KR101970120B1 - 복합 발전장치 - Google Patents

복합 발전장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101970120B1
KR101970120B1 KR1020170072463A KR20170072463A KR101970120B1 KR 101970120 B1 KR101970120 B1 KR 101970120B1 KR 1020170072463 A KR1020170072463 A KR 1020170072463A KR 20170072463 A KR20170072463 A KR 20170072463A KR 101970120 B1 KR101970120 B1 KR 101970120B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
line
gas
engine
medium
carbon dioxide
Prior art date
Application number
KR1020170072463A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180134578A (ko
Inventor
김범주
이철희
함진기
류광년
Original Assignee
한국전력공사
현대중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사, 현대중공업 주식회사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020170072463A priority Critical patent/KR101970120B1/ko
Publication of KR20180134578A publication Critical patent/KR20180134578A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101970120B1 publication Critical patent/KR101970120B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

복합 발전장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 복합 발전장치는: 연료의 연소에 의해 구동되는 엔진; 엔진의 배기가 배출되도록 엔진에 연결되는 제1 유동라인; 엔진의 배기가 공급되도록 제1 유동라인에 연결되고, 엔진에서 공급되는 소기를 압축하는 터보차저; 터보차저에서 압축된 소기가 엔진에 공급되도록 터보차저와 엔진을 연결하는 제2 유동라인; 터보차저에서 토출되는 배기가 외부로 배출되도록 터보차저에 연결되는 제3 유동라인; 이산화탄소를 압축하는 가스압축기; 가스압축기에 연결되는 제1 매체라인; 제1 매체라인에 연결되고, 제1 매체라인에서 공급되는 이산화탄소에 의해 구동되는 가스터빈; 가스터빈과 가스압축기를 연결하는 제2 매체라인; 제2 유동라인과 제1 매체라인을 열교환시키도록 제2 유동라인과 제1 매체라인에 연결되는 소기 열교환기; 제1 매체라인과 제2 매체라인을 열교환시키도록 제1 매체라인과 제2 매체라인에 연결되는 재열기; 제3 유동라인과 제1 매체라인을 열교환시키도록 제3 유동라인과 제1 매체라인을 연결하는 가열기; 제2 유동라인에서 재열기와 가스압축기 사이에 설치되는 가스냉각기; 및 엔진의 냉각매체를 냉각시키도록 엔진의 냉각라인과 제1 매체라인을 열교환시키는 엔진냉각 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 발전장치{GENERATING APPARATUS}
본 발명은 복합 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진에서 발생되는 폐열을 이용하여 발전할 수 있는 복합 발전장치에 관한 것이다.
기후변화가 세계적인 관심으로 부상됨에 따라 각 국의 대응도 활발해지고 있다. 주요국들은 온실이산화탄소 감축을 위해 다양한 정책을 도입하고 있다. 선박 분야에서도 에너지효율지수(EEDI: Energy Efficiency Design Index for new ships)를 도입하여 신조선 설계 및 건조 시에 에너지효율 기준치를 만족시키도록 규제하고 있다. 2015년부터 북유럽(발트해, 북해 및 영국 해협 포함)과 북미(미국과 캐나다 해안에서 200해리)에서 배기 이산화탄소 배출 규제 지역을 설정하는 ECA(배기이산화탄소 배출규제지역)를 시행하여, 고효율, 친환경 선박만을 운항 가능하도록 제한하는 등 다양한 규제 정책이 마련되고 있다.
과거에는 선박 엔진의 폐열회수장치를 적용하는 것이 연료비 절감의 측면에 한정되었다면, 최근에는 연료비 절감뿐만 아니라 강화되고 있는 환경규제의 준수 측면에서도 그 필요성이 증대되고 있다. 이러한 기조는 엔진발전분야에서도 점차 강화될 것으로 예측된다. 발전회사에서는 고유황 연료유(HFO: High Sulfur Fuel Oil)를 사용하는 엔진을 청정한 이산화탄소연료 엔진으로 개조하거나, 엔진폐열회수장치를 추가로 설치하여 강화되는 환경규제에 대비하고자 하는 노력들을 경주하고 있다.
