KR101983314B1 - Re-injection system of leaked carbon dioxid associated with heat pump - Google Patents

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이범준
백영진
이길봉
신형기
조준현
노철우
조종재
나호상
최봉수
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한국에너지기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a system for re-injecting leaked carbon dioxide of a power generator connected to a heat pump, wherein carbon dioxide leaked from a turbine is liquefied in an evaporator of the heat pump, and then pressurized by using the heat pump. Accordingly, the leaked carbon dioxide can be easily re-injected, and power consumption of a leaked carbon dioxide compressor can be minimized to increase efficiency. Moreover, heat is collected from a condenser of the heat pump, and thus efficiency of the power generator can be increased.

Description

히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템{Re-injection system of leaked carbon dioxid associated with heat pump}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a leak-

본 발명은 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화탄소 발전장치의 터빈에서 누설된 이산화탄소를 히트펌프를 이용하여 재주입시키는 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a leakage carbon dioxide re-injection system for a power generation apparatus associated with a heat pump, and more particularly, Leakage carbon dioxide re-injection system.

기존 에너지원의 활용성과 전력수급의 효율성을 향상시키기 위해 고효율 전력생산 기술의 향상에 대한 관심이 지속적으로 증대되고 있다. 고효율 전력생산 기술 향상을 위한 대안으로 초임계 이산화탄소 발전 기술에 대한 연구개발이 활성화되고 있다. In order to improve the utilization of existing energy sources and the efficiency of power supply and demand, interest in the improvement of high-efficiency power generation technology is continuously increasing. Research and development on supercritical carbon dioxide (CO2) power generation technology is being actively pursued as an alternative to the improvement of high efficiency power generation technology.

초임계 이산화탄소 발전 기술은, 임계 압력 이상의 초고압으로 압축된 이산화탄소를 고온으로 가열하여 터빈을 구동하는 브레이튼(Brayton)사이클 방식의 전력생산 기술이다.Supercritical carbon dioxide power generation technology is a Brayton cycle power generation technology that drives a turbine by heating carbon dioxide compressed at ultra high pressure over a critical pressure to a high temperature.

그러나, 초임계 이산화탄소 발전장치의 운전시, 터빈 측에서 이산화탄소가 누설되는 현상이 발생된다. 이산화탄소의 누설을 방지하기 위하여 시일(seal) 등을 적용하더라도 상당한 양의 이산화탄소의 누설이 발생되는 문제점이 있다. 스팀 발전 장치의 경우 스팀이 누설되더라도 누설량만큼 추가 보충이 용이하나, 초임계 이산화탄소 발전장치의 경우, 이산화탄소를 추가로 공급하기 어려운 문제점이 있다. However, when the supercritical carbon dioxide generator is operated, carbon dioxide leaks from the turbine side. A considerable amount of carbon dioxide is leaked even if a seal or the like is applied to prevent leakage of the carbon dioxide. In the case of the steam generator, it is easy to additionally replenish as much leakage amount even if the steam leaks, and in the case of the supercritical carbon dioxide generator, it is difficult to further supply carbon dioxide.

한국등록특허 10-1138223Korean Patent No. 10-1138223

본 발명의 목적은, 누설된 이산화탄소를 포집하여 다시 재주입할 수 있는 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a leakage carbon dioxide refueling system for a power generation system associated with a heat pump capable of collecting and re-injecting leaked carbon dioxide.

본 발명에 따른 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템은, 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과; 상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 냉각시키는 누설 이산화탄소 쿨러와; 상기 누설 이산화탄소 쿨러에서 냉각된 이산화탄소를 압축시키는 누설 이산화탄소 압축기와; 상기 누설 이산화탄소 압축기에서 압축된 이산화탄소를 히트펌프를 순환하는 냉매와 열교환시켜 액화시키는 상기 히트펌프의 증발기와; 상기 증발기에서 나온 이산화탄소를 가압하는 펌프와; 상기 펌프에서 나온 이산화탄소를 상기 히트펌프를 순환하는 냉매와 열교환시켜 가열하는 상기 히트펌프의 응축기와; 상기 응축기에서 나온 이산화탄소를 상기 터빈의 출구측으로 재주입하는 누설 이산화탄소 재주입 유로를 포함한다.The leakage carbon dioxide refueling system for a power generation apparatus according to the present invention comprises: a turbine driven using supercritical carbon dioxide; A leakage carbon dioxide cooler for cooling the carbon dioxide leaking from the turbine; A leakage carbon dioxide compressor for compressing carbon dioxide cooled in the leakage carbon dioxide cooler; An evaporator of the heat pump that liquefies the carbon dioxide compressed by the leaking carbon dioxide compressor by heat exchange with the refrigerant circulating through the heat pump; A pump for pressurizing carbon dioxide from the evaporator; A condenser of the heat pump which heats the carbon dioxide discharged from the pump by heat exchange with the refrigerant circulating through the heat pump; And a leakage carbon dioxide refueling passage for re-injecting carbon dioxide from the condenser to the outlet side of the turbine.

본 발명의 다른 측면에 따른 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템은,초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과; 상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 냉각시키는 누설 이산화탄소 쿨러와; 상기 누설 이산화탄소 쿨러에서 냉각된 이산화탄소를 압축시키는 누설 이산화탄소 압축기와; 상기 누설 이산화탄소 압축기에서 나온 이산화탄소를 외부의 제1냉각유체와 열교환시켜 냉각시키는 이산화탄소 냉각용 열교환기와; 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기에서 냉각된 이산화탄소를 히트펌프를 순환하는 냉매와 열교환시켜 액화시키는 상기 히트펌프의 증발기와; 상기 증발기에서 나온 이산화탄소를 가압하는 펌프와; 상기 펌프에서 나온 이산화탄소를 상기 히트펌프를 순환하는 냉매와 1차 열교환시켜 가열하는 상기 히트펌프의 제1응축기와; 상기 제1응축기에서 나온 냉매를 외부의 제2냉각유체와 열교환시켜 냉각시키는 냉매 냉각용 열교환기와; 상기 냉매 냉각용 열교환기에서 나온 이산화탄소를 상기 히트펌프의 냉매 압축기에서 압축된 냉매와 2차 열교환시켜 가열하는 상기 히트펌프의 제2응축기와; 상기 제2응축기에서 나온 이산화탄소를 상기 터빈의 출구측으로 재주입하는 누설 이산화탄소 재주입 유로를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a leakage carbon dioxide refueling system for a power generation system, comprising: a turbine driven using supercritical carbon dioxide; A leakage carbon dioxide cooler for cooling the carbon dioxide leaking from the turbine; A leakage carbon dioxide compressor for compressing carbon dioxide cooled in the leakage carbon dioxide cooler; A heat exchanger for cooling carbon dioxide which cools the carbon dioxide emitted from the leaking carbon dioxide compressor by heat exchange with an external first cooling fluid; An evaporator of the heat pump which liquefies carbon dioxide cooled in the heat exchanger for cooling carbon dioxide by heat exchange with a refrigerant circulating in the heat pump; A pump for pressurizing carbon dioxide from the evaporator; A first condenser of the heat pump which heats carbon dioxide from the pump by performing a first heat exchange with a refrigerant circulating through the heat pump; A heat exchanger for cooling the refrigerant to heat the refrigerant from the first condenser by heat exchange with the second external cooling fluid; A second condenser of the heat pump for heating the carbon dioxide from the refrigerant cooling heat exchanger by performing second heat exchange with the refrigerant compressed by the refrigerant compressor of the heat pump; And a leakage carbon dioxide refueling passage for re-injecting carbon dioxide from the second condenser to the outlet side of the turbine.

