KR101945407B1 - 액체연료 기화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체연료 기화 시스템을 개시한다. 본 발명은, 외부 공기를 공급받아 압축한 후 연료를 혼합하여 연소시켜 발생하는 제 1 전기에너지를 생성하며, 제 1 연소가스를 토출하는 제 1 터빈 유닛과, 상기 제 1 터빈 유닛과 연결되어 상기 제 1 터빈 유닛으로부터 토출되는 상기 제 1 연소가스를 사용하여 제 2 전기에너지를 생성하는 제 1 폐열회수 유닛과, 상기 제 1 폐열회수 유닛에서 생성되는 상기 제 2 전기에너지를 공급받아 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급되는 연료를 기화시키고, 기화된 상기 연료와 상기 제 1 폐열회수 유닛을 통과한 상기 제 1 연소가스를 혼합하여 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급하는 연료공급기를 포함한다.

Description

액체연료 기화 시스템{Liquid fuel evaporating system}

본 발명은 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체연료 기화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 액체연료 기화 시스템은 다양하게 형성될 수 있다. 이때, 액체연료 기화 시스템은 외부로부터 공급되는 공기를 압축한 후 연료와 혼합하여 연소시켜 터빈에 공급함으로써 전기에너지를 생성할 수 있다. 이러한 액체연료 기화 시스템은 연료를 기체 형태로 공급할 수 있다. 특히 액체연료 기화 시스템은 연료를 기화시키기 위하여 별도로 연료를 기화시키는 장치를 설치할 수 있다. 이때, 상기와 같이 연료를 기화시키기 위하여 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 일반적으로 외부로부터 전기에너지를 공급받아 히터에 열을 공급함으로써 연료를 기화시킬 수 있다.

상기와 같은 경우 연료를 기화시키기 위하여 많은 양의 에너지가 필요할 수 있으며, 이는 액체연료 기화 시스템의 전체 효율을 저감시킬 수 있다. 또한, 상기와 같이 연료 자체를 기화시키기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하므로 가열 시간이 증가함으로써 액체연료 기화 시스템을 구동시키기 위한 시간이 많이 소요될 수 있다. 이러한 일반적인 액체연료 기화 시스템은 한국등록특허공보 제0211341호(발명의 명칭 : 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치, 특허권자 : 가부시키가이샤 도시바)에 구체적으로 개시되어 있다.

한국등록특허공보 제0211341호

본 발명의 실시예들은 열원에서 공급되는 연소가스와 전기로 발전하는 액체연료 기화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면은, 외부 공기를 공급받아 압축한 후 연료를 혼합하여 연소시켜 발생하는 제 1 전기에너지를 생성하며, 제 1 연소가스를 토출하는 제 1 터빈 유닛과, 상기 제 1 터빈 유닛과 연결되어 상기 제 1 터빈 유닛으로부터 토출되는 상기 제 1 연소가스를 사용하여 제 2 전기에너지를 생성하는 제 1 폐열회수 유닛과, 상기 제 1 폐열회수 유닛에서 생성되는 상기 제 2 전기에너지를 공급받아 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급되는 연료를 기화시키고, 기화된 상기 연료와 상기 제 1 폐열회수 유닛을 통과한 상기 제 1 연소가스를 혼합하여 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급하는 연료공급기를 포함하는 액체연료 기화 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 상기 제 1 폐열회수 유닛은, 상기 제 1 연소가스를 공급받아 작동하는 제 2 터빈과, 상기 제 2 터빈과 연결되어 상기 제 2 터빈의 작동에 따라 상기 제 2 전기에너지를 생성하는 제 2 발전기와, 상기 제 2 터빈과 상기 제 2 발전기를 연결하는 제 2 동력전달부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 제 1 터빈 유닛으로부터 상기 제 1 폐열회수 유닛으로 이동하는 상기 제 1 연소가스의 유로 상에서 상기 제 1 연소가스와 열교환하여 기화된 제 2 유체를 통하여 제 3 전기에너지를 생성하는 제 2 폐열회수 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2 폐열회수 유닛은, 상기 제 1 연소가스와 상기 제 2 유체가 열교환하는 열교환부와, 상기 열교환부에서 열교환된 상기 제 2 유체를 공급받아 상기 제 3 전기에너지를 생성하는 제 3 터빈 유닛과, 상기 제 3 터빈 유닛으로부터 토출되는 상기 제 2 유체를 응축시키는 응축기부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 제 1 폐열회수 유닛은, 상기 제 1 연소가스와 열교환하여 제 1 유체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기로부터 증발된 상기 제 1 유체를 공급받아 상기 제 2 전기에너지를 생성하는 제 2 터빈 유닛과, 상기 제 2 터빈 유닛으로부터 토출되는 제 1 유체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 토출된 제 1 유체를 상기 증발기로 공급하는 펌프를 구비할 수 있다.

또한, 상기 제 1 폐열회수 유닛은, 상기 제 1 연소가스와 순환하는 제 3 유체를 열교환하는 열교환기와, 상기 열교환기를 통과하는 상기 제 3 유체와 순환하는 제 1 유체가 열교환하는 증발기와, 상기 증발기로부터 증발된 상기 제 1 유체를 공급받아 작동하여 상기 제 2 전기에너지를 생성하는 제 2 터빈 유닛와, 상기 제 2 터빈 유닛으로부터 토출되는 제 1 유체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 토출된 제 1 유체를 상기 증발기로 공급하는 펌프를 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 외부 공기를 공급받아 압축한 후 연료를 혼합하여 연소시켜 제 1 전기에너지를 생성하며, 외부로 제 1 연소가스를 토출하는 제 1 터빈 유닛과, 외부 공기 및 연료를 공급받아 제 2 전기에너지를 생성하며 제 2 연소가스를 토출하는 제 2 터빈 유닛과, 상기 제 2 전기에너지를 공급받아 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급되는 연료를 기화시키고, 기화된 상기 연료와 상기 제 2 연소가스를 혼합하여 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급하는 연료공급기를 포함하는 액체연료 기화 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 외부에서 생성되는 전기에너지를 통하여 연료를 기화시켜 제 1 터빈 유닛으로 공급함으로써 액체연료 기화 시스템의 효율을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템을 보여주는 개념도이다.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템(100)을 보여주는 개념도이다.

도 1을 참고하면, 액체연료 기화 시스템(100)은 외부의 공기를 공급받아 압축한 후 연료를 혼합하여 연소시켜 발생하는 제 1 전기에너지를 생성하는 제 1 터빈 유닛(110)을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 터빈 유닛(110)은 상기 연료를 연소한 후 생성되는 제 1 연소가스를 토출할 수 있다.

제 1 터빈 유닛(110)은 외부의 공기를 공급받아 압축하는 압축기(111)를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 터빈 유닛(110)은 압축기(111)와 연결되며, 압축기(111)를 회전시키는 제 1 터빈(113)을 포함할 수 있다. 제 1 터빈 유닛(110)은 압축된 공기를 공급받고 후술할 연료공급기(130)로부터 공급되는 연료를 혼합하여 연소시키는 연소기(112)를 포함할 수 있다. 이때, 연소기(112)는 연료가 연소된 후 발생하는 제 1 연소가스를 제 1 터빈(113)으로 공급할 수 있다. 제 1 터빈(113)은 제 1 연소가스가 생성될 때의 발생하는 에너지와 제 1 연소가스의 이동에 따라서 작동할 수 있다. 제 1 터빈 유닛(110)은 상기에서 설명한 구성 이외에도 제 1 터빈(113)에 연결되어 제 1 전기에너지를 생성하는 제 1 발전기(114)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 발전기(114)는 생성된 전기를 외부의 장치에 공급함으로써 외부의 장치를 구동시킬 수 있다.