그런데 스팀을 생성하여 스팀터빈을 구동하는 기존의 발전방식은 열원의 낮은 온도로 인해 효율이 매우 낮고, 장치 구성이 복잡하며, 장치의 부피도 큰 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2017-0009336호(2017. 01. 25 공개, 발명의 명칭: 선박 에너지 효율 최적화 시스템 및 방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 엔진에서 발생되는 폐열을 이용하여 발전할 수 있는 복합 발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 복합 발전장치는: 연료의 연소에 의해 구동되는 엔진; 상기 엔진의 배기가 배출되도록 엔진에 연결되는 제1 유동라인; 상기 엔진의 배기가 공급되도록 상기 제1 유동라인에 연결되고, 상기 엔진에서 공급되는 소기를 압축하는 터보차저; 상기 터보차저에서 압축된 소기가 상기 엔진에 공급되도록 상기 터보차저와 상기 엔진을 연결하는 제2 유동라인; 상기 터보차저에서 토출되는 배기가 외부로 배출되도록 상기 터보차저에 연결되는 제3 유동라인; 이산화탄소를 압축하는 가스압축기; 상기 가스압축기에 연결되는 제1 매체라인; 상기 제1 매체라인에 연결되고, 상기 제1 매체라인에서 공급되는 이산화탄소에 의해 구동되는 가스터빈; 상기 가스터빈과 상기 가스압축기를 연결하는 제2 매체라인; 상기 제2 유동라인과 상기 제1 매체라인을 열교환시키도록 상기 제2 유동라인과 상기 제1 매체라인에 연결되는 소기 열교환기; 상기 제1 매체라인과 상기 제2 매체라인을 열교환시키도록 상기 제1 매체라인과 상기 제2 매체라인에 연결되는 재열기; 상기 제3 유동라인과 상기 제1 매체라인을 열교환시키도록 상기 제3 유동라인과 상기 제1 매체라인을 연결하는 가열기; 상기 제2 유동라인에서 상기 재열기와 상기 가스압축기 사이에 설치되는 가스냉각기; 및 상기 엔진의 냉각매체를 냉각시키도록 상기 엔진의 냉각라인과 상기 제1 매체라인을 열교환시키는 엔진냉각 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복합 발전장치는 상기 제3 유동라인에 연결되고, 상기 제3 유동라인의 배기로부터 이산화탄소를 포집하는 제1 가스포집기; 및 상기 제1 가스포집기에서 포집된 이산화탄소를 상기 제2 매체라인에 공급하도록 상기 제1 가스포집기와 상기 제2 매체라인을 연결하는 제1 가스회수라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 가스회수라인은 상기 제2 매체라인에서 상기 재열기와 상기 가스냉각기 사이에 연결될 수 있다.
상기 복합 발전장치는 상기 제1 가스회수라인의 이산화탄소와 열교환되도록 상기 제1 가스회수라인에 설치되는 회수열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 복합 발전장치는 상기 제1 가스회수라인과 상기 제2 매체라인이 연결되는 부분에 설치되는 혼합 이젝터를 더 포함할 수 있다.
상기 복합 발전장치는 상기 제1 매체라인의 이산화탄소를 상기 제1 매체라인으로부터 배출시키도록 상기 제1 매체라인에 연결되는 가스배출라인; 및 상기 가스배출라인과 상기 제1 매체라인이 연결되는 부분에 배치되는 유로전환밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 가스배출라인은 상기 제1 매체라인에서 상기 가스압축기와 상기 엔진냉각 열교환기 사이에 연결될 수 있다.