본 발명은, 터빈에서 누설된 이산화탄소를 히트펌프의 증발기에서 액화시킨 후, 펌프를 이용해 가압하기 때문에, 누설된 이산화탄소의 재주입이 용이할 뿐만 아니라, 누설 이산화탄소 압축기의 동력 소모를 최소화시켜 효율이 향상될 수 있다.Since the carbon dioxide leaked from the turbine is liquefied in the evaporator of the heat pump and then pressurized by the pump, the leaked carbon dioxide is easily injected again, and the power consumption of the leaked carbon dioxide compressor is minimized to improve the efficiency .

또한, 본 발명은 히트펌프의 응축기로부터 열을 다시 회수하기 때문에, 발전 장치의 효율이 향상될 수 있다. Further, since the present invention recovers heat from the condenser of the heat pump, the efficiency of the power generation apparatus can be improved.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 재주입 시스템의 T-S 선도이다.
도 4는 도 2에 도시된 재주입 시스템에서 냉매에 따른 재주입 일과 열전달계수를 나타낸다. FIG. 1 is a view illustrating a leakage carbon dioxide re-injection system for a power generation system associated with a heat pump according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating a leakage carbon dioxide re-injection system for a power generation system associated with a heat pump according to a second embodiment of the present invention.
3 is a TS diagram of the re-injection system shown in Fig.
FIG. 4 shows the re-injection time and heat transfer coefficient according to the refrigerant in the re-injection system shown in FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설며하면, 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view illustrating a leakage carbon dioxide re-injection system for a power generation system associated with a heat pump according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템은, 발전장치(G)와 히트펌프(H)를 연계하여, 발전장치(G)의 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소를 재주입하는 시스템이다.Referring to FIG. 1, a leakage carbon dioxide re-injection system for a power generator associated with a heat pump according to the first embodiment of the present invention includes a power generator G and a heat pump H, And injects the carbon dioxide leaking from the turbine 11 of the engine.

상기 발전장치(G)는, 터빈(11), 열회수기(Recuperator)(12), 메인 쿨러(14), 메인 압축기(16) 및 히터(18)를 포함한다. 상기 발전장치는 초임계 이산화탄소를 이용하는 발전장치이다. The power generation apparatus G includes a turbine 11, a recuperator 12, a main cooler 14, a main compressor 16, and a heater 18. The power generation apparatus is a power generation apparatus using supercritical carbon dioxide.

상기 터빈(11)은, 상기 히터(18)에서 가열된 임계 온도 이상의 초임계 이산화탄소(S-CO2, Supercritical CO2)를 공급받고, 팽창과정을 거치면서 구동되어 일을 생성한다. The turbine 11 is being supplied to the heater 18 of carbon dioxide (S-CO 2, Supercritical CO 2) above the supercritical temperature in the heating threshold, the drive goes through the expansion process produces a one.

상기 터빈(11)의 흡입측과 상기 히터(18)의 토출측은 터빈 흡입유로(11a)로 연결된다. 상기 터빈(11)의 토출측과 상기 열회수기(12)는 터빈 토출유로(11b)로 연결된다. The suction side of the turbine 11 and the discharge side of the heater 18 are connected to the turbine suction passage 11a. The discharge side of the turbine 11 and the heat recovery unit 12 are connected to the turbine discharge passage 11b.

상기 열회수기(12)는, 복열기 또는 열재생기라고도 한다. 상기 열회수기(12)는, 상기 터빈(11)에서 나온 이산화탄소와 상기 메인 압축기(16)에서 나온 이산화탄소를 열교환시켜, 상기 히터(18)로 유입되는 이산화탄소를 가열하는 역할을 한다.The heat recovery device 12 may be referred to as a heat recovery or heat recovery device. The heat recovery unit 12 heats the carbon dioxide flowing into the heater 18 by exchanging carbon dioxide from the turbine 11 and carbon dioxide emitted from the main compressor 16.

상기 메인 쿨러(14)는, 상기 터빈(11)에서 나와 상기 열회수기(12)를 통과한 이산화탄소를 외부 공기나 냉각수를 이용하여 냉각시키는 열교환기이다.The main cooler 14 is a heat exchanger for cooling the carbon dioxide passing through the heat recovery unit 12 by using outside air or cooling water.

상기 히터(18)는, 상기 메인 압축기(16)에서 나와 상기 열회수기(12)를 통과한 이산화탄소를 외부 열원을 이용하여 가열한다. The heater 18 heats the carbon dioxide that has passed through the heat recovery unit 12 from the main compressor 16 using an external heat source.

한편, 상기 히트펌프(H)는, 냉매 압축기(20), 응축기(30), 팽창밸브(22) 및 증발기(24)를 포함한다.The heat pump H includes a refrigerant compressor 20, a condenser 30, an expansion valve 22, and an evaporator 24.

상기 히트펌프(H)를 순환하는 냉매는 프로판(Propane), 프로필렌(Propylen), R32, 암모니아(Ammonia) 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서는, 상기 증발기(24)에서 이산화탄소를 -20℃이하로 냉각시켜야 하므로, 저온 냉매를 사용하여야 한다. 본 실시예에서는, 상기 냉매는 프로판을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. Propane, propylene, R32, ammonia, or the like may be used as the refrigerant circulating through the heat pump (H). In the present invention, carbon dioxide should be cooled down to -20 캜 or lower in the evaporator (24), so that a low-temperature refrigerant should be used. In this embodiment, the refrigerant is exemplified by using propane.

상기 냉매 압축기(20)는, 상기 히트펌프(H)를 순환하는 냉매를 압축한다. 상기 냉매 압축기(20)와 상기 응축기(30)는 응축기 흡입유로(30a)로 연결된다. The refrigerant compressor (20) compresses the refrigerant circulating through the heat pump (H). The refrigerant compressor (20) and the condenser (30) are connected to a condenser suction passage (30a).

상기 응축기(30)는, 상기 냉매 압축기(20)에서 나온 냉매를 후술하는 이산화탄소와 열교환시켜, 상기 냉매를 응축시킨다. 상기 응축기(30)와 상기 팽창밸브(22)는 응축기 토출유로(30b)로 연결된다. The condenser 30 exchanges the refrigerant from the refrigerant compressor 20 with carbon dioxide, which will be described later, to condense the refrigerant. The condenser 30 and the expansion valve 22 are connected to the condenser discharge passage 30b.

상기 팽창밸브(22)는, 상기 응축기(30)에서 응축된 냉매를 팽창시킨다. 상기 팽창밸브(22)와 상기 증발기(24)는 증발기 흡입유로(24a)로 연결된다. The expansion valve (22) expands the refrigerant condensed in the condenser (30). The expansion valve (22) and the evaporator (24) are connected to an evaporator suction passage (24a).

상기 증발기(24)는, 상기 팽창밸브(22)에서 나온 냉매를 후술하는 이산화탄소와 열교환시켜 상기 냉매를 증발시킨다. 상기 증발기(24)와 상기 메인 압축기(20)는 증발기 토출유로(24b)로 연결된다. The evaporator 24 exchanges the refrigerant from the expansion valve 22 with carbon dioxide to evaporate the refrigerant. The evaporator (24) and the main compressor (20) are connected to an evaporator discharge passage (24b).

한편, 상기 재주입 시스템은, 누설 이산화탄소 포집유로(40), 누설 이산화탄소 쿨러(42), 누설 이산화탄소 압축기(44), 펌프(46) 및 누설 이산화탄소 재주입 유로(50)를 더 포함한다.The re-injection system further includes a leakage carbon dioxide collection passage 40, a leakage carbon dioxide cooler 42, a leakage carbon dioxide compressor 44, a pump 46, and a leakage carbon dioxide injection passage 50.