상기와 같은 압축기(111), 연소기(112) 및 제 1 터빈(113)이 별개로 형성되어 조립됨으로써 제 1 터빈 유닛(110)을 형성할 수 있다. 또한, 압축기(111), 연소기(112) 및 제 1 터빈(113)은 서로 일체로 형성되어 일렬로 연결됨으로써 제 1 터빈 유닛(110)을 형성하는 것도 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 압축기(111), 연소기(112) 및 제 1 터빈(113)이 별개로 형성되어 서로 연결되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

한편, 액체연료 기화 시스템(100)은 제 1 터빈 유닛(110)과 연결되어 제 1 터빈 유닛(110)으로부터 토출되는 제 1 연소가스를 사용하여 제 2 전기에너지를 생성하는 제 1 폐열회수 유닛(120)을 포함할 수 있다.

이때, 제 1 폐열회수 유닛(120)은 제 1 연소가스를 공급받아 작동하는 제 2 터빈(121)을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 폐열회수 유닛(120)은 제 2 터빈(121)과 연결되어 제 2 터빈(121)의 작동에 따라 제 2 전기에너지를 생성하는 제 2 발전기(123)를 포함할 수 있다. 이때, 제 2 터빈(121)과 제 2 발전기(123)는 서로 제 2 동력전달부(122)에 의하여 연결될 수 있다. 특히 제 2 동력전달부(122)는 복수개의 연결샤프트(122a), 복수개의 연결샤프트(122a)를 서로 연결하는 커플링(122b), 제 2 터빈(121)의 회전력을 적어도 하나의 연결샤프트(122a)에 전달하는 기어유닛(122c)을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 동력전달부(122)는 상기에 한정되지 않으며, 제 2 터빈(121)의 회전력을 제 2 발전기(123)에 전달하는 모든 장치 및 모든 구성을 포함할 수 있고, 이하에서는 복수개의 연결샤프트(122a), 커플링(122b) 및 기어유닛(122c)은 일반적인 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 액체연료 기화 시스템(100)은 제 1 폐열회수 유닛(120)에서 생성되는 제 2 전기에너지를 공급받아 제 1 터빈 유닛(110)으로 공급되는 연료를 기화시키는 연료공급기(130)를 포함할 수 있다. 이때, 연료공급기(130)는 기화된 연료와 제 1 폐열회수 유닛(120)을 통과한 제 1 연소가스를 혼합하여 제 1 터빈 유닛(110)으로 공급할 수 있다. 특히 연료공급기(130)는 연소기(112)로 연료를 공급할 수 있다.

구체적으로 연료공급기(130)는 액체 상태의 연료를 저장하는 연료저장기(131)를 포함할 수 있다. 또한, 연료공급기(130)는 연료저장기(131)로부터 액체 상태의 연료를 공급받아 기화시키는 연료기화기(132)를 포함할 수 있다. 이때, 연료기화기(132)는 내부에 공간이 형성되며, 히터(132a) 등이 설치되어 열을 공급함으로써 연료를 기화시킬 수 있다.

연료공급기(130)는 연료저장기(131)와 연료기화기(132) 사이에 설치되어 연료저장기(131)로부터 연료기화기(132)로 연료를 공급하는 연료공급펌프(133)를 포함할 수 있다. 또한, 연료공급기(130)는 연료공급펌프(133)로부터 토출되는 연료의 양을 제어하는 연료제어밸브(134)를 포함할 수 있다.

이때, 연료공급기(130)는 상기의 구성에 한정되는 것은 아니며 액체 연료를 저정하였다가 기화시킨 후 제 1 터빈 유닛(110)으로 기화된 연료를 공급하는 모든 장치를 포함할 수 있다.

한편, 액체연료 기화 시스템(100)은 제 1 터빈 유닛(110)으로부터 토출되는 제 1 연소가스를 제 1 폐열회수 유닛(120)으로 안내하는 제 1 유로(191)를 포함할 수 있다. 또한, 액체연료 기화 시스템(100)은 제 1 폐열회수 유닛(120)으로부터 연료공급기(130)로 제 1 연소가스를 안내하는 제 2 유로(192) 및 연료공급기(130)로부터 제 1 터빈 유닛(110)으로 제 1 연소가스가 홉합된 연료를 안내하는 제 3 유로(193)를 포함할 수 있다.

액체연료 기화 시스템(100)은 제 1 유로(191) 내지 제 3 유로(193) 중 적어도 하나에 설치되어 제 1 연소가스의 양 또는 제 1 연소가스가 혼합된 연료의 양을 제어하는 유량제어밸브(140)를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 유량제어밸브(140)가 제 2 유로(192) 상에 설치되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

한편, 상기와 같이 형성되는 액체연료 기화 시스템(100)의 작동에 대해서 살펴보면, 우선 제 1 터빈 유닛(110)이 작동하는 경우 외부로부터 공기가 공급되고, 연료공급기(130)는 기화된 연료를 연소기(112)로 공급할 수 있다. 이때, 초기의 구동 시 연료기화기(132)에는 외부로부터 전류가 인가되어 액체 연료를 기화시킬 수 있다.

상기와 같이 제 1 터빈 유닛(110)이 작동하면, 압축기(111)를 통하여 압축된 공기는 연소기(112)로 공급되며, 제 3 유로(193)를 통하여 기화된 연료가 연료기화기(132)로부터 연소기(112)로 공급될 수 있다.

이때, 연소기(112)에서는 압축된 공기와 기화된 연료가 혼합된 상태에서 점화시킴으로써 기화된 연료를 연소시켜 제 1 연소가스를 생성할 수 있다. 상기와 같은 제 1 연소가스는 연소기(112)로부터 제 1 터빈(113)으로 이동하면서 제 1 터빈(113)을 작동시킬 수 있다. 제 1 터빈(113)의 작동에 따라 제 1 발전기(114)를 작동시키고 제 1 발전기(114)는 제 1 전기에너지를 생성할 수 있다.

상기와 같이 제 1 터빈 유닛(110)이 작동하는 동안, 제 1 연소가스는 제 1 유로(191)를 통하여 제 1 폐열회수 유닛(120)으로 공급될 수 있다. 이때, 제 1 연소가스는 제 1 유로(191)를 따라 제 1 터빈(113)으로부터 제 2 터빈(121)으로 공급될 수 있다.

상기와 같이 제 1 연소가스가 공급되면, 제 2 터빈(121)은 작동하여 제 2 발전기(123)를 작동시킬 수 있다. 이때, 제 2 동력전달부(122)는 제 2 터빈(121)의 회전력을 제 2 발전기(123)로 공급할 수 있다. 특히 상기와 같이 제 2 발전기(123)로 제 2 터빈(121)의 회전력이 제공되는 경우 제 2 발전기(123)가 작동하며, 제 2 발전기(123)는 작동에 따라서 제 2 전기에너지를 생성할 수 있다. 상기와 같이 형성되는 제 2 전기에너지는 연료기화기(132)로 공급될 수 있다. 특히 연료기화기(132)의 히터(132a)에 공급되어 히터(132a)를 작동시킬 수 있다.