상기 복합 발전장치는 상기 제1 유동라인에서 분기되는 제4 유동라인; 상기 제4 유동라인에서 배출되는 배기에 의해 구동되는 파워터빈; 상기 파워터빈에서 배출되는 배기가 외부로 배출되게 하는 제5 유동라인; 및 상기 제5 유동라인의 배기와 상기 제1 매체라인의 이산화탄소를 열교환시키는 배기열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 복합 발전장치는 상기 제5 유동라인에 연결되고, 상기 제5 유동라인의 배기로부터 이산화탄소를 포집하는 제2 가스포집기; 및 상기 제2 가스포집기에서 포집된 이산화탄소를 상기 제1 가스회수라인에 공급하는 제2 가스회수라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 엔진냉각 열교환기와 폐열회수 발전 시스템을 통합함으로써, 설비를 단순화 시키고, 설비의 원가를 절감하며, 설비 운용이 용이할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 엔진의 배기 및 소기의 열에너지를 회수하여 제1 매체라인의 이산화탄소를 승온시키고, 승온된 이산화탄소가 가스터빈을 구동시키므로, 가스터빈의 발전 효율을 향상시키고, 발전장치의 사이즈를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 엔진의 배기에 의해 파워터빈을 구동시키므로, 배기의 폐에너지를 이용하여 전기의 발전량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 엔진에서 배출되는 배기로부터 이산화탄소를 포집하므로, 제1 매체라인과 제2 매체라인에 포집된 이산화탄소를 보충할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 복합 발전장치의 일 실시예를 설명한다. 복합 발전장치를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 발전장치에 관해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 발전장치는 엔진(110), 제1 유동라인(121), 터보차저(113), 제2 유동라인(122), 제3 유동라인(123), 가스압축기(211), 제1 매체라인(221), 가스터빈(213), 제2 매체라인(222), 소기 열교환기(231), 재열기(232), 가열기(233), 가스냉각기(215) 및 엔진냉각 열교환기(235)를 포함한다.
엔진(110)은 연료의 연소에 의해 구동된다. 엔진(110)에서 연료가 연소됨에 따라 배기가 발생된다. 엔진(110)의 부하가 변경됨에 따라 배기의 유량과 온도가 변경된다. 엔진(110)에서 배출되는 가스는 연료가 연소됨에 따라 발생되는 배기(배가스)와, 엔진(110) 내부의 가스를 제거하기 위해 공기를 공급한 후 엔진(110)으로 다시 유입시키는 소기(청소용 공기)로 구분된다. 연료의 연소시 발생되는 배기에는 이산화탄소가 포함된다.
제1 유동라인(121)은 엔진(110)의 배기가 토출되도록 엔진(110)에 연결된다. 제1 유동라인(121)은 엔진(110)에서 배출되는 배기를 터보차저(113)에 공급하도록 엔진(110)과 터보차저(113)를 연결한다.
터보차저(113)는 엔진(110)의 배기가 공급되도록 제1 유동라인(121)에 연결되고, 엔진(110)에서 공급되는 소기를 압축한다. 엔진(110)에서 배출된 소기는 배기와는 별도로 터보차저(113)에 유입된다.
제2 유동라인(122)은 터보차저(113)에서 압축된 소기를 엔진(110)에 공급하도록 터보차저(113)와 엔진(110)을 연결한다.
제3 유동라인(123)은 제1 유동라인(121)의 배기를 외부에 배출하도록 터보차저(113)에 연결된다.
가스압축기(211)는 이산화탄소를 고압으로 압축한다. 가스압축기(211)에서 이산화탄소가 압축됨에 따라 이산화탄소의 압력이 상승된다.
제1 매체라인(221)은 가스압축기(211)에 연결된다. 제1 매체라인(221)에는 가스압축기(211)에서 토출되는 이산화탄소가 유동된다. 제1 매체라인(221)은 가스터빈(213)에 이산화탄소를 공급하도록 가스압축기(211)와 가스터빈(213)을 연결하는 배관이다.
가스터빈(213)은 제1 매체라인(221)에 연결되고, 제1 매체라인(221)에서 공급되는 이산화탄소에 의해 구동된다.
제2 매체라인(222)에는 가스터빈(213)에서 토출되는 이산화탄소가 유동된다. 제2 매체라인(222)은 가스압축기(211)에 이산화탄소를 공급하도록 가스터빈(213)과 가스압축기(211)를 연결하는 배관이다.
제1 매체라인(221)에는 가스압축기(211)에서 토출되는 압축된 이산화탄소가 유동되고, 제2 매체라인(222)에는 가스터빈(213)에서 토출되는 이산화탄소가 유동되므로, 제1 매체라인(221)의 이산화탄소는 제2 매체라인(222)의 이산화탄소에 비해 상대적으로 고온 고압 상태로 유동된다. 따라서, 제1 매체라인(221)은 고압배관이고, 제2 매체라인(222)은 제1 매체라인(221)에 비해 저압배관 이다.
소기 열교환기(231)는 제2 유동라인(122)과 제1 매체라인(221)을 열교환시키도록 제2 유동라인(122)과 제1 매체라인(221)에 연결된다. 제2 유동라인(122)의 소기는 제1 매체라인(221)의 이산화탄소보다 고온이다. 따라서, 제2 유동라인(122)에서 소기의 열에너지는 소기 열교환기(231)에 의해 제1 매체라인(221)의 이산화탄소에 회수된다.