상기 누설 이산화탄소 포집유로(40)는, 상기 터빈(11)의 일측에 연결되어 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소를 포집하여 상기 누설 이산화탄소 쿨러(42)로 안내하는 유로이다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소는 별도의 포집수단을 이용하여 포집하는 것도 물론 가능하다. The leakage carbon dioxide collection channel 40 is connected to one side of the turbine 11 and collects carbon dioxide leaked from the turbine 11 and guides the collected carbon dioxide to the leakage carbon dioxide cooler 42. However, the present invention is not limited to this, and the carbon dioxide leaking from the turbine 11 may be collected by a separate collection means.

상기 누설 이산화탄소 쿨러(42)는, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소를 외부의 냉각유체를 이용하여 냉각시킨다. 상기 누설 이산화탄소 쿨러(42)는 공랭식 냉각기인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar이고, 온도는 약 100℃인 상태이다. 따라서, 상기 누설 이산화탄소 쿨러(42)는, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소를 1차 냉각시킨다. The leakage carbon dioxide cooler 42 cools the carbon dioxide leaked from the turbine 11 by using an external cooling fluid. The leakage carbon dioxide cooler 42 is an air cooling type cooler, for example. The pressure of the carbon dioxide leaking from the turbine 11 is about 1.2 bar and the temperature is about 100 캜. Therefore, the leakage carbon dioxide cooler 42 primarily cools the carbon dioxide leaked from the turbine 11. [

상기 누설 이산화탄소 압축기(44)는, 상기 누설 이산화탄소 쿨러(42)에서 냉각된 이산화탄소를 압축시킨다. 상기 누설 이산화탄소 압축기(44)의 압축비는 압축비 15 이하로 설정된다. The leaking carbon dioxide compressor 44 compresses the carbon dioxide cooled by the leaking carbon dioxide cooler 42. The compression ratio of the lean carbon dioxide compressor (44) is set to a compression ratio of 15 or less.

상기 누설 이산화탄소 압축기(44)와 상기 펌프(46)는, 누설 이산화탄소 냉각유로(45)로 연결된다.The leaking carbon dioxide compressor (44) and the pump (46) are connected to a leakage carbon dioxide cooling channel (45).

상기 누설 이산화탄소 냉각유로(45)는, 상기 히트펌프(H)의 증발기(24)를 통과하는 유로이다. 상기 누설 이산화탄소 냉각유로(45)는, 상기 누설 이산화탄소 압축기(44)에서 나온 이산화탄소를 상기 증발기(24)로 안내하고, 상기 증발기(24)에서 열교환되어 액화된 이산화탄소를 상기 펌프(46)로 안내한다.The leakage carbon dioxide cooling passage 45 is a passage through which the evaporator 24 of the heat pump H is passed. The leaking carbon dioxide cooling channel 45 guides the carbon dioxide from the leaking carbon dioxide compressor 44 to the evaporator 24 and the liquefied carbon dioxide which has been heat-exchanged in the evaporator 24 to the pump 46 .

상기 펌프(46)는, 상기 증발기(24)에서 액화된 이산화탄소를 가압한다. 상기 펌프(46)는, 상기 발전장치(G)의 저압부 압력인 약 85bar로 가압한다.The pump 46 pressurizes the liquefied carbon dioxide in the evaporator 24. [ The pump 46 pressurizes the low pressure part of the power generator G to about 85 bar.

상기 펌프(46)와 상기 히트펌프(H)의 응축기(30)는, 누설 이산화탄소 가열유로(47)로 연결된다. The pump 46 and the condenser 30 of the heat pump H are connected to the leakage carbon dioxide heating flow path 47.

상기 누설 이산화탄소 가열유로(47)는, 상기 펌프(46)에서 가압된 이산화탄소를 상기 응축기(30)로 안내하는 유로이다. The leaking carbon dioxide heating flow path 47 is a flow path for guiding carbon dioxide pressurized by the pump 46 to the condenser 30.

상기 응축기(30)에서는, 상기 펌프(46)에서 나온 이산화탄소는 냉매와 열교환하여 상기 히트펌프(H)로 공급했던 열을 재회수한다.In the condenser 30, the carbon dioxide discharged from the pump 46 exchanges heat with the refrigerant to regenerate the heat supplied to the heat pump H.

상기 누설 이산화탄소 재주입 유로(50)는, 상기 응축기(30)에서 가열된 이산화탄소를 상기 터빈(11)의 토출측으로 안내하는 유로이다. 상기 누설 이산화탄소 재주입 유로(50)는, 상기 응축기(30)의 토출측과 상기 터빈 토출유로(11b)를 연결한다.
The leakage carbon dioxide re-injection flow path 50 is a flow path for guiding the carbon dioxide heated in the condenser 30 to the discharge side of the turbine 11. [ The leakage carbon dioxide re-injection flow path 50 connects the discharge side of the condenser 30 and the turbine discharge flow path 11b.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 누설 이산화탄소 재주입 방법을 설명하면, 다음과 같다.The method of injecting the lean carbon dioxide material according to the first embodiment of the present invention will now be described.

상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소는 상기 누설 이산화탄소 쿨러(42)에서 1차 냉각된다.The carbon dioxide leaking from the turbine 11 is firstly cooled by the leakage carbon dioxide cooler 42.

이 때, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar이고, 온도는 약 100℃이다.At this time, the pressure of the carbon dioxide leaking from the turbine 11 is about 1.2 bar and the temperature is about 100 ° C.

상기 누설 이산화탄소 쿨러(42)에서 1차 냉각된 이산화탄소는 상기 누설 이산화탄소 압축기(44)에서 압축된다. The carbon dioxide that has been primarily cooled in the leakage carbon dioxide cooler 42 is compressed in the leakage carbon dioxide compressor 44.

상기 누설 이산화탄소 압축기(44)에서는 이산화탄소를 약 15bar로 1차 압축한다. The lean carbon dioxide compressor 44 primarily compresses carbon dioxide to about 15 bar.

상기 누설 이산화탄소 압축기(44)에서 압축된 이산화탄소는 상기 증발기(24)를 통과하면서 상기 히트펌프(H)를 순환하는 냉매와 열교환되어 2차 냉각된다.The carbon dioxide compressed by the leaked carbon dioxide compressor 44 is heat-exchanged with the refrigerant circulating in the heat pump H while passing through the evaporator 24, and is then cooled secondarily.

상기 증발기(24)에서 이산화탄소와 냉매의 열교환이 이루어짐으로써, 이산화탄소는 상기 히트펌프(H)로 열을 공급하게 된다. The evaporator (24) performs heat exchange between the carbon dioxide and the refrigerant, so that the carbon dioxide supplies heat to the heat pump (H).

상기 증발기(24)를 통과한 이산화탄소는 2차 냉각되어 액화된다. 상기 증발기(24)를 통과한 이산화탄소의 압력은 약 15bar이고, 온도는 약 -25℃이다.The carbon dioxide that has passed through the evaporator 24 is secondarily cooled and liquefied. The pressure of the carbon dioxide passing through the evaporator 24 is about 15 bar and the temperature is about -25 ° C.

상기 증발기(24)에서 액화된 이산화탄소는 상기 펌프(46)에서 2차 가압된다. The carbon dioxide liquefied in the evaporator (24) is secondarily pressurized by the pump (46).

이 때, 상기 펌프(46)에서 가압된 이산화탄소의 압력은 약 85bar이다.At this time, the pressure of the carbon dioxide pressurized by the pump 46 is about 85 bar.

상기 펌프(46)에서 가압된 이산화탄소는 상기 응축기(30)를 통과하면서, 상기 히트펌프(H)를 순환하는 냉매와 열교환되어 가열된다.The carbon dioxide pressurized by the pump 46 is heat-exchanged with the refrigerant circulating through the heat pump H while passing through the condenser 30, and is heated.

상기 응축기(30)에서 이산화탄소와 냉매의 열교환이 이루어짐으로써, 이산화탄소는 상기 히트펌프(H)로 공급했던 열을 회수하게 된다. In the condenser 30, the heat exchange between the carbon dioxide and the refrigerant is performed, so that the carbon dioxide recovers the heat supplied to the heat pump H.