상기와 같이 제 2 터빈(121)을 작동시킨 제 1 연소가스는 제 2 유로(192)를 통하여 연료기화기(132)로 공급될 수 있다. 이때, 연료공급펌프(133)가 작동하여 연료를 연료기화기(132)로 공급할 수 있다.

상기와 같이 제 1 연소가스와 기화된 연료가 혼합된 상태에서 제 3 유로(193)를 통하여 제 1 터빈 유닛(110)으로 공급될 수 있다. 이때, 제 1 연소가스와 혼합된 연료는 연소기(112)로 공급될 수 있다.

상기와 같은 과정이 진행되는 동안, 유량제어밸브(140)는 제 2 유로(192)를 유동하는 제 1 연소가스의 양을 제어할 수 있다. 이때, 유량제어밸브(140)는 제 1 터빈 유닛(110)의 작동, 즉 제 1 발전기(114)에서 생성되는 전류의 양에 따라 제 2 유로(192)를 유동하는 제 1 연소가스의 양을 제어할 수 있다. 또한, 유량제어밸브(140)는 제 1 터빈 유닛(110)으로 공급되는 연료의 종류에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로 유량제어밸브(140)는 제 1 터빈 유닛(110)으로 공급되는 연료의 탄소 또는 수소의 함량에 따라서 제 1 연소가스의 양을 제어할 수 있다. 예를 들면, 연료의 탄소 또는 수소의 함량이 큰 경우 제 1 연소가스의 양이 많아지도록 제어할 수 있으며, 연료의 탄소 또는 수소의 함량이 작은 경우 제 1 연소가스의 양이 작아지도록 제어할 수 있다. 이때, 유량제어밸브(140)의 개도는 기 설정될 수 있으며 유량제어밸브(140)의 개도는 연료의 종류에 따라 설정될 수 있다.

또한, 유량제어밸브(140)는 제 2 유로(192)를 이동하는 제 1 연소가스의 일부를 외부로 배출하거나 다른 외부 장치로 공급함으로써 제 1 연소가스의 양을 제어하는 것도 가능하다. 이때, 유량제어밸브(140)는 제 2 유로(192)에 설치되는 삼방밸브를 구비할 수 있다.

따라서 액체연료 기화 시스템(100)은 연료의 기화 시 필요한 열을 제 1 터빈 유닛(110)의 작동 시 발생하는 폐열을 활용함으로써 액체연료 기화 시스템(100)의 전체 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 액체연료 기화 시스템(100)은 기화된 연료와 제 1 연소가스를 혼합함으로써 제 1 연소가스에 포함된 불활성 기체를 통하여 웨버지수(Wobber Index)를 조절하여 액체연료 기화 시스템(100)의 오작동을 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템(200)을 보여주는 개념도이다.

도 2를 참고하면, 액체연료 기화 시스템(200)은 제 1 터빈 유닛(210), 연료공급기(230), 제 1 유로(291), 제 2 유로(292), 제 3 유로(293) 및 유량제어밸브(240)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 터빈 유닛(210)은 압축기(211), 연소기(212), 제 1 터빈(213) 및 제 1 발전기(214)을 구비할 수 있다. 압축기(211), 연소기(212), 제 1 터빈(213) 및 제 1 발전기(214)는 상기 도 1에서 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 압축기(211), 연소기(212) 및 제 1 터빈(213)이 일체로 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

또한, 연료공급기(230)는 연료저장기(231), 연료기화기(232), 연료공급펌프(233) 및 연료조절밸브(234)를 포함할 수 있다. 이때, 연료공급기(230)는 상기 도 1에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제 1 유로(291), 제 2 유로(292), 제 3 유로(293) 및 유량제어밸브(240)도 상기 도 1에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 특히 유량제어밸브(240)의 경우 제 2 유로(292) 상에 배치되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

한편, 액체연료 기화 시스템(200)은 제 1 터빈 유닛(210)에서 토출되는 제 1 연소가스와 열교환하여 폐열을 회수하는 제 1 폐열회수 유닛(220) 및 제 2 폐열회수 유닛(250) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 폐열회수 유닛(220)은 제 2 전기에너지를 생성할 수 있으며, 제 2 폐열회수 유닛(250)은 제 3 전기에너지를 생성할 수 있다. 특히 액체연료 기화 시스템(200)이 제 2 폐열회수 유닛(250)만을 포함하는 경우 상기 제 3 전기에너지는 연료기화기(232)로 공급되어 연료를 기화시킬 때 필요한 에너지를 공급할 수 있다. 반면, 액체연료 기화 시스템(200)이 제 1 폐열회수 유닛(220)과 제 2 폐열회수 유닛(250)을 모두 포함하는 경우 제 3 전기에너지는 외부 장치에 에너지로 사용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 액체연료 기화 시스템(200)이 제 1 폐열회수 유닛(220)과 제 2 폐열회수 유닛(250)을 모두 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

상기와 같은 제 1 폐열회수 유닛(220)은 제 1 연소가스와 열교환하여 제 1 유체를 증발시키는 증발기(221)를 구비할 수 있다. 또한, 제 1 폐열회수 유닛(220)은 증발기(221)에서 증발된 제 1 유체를 공급받아 제 2 전기에너지를 생성하는 제 2 터빈 유닛(222)을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 터빈 유닛(222)은 제 1 유체의 이동에 따라 작동하는 제 2 터빈(222a)과, 제 2 터빈(222a)과 연결되어 제 2 터빈(222a)의 작동 시 제 2 전기에너지를 생성하는 제 2 발전기(222b)를 포함할 수 있다.

제 1 폐열회수 유닛(220)은 제 2 터빈 유닛(222)으로부터 토출되는 제 1 유체를 응축시켜 액화시키는 응축기(223)를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 폐열회수 유닛(220)은 응축기(223)로부터 토출되는 제 1 유체를 다시 증발기(221)로 공급하는 펌프(224)를 포함할 수 있다.

상기와 같은 제 1 폐열회수 유닛(220)은 제 1 유체가 이동하는 제 1 순환유로(225)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 순환유로(225)는 제 1 유로(291)와 연결되지 않으며, 제 1 유체가 제 1 연소가스와 혼합되지 않도록 할 수 있다. 특히, 제 1 순환유로(225)는 제 1 유로(291)와 함께 증발기(221) 내부로 진입하여 제 1 유체와 제 1 연소가스 사이의 열교환을 수행할 수 있다.

또한, 제 1 폐열회수 유닛(220)은 응축기(223)에 연결되며, 제 1 냉각제가 순환하는 제 1 냉각순환유로(226)를 구비할 수 있으며, 제 1 냉각순환유로(226) 상에 배치되는 냉각유닛(227)을 구비할 수 있다. 이때, 냉각유닛(227)은 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 냉각팬, 냉각탑 등을 구비할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 냉각유닛(227)이 냉각팬을 구비하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

한편, 제 2 폐열회수 유닛(250)은 상기에서 설명한 바와 같이 제 1 터빈 유닛(210)으로부터 제 1 폐열회수 유닛(220)으로 이동하는 제 1 연소가스의 유로 상에서 제 1 연소가스와 열교환하여 기화된 제 2 유체를 통하여 제 3 전기에너지를 생성할 수 있다.