재열기(232)는 제1 매체라인(221)과 제2 매체라인(222)을 열교환시키도록 제1 매체라인(221)과 제2 매체라인(222)에 연결된다. 제2 매체라인(222)의 이산화탄소는 제1 매체라인(221)의 이산화탄소와 열교환됨에 의해 예열된다.
가열기(233)는 제3 유동라인(123)과 제1 매체라인(221)을 열교환시키도록 제3 유동라인(123)과 제1 매체라인(221)을 연결한다. 제1 매체라인(221)의 이산화탄소는 가열기(233)를 통해 제3 유동라인(123)의 배기의 열에너지를 흡수하여 온도 상승된다.
가스냉각기(215)는 제2 유동라인(122)에서 재열기(232)와 가스압축기(211) 사이에 설치된다. 가스냉각기(215)는 제2 매체라인(222)을 따라 유동되는 이산화탄소를 가스압축기(211)에 요구되는 온도로 냉각한다. 가스냉각기(215)에는 제2 매체라인(222)과 열교환되도록 냉각공기나 냉각수가 유동된다.
엔진냉각 열교환기(235)는 엔진(110)의 냉각매체를 냉각시키도록 엔진(110)의 냉각라인(112)과 제1 매체라인(221)을 열교환시킨다. 제1 매체라인(221)의 이산화탄소는 엔진(110)의 냉각라인(112)의 냉각매체보다 현저히 저온이다. 따라서, 제1 매체라인(221)의 이산화탄소는 엔진(110)의 냉각라인(112)에 의해 온도 상승된다. 제1 매체라인(221)의 이산화탄소가 엔진냉각 열교환기(235)를 매개로 엔진(110)의 폐열에너지를 회수하므로, 제1 매체라인(221)에서 이산화탄소의 온도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 상대적으로 고온의 이산화탄소가 제1 매체라인(221)을 통해 가스터빈(213)에 공급될 수 있으므로, 가스터빈(213)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 매체라인(222)에는 가스펌프(217)가 연결되고, 가스펌프(217)에는 가스탱크(218)가 연결된다. 가스탱크(218)에는 이산화탄소가 저장된다. 가스펌프(217)가 구동됨에 따라 가스탱크(218)의 이산화탄소는 제2 매체라인(222)으로 유입된다. 이때, 제2 매체라인(222)과 제1 매체라인(221)에서는 이산화탄소가 폐순환되므로, 이산화탄소 발전 시스템에서 이산화탄소의 유량과 유압이 증가된다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 발전장치에 관해 설명하기로 한다. 제2 실시예는 이산화탄소를 포집하는 구성을 제외하고는 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 아래에서는 제2 실시예의 특징부에 관해서만 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 복합 발전장치는 제1 가스포집기(241)와 제1 가스회수라인(242)을 포함한다.
제1 가스포집기(241)는 제3 유동라인(123)에 연결되고, 제3 유동라인(123)의 배기로부터 이산화탄소를 포집한다. 제1 가스회수라인(242)은 제1 가스포집기(241)에서 포집된 이산화탄소를 제2 매체라인(222)에 공급하도록 제1 가스포집기(241)와 제2 매체라인(222)을 연결한다. 제1 가스포집기(241)에서 포집된 이산화탄소가 제1 가스회수라인(242)을 통해 제2 매체라인(222)에 공급되므로, 제2 매체라인(222)에서 손실 또는 누설되는 이산화탄소를 보충할 수 있다. 따라서, 제2 매체라인(222)에 이산화탄소를 보충하기 위해 별도의 펌프와 탱크를 설치하지 않아도 된다.
제1 가스회수라인(242)은 제2 매체라인(222)에서 재열기(232)와 가스냉각기(215) 사이에 연결된다. 따라서, 제2 매체라인(222)에 보충된 이산화탄소가 가스냉각기(215)에서 냉각된 후 가스압축기(211)에서 압축될 수 있다.