상기 응축기(30)를 통과한 이산화탄소의 압력은 약 85bar이고, 온도는 약 40℃이다.The pressure of the carbon dioxide passing through the condenser 30 is about 85 bar and the temperature is about 40 ° C.

상기 응축기(30)에서 가열된 이산화탄소는 상기 누설 이산화탄소 재주입 유로(50)를 통해 상기 발전장치(G)의 저압측인 상기 터빈(11)의 토출측으로 주입된다. The carbon dioxide heated in the condenser 30 is injected into the discharge side of the turbine 11, which is the low-pressure side of the power generator G, through the leaking carbon dioxide re-injection path 50.

상기와 같은 재주입 시스템은, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소를 액화시킨 후 상기 펌프(46)를 이용해 2차 가압함으로써, 상기 누설 이산화탄소 압축기(44)의 동력 소모를 최소화시킬 수 있다.The re-injection system may minimize the power consumption of the leaking carbon dioxide compressor 44 by liquefying the carbon dioxide leaked from the turbine 11 and then secondarily pressurizing the leaking carbon dioxide compressor 44 using the pump 46.

또한, 기존에 이젝터를 이용하여 재주입하는 경우에는 발전장치의 고압 상태의 이산화탄소를 이용하는 것이므로 발전장치의 효율에 영향을 주기 때문에 트랜스크리티컬(Transcritical) 사이클에만 적용가능한다. 그러나, 본 발명에서는 상기 증발기(24)에서 액화된 이산화탄소를 상기 펌프(46)를 이용해 2차 가압하도록 구성됨으로써, 발전장치의 효율 저하가 방지되고 전체 시스템의 동력 소모도 적기 때문에 트랜스크리티컬 사이클 뿐만 아니라 수퍼크리티컬(Supercritical)사이클에도 적용이 가능한 이점이 있다.
Further, in the case of re-injection using the ejector, since the power generation apparatus uses carbon dioxide in a high pressure state, it affects the efficiency of the power generation apparatus, so that it can be applied only to a transcritical cycle. However, in the present invention, since the carbon dioxide liquefied in the evaporator 24 is secondarily pressurized by using the pump 46, the efficiency reduction of the power generation device is prevented and the power consumption of the entire system is small, It also has the advantage of being applicable to supercritical cycles.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view illustrating a leakage carbon dioxide re-injection system for a power generation system associated with a heat pump according to a second embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템은, 히트펌프(H)의 응축기(130)가 2개의 제1,2응축기(131)(132)를 포함하고, 상기 제1응축기(131)와 상기 제2응축기(132)사이에 구비된 냉매 냉각용 열교환기(200)와, 누설 이산화탄소 압축기(144)와 상기 히트펌프(H)의 증발기(122)사이에 구비된 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)를 더 포함하는 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다. Referring to FIG. 2, in the leakage carbon dioxide refueling system for a power generation system associated with the heat pump according to the second embodiment of the present invention, the condenser 130 of the heat pump H is connected to two first and second condensers 131 A heat exchanger 200 for cooling a refrigerant provided between the first condenser 131 and the second condenser 132, a leakage carbon dioxide compressor 144 and the heat pump H, The second embodiment differs from the first embodiment in that it further includes a heat exchanger 300 for cooling carbon dioxide which is provided between the evaporator 122 and the evaporator 122. The remaining components and operations are similar to each other, The different points will be described in detail.

상기 히트펌프(H)는, 냉매 압축기(120), 상기 제1응축기(131), 상기 제2응축기(132), 팽창밸브(122) 및 증발기(124)를 포함한다. The heat pump H includes a refrigerant compressor 120, a first condenser 131, a second condenser 132, an expansion valve 122, and an evaporator 124.

상기 히트펌프(H)를 순환하는 냉매는 프로판(Propane), 프로필렌(Propylen), R32, 암모니아(Ammonia) 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서는, 상기 증발기(24)에서 이산화탄소를 -20℃이하로 냉각시켜야 하므로, 저온 냉매를 사용하여야 한다. 본 실시예에서는, 상기 냉매는 프로판을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.Propane, propylene, R32, ammonia, or the like may be used as the refrigerant circulating through the heat pump (H). In the present invention, carbon dioxide should be cooled down to -20 캜 or lower in the evaporator (24), so that a low-temperature refrigerant should be used. In this embodiment, the refrigerant is exemplified by using propane.

상기 냉매 압축기(120)는, 상기 히트펌프(H)를 순환하는 냉매를 압축한다. 상기 냉매 압축기(120)와 상기 제2응축기(132)는 제2응축기 흡입유로(133)로 연결된다. The refrigerant compressor (120) compresses the refrigerant circulating through the heat pump (H). The refrigerant compressor (120) and the second condenser (132) are connected to the second condenser suction passage (133).

상기 제2응축기(132)와 상기 제1응축기(131)는 응축기 연결유로(134)로 연결된다. The second condenser 132 and the first condenser 131 are connected to the condenser connecting flow path 134.

상기 응축기 연결유로(134)에는 상기 냉매 냉각용 열교환기(200)가 설치된다.The refrigerant cooling heat exchanger (200) is installed in the condenser connecting flow path (134).

상기 냉매 냉각용 열교환기(200)는, 상기 제2응축기(132)에서 나온 냉매를 외부의 제2냉각유체와 열교환시키는 열교환기이다. 상기 냉매 냉각용 열교환기(200)는, 상기 제2응축기(132)에서 응축되어 1차 냉각된 냉매를 추가적으로 냉각시킨다. 상기 냉매 냉각용 열교환기(20))에서 냉매가 추가 냉각됨으로써, 상기 제1응축기(131)에서 열교환 효율이 향상될 수 있다. 상기 제2냉각유체는, 냉각수인 것도 가능하고 외부 공기인 것도 가능하다.The refrigerant cooling heat exchanger 200 is a heat exchanger for exchanging the refrigerant from the second condenser 132 with the second external cooling fluid. The refrigerant cooling heat exchanger 200 further cools the first refrigerant that has been condensed in the second condenser 132. The refrigerant is further cooled in the refrigerant cooling heat exchanger (20), so that heat exchange efficiency in the first condenser (131) can be improved. The second cooling fluid may be cooling water or outside air.

상기 제1응축기(131)는, 상기 냉매 냉각용 열교환기(200)에서 추가 냉각된 냉매를 상기 이산화탄소와 열교환시켜 응축시킨다.The first condenser 131 heat-exchanges the refrigerant further cooled in the refrigerant cooling heat exchanger 200 with the carbon dioxide to condense it.

상기 제1응축기(131)와 상기 팽창밸브(122)는 제1응축기 토출유로(135)로 연결된다.The first condenser 131 and the expansion valve 122 are connected to the first condenser discharge passage 135.

상기 팽창밸브(122)는, 상기 제1응축기(131)에서 응축된 냉매를 팽창시킨다. 상기 팽창밸브(122)와 상기 증발기(124)는 증발기 흡입유로(124a)로 연결된다. The expansion valve (122) expands the refrigerant condensed in the first condenser (131). The expansion valve 122 and the evaporator 124 are connected to the evaporator suction passage 124a.

상기 증발기(124)는, 상기 팽창밸브(122)에서 나온 냉매를 후술하는 이산화탄소와 열교환시켜 상기 냉매를 증발시킨다. 상기 증발기(124)와 상기 메인 압축기(20)는 증발기 토출유로(124b)로 연결된다. The evaporator 124 exchanges the refrigerant from the expansion valve 122 with carbon dioxide to evaporate the refrigerant. The evaporator 124 and the main compressor 20 are connected to an evaporator discharge passage 124b.