구체적으로 제 2 폐열회수 유닛(250)은 제 1 유로(291) 상에 배치되어 제 1 연소가스와 제 2 유체가 열교환하는 열교환부(251)를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 폐열회수 유닛(250)은 열교환부(251)에서 열교환된 제 2 유체를 공급받아 제 3 전기에너지를 생성하는 제 3 터빈 유닛(252)을 포함할 수 있다. 이때, 제 3 터빈 유닛(252)은 제 2 유체를 공급받아 작동하는 제 3 터빈(252a)과, 제 3 터빈(252a)과 연결되어 제 3 터빈(252a)의 작동에 따라서 제 3 전기에너지를 생성하는 제 3 발전기(252b)를 구비할 수 있다.

또한, 제 2 폐열회수 유닛(250)은 제 3 터빈(252a)으로부터 토출되는 제 2 유체를 응축시키는 응축기부(253)를 포함할 수 있다. 이때, 응축기부(253)는 외부의 제 1 냉각제와 제 2 유체를 열교환함으로써 제 2 유체를 응축시킬 수 있다.

특히 제 2 폐열회수 유닛(250)은 열교환부(251), 제 3 터빈 유닛(252) 및 응축기부(253)가 설치되어 제 2 유체가 순환하는 제 2 순환유로(254)를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 폐열회수 유닛(250)은 응축기부(253)와 연결되며, 외부의 제 2 냉각제가 순환하는 제 2 냉각순환유로(255)를 구비할 수 있다.

한편, 상기와 같이 형성되는 액체연료 기화 시스템(200)의 작동을 살펴보면, 압축기(211) 및 연료기화기(232)가 작동할 수 있다. 이때, 연료기화기(232)에서는 제 3 유로(293)를 통하여 연소기(212)로 기화된 연료를 공급하고, 압축기(211)에서는 외부의 공기를 압축하여 연소기(212)로 압축된 공기를 공급할 수 있다.

상기와 같이 공기와 연료가 공급되면, 연소기(212)는 공기와 연료가 혼합된 후 연소할 수 있다. 이때, 연소기(212)는 제 1 연소가스가 생성되며, 제 1 연소가스는 연소기(212)에서 제 1 터빈(213)으로 공급되어 제 1 터빈(213)을 작동시킬 수 있다.

상기와 같이 제 1 터빈(213)이 작동하면, 제 1 발전기(214)가 작동하고 제 1 발전기(214)는 제 1 전기에너지를 생성하여 외부 장치에 공급할 수 있다.

상기의 과정이 진행되는 동안, 제 1 터빈(213)에서는 제 1 연소가스가 토출되어 제 1 유로(291)를 통하여 이동할 수 있다. 이때, 제 1 연소가스는 증발기(221)로 공급되고, 증발기(221)에서는 제 1 연소가스와 제 1 유체 사이에 열교환됨으로써 제 1 유체를 증발시킬 수 있다.

상기와 같이 증발된 제 1 유체는 제 1 순환유로(225)를 따라 제 2 터빈(222a)으로 공급되어 제 2 터빈(222a)을 작동시킬 수 있다. 이때, 제 2 발전기(222b)는 제 2 터빈(222a)의 작동에 따라서 제 2 전기에너지를 생성하여 연료기화기(232)로 제 2 전기에너지를 공급할 수 있다. 상기와 같이 공급되는 제 2 전기에너지는 연료기화기(232)에서 연료를 기화시키기 위한 에너지원으로 사용될 수 있다.

이때, 제 1 유체는 제 1 순환유로(225)를 따라 제 2 터빈(222a)로부터 응축기(223)로 공급될 수 있다. 응축기(223)에서는 제 1 유체와 제 1 냉각제 사이에 열교환을 통하여 제 1 유체를 응축시킬 수 있다. 상기와 같이 응축된 제 1 유체는 펌프(224)를 통하여 다시 증발기(221)로 공급되어 상기의 과정은 반복적으로 수행할 수 있다.

또한, 상기의 과정이 진행되는 동안, 제 1 냉각순환유로(226)에서는 제 1 냉각제가 계속해서 순환하면서 응축기(223)를 통과하면서 온도가 올라간 제 1 냉각제는 제 1 냉각유닛(227)에 의하여 온도가 하강할 수 있다.

한편, 상기와 같은 작동이 지속되는 동안, 제 2 터빈(222a)에서 토출되는 제 1 유체는 응축기(223)에서 제 1 냉각제와 열교환됨으로써 응축될 수 있다. 이때, 응축기(223)에서 응축되어 토출된 제 1 유체는 펌프(224)를 통하여 다시 증발기(221)로 공급됨으로써 상기와 같은 작동이 반복적으로 수행될 수 있다.

또한, 상기의 과정이 진행되는 동안 제 2 폐열회수 유닛(250)에서는 제 1 연소가스로부터 제 3 전기에너지를 생성할 수 있다. 구체적으로 상기와 같이 제 1 터빈 유닛(210)이 작동하여 제 1 연소가스가 토출되는 경우 제 1 유로(291) 상의 열교환부(251)에서 제 2 유체와 제 1 연소가스 사이에 열교환될 수 있다.

이때, 열교환된 제 2 유체는 제 3 터빈(252a)으로 공급될 수 있다. 이때, 제 3 터빈(252a)은 제 2 유체에 의하여 작동할 수 있고, 제 3 터빈(252a)에 의하여 제 3 발전기(252b)는 제 3 전기에너지를 생성할 수 있다. 이때, 제 3 전기에너지는 외부 장치의 에너지원으로 사용될 수 있다.

상기와 같이 제 3 터빈(252a)을 통하여 토출되는 제 2 유체는 제 2 순환유로(254)를 통하여 응축기부(253)로 공급되며, 응축기부(253)는 제 2 냉각순환유로(255)를 통하여 유입되는 제 2 냉각제와 제 2 유체 사이의 열교환을 통하여 제 2 유체를 응축시킬 수 있다. 이때, 상기와 같이 응축된 제 2 유체는 다시 열교환부(251)로 공급되어 상기의 과정이 반복적으로 수행될 수 있다.

한편, 상기와 같이 진행되는 동안, 제 1 연소가스는 제 1 폐열회수 유닛(220)으로부터 제 2 유로(292)를 따라 이동할 수 있다. 이때, 액체연료 기화 시스템(200)은 제 1 연소가스의 원활한 유동을 위하여 제 2 유로(292) 상에 배치되는 버퍼탱크(280)를 구비할 수 있다. 상기와 같은 버퍼탱크(280)는 제 1 연소가스를 일시적으로 저장함으로써 제 1 연소가스가 제 2 유로(292) 상에서 역류하거나 불균일하게 공급되는 것을 방지할 수 있다.

제 1 연소가스는 버퍼탱크(280)를 통과하여 제 2 유로(292)를 통하여 연료기화기(232)로 공급될 수 있다. 이때, 유량제어밸브(240)는 제 2 유로(292)의 개도를 조절하여 제 1 연소가스의 양을 제어할 수 있다. 유량제어밸브(240)의 제어방법은 상기에서 설명한 것과 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 연료기화기(232)로 제 1 연소가스가 공급되면, 연료기화기(232)는 제 1 전기에너지를 통하여 기화된 연료와 제 1 연소가스를 혼합할 수 있다. 이때, 혼합하는 방법은 일반적인 확산에 의한 혼합이 사용될 수 있다. 연료기화기(232)는 제 1 연소가스와 연료가 혼합되면 제 1 연소가스와 연료를 연소기(212)로 공급할 수 있다.