복합 발전장치는 제1 가스회수라인(242)의 이산화탄소와 열교환되도록 제1 가스회수라인(242)에 설치되는 회수열교환기(243)를 더 포함할 수 있다. 제1 가스회수라인(242)의 이산화탄소는 제2 매체라인(222)의 이산화탄소보다 상대적으로 고온이므로, 회수열교환기(243)에서 열교환됨에 따라 제2 매체라인(222)의 이산화탄소와 유사한 온도로 냉각될 수 있다. 또한, 회수열교환기(243)에서 회수된 열에너지는 보일러와 같은 장치에 활용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합 발전장치에 관해 설명하기로 한다. 제3 실시예는 혼합 이젝터를 제외하고는 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로, 아래에서는 제3 실시예의 특징부에 관해서만 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 복합 발전장치는 제1 가스회수라인(242)과 제2 매체라인(222)이 연결되는 부분에 설치되는 혼합 이젝터(244)를 더 포함할 수 있다. 이때, 혼합 이젝터(244)는 제2 매체라인(222)에서 재열기(232)와 가스냉각기(215) 사이에 배치된다. 혼합 이젝터(244)는 제1 가스회수라인(242)의 이산화탄소를 제2 매체라인(222)의 이산화탄소에 분사하여 혼합한다. 따라서, 제2 매체라인(222)에서 이산화탄소의 온도차와 압력차가 발생되는 것을 억제할 수 있다.
복합 발전장치는 가스배출라인(245)과 유로전환밸브(246)를 더 포함할 수 있다.
가스배출라인(245)은 제1 매체라인(221)의 이산화탄소를 제1 매체라인(221)으로부터 배출시키도록 제1 매체라인(221)에 연결된다. 이때, 가스배출라인(245)은 제1 매체라인(221)에서 가스압축기(211)와 엔진냉각 열교환기(235) 사이에 연결된다. 제1 가스회수라인(242)에서 제2 매체라인(222)에 필요 이상의 이산화탄소가 공급되면, 제1 매체라인(221)의 이산화탄소가 가스배출라인(245)을 통해 제1 매체라인(221)으로부터 보관탱크(미도시)나 장치(미도)로 배출될 수 있다.
유로전환밸브(246)는 가스배출라인(245) 측이나 제1 매체라인(221)의 소기 열교환기(231) 측으로 이산화탄소를 선택적으로 유동시킬 수 있다. 유로전환밸브(246)로는 삼방향 밸브와 개폐밸브 등이 적용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합 발전장치에 관해 설명하기로 한다. 제4 실시예는 파워터빈이 설치되는 구조를 제외하고는 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 아래에서는 제4 실시예의 특징부에 관해서만 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 복합 발전장치는 제4 유동라인(124), 파워터빈(115), 제5 유동라인(125) 및 배기열교환기(237)를 포함한다.
제4 유동라인(124)은 제1 유동라인(121)에서 분기된다. 파워터빈(115)은 제4 유동라인(124)에서 배출되는 배기에 의해 구동된다. 제5 유동라인(125)은 파워터빈(115)에서 배출되는 배기가 외부로 배출되게 한다. 배기열교환기(237)는 제5 유동라인(125)의 배기와 제1 매체라인(221)의 이산화탄소를 열교환시킨다.
제1 매체라인(221)의 이산화탄소가 배기열교환기(237)에서 열교환되므로, 제1 매체라인(221)의 이산화탄소의 온도가 상승된다. 제1 매체라인(221)의 이산화탄소는 배기열교환기(237)를 통과한 후 가열기(233)에서 다시 가열되므로, 제1 매체라인(221)의 이산화탄소는 발전에 필요한 충분한 온도로 가열된 후 가스터빈(213)에 공급된다. 따라서, 가스터빈(213)의 구동 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 엔진(110)에서 제4 유동라인(124)으로 배출되는 배기가 파워터빈(115)을 구동시키므로, 배기의 유동에너지를 파워터빈(115)의 구동원으로 활용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합 발전장치에 관해 설명하기로 한다. 제5 실시예는 이산화탄소를 포집하는 구조를 제외하고는 제4 실시예와 실질적으로 동일하므로, 아래에서는 제5 실시예의 특징부에 관해서만 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합 발전장치를 도시한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 복합 발전장치는 제2 가스포집기(247)와 제2 가스회수라인(248)을 더 포함한다.
제2 가스포집기(247)는 제5 유동라인(125)에 연결되고, 제5 유동라인(125)의 배기로부터 이산화탄소를 포집한다. 제2 가스회수라인(248)은 제2 가스포집기(247)에서 포집된 이산화탄소를 제1 가스회수라인(242)에 공급한다.
