 430: 저온 터빈
450: 발전기 500: 쿨러100: pump 210: first recuperator
230: second recuperator 310: first heat exchanger
320: second heat exchanger 330: third heat exchanger
340: fourth heat exchanger 350: fifth heat exchanger
410: high temperature turbine 430: low temperature turbine
450: generator 500: cooler

Claims (10)

작동 유체를 순환시키는 펌프와,
외부의 열원을 통해 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와,
상기 열교환기를 통과해 가열된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과,
상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 복수의 리큐퍼레이터와,
상기 펌프를 통과한 작동 유체의 온도에 따라 상기 작동 유체를 상기 복수의 열교환기 및 상기 복수의 리큐퍼레이터 중 어느 하나로 선택적으로 공급하는 제어 밸브를 포함하며,
상기 복수의 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단 쪽 고온 영역부터 중온 영역을 거쳐 상기 폐열 기체가 배출되는 출구단 쪽 저온 영역까지 순차적으로 배치되되,
상기 복수의 열교환기는 상기 저온 영역에 배치되는 제1 열교환기와, 상기 중온 영역에 배치되는 제4 열교환기와, 상기 고온 영역에 배치되는 제2 열교환기, 제3 열교환기, 제5 열교환기를 포함하고,
상기 제3 열교환기, 제5 열교환기, 제2 열교환기는 상기 고온 영역에서 상기 중온 영역을 향해 순차적으로 배치되며,
상기 복수의 리큐퍼레이터는 상기 터빈의 후단과 상기 펌프의 전단 사이에 배치되는 제1 리큐퍼레이터와, 상기 제1 리큐퍼레이터의 후단과 상기 펌프의 전단 사이에 배치되는 제2 리큐퍼레이터를 포함하고,
상기 펌프를 통과한 상기 작동 유체의 온도가 기준 온도 이하이면 상기 작동 유체를 상기 제1 열교환기로 이송하고, 상기 작동 유체의 온도가 상기 기준 온도를 초과하면 상기 작동 유체를 제4 열교환기로 이송하되,
상기 기준 온도 이하의 상기 작동 유체는 상기 제1 열교환기에서 상기 폐열 기체와 열교환해 가열된 뒤, 상기 제2 열교환기로 이송되어 상기 폐열 기체와 열교환해 가열되고, 상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체는 상기 제1 리큐퍼레이터로 이송되어 상기 터빈을 통과한 작동 유체로부터 열을 흡수한 후 상기 제3 열교환기로 이송되어 상기 폐열 기체와 열교환해 가열된 후 상기 터빈 중 어느 하나로 이송되는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.A pump for circulating the working fluid,
A plurality of heat exchangers for heating the working fluid through an external heat source,
A plurality of turbines driven by the working fluid heated through the heat exchanger,
A plurality of recupilators for exchanging heat between the working fluid that has passed through the turbine and the working fluid that has passed through the pump to cool the working fluid that has passed through the turbine,
And a control valve for selectively supplying the working fluid to any one of the plurality of heat exchangers and the plurality of recuperators in accordance with the temperature of the working fluid that has passed through the pump,
Wherein the plurality of heat exchangers are sequentially arranged from a high-temperature region toward an inlet end of the waste heat gas to a low-temperature region toward an outlet end through which the waste heat gas is discharged via a middle-
Wherein the plurality of heat exchangers include a first heat exchanger disposed in the low temperature region, a fourth heat exchanger disposed in the middle temperature region, and a second heat exchanger, a third heat exchanger, and a fifth heat exchanger disposed in the high temperature region,
The third heat exchanger, the fifth heat exchanger, and the second heat exchanger are sequentially disposed in the high temperature region toward the middle temperature region,
Wherein the plurality of recirculators comprise a first recuperator disposed between a rear end of the turbine and a front end of the pump, a second recuperator disposed between a rear end of the first recuperator and a front end of the pump, Including,
The working fluid is transferred to the first heat exchanger when the temperature of the working fluid passing through the pump is lower than the reference temperature and the working fluid is transferred to the fourth heat exchanger when the working fluid temperature exceeds the reference temperature,
The working fluid below the reference temperature is heat-exchanged with the waste heat gas in the first heat exchanger and is heated and then transferred to the second heat exchanger and heat-exchanged with the waste heat gas. The working fluid passing through the second heat exchanger The fluid is transferred to the first recuperator, absorbed heat from the working fluid passing through the turbine, transferred to the third heat exchanger, heat-exchanged with the waste heat gas, heated, and then transferred to the turbine Supercritical CO2 Generation System Utilizing Multiple Heat Sources. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기준 온도를 초과하는 상기 작동 유체는 상기 제2 리큐퍼레이터로 이송되어 상기 제1 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체로부터 열을 흡수한 후 상기 제4 열교환기로 이송되어 상기 폐열 기체와 열교환해 가열되고, 상기 제4 열교환기를 통과한 상기 작동 유체는 상기 제5 열교환기로 이송되어 상기 폐열 기체와 열교환해 가열된 후 상기 터빈 중 다른 하나로 이송되는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 1,
The working fluid exceeding the reference temperature is transferred to the second recuperator, absorbs heat from the working fluid that has passed through the first recuperator, and is transferred to the fourth heat exchanger to perform heat exchange with the waste heat gas And the working fluid that has passed through the fourth heat exchanger is transferred to the fifth heat exchanger and is heat-exchanged with the waste heat gas and is heated and transferred to the other of the turbines. Power generation system. 제8항에 있어서,
상기 터빈은 상기 제3 열교환기 또는 상기 제5 열교환기 중 어느 하나로부터 공급된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 고온 터빈과, 상기 제3 열교환기 또는 상기 제5 열교환기 중 다른 하나로부터 공급된 상기 작동 유체에 의해 구동되는 저온 터빈을 포함하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the turbine comprises: a high-temperature turbine driven by the working fluid supplied from any one of the third heat exchanger and the fifth heat exchanger; and a second turbine provided between the third heat exchanger and the fifth heat exchanger, A supercritical carbon dioxide power generation system utilizing a plurality of heat sources including a low temperature turbine driven by a fluid. 제9항에 있어서,
상기 고온 터빈은 상기 제3 열교환기에 연결되고, 상기 저온 터빈은 상기 제5 열교환기에 연결되는 것을 특징으로 하는 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein the high temperature turbine is connected to the third heat exchanger and the low temperature turbine is connected to the fifth heat exchanger.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150076831A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-19 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat Engine System Having a Selectively Configurable Working Fluid Circuit

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