따라서 액체연료 기화 시스템(200)은 연료의 기화 시 필요한 열을 제 1 터빈 유닛(210)의 작동 시 발생하는 폐열을 활용함으로써 액체연료 기화 시스템(200)의 전체 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 액체연료 기화 시스템(200)은 기화된 연료와 제 1 연소가스를 혼합함으로써 제 1 연소가스에 포함된 불활성 기체를 통하여 웨버지수(Wobber Index)를 조절하여 액체연료 기화 시스템(200)의 오작동을 방지할 수 있다.

특히 액체연료 기화 시스템(200)은 제 1 폐열회수 유닛(220)과 제 2 폐열회수 유닛(250)을 통하여 제 1 연소가스에 포함된 에너지를 축출함으로써 액체연료 기화 시스템(200)의 효율을 증대시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템(300)을 보여주는 개념도이다.

도 3을 참고하면, 액체연료 기화 시스템(300)은 제 1 터빈 유닛(310), 제 1 폐열회수 유닛(320), 제 1 유로(391), 제 2 유로(392), 제 3 유로(393), 연료공급기(330) 및 유량제어밸브(340)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 유로(391), 제 2 유로(392), 제 3 유로(393), 연료공급기(330) 및 유량제어밸브(340)는 상기 도 1에서 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제 1 터빈 유닛(310)은 압축기(311), 연소기(312), 제 1 터빈(313) 및 제 1 발전기(314)를 포함할 수 있다. 이때, 압축기(311), 연소기(312), 제 1 터빈(313) 및 제 1 발전기(314)는 상기 도 1에서 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 압축기(311), 연소기(312) 및 제 1 터빈(313)은 상기에서 설명한 것과 같이 일체로 형성되거나 별도로 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 압축기(311), 연소기(312) 및 제 1 터빈(313)이 별도로 형성되어 서로 연결되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

한편, 제 1 폐열회수 유닛(320)은 제 1 연소가스와 순환하는 제 3 유체를 열교환하는 열교환기(321)를 포함할 수 있다. 이때, 열교환기(321)는 제 3 유체가 순환하는 제 3 순환유로(399)와 연결될 수 있으며, 제 3 순환유로(399)에는 제 3 유체를 이동시키는 유체펌프(398)가 설치될 수 있다. 또한, 열교환기(321)는 제 1 유로(391)와 연결되며, 제 2 유로(392)와 연결될 수 있다. 특히 제 2 유로(392)는 제 3 유체와 열교환된 제 1 연소가스가 이동할 수 있다.

열교환기(321)는 제 4 유로(394)를 통하여 후술할 증발기(322)와 연결될 수 있다.

제 1 폐열회수 유닛(320)은 열교환기(321)를 통과하는 제 3 유체와 순환하는 제 1 유체가 열교환하는 증발기(322)를 포함할 수 있다. 이때, 증발기(322)는 제 1 순환유로(326)를 이동하는 제 1 유체와 제 3 유체 사이의 열교환을 담당할 수 있다.

제 1 폐열회수 유닛(320)은 제 1 순환유로(326) 상에 설치되는 제 2 터빈 유닛(323)을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 터빈 유닛(323)은 제 1 유체의 공급에 따라 작동하는 제 2 터빈(323a)과 제 2 터빈(323a)과 연결되어 제 2 전기에너지를 생성하는 제 2 발전기(323b)를 포함할 수 있다.

또한, 제 1 폐열회수 유닛(320)은 제 2 터빈(323a)으로부터 토출되는 제 1 유체를 응축시키는 응축기(324)를 포함할 수 있다. 이때, 응축기(324)는 외부의 냉각유닛(미도시)에 연결되는 제 1 냉각순환유로(327)를 이동하는 제 2 냉각제와 제 1 유체를 열교환시킬 수 있다.

제 1 폐열회수 유닛(320)은 응축기(324)로부터 토출되는 제 1 유체를 증발기(322)로 공급하는 펌프(325)를 포함할 수 있다. 이때, 펌프(325)는 제 1 유체의 이동 시 압력 및 속도를 조절할 수 있다.

한편, 상기와 같은 액체연료 기화 시스템(300)의 작동을 살펴보면, 제 1 터빈 유닛(310)이 작동하는 경우 연료기화기(332)에서 기화된 연료는 연소기(312)로 공급될 수 있다. 이때, 압축기(311)는 외부의 공기를 압축하여 연소기(312)로 공급할 수 있다.

연소기(312)는 압축된 공기와 기화된 연료를 혼합하여 연소하여 제 1 연소가스를 생성할 수 있다. 이때, 제 1 연소가스는 제 1 유로(391)를 통하여 열교환기(321)로 공급될 수 있다.

열교환기(321)는 상기에서 설명한 바와 같이 외부로부터 유입되는 제 3 유체와 제 1 연소가스 사이에 열교환을 통하여 제 3 유체의 온도를 상승시킬 수 있다. 온도가 상승한 제 3 유체는 제 4 유로(394)를 통하여 증발기(322)로 공급될 수 있다. 이때, 증발기(322)는 제 1 순환유로(326)를 이동하는 제 1 유체와 제 3 유체 사이에 열교환을 통하여 제 1 유체를 증발시킬 수 있다.

상기와 같이 증발된 제 1 유체는 제 2 터빈(323a)으로 공급되어 제 2 터빈(323a)을 작동시키고, 제 2 터빈(323a)의 작동에 따라서 제 2 발전기(323b)는 제 2 전기에너지를 생성하여 연료기화기(332)로 공급할 수 있다.

상기와 같은 제 1 유체는 제 2 터빈(323a)으로부터 응축기(324)로 이동하고, 응축기(324)에서 제 2 유체와 열교환을 통하여 응축된 후 펌프(325)를 통하여 증발기(322)로 다시 공급될 수 있다.

한편, 상기와 같은 과정이 진행되는 동안, 제 1 연소가스는 열교환기(321)를 통과하여 제 2 유로(392)를 통하여 연료기화기(332)로 이동할 수 있다. 이때, 연료기화기(332)는 상기에서 설명한 바와 같이 제 2 전기에너지를 사용하여 연료공급기(331)에서 공급된 연료를 기화시킴과 동시에 유입되는 제 1 연소가스와 기화된 연료를 혼합할 수 있다.

상기와 같이 진행되는 동안 유량제어밸브(340)는 제 2 유로(392)를 이동하는 제 1 연소가스의 양을 제어할 수 있다. 이때, 유량제어밸브(340)의 작동은 상기에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 기화된 연료와 제 1 연소가스는 혼합된 상태에서 제 3 유로(393)를 따라 연료기화기(332)로부터 연소기(312)로 공급될 수 있다.

따라서 액체연료 기화 시스템(300)은 연료의 기화 시 필요한 열을 제 1 터빈 유닛(310)의 작동 시 발생하는 폐열을 활용함으로써 액체연료 기화 시스템(300)의 전체 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 액체연료 기화 시스템(300)은 기화된 연료와 제 1 연소가스를 혼합함으로써 제 1 연소가스에 포함된 불활성 기체를 통하여 웨버지수(Wobber Index)를 조절하여 액체연료 기화 시스템(300)의 오작동을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템(400)을 보여주는 개념도이다.