이때, 제1 가스포집기(241)와 제2 가스포집기(247)에서 포집된 이산화탄소가 제1 가스회수라인(242)에 유입되므로, 제2 매체라인(222)에는 제1 가스회수라인(242)을 통해 보다 많은 양의 이산화탄소가 보충될 수 있다. 제2 매체라인(222)과 제1 매체라인(221)에서 이산화탄소가 필요량 이상 공급되면, 유로전환밸브(246)를 구동하여 가스배출라인(245)을 통해 이산화탄소를 배출할 수 있다. 따라서, 제1 매체라인(221)과 제2 매체라인(222)에는 이산화탄소가 일정하게 유지될 수 있으므로, 이산화탄소 시스템에서 이산화탄소가 부족하거나 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 실시예에서 엔진(110)의 배기 및 소기의 열에너지를 회수하여 제1 매체라인(221)의 이산화탄소를 승온시키고, 승온된 초임계 이산화탄소가 가스터빈(213)을 구동시키므로, 가스터빈(213)의 발전 효율을 향상시키고, 발전장치의 사이즈를 감소시킬 수 있다.
또한, 엔진(110)의 배기에 의해 파워터빈(115)을 구동시키므로, 배기의 폐에너지를 이용하여 전기의 발전량을 증대시킬 수 있다.
또한, 엔진(110)에서 배출되는 배기로부터 이산화탄소를 포집하므로, 제1 매체라인(221)과 제2 매체라인(222)에 포집된 이산화탄소를 보충할 수 있다. 따라서, 제1 매체라인(221)과 제2 매체라인(222)에 이산화탄소를 보충하기 위해 별도의 장치를 설치하지 않아도 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110: 엔진 112: 냉각라인
113: 터보차저 115: 파워터빈
121: 제1 유동라인 122: 제2 유동라인
123: 제3 유동라인 124: 제4 유동라인
125: 제5 유동라인 211: 가스압축기
213: 가스터빈 215: 가스냉각기
217: 가스펌프 218: 가스탱크
221: 제1 매체라인 222: 제2 매체라인
231: 소기 열교환기 232: 재열기
233: 가열기 235: 엔진냉각 열교환기
237: 배기열교환기 241: 제1 가스포집기
242: 제1 가스회수라인 243: 회수열교환기
244: 혼합 이젝터 245: 가스배출라인
246: 유로전환밸브 247: 제2 가스포집기
248: 제2 가스회수라인

Claims (9)

  1. 연료의 연소에 의해 구동되는 엔진;
    상기 엔진의 배기가 배출되도록 상기 엔진에 연결되는 제1 유동라인;
    상기 엔진의 배기가 공급되도록 상기 제1 유동라인에 연결되고, 상기 엔진에서 공급되는 소기를 압축하는 터보차저;
    상기 터보차저에서 압축된 소기가 상기 엔진에 공급되도록 상기 터보차저와 상기 엔진을 연결하는 제2 유동라인;
    상기 터보차저에서 토출되는 배기가 외부로 배출되도록 상기 터보차저에 연결되는 제3 유동라인;
    이산화탄소를 압축하는 가스압축기;
    상기 가스압축기에 연결되는 제1 매체라인;
    상기 제1 매체라인에 연결되고, 상기 제1 매체라인에서 공급되는 이산화탄소에 의해 구동되는 가스터빈;
    상기 가스터빈과 상기 가스압축기를 연결하는 제2 매체라인;
    상기 제2 유동라인과 상기 제1 매체라인을 열교환시키도록 상기 제2 유동라인과 상기 제1 매체라인에 연결되는 소기 열교환기;
    상기 제1 매체라인과 상기 제2 매체라인을 열교환시키도록 상기 제1 매체라인과 상기 제2 매체라인에 연결되는 재열기;
    상기 제3 유동라인과 상기 제1 매체라인을 열교환시키도록 상기 제3 유동라인과 상기 제1 매체라인을 연결하는 가열기;
    상기 제2 유동라인에서 상기 재열기와 상기 가스압축기 사이에 설치되는 가스냉각기; 및
    상기 엔진의 냉각라인과 상기 제1 매체라인을 열교환시키는 엔진냉각 열교환기를 포함하고,
    상기 제3 유동라인에 연결되고, 상기 제3 유동라인의 배기로부터 이산화탄소를 포집하는 제1 가스포집기; 및
    상기 제1 가스포집기에서 포집된 이산화탄소를 상기 제2 매체라인에 공급하도록 상기 제1 가스포집기와 상기 제2 매체라인을 연결하는 제1 가스회수라인을 더 포함하고,
    상기 제1 가스회수라인은 상기 제2 매체라인에서 상기 재열기와 상기 가스냉각기 사이에 연결되고,
    상기 제1 가스회수라인의 이산화탄소와 열교환되도록 상기 제1 가스회수라인에 설치되는 회수열교환기; 및
    상기 제1 가스회수라인과 상기 제2 매체라인이 연결되는 부분에 설치되는 혼합 이젝터를 더 포함하고,
    상기 가열기와 상기 소기 열교환기는 상기 제1 매체라인에 직렬로 배치되고, 상기 재열기는 상기 가열기와 상기 소기 열교환기 사이의 상기 제1 매체라인 부분과, 상기 제2 매체라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 매체라인의 이산화탄소를 상기 제1 매체라인으로부터 배출시키도록 상기 제1 매체라인에 연결되는 가스배출라인; 및
    상기 가스배출라인과 상기 제1 매체라인이 연결되는 부분에 배치되는 유로전환밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 가스배출라인은 상기 제1 매체라인에서 상기 가스압축기와 상기 엔진냉각 열교환기 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 발전장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 유동라인에서 분기되는 제4 유동라인;
    상기 제4 유동라인에서 배출되는 배기에 의해 구동되는 파워터빈;
    상기 파워터빈에서 배출되는 배기가 외부로 배출되게 하는 제5 유동라인; 및
    상기 제5 유동라인의 배기와 상기 제1 매체라인의 이산화탄소를 열교환시키는 배기열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제5 유동라인에 연결되고, 상기 제5 유동라인의 배기로부터 이산화탄소를 포집하는 제2 가스포집기; 및