한편, 상기 재주입 시스템은, 누설 이산화탄소 포집유로(140), 누설 이산화탄소 쿨러(142), 누설 이산화탄소 압축기(144), 펌프(146), 누설 이산화탄소 재주입 유로(150) 및 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)를 포함한다.The re-injection system includes a lean carbon dioxide collecting passage 140, a leaking carbon dioxide cooler 142, a lean carbon dioxide compressor 144, a pump 146, a leaking carbon dioxide re-injecting passage 150 and the carbon dioxide- (300).

상기 누설 이산화탄소 포집유로(140)는, 상기 터빈(11)의 일측에 연결되어 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소를 포집하여 상기 누설 이산화탄소 쿨러(142)로 안내하는 유로이다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소는 별도의 포집수단을 이용하여 포집하는 것도 물론 가능하다. The leakage carbon dioxide collection passage 140 is connected to one side of the turbine 11 and collects carbon dioxide leaked from the turbine 11 and guides the collected carbon dioxide to the leakage carbon dioxide cooler 142. However, the present invention is not limited to this, and the carbon dioxide leaking from the turbine 11 may be collected by a separate collection means.

상기 누설 이산화탄소 쿨러(142)는, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소를 외부의 냉각유체를 이용하여 냉각시킨다. 상기 누설 이산화탄소 쿨러(142)는 공랭식 냉각기인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar이고, 온도는 약 100℃인 상태이다. 따라서, 상기 누설 이산화탄소 쿨러(142)는, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소를 1차 냉각시킨다. The leakage carbon dioxide cooler 142 cools the carbon dioxide leaked from the turbine 11 by using an external cooling fluid. The leakage carbon dioxide cooler 142 is an air cooling type cooler, for example. The pressure of the carbon dioxide leaking from the turbine 11 is about 1.2 bar and the temperature is about 100 캜. Accordingly, the leakage carbon dioxide cooler 142 primarily cools the carbon dioxide leaking from the turbine 11. [

상기 누설 이산화탄소 압축기(144)는, 상기 누설 이산화탄소 쿨러(142)에서 냉각된 이산화탄소를 압축시킨다. 상기 누설 이산화탄소 압축기(144)의 압축비는 압축비 15 이하로 설정된다. The leaking carbon dioxide compressor 144 compresses the carbon dioxide cooled by the leaking carbon dioxide cooler 142. The compression ratio of the leaking carbon dioxide compressor 144 is set to a compression ratio of 15 or less.

상기 누설 이산화탄소 압축기(144)와 상기 펌프(146)는, 누설 이산화탄소 냉각유로(145)로 연결된다.The leaking carbon dioxide compressor 144 and the pump 146 are connected to a leakage carbon dioxide cooling channel 145.

상기 누설 이산화탄소 냉각유로(145)는, 상기 누설 이산화탄소 압축기(144)에서 나온 이산화탄소가 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)와 상기 증발기(124)를 차례로 통과하도록 안내하는 유로이다. The leakage carbon dioxide cooling flow passage 145 guides the carbon dioxide from the leakage carbon dioxide compressor 144 to pass through the carbon dioxide cooling heat exchanger 300 and the evaporator 124 in order.

상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)는, 상기 누설 이산화탄소 압축기(144)와 상기 증발기(124)사이에 구비되어, 상기 누설 이산화탄소 압축기(144)에서 나온 이산화탄소를 외부의 제1냉각유체와 열교환시켜 추가로 냉각시킨다. 상기 제1냉각유체는, 냉각수인 것도 가능하고 외부 공기인 것도 가능하다. 본 실시예에서는, 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)는 외기와 이산화탄소를 열교환시키는 상온 열교환기인 것으로 예를 들어 설명한다. The carbon dioxide cooling heat exchanger 300 is provided between the leaking carbon dioxide compressor 144 and the evaporator 124 to heat the carbon dioxide discharged from the leaking carbon dioxide compressor 144 with an external first cooling fluid Lt; / RTI > The first cooling fluid may be cooling water or outside air. In the present embodiment, the carbon dioxide cooling heat exchanger 300 is an ordinary temperature heat exchanger for exchanging heat between the outside air and carbon dioxide.

상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)는, 상기 누설 이산화탄소 압축기(144)에서 나온 고온의 이산화탄소를 냉각시킨 후 상기 증발기(124)로 공급되도록 함으로써, 상기 증발기(124)의 열교환량을 줄여줄 수 있다. 상기 증발기(124)의 열교환량을 줄여줌으로써, 상기 히트펌프(H)의 크기를 축소시킬 수 있다. The carbon dioxide cooling heat exchanger 300 may cool the high temperature carbon dioxide discharged from the leakage carbon dioxide compressor 144 and then supply the cooled carbon dioxide to the evaporator 124 to reduce the heat exchange amount of the evaporator 124 . By reducing the heat exchange amount of the evaporator 124, the size of the heat pump H can be reduced.

상기 펌프(146)는, 상기 증발기(124)에서 액화된 이산화탄소를 가압한다. 상기 펌프(416)는, 상기 발전장치(G)의 저압부 압력인 약 85bar로 가압한다.The pump 146 pressurizes liquefied carbon dioxide in the evaporator 124. The pump 416 pressurizes the low pressure part of the power generator G to about 85 bar.

상기 펌프(146)와 상기 제1응축기(131)는, 제1누설 이산화탄소 가열유로(147)로 연결된다. The pump 146 and the first condenser 131 are connected to a first leakage carbon dioxide heating passage 147.

상기 제1누설 이산화탄소 가열유로(47)는, 상기 펌프(146)에서 가압된 이산화탄소를 상기 제1응축기(131)로 안내하는 유로이다. The first leakage carbon dioxide heating flow path 47 is a flow path for guiding the carbon dioxide pressurized by the pump 146 to the first condenser 131.

상기 제1응축기(131)에서는, 상기 펌프(146)에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매 냉각용 열교환기(200)에서 나온 냉매와 열교환하여 상기 히트펌프(H)로 공급했던 열을 재회수한다.The first condenser 131 exchanges the carbon dioxide from the pump 146 with the refrigerant from the refrigerant cooling heat exchanger 200 to regenerate the heat supplied to the heat pump H. [

상기 제1응축기(131)와 상기 제2응축기(132)는, 제2누설 이산화탄소 가열유로(148)로 연결된다. The first condenser 131 and the second condenser 132 are connected to a second leakage carbon dioxide heating passage 148.

상기 제2누설 이산화탄소 가열유로(148)는, 상기 제1응축기(131)에서 열을 흡수한 이산화탄소를 상기 제2응축기(132)로 안내하는 유로이다. The second leakage carbon dioxide heating flow path 148 is a flow path for guiding the carbon dioxide absorbed in the first condenser 131 to the second condenser 132.

상기 제2응축기(132)에서는, 상기 제1응축기(131)에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매 압축기(120)에서 나온 냉매와 열교환하여 상기 히트펌프(H)로 공급했던 열을 재회수한다.The second condenser 132 heat-exchanges carbon dioxide from the first condenser 131 with the refrigerant discharged from the refrigerant compressor 120 to regenerate the heat supplied to the heat pump H.

상기 누설 이산화탄소 재주입 유로(150)는, 상기 제2응축기(132)에서 가열된 이산화탄소를 상기 터빈(11)의 토출측으로 안내하는 유로이다. 상기 누설 이산화탄소 재주입 유로(150)는, 상기 제2응축기(132)의 토출측과 상기 터빈 토출유로(11b)를 연결한다.
The leakage carbon dioxide re-injection flow path 150 is a flow path for guiding the carbon dioxide heated in the second condenser 132 to the discharge side of the turbine 11. [ The leakage carbon dioxide re-injection flow path 150 connects the discharge side of the second condenser 132 and the turbine discharge flow path 11b.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 누설 이산화탄소 재주입 방법을 설명하면, 다음과 같다.A method of injecting a lean carbon dioxide material according to a second embodiment of the present invention will now be described.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 터빈(11)에서 누설되어 포집된 이산화탄소는 상기 누설 이산화탄소 쿨러(142)에서 1차 냉각된다.Referring to FIGS. 2 and 3, the carbon dioxide leaking from the turbine 11 is primarily cooled in the leakage carbon dioxide cooler 142.