도 4를 참고하면, 액체연료 기화 시스템(400)은 외부 공기를 공급받아 압축한 후 연료를 혼합하여 연소시켜 제 1 전기에너지를 생성하며, 외부로 제 1 연소가스를 토출하는 제 1 터빈 유닛(410)을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 터빈 유닛(410)은 제 1 압축기(411), 제 1 연소기(412), 제 1 터빈(413) 및 제 1 발전기(414)를 포함할 수 있다.

특히 상기와 같은 제 1 압축기(411), 제 1 연소기(412), 제 1 터빈(413) 및 제 1 발전기(414)는 상기 도 1의 압축기(111), 연소기(112), 제 1 터빈(113) 및 제 1 발전기(114)와 각각 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 액체연료 기화 시스템(400)은 외부로부터 공기 및 연료를 공급받아 제 2 전기에너지를 생성하며 제 2 연소가스를 토출하는 제 2 터빈 유닛(420)을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 터빈 유닛(420)은 마이크로 형태의 터빈 유닛일 수 있다. 또한, 제 2 터빈 유닛(420)은 일반적인 터빈 유닛일 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 2 터빈 유닛(420)이 마이크로 형태의 터빈 유닛인 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

제 2 터빈 유닛(420)은 제 2 압축기(421), 제 2 연소기(422), 제 2 터빈(423) 및 제 2 발전기(424)를 구비할 수 있다. 이때, 제 2 압축기(421), 제 2 연소기(422), 제 2 터빈(423) 및 제 2 발전기(424)는 제 1 압축기(411), 제 1 연소기(412), 제 1 터빈(413) 및 제 1 발전기(414)와 동일 또는 유사하게 형성되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같은 제 2 터빈 유닛(420)은 액체 연료를 그대로 사용할 수 있다. 또한, 제 2 터빈 유닛(420)은 제 1 터빈 유닛(410)과 유사하게 기화된 연료를 사용할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 2 터빈 유닛(420)이 액체 연료를 사용하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

한편, 액체연료 기화 시스템(400)은 제 2 전기에너지를 공급받아 제 1 터빈 유닛(410)으로 공급되는 연료를 기화시키고, 기화된 연료와 제 2 연소가스를 혼합하여 제 1 터빈 유닛(410)으로 공급하는 연료공급기(430)를 포함할 수 있다.

이때, 연료공급기(430)는 연료가 저장되는 연료저장기(431)와, 연료저장기(431)와 연결되며, 연료저장기(431)에서 공급된 연료를 기화시키는 연료기화기(432)를 구비할 수 있다. 또한, 연료공급기(430)는 연료저장기(431)과 연료기화기(432) 사이에 설치되는 연료공급펌프(433) 및 연료조절밸브(434)를 구비할 수 있다.

상기와 같은 연료저장기(431)는 액체 상태의 연료를 저장할 수 있으며, 제 2 터빈 유닛(420)으로 액체 상태의 연료를 공급할 수 있다. 또한, 연료기화기(432)는 연료저장기(431)에 저장된 액체 상태의 연료를 공급받아 기회시키며, 제 2 연소가스를 공급받아 기화된 연료와 혼합할 수 있다.

한편, 상기와 같이 형성되는 액체연료 기화 시스템(400)의 작동을 살펴보면, 제 1 터빈 유닛(410)과 제 2 터빈 유닛(420)이 작동할 수 있다. 이때, 연료저장기(431)는 제 2 터빈 유닛(420)으로 연료를 공급하고, 연료기화기(432)는 제 1 터빈 유닛(410)으로 연료를 공급할 수 있다.

구체적으로 제 2 연소기(422)는 연료저장기(431)로부터 공급되는 연료와 제 2 압축기(421)를 통하여 압축된 공기를 혼합하여 연소시켜 제 2 연소가스를 생성할 수 있다. 상기와 같이 형성된 제 2 연소가스는 제 2 터빈(423)으로 공급될 수 있다. 이때, 제 2 터빈(423)의 작동에 따라 제 2 발전기(424)도 작동하고, 제 2 발전기(424)는 제 2 전기에너지를 생성할 수 있다. 상기와 같이 생성된 제 2 전기에너지는 연료기화기(432)로 제공되어 연료를 기화시키는 에너지로 사용될 수 있다.

상기와 같이 제 2 터빈(423)으로 공급된 제 2 연소가스는 제 2 터빈(423)으로부터 토출되어 연료기화기(432)로 공급될 수 있다.

상기와 같이 제 2 터빈 유닛(420)이 작동하는 동안, 연료기화기(432)는 기화된 연료와 제 2 연소가스를 혼합하여 제 1 연소기(412)로 공급할 수 있다. 이때, 제 1 연소기(412)는 제 1 압축기(411)에서 압축된 공기 및 기화된 연료, 제 2 연소가스를 제공받아 작동할 수 있다. 특히 제 1 연소기(412)는 기화된 연료를 점화하여 연소시킴으로써 제 1 연소가스를 생성할 수 있다.

상기와 같이 생성된 제 1 연소가스는 제 1 터빈(413)으로 공급되며, 제 1 터빈(413)을 작동시킬 수 있다. 이때, 제 1 터빈(413)의 작동에 따라서 제 1 발전기(414)가 작동하여 제 1 전기에너지를 생성하여 외부 장치로 공급할 수 있다.

따라서 액체연료 기화 시스템(400)은 제 2 연소가스를 기화된 연료와 혼합함으로써 제 1 터빈 유닛(410)의 오작동을 방지할 수 있다. 특히 액체연료 기화 시스템(400)은 상기와 같이 기화된 연료에 비활성 기체를 포함하는 제 2 연소가스를 혼합함으로써 제 1 연소기(412)에서의 연소에 적합한 웨버지수를 맞출 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액체연료 기화 시스템(500)을 보여주는 개념도이다.

도 5를 참고하면, 액체연료 기화 시스템(500)은 외부 공기를 공급받아 압축 후 연료를 혼합하여 연소시켜 제 1 전기에너지를 생성하며, 외부로 제 1 연소가스를 토출하는 제 1 터빈 유닛(510)을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 터빈 유닛(510)은 상기에서 설명한 바와 같이 압축기(511), 연소기(512), 제 1 터빈(513) 및 제 1 발전기(514)를 포함할 수 있다. 특히 상기와 같은 압축기(511), 연소기(512), 제 1 터빈(513) 및 제 1 발전기(514)는 상기 도 1 내지 도 4에서 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 액체연료 기화 시스템(500)은 제 1 터빈 유닛(510)에서 토출되는 제 1 연소가스의 일부를 공급받아 외부로부터 공급되는 질소 가스와 혼합하는 혼합기(520)를 포함할 수 있다. 특히 제 1 연소가스는 제 1 터빈(513)으로부터 토출되어 혼합기(520)로 공급될 수 있다. 이때, 액체연료 기화 시스템(500)은 제 1 터빈 유닛(510)과 혼합기(520) 사이에 설치되는 연소가스공급부(530)를 포함할 수 있다. 특히 연소가스공급부(530)는 혼합기(520)와 제 1 터빈 유닛(510) 사이에는 제 1 연소가스를 유동시키는 제 1 펌프(531)와, 제 1 펌프(531)에서 혼합기(520)로 유동하는 제 1 연소가스의 양을 조절하는 제 1 밸브(532)를 구비할 수 있다.