    상기 제2 가스포집기에서 포집된 이산화탄소를 상기 제1 가스회수라인에 공급하는 제2 가스회수라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전장치.
KR1020170072463A 2017-06-09 2017-06-09 복합 발전장치 KR101970120B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170072463A KR101970120B1 (ko) 2017-06-09 2017-06-09 복합 발전장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170072463A KR101970120B1 (ko) 2017-06-09 2017-06-09 복합 발전장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180134578A KR20180134578A (ko) 2018-12-19
KR101970120B1 true KR101970120B1 (ko) 2019-04-19

Family

ID=65009182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170072463A KR101970120B1 (ko) 2017-06-09 2017-06-09 복합 발전장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101970120B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102562651B1 (ko) * 2019-01-17 2023-08-03 한국전력공사 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템
CN112594020A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 中船重工（邯郸）派瑞特种气体有限公司 一种orc增压节能空气压缩机

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101628616B1 (ko) * 2015-04-20 2016-06-08 두산중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전 시스템

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160017740A (ko) * 2014-08-01 2016-02-17 현대중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
KR20160088847A (ko) * 2016-07-19 2016-07-26 현대중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101628616B1 (ko) * 2015-04-20 2016-06-08 두산중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180134578A (ko) 2018-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101816021B1 (ko) 복합 발전장치
CN109268099A (zh) 一种基于温差发电与有机朗肯循环联合船用柴油机余热回收系统及其方法
KR101970120B1 (ko) 복합 발전장치
KR101614605B1 (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102035891B1 (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
JP6193730B2 (ja) ボイラシステム
KR102562651B1 (ko) 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템
KR20160073349A (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
KR20180134577A (ko) 복합 발전장치
KR20160017286A (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템
KR20160017740A (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
KR101839643B1 (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
WO2017191676A1 (ja) 熱供給システム
KR20160017741A (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
KR20160073352A (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템
KR20160073356A (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템
KR101928138B1 (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박
KR102117381B1 (ko) 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치
KR101575511B1 (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
KR101575512B1 (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
KR20160017283A (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템
KR101519542B1 (ko) 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치
JP6854262B2 (ja) 排熱回収システム
KR20160073351A (ko) 선박용 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 터빈장치
KR20160017745A (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right