이 때, 상기 터빈(11)에서 누설된 이산화탄소의 압력은 약 1.2bar이고, 온도는 약 100℃이다.At this time, the pressure of the carbon dioxide leaking from the turbine 11 is about 1.2 bar and the temperature is about 100 ° C.

상기 누설 이산화탄소 쿨러(142)에서 1차 냉각된 이산화탄소(C1)는 상기 누설 이산화탄소 압축기(144)에서 압축된다. The carbon dioxide (C1) cooled first in the leakage carbon dioxide cooler (142) is compressed in the leakage carbon dioxide compressor (144).

상기 누설 이산화탄소 압축기(144)에서는 이산화탄소를 약 15bar로 1차 압축한다. The lean carbon dioxide compressor 144 primarily compresses carbon dioxide to about 15 bar.

상기 누설 이산화탄소 압축기(144)에서 압축된 이산화탄소(C2)는 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)로 유입된다.The carbon dioxide (C2) compressed by the leakage carbon dioxide compressor (144) flows into the carbon dioxide cooling heat exchanger (300).

상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)에서는 이산화탄소와 외부 공기와의 열교환이 이루어지면서 이산화탄소가 냉각된다. 상기 누설 이산화탄소 압축기(144)에서 나온 이산화탄소(C2)의 온도가 매우 높은 상태이므로, 상기 증발기(124)의 용량을 증가시키지 않고 상기 이산화탄소(C2)를 충분히 냉각시키기 위해 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)에서 먼저 냉각시켜준다. 따라서, 상기 이산화탄소를 상기 증발기(124)를 이용해 액화시키기 위해 상기 증발기(124)의 크기나 용량을 늘릴 필요가 없으므로, 상기 히트펌프(H)에서의 열교환량을 줄여줄 수 있는 이점이 있다. 즉, 본 실시예는, 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)가 설치되지 않는 상기 제1실시예에 비해 상기 히트펌프(H)가 컴팩트화될 수 있다.In the heat exchanger 300 for cooling the carbon dioxide, the carbon dioxide is cooled by the heat exchange between the carbon dioxide and the outside air. The temperature of the carbon dioxide C2 discharged from the leakage carbon dioxide compressor 144 is extremely high and the temperature of the carbon dioxide cooling heat exchanger 300 ). Therefore, there is no need to increase the size or capacity of the evaporator 124 in order to liquefy the carbon dioxide using the evaporator 124, so that there is an advantage that the heat exchange amount in the heat pump H can be reduced. That is, in the present embodiment, the heat pump H can be made compact as compared with the first embodiment in which the heat exchanger 300 for cooling carbon dioxide is not installed.

도 3을 참조하면, 이산화탄소가 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)를 통과하면서 온도가 충분히 낮아진 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the temperature is sufficiently lowered as the carbon dioxide passes through the heat exchanger 300 for cooling the carbon dioxide.

상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)에서 냉각된 이산화탄소(C3)는 상기 증발기(124)로 유입된다. The carbon dioxide (C3) cooled in the carbon dioxide cooling heat exchanger (300) flows into the evaporator (124).

상기 증발기(124)로 유입된 이산화탄소는 냉매와의 열교환을 통해 2차 냉각된다. 상기 증발기(124)에서 이산화탄소와 냉매의 열교환이 이루어짐으로써, 이산화탄소는 상기 히트펌프(H)로 열을 공급하게 된다. The carbon dioxide introduced into the evaporator 124 is secondarily cooled through heat exchange with the refrigerant. The evaporator (124) performs heat exchange between the carbon dioxide and the refrigerant, so that the carbon dioxide supplies heat to the heat pump (H).

상기 증발기(124)를 통과한 이산화탄소(C4)는 2차 냉각되어 액화된다. 상기 증발기(124)를 통과한 이산화탄소의 압력은 약 15bar이고, 온도는 약 -25℃이다.The carbon dioxide (C4) passing through the evaporator (124) is secondarily cooled and liquefied. The pressure of the carbon dioxide passing through the evaporator 124 is about 15 bar and the temperature is about -25 ° C.

상기 증발기(124)에서 액화된 이산화탄소는 상기 펌프(146)에서 2차 가압된다. The liquefied carbon dioxide in the evaporator 124 is secondarily pressurized by the pump 146.

이 때, 상기 펌프(146)에서 가압된 이산화탄소(C5)의 압력은 약 85bar이다.At this time, the pressure of the carbon dioxide (C5) pressurized by the pump 146 is about 85 bar.

상기 펌프(146)에서 가압된 이산화탄소는 상기 제1응축기(131)로 유입된다.The carbon dioxide pressurized by the pump 146 flows into the first condenser 131.

상기 제1응축기(131)에서는 이산화탄소와 상기 히트펌프(H)를 순환하는 냉매와 열교환되어, 이산화탄소가 1차 가열된다.In the first condenser 131, carbon dioxide is heat-exchanged with the refrigerant circulating through the heat pump H, and the carbon dioxide is firstly heated.

상기 제1응축기(131)로 유입된 냉매는 상기 냉매 냉각용 열교환기(200)를 통과하면서 온도가 충분히 낮아졌기 때문에, 상기 제1응축기(131)에서 이산화탄소와의 열교환이 보다 잘 이루어질 수 있다. Since the refrigerant flowing into the first condenser 131 passes through the refrigerant cooling heat exchanger 200 and the temperature is sufficiently lowered, heat exchange with the carbon dioxide in the first condenser 131 can be performed more easily.

상기 제1응축기(131)에서 가열된 이산화탄소(C6)는 상기 제2응축기(132)로 유입된다. The carbon dioxide C6 heated by the first condenser 131 flows into the second condenser 132.

상기 제2응축기(132)에서는 이산화탄소와 상기 냉매 압축기(120)를 통과한 냉매와의 열교환이 이루어지고, 이산화탄소는 2차 가열된다. In the second condenser 132, the carbon dioxide is exchanged with the refrigerant passing through the refrigerant compressor 120, and the carbon dioxide is secondarily heated.

상기 제1,2응축기(131)(132)에서 이산화탄소와 냉매의 열교환이 이루어짐으로써, 이산화탄소는 상기 히트펌프(H)로 공급했던 열을 회수하게 된다. The first and second condensers 131 and 132 perform heat exchange between the carbon dioxide and the refrigerant, thereby recovering the heat supplied to the heat pump H by the carbon dioxide.

상기 제2응축기(132)를 통과한 이산화탄소의 압력은 약 85bar이고, 온도는 약 40℃이다.The pressure of the carbon dioxide passing through the second condenser 132 is about 85 bar and the temperature is about 40 ° C.

상기 제2응축기(132)에서 나온 이산화탄소는 상기 누설 이산화탄소 재주입 유로(150)를 통해 상기 발전장치(G)의 저압측인 상기 터빈(11)의 토출측으로 주입된다. The carbon dioxide from the second condenser 132 is injected into the discharge side of the turbine 11 which is the low-pressure side of the power generator G through the leaking carbon dioxide re-injection path 150.

상기와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 재주입 시스템은, 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)와 상기 냉매 냉각용 열교환기(200)를 추가로 구비함으로써, 상기 증발기(124)와 상기 제1,2응축기(131)(132)에서 열교환 효율을 보다 향상시킴으로써, 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.The re-injection system according to the second embodiment of the present invention may further include the carbon dioxide cooling heat exchanger 300 and the coolant cooling heat exchanger 200, so that the evaporator 124, By further improving the heat exchange efficiency in the 1,2 condenser 131 (132), the efficiency of the entire system can be improved.