또한, 액체연료 기화 시스템(500)은 외부로부터 공기를 공급받아 질소 가스를 분리하여 혼합기(520)로 공급하는 질소공급부(540)를 포함할 수 있다. 이때, 질소공급부(540)는 공기로부터 질소 가스를 분리하는 질소분리기(541)와, 질소분리기(541)로부터 혼합기(520)로 공급되는 질소 가스를 조절하는 제 2 밸브(542)를 구비할 수 있다.

한편, 액체연료 기화 시스템(500)은 외부로부터 물을 공급받아 상기 물을 기화시켜 혼합기(520)로 공급하는 증기공급부(550)를 포함할 수 있다. 이때, 증기공급부(550)는 외부로부터 물을 공급받아 유동시키는 제 2 펌프(551)를 포함할 수 있다. 또한, 증기공급부(550)는 제 2 펌프(551)로부터 물을 공급받아 기화시키는 제 1 가열부(552)를 구비할 수 있다. 특히 증기공급부(550)는 제 1 가열부(552)와 혼합기(520) 사이에 설치되어 제 1 가열부(552)에서 혼합기(520)로 유동하는 수증기의 양을 조절하는 제 3 밸브(553)를 구비할 수 있다.

액체연료 기화 시스템(500)은 혼합기(520)로부터 질소 가스, 수증기가 혼합된 제 1 연소가스를 공급받고, 외부로부터 공급되는 액체 연료를 기화시키는 연료공급기(560)를 포함할 수 있다. 이때, 연료공급기(560)는 질소 가스, 수증기, 제 1 연소가스 및 기화된 연료를 혼합하여 제 1 터빈 유닛(510)으로 공급할 수 있다.

상기와 같은 연료공급기(560)는 액체 연료를 저장하는 연료저장기(561)를 구비할 수 있다. 또한, 연료공급기(560)는 연료저장기(561)로부터 액체 연료를 공급받아 기화시키는 연료기화기(562)를 구비할 수 있다. 이때, 연료기화기(562)는 히터를 구비함으로써 외부에서 공급되는 전기에너지를 상기 히터에 공급하여 액체 연료를 기화시킬 수 있다. 이때, 연료저장기(561)와 연료기화기(562) 사이에는 상기 도 1 내지 도 4에서 설명한 바와 같이 연료공급펌프(미도시) 및 연료제어밸브(미도시)가 설치되어 연료저장기(561)에서 연료기화기(562)로 공급되는 액체 연료의 양을 제어할 수 있다.

특히 상기와 같은 경우 액체연료 기화 시스템(500)은 제 1 터빈 유닛(510)에서 토출되는 제 1 연고가스의 폐열을 회수하여 제 2 전기에너지를 생성하는 폐열회수 유닛(570)을 포함할 수 있다. 이때, 폐열회수 유닛(570)은 상기 도 1 내지 도 3의 제 1 폐열회수 유닛(120,220,320) 내지 제 2 폐열회수 유닛(250)과 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다. 이때, 폐열회수 유닛(570)은 제 1 연소가스의 폐열을 회수하여 상기 제 2 전기에너지를 생성하고, 생성된 상기 제 2 전기에너지를 히터에 공급함으로써 액체 연료를 기화시키는 열에너지를 생성할 수 있다. 특히 폐열회수 유닛(570)에서 제 2 전기에너지를 생성하는 방법은 상기 도 1 내지 도 3에서 상세히 설명하였으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 액체연료 기화 시스템(500)은 상기의 방법 이외에도 제 1 연소가스의 일부를 연료공급기(560)로 순환시킴으로써 액체 연료를 기화시키는 것도 가능하다. 이때, 폐열회수 유닛(570)은 연료저장기(561) 및 연료기화기(562) 중 적어도 하나를 순환하는 열교환배관(미표기)을 구비할 수 있으며, 연료저장기(561) 및 연료기화기(562) 중 적어도 하나에 설치되는 열교환기(미도시)를 구비할 수 있다.

상기와 같은 경우 제 1 연소가스는 연료저장기(561) 및 연료기화기(562) 중 적어도 하나를 순환함으로써 연료저장기(561)의 내부 및 연료기화기(562)의 내부 중 적어도 하나를 가열할 수 있다. 상기와 같이 제 1 연소가스가 공급되는 경우 제 1 연소가스의 폐열을 통하여 액체 연료를 기화시킬 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 폐열회수 유닛(570)이 연료기화기(562)의 외면을 감싸도록 설치되는 상기 열교환배관을 구비하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

액체연료 기화 시스템(500)은 연료공급기(560)와 제 1 터빈 유닛(510) 사이에 설치되어 연료공급기(560)에서 제 1 터빈 유닛(510)으로 공급되는 질소 가스, 수증기 및 기화된 연료의 양을 제어하는 제 4 밸브(591)를 구비할 수 있다.

한편, 액체연료 기화 시스템(500)은 연료공급기(560)로부터 제 1 터빈 유닛(510)으로 공급되는 유로와 연결되어 상기 유로로 천연가스를 공급하는 천연가스공급부(580)를 포함할 수 있다. 이때, 천연가스공급부(580)는 천연가스를 저장하는 천연가스저장부(581), 천연가스저장부(581)에 저장된 천연가스를 유동시키는 제 3 펌프(582) 및 제 3 펌프(582)에서 연소기(512)로 공급되는 천연가스의 양을 제어하는 제 5 밸브(583)를 구비할 수 있다. 이때, 제 5 밸브(583)는 천연가스를 선택적으로 연소기(512)로 공급할 수 있다. 구체적으로 제 5 밸브(583)은 액체연료의 성분에 따라서 천연가스를 공급하거나 차단하도록 작동할 수 있다. 이때, 제 5 밸브(583)은 자동 또는 수동으로 조작될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 5 밸브(583)이 개방되어 천연가스가 혼합되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.

또한, 액체연료 기화 시스템(500)은 제 4 밸브(591)에서 토출되는 질소 가스, 수증기 및 기화된 연료와 제 5 밸브(583)에서 토출되는 천연가스가 혼합되는 라인의 개도를 조절하는 제 6 밸브(592)를 포함할 수 있다.

상기와 같은 액체연료 기화 시스템(500)의 작동 방법을 살펴보면, 작동이 시작되는 경우 연료공급기(560)에서 기화된 연료 및 천연가스공급부(580)에서 공급되는 천연가스를 혼합하여 연소기(512)로 공급할 수 있다. 이때, 연소기(512)는 압축기(511)로부터 압축된 공기를 공급받아 기화된 연료, 천연가스를 연소시켜 제 1 터빈(513)으로 공급할 수 있다. 이때, 제 1 연소가스가 생성되어 제 1 터빈(513)을 작동시키고, 제 1 터빈(513)은 제 1 발전기(514)를 작동시켜 제 1 전기에너지를 생성할 수 있다. 상기와 같이 생성된 제 1 전기에너지는 외부장치(미도시)에 공급되어 상기 외부장치를 작동시키는 에너지원으로 활용될 수 있다.

상기와 같이 제 1 터빈 유닛(510)이 작동하면, 제 1 터빈(513)으로부터 제 1 연소가스가 토출될 수 있다. 제 1 연소가스는 제 1 펌프(531)를 통하여 제 1 밸브(532)를 거친 후 혼합기(520)로 유입될 수 있다.

이때, 외부로부터 질소공급부(540)가 작동하여 질소 가스를 생성하고, 생성된 질소 가스는 질소공급부(540)로부터 제 2 밸브(542)를 통하여 혼합기(520)로 공급될 수 있다. 또한, 제 2 펌프(551)는 외부의 물을 제 1 가열부(552)로 공급하고, 제 1 가열부(552)는 수증기를 생성하여 제 3 밸브(553)를 통하여 혼합기(520)로 수증기를 공급할 수 있다.

상기와 같이 제 1 연소가스, 질소 가스 및 수증기가 공급되면, 혼합기(520)는 제 1 연소가스, 질소 가스 및 수증기를 혼합하여 연료기화기(562)로 공급할 수 있다. 이때, 연료저장기(561)는 액체 연료를 연료기화기(562)로 공급할 수 있다. 특히 연료저장기(561)는 액체 연료를 연료기화기(562)에 분무하거나 분사하여 작은 입자의 액체 연료를 공급할 수 있다.

상기와 같이 제 1 연소가스, 질소 가스, 수증기 및 액체 연료가 공급된 경우 폐열회수 유닛(570)을 유동하는 제 1 연소가스에 의하여 연료기화기(562)의 내부에 열에너지가 공급될 수 있다. 이때, 경우에 따라서 연료기화기(562)의 히터에 별도의 전기에너지가 인가되어 연료기화기(562)의 내부에 열에너지를 공급하는 것도 가능하다.

상기와 같이 연료기화기(562) 내부에 열에너지가 공급되면, 열에너지에 의하여 액체 연료가 기화될 수 있다. 이때, 기화된 연료는 제 1 연소가스, 질소 가스, 수증기와 혼합될 수 있다. 특히 상기와 같이 연료, 제 1 연소가스, 질소 가스, 수증기 등이 혼합되는 비율은 제 1 밸브(532) 내지 제 3 밸브(553), 제 1 펌프(531) 및 제 2 펌프(551)에 의하여 조절될 수 있다.

상기와 같이 제 1 연소가스, 질소 가스, 수증기가 혼합된 연료는 연료기화기(562)로부터 배출되어 제 5 밸브(583) 및 제 6 밸브(592)를 거쳐 연소기(512)로 공급될 수 있다. 이때, 천연가스공급부(580)는 제 4 밸브(591)를 거쳐 제 6 밸브(592)가 배치되는 유로로 천연가스를 공급할 수 있다.

상기와 같이 천연가스가 공급되면, 제 1 연소가스, 질소 가스, 수증기가 혼합된 연료는 천연가스와 혼합되어 제 6 밸브(592)로 진입하고, 제 6 밸브(592)를 거쳐 연소기(512)로 공급될 수 있다.

이때, 연소기(512)는 상기와 같이 압축기(511)에서 공급되는 압축된 공기와 기화된 연료, 천연가스를 혼합하여 연소시킬 수 있다. 이후 상기와 같은 작업이 반복적으로 수행되어 액체연료 기화 시스템(500)이 작동할 수 있다.

따라서 액체연료 기화 시스템(500)은 상기와 같이 천연가스와 기화된 연료를 혼합하여 사용함으로써 시스템 효율을 증대시킬 수 있다. 특히 액체연료 기화 시스템(500)은 연료의 종류가 재생에너지 또는 바이오 연료, 메탄올 등과 같이 친환경적인 연료를 천연가스와 혼합하여 사용함으로써 환경오염을 최소화할 수 있다.

특히 액체연료 기화 시스템(500)은 액체 연료와 제 1 연소가스, 수증기, 질소 가스를 혼합하여 제 1 터빈 유닛(510)에 공급하므로 일반적인 연료(예를 들면, 디젤, 휘발유 등)의 높은 열량을 조절할 수 있어 시스템의 안정성을 확보할 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

100,200,300,400,500 : 액체연료 기화 시스템
110,210,310,410,510 : 제 1 터빈 유닛
120,220,320 : 제 1 폐열회수 유닛
191,291,391,491 : 제 1 유로
192,292,392,492 : 제 2 유로
193,293,393,493 : 제 3 유로

Claims (16)

1. 외부 공기를 공급받아 압축한 후 연료를 혼합하여 연소시켜 발생하는 제 1 전기에너지를 생성하며, 제 1 연소가스를 토출하는 제 1 터빈 유닛;
   상기 제 1 터빈 유닛과 연결되어 상기 제 1 터빈 유닛으로부터 토출되는 상기 제 1 연소가스를 사용하여 제 2 전기에너지를 생성하는 제 1 폐열회수 유닛; 및
   상기 제 1 폐열회수 유닛에서 생성되는 상기 제 2 전기에너지를 공급받아 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급되는 연료를 기화시키고, 기화된 상기 연료와 상기 제 1 폐열회수 유닛을 통과한 상기 제 1 연소가스를 혼합하여 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급하는 연료공급기;를 포함하는 액체연료 기화 시스템.
2. 제 1 항에 있어서
   상기 제 1 폐열회수 유닛은,
   상기 제 1 연소가스를 공급받아 작동하는 제 2 터빈;
   상기 제 2 터빈과 연결되어 상기 제 2 터빈의 작동에 따라 상기 제 2 전기에너지를 생성하는 제 2 발전기; 및
   상기 제 2 터빈과 상기 제 2 발전기를 연결하는 제 2 동력전달부;를 구비하는 액체연료 기화 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 터빈 유닛으로부터 상기 제 1 폐열회수 유닛으로 이동하는 상기 제 1 연소가스의 유로 상에서 상기 제 1 연소가스와 열교환하여 기화된 제 2 유체를 통하여 제 3 전기에너지를 생성하는 제 2 폐열회수 유닛;을 더 포함하는 액체연료 기화 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 폐열회수 유닛은,
   상기 제 1 연소가스와 상기 제 2 유체가 열교환하는 열교환부;
   상기 열교환부에서 열교환된 상기 제 2 유체를 공급받아 상기 제 3 전기에너지를 생성하는 제 3 터빈 유닛; 및
   상기 제 3 터빈 유닛으로부터 토출되는 상기 제 2 유체를 응축시키는 응축기부;를 구비하는 액체연료 기화 시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 외부 공기를 공급받아 압축한 후 연료를 혼합하여 연소시켜 제 1 전기에너지를 생성하며, 외부로 제 1 연소가스를 토출하는 제 1 터빈 유닛;
   외부 공기 및 연료를 공급받아 제 2 전기에너지를 생성하며 제 2 연소가스를 토출하는 제 2 터빈 유닛; 및
   상기 제 2 전기에너지를 공급받아 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급되는 연료를 기화시키고, 기화된 상기 연료와 상기 제 2 연소가스를 혼합하여 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급하는 연료공급기;를 포함하는 액체연료 기화 시스템.
8. 외부 공기를 공급받아 압축한 후 연료를 혼합하여 연소시켜 제 1 전기에너지를 생성하며, 외부로 제 1 연소가스를 토출하는 제 1 터빈 유닛;
   상기 제 1 터빈 유닛에서 토출되는 상기 제 1 연소가스의 일부를 공급받고, 외부로부 공급되는 질소 가스와 상기 제 1 연소가스를 혼합하는 혼합기;
   상기 혼합기로부터 상기 질소 가스가 혼합된 상기 제 1 연소가스를 공급받고, 외부로부터 공급되는 액체 연료를 기화시켜 상기 질소 가스 및 상기 제 1 연소가스를 혼합하여 상기 제 1 터빈 유닛으로 공급하는 연료공급기;를 포함하는 액체연료 기화 시스템.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

Images