한편, 상기 실시예에서는 상기 냉매 냉각용 열교환기(200)를 항상 사용하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 제2응축기(132)에서 토출되는 냉매의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 냉매 냉각용 열교환기(200)의 사용을 중지할 수 있다. However, the present invention is not limited thereto. If the temperature of the refrigerant discharged from the second condenser 132 is lower than a predetermined set temperature, , The use of the refrigerant cooling heat exchanger 200 can be stopped.

또한, 상기 압축기(133)에서 토출되는 냉매의 온도에 따라 상기 제1,2응축기(131)(132) 중 하나만 사용하는 것도 물론 가능하다. It is also possible to use only one of the first and second condensers 131 and 132 according to the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 133.

또한, 상기 누설 이산화탄소 압축기(144)에서 토출되는 이산화탄소의 온도에 따라 상기 이산화탄소 냉각용 열교환기(300)의 사용을 중지하는 것도 물론 가능하다.It is also possible to stop the use of the carbon dioxide cooling heat exchanger 300 according to the temperature of the carbon dioxide discharged from the leaking carbon dioxide compressor 144.

한편, 도 4는 도 2에 도시된 재주입 시스템에서 냉매에 따른 재주입 일과 열전달계수를 나타낸다. Meanwhile, FIG. 4 shows the re-injection time and the heat transfer coefficient according to the refrigerant in the re-injection system shown in FIG.

도 4는, 재주입 시스템의 효율을 검토하기 위해 계산한 결과를 나타낸다. Figure 4 shows the results of calculations for reviewing the efficiency of the re-injection system.

상기 히트펌프(H)에서 사용되는 냉매의 종류에 따라 재주입 시스템의 총 열전달 계수와 열교환 면적을 곱한 값(UA) 및 재주입 일(Re-injection Work)이 달라지는 것을 알 수 있다. It can be seen that the value (UA) and the re-injection work (Re-injection Work) obtained by multiplying the total heat transfer coefficient of the re-injection system by the heat exchange area vary depending on the kind of the refrigerant used in the heat pump (H).

총 열전달 계수와 열교환 면적을 곱한 값(UA)에서 가장 적은 재주입 일을 나타내는 냉매는 프로판 냉매인 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 재주입 시스템의 히트펌프(H)에서 프로판 냉매의 사용시 가장 효율이 높은 것을 알 수 있다.
The lowest heat transfer coefficient (UA) multiplied by the total heat transfer coefficient indicates that the coolant representing the lowest re-injection date is propane refrigerant. Accordingly, it can be seen that the efficiency of the propane refrigerant in the heat pump H of the re-injection system according to the present invention is the highest.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

11: 터빈 12: 열회수기
14: 메인 쿨러 16: 메인 압축기
18: 히터 20: 냉매 압축기
22: 팽창밸브 24: 증발기
30: 응축기 40: 누설 이산화탄소 포집유로
42: 누설 이산화탄소 쿨러 44: 누설 이산화탄소 압축기
46: 펌프 50: 누설 이산화탄소 재주입 유로
131: 제1응축기 132: 제2응축기
200: 냉매 냉각용 열교환기 300: 이산화탄소 냉각용 열교환기11: Turbine 12: Heat recovery machine
14: main cooler 16: main compressor
18: heater 20: refrigerant compressor
22: expansion valve 24: evaporator
30: condenser 40: leaked carbon dioxide collecting duct
42: Leakage carbon dioxide cooler 44: Leakage carbon dioxide compressor
46: Pump 50: Leakage carbon dioxide re-
131: first condenser 132: second condenser
200: Heat exchanger for cooling refrigerant 300: Heat exchanger for cooling carbon dioxide

Claims (15)

터빈, 열회수기, 메인 쿨러, 메인 압축기 및 히터를 포함하고 초임계 이산화탄소를 이용하는 발전장치와, 냉매 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하고 냉매가 순환하는 히트펌프를 연계하여, 상기 발전장치의 상기 터빈에서 누설된 이산화탄소를 재주입하는 누설 이산화탄소 재주입 시스템에서,
상기 재주입 시스템은,
상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 냉각시키는 누설 이산화탄소 쿨러와;
상기 누설 이산화탄소 쿨러에서 냉각된 이산화탄소를 압축시키는 누설 이산화탄소 압축기와;
상기 누설 이산화탄소 압축기에서 나온 이산화탄소를 상기 증발기로 안내하여 상기 증발기에서 상기 히트펌프를 순환하는 냉매와 열교환시키는 누설 이산화탄소 냉각유로와;
상기 증발기에서 액화되어 냉각된 이산화탄소를 가압하는 펌프와;
상기 펌프에서 가압된 이산화탄소를 상기 응축기로 안내하여, 상기 응축기에서 상기 히트펌프를 순환하는 냉매와 열교환시켜 상기 히트펌프로 공급했던 열을 회수시키는 누설 이산화탄소 가열유로와;
상기 응축기의 토출측에서 상기 터빈의 출구측과 상기 열회수기의 입구측을 연결하는 유로에 연결되어, 상기 응축기에서 가열되어 나온 이산화탄소를 상기 터빈의 출구측으로 재주입하는 누설 이산화탄소 재주입 유로를 포함하고,
상기 발전 장치에서 상기 열회수기는, 상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하고,
상기 메인 쿨러는, 상기 열회수기에서 열이 회수된 초임계 이산화탄소를 냉각시키고,
상기 히터는, 상기 터빈으로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하고,
상기 히트펌프에서 상기 냉매 압축기는, 상기 증발기에서 나온 냉매를 압축하고,
상기 팽창밸브는, 상기 냉매 압축기에서 압축된 후 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템.A power generating apparatus comprising a turbine, a heat recovery apparatus, a main cooler, a main compressor, and a heater and using supercritical carbon dioxide, and a heat pump including a refrigerant compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator and circulating the refrigerant, In a lean carbon dioxide refueling system for re-injecting carbon dioxide leaking from the turbine,
The re-
A leakage carbon dioxide cooler for cooling the carbon dioxide leaking from the turbine;
A leakage carbon dioxide compressor for compressing carbon dioxide cooled in the leakage carbon dioxide cooler;
A leakage carbon dioxide cooling flow path for guiding the carbon dioxide from the leaking carbon dioxide compressor to the evaporator and performing heat exchange with the refrigerant circulating in the heat pump in the evaporator;
A pump for pressurizing liquefied and cooled carbon dioxide in the evaporator;
A leakage carbon dioxide heating flow path for guiding the carbon dioxide pressurized by the pump to the condenser and recovering the heat supplied to the heat pump by heat exchange with the refrigerant circulating in the heat pump in the condenser;
And a leakage carbon dioxide refueling conduit connected to a flow path connecting the outlet side of the turbine and the inlet side of the heat recovery apparatus on the discharge side of the condenser and re-injecting the carbon dioxide heated by the condenser to the outlet side of the turbine,
In the power generation apparatus, the heat recovery apparatus recovers supercritical carbon dioxide heat from the turbine, heats supercritical carbon dioxide flowing into the heater,
Wherein the main cooler cools supercritical carbon dioxide from which heat has been recovered in the heat recovery apparatus,
The heater heats the supercritical carbon dioxide flowing into the turbine,
In the heat pump, the refrigerant compressor compresses the refrigerant discharged from the evaporator,
Wherein the expansion valve is associated with a heat pump for expanding the refrigerant condensed in the condenser after being compressed in the refrigerant compressor. 청구항 1에 있어서,
상기 누설 이산화탄소 압축기와 상기 증발기 사이에 구비되어, 상기 누설 이산화탄소 압축기에서 나온 이산화탄소를 외부의 냉각유체와 열교환시켜 냉각시키는 이산화탄소 냉각용 열교환기를 더 포함하는 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a heat exchanger disposed between the leakage carbon dioxide compressor and the evaporator for cooling the carbon dioxide discharged from the leakage carbon dioxide compressor by heat exchange with carbon dioxide from an external cooling fluid for cooling the carbon dioxide, . 청구항 1에 있어서,
상기 응축기는, 직렬로 연결되어 상기 펌프에서 가압되어 나온 이산화탄소를 차례로 열교환시키는 2개의 제1,2응축기를 포함하고,
상기 제1응축기와 상기 제2응축기 사이에 구비되어, 상기 제2응축기에서 나온 냉매를 외부의 냉각유체와 열교환시켜 추가 냉각시킨 후 상기 제1응축기로 공급하기 위한 냉매 냉각용 열교환기를 더 포함하는 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the condenser includes two first and second condensers connected in series to sequentially heat-exchange carbon dioxide discharged from the pump,
A heat exchanger provided between the first condenser and the second condenser for further cooling the refrigerant from the second condenser by heat exchange with the external cooling fluid and then supplying the cooled refrigerant to the first condenser, Leakage carbon dioxide reforging system for power generation equipment associated with pumps. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 응축기는,
상기 펌프에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매와 1차 열교환시키는 제1응축기와, 상기 제1응축기에서 나온 냉매를 상기 냉매 압축기에서 나온 냉매와 2차로 열교환시키는 제2응축기를 포함하고,
상기 제1응축기와 상기 제2응축기 사이에 구비되어, 상기 제2응축기에서 나온 냉매를 외부의 냉각유체와 열교환시켜 추가로 냉각시킨 후 상기 제1응축기로 공급하기 위한 냉매 냉각용 열교환기를 더 포함하는 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템.The method according to claim 1,
The condenser includes:
A first condenser for exchanging carbon dioxide from the pump with the refrigerant for a first time and a second condenser for exchanging the refrigerant from the first condenser with the refrigerant from the refrigerant compressor,
And a refrigerant cooling heat exchanger provided between the first condenser and the second condenser for further cooling the refrigerant from the second condenser by heat exchange with the external cooling fluid and then supplying the cooled refrigerant to the first condenser Leakage carbon dioxide re - injection system for power generation unit associated with heat pump. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 터빈, 열회수기, 메인 쿨러, 메인 압축기, 히터를 포함하고 초임계 이산화탄소를 이용하는 발전장치와, 냉매 압축기, 제1응축기, 제2응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하고 냉매가 순환하는 히트펌프를 연계하여, 상기 발전장치의 상기 터빈에서 누설된 이산화탄소를 재주입하는 누설 이산화탄소 재주입 시스템에서,
상기 재주입 시스템은,
상기 터빈에서 누설되어 포집된 이산화탄소를 냉각시키는 누설 이산화탄소 쿨러와;
상기 누설 이산화탄소 쿨러에서 냉각된 이산화탄소를 압축시키는 누설 이산화탄소 압축기와;
상기 누설 이산화탄소 압축기에서 나온 이산화탄소를 상기 증발기로 안내하여 상기 증발기에서 상기 히트펌프를 순환하는 냉매와 열교환시키는 누설 이산화탄소 냉각유로와;
상기 증발기에서 액화되어 냉각된 이산화탄소를 가압하는 펌프와;
상기 펌프에서 가압된 이산화탄소를 상기 제1응축기로 안내하여, 상기 제1응축기에서 상기 히트펌프를 순환하는 냉매와 열교환시켜 상기 히트펌프로 공급했던 열을 회수시키는 제1누설 이산화탄소 가열유로와;
상기 제1응축기에서 열을 회수한 이산화탄소를 상기 제2응축기로 안내하여, 상기 제2응축기에서 상기 히트펌프를 순환하는 냉매와 열교환시켜 상기 히트펌프로 공급했던 열을 회수하는 제2누설 이산화탄소 가열유로와;
상기 제2응축기의 토출측에서 상기 터빈의 출구측과 상기 열회수기의 입구측을 연결하는 유로에 연결되어, 상기 제2응축기에서 가열되어 나온 이산화탄소를 상기 터빈의 출구측으로 재주입하는 누설 이산화탄소 재주입 유로와;
상기 제1응축기와 상기 제2응축기 사이에 구비되어, 상기 제2응축기에서 나온 냉매를 외부의 제2냉각유체와 열교환시켜 냉각시키는 냉매 냉각용 열교환기와;
상기 누설 이산화탄소 압축기와 상기 증발기 사이에 구비되어, 상기 누설 이산화탄소 압축기에서 나온 이산화탄소를 외부의 제1냉각유체와 열교환시켜 냉각시키는 이산화탄소 냉각용 열교환기를 포함하고,
상기 발전 장치에서 상기 열회수기는, 상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하고,
상기 메인 쿨러는, 상기 열회수기에서 열이 회수된 초임계 이산화탄소를 냉각시키고,
상기 히터는, 상기 터빈으로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하고,
상기 히트펌프에서 상기 냉매 압축기는, 상기 증발기에서 나온 냉매를 압축하고,
상기 팽창밸브는, 상기 냉매 압축기에서 압축된 후 상기 제1응축기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템.A heat pump including a turbine, a heat recovery unit, a main cooler, a main compressor, a heater, and a power generation device using supercritical carbon dioxide and a refrigerant compressor, a first condenser, a second condenser, an expansion valve and an evaporator, In a leakage carbon dioxide refueling system for re-injecting carbon dioxide leaked from the turbine of the power generation apparatus,
The re-
A leakage carbon dioxide cooler for cooling the carbon dioxide leaking from the turbine;
A leakage carbon dioxide compressor for compressing carbon dioxide cooled in the leakage carbon dioxide cooler;
A leakage carbon dioxide cooling flow path for guiding the carbon dioxide from the leaking carbon dioxide compressor to the evaporator and performing heat exchange with the refrigerant circulating in the heat pump in the evaporator;
A pump for pressurizing liquefied and cooled carbon dioxide in the evaporator;
A first leakage carbon dioxide heating flow path for guiding carbon dioxide pressurized by the pump to the first condenser and recovering the heat supplied to the heat pump by heat exchange with refrigerant circulating through the heat pump in the first condenser;
A second lean carbon dioxide heating flow path for recovering heat supplied to the heat pump by conducting heat exchange between the carbon dioxide recovered from the first condenser and the refrigerant circulating in the second condenser in the second condenser, Wow;
A second condenser connected to a flow path connecting the outlet side of the turbine and the inlet side of the heat recovery apparatus at a discharge side of the second condenser, for discharging carbon dioxide heated by the second condenser to the outlet side of the turbine, Wow;
A heat exchanger provided between the first condenser and the second condenser for cooling the refrigerant from the second condenser by exchanging heat with the second external cooling fluid;
And a carbon dioxide cooling heat exchanger provided between the leakage carbon dioxide compressor and the evaporator to cool the carbon dioxide discharged from the leakage carbon dioxide compressor by exchanging heat with an external first cooling fluid,
In the power generation apparatus, the heat recovery apparatus recovers supercritical carbon dioxide heat from the turbine, heats supercritical carbon dioxide flowing into the heater,
Wherein the main cooler cools supercritical carbon dioxide from which heat has been recovered in the heat recovery apparatus,
The heater heats the supercritical carbon dioxide flowing into the turbine,
In the heat pump, the refrigerant compressor compresses the refrigerant discharged from the evaporator,
Wherein the expansion valve is associated with a heat pump for expanding the refrigerant condensed in the first condenser after being compressed in the refrigerant compressor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 10에 있어서,
상기 냉매는, 프로판(Propane), 프로필렌(Propylen) 중 하나를 포함하는 히트펌프와 연계된 발전장치용 누설 이산화탄소 재주입 시스템.The method of claim 10,
Wherein the refrigerant is associated with a heat pump comprising one of propane and propylen.
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