KR102571144B1 - 해수를 이용한 발전과 냉난방이 가능한 복합시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해수온도차발전 및 해수열 히트펌프 복합 시스템으로, 기체냉매를 심층수에 의하여 액화시켜 액체냉매를 생성시키는 응축기, 상기 응축기로부터 상기 액체냉매를 공급받아 표층수에 의하여 기화시켜 기체냉매를 생성시키는 증발기, 상기 증발기로부터 상기 기체냉매를 공급받아 동작모드에 따라 상기 기체냉매의 공급 대상을 결정하는 기체냉매 분배기, 상기 동작모드가 발전모드인 경우, 상기 기체냉매 분배기로부터 상기 기체냉매를 공급받아 전력을 발생시킨 후, 기체냉매를 상기 응축기로 공급하는 터빈, 상기 동작모드가 난방모드인 경우, 상기 기체냉매 분배기로부터 상기 기체냉매를 공급받아 기체냉매를 압축한 후, 압축된 기체냉매를 상기 응축기로 공급하는 압축기, 상기 증발기 및 상기 응축기로 해수를 공급하는 취수관 및 상기 증발기 및 상기 응축기로부터 해수를 배출하는 배수관을 포함하는 것으로, 설비의 가동률을 높일 수 있게 함과 동시에 복합 시스템 적용으로 인하여 발생되는 설비 비용 증가나 설치면적 증가등의 문제를 최소화 할 수 있다.

Description

해수를 이용한 발전과 냉난방이 가능한 복합시스템 {COMPLEX SYSTEM CAPABLE OF POWER GENERATION, COOLING AND HEATING USING SEAWATER}
본 발명은 표층수와 심층수의 온도차를 이용한 해수온도차발전 기능 및 해수열 히트펌프 기능을 결합한 복합 시스템에 관한 것이다.
최근 환경 문제에 따른 화석연료의 사용 제한과 탄소 중립을 위한 재생 전력, 재생 열 등의 친환경 대체에너지에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히, 임해지역에서는 에너지 전환을 위한 신재생에너지에 대한 수요가 증가하고 있을 뿐만 아니라 무한한 잠재량을 가진 해양에너지를 통해서 이를 해결하고자 하는 요구가 증가하고 있다. 해수온도차발전은 해수라는 자연 열원을 활용하여 필요 전력의 많은 부분을 대체할 수 있을 것으로 전망된다. 이 온도차발전에 해수의 표층수와 심층수의 온도차를 사용하는 것이 특허문헌 1, 2에 개시되어 있다.
또한, 중위도 지방에서는 여름철 냉방과 겨울철 난방이 필수적이며, 이를 위한 에너지 비용이 크게 소요된다. 탄소 중립을 위해 중요성이 커지고 있는 탈연료 전기화 시스템을 위한 해수열 히트펌프 시스템은 에너지 이용 효율화를 위한 시스템으로, 이처럼 열에너지를 얻기 위한 히트펌프에 해수를 열원으로 사용하는 것이 특허문헌 3, 4에 개시되어 있다.
상술한 해수온도차발전은 자연 열원 활용이라는 장점이 있으나, 적도지역에서는 표층수와 심해수의 온도 차가 연중 20℃ 이상이 되어 발전시설의 연간 운전이 가능한 것과는 달리, 중위도 지역에서는 해수의 온도 차가 20℃ 이상이 되는 늦봄부터 초가을까지의 하절기에만 시설의 운전이 가능하다는 단점이 있다. 따라서, 중위도 지역에서는 연간 시설 가동률이 30~40%에 그쳐서 초기 투자비에 비하여 경제성이 충분하지 않다는 문제가 있어 해수 온도차발전을 실용화하는 것이 어려운 실정이다. 이를 해결하기 위해서는 작은 온도 차에서도 효율 높은 발전시스템을 개발하거나 동일 시스템의 전부 또는 일부를 활용하여 다른 목적으로 활용하여 가동률을 높이는 방안이 필요하다.
해수를 열원으로 하는 해수열 히트펌프 시스템은 그 구성이 해수온도차발전 시스템과 유사하므로, 시스템 내의 복수의 구성 부분을 공통으로 이용하는 복합 시스템을 구성하면 시스템의 가동률을 높일 수 있을 것이다.
일본 공개특허 제56-148688호(명칭: 해양 온도차 발전장치, 공개일: 1981.11.18.) 일본 공개특허 제2005-180194호(명칭: 복합발전설비, 공개일 : 2005.07.07.) 대한민국 공개특허 제10-2017-0089615호(명칭: 담수생산과 냉난방을 동시에 수행하는 해수열 히트펌프 장치 및 그 방법, 공개일: 2017.08.04.) 대한민국 등록특허 제10-1591628호(명칭: 저온해수를 이용하는 전기식 히트펌프와 흡수식 히트펌프가 결합된 하이브리드 히트펌프, 등록일: 2016.01.28.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 해수온도차발전 시스템에 해수열 히트펌프 시스템을 결합한 복합 시스템 적용으로 설비의 가동률을 높일 수 있게 하면서 동시에 복합 시스템 적용으로 인하여 발생되는 설비 비용 증가나 설치면적 증가등의 문제를 최소화 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전 및 해수열 히트펌프 복합 시스템은 기체냉매를 심층수에 의하여 액화시켜 액체냉매를 생성시키는 응축기, 상기 응축기로부터 상기 액체냉매를 공급받아 표층수에 의하여 기화시켜 기체냉매를 생성시키는 증발기, 상기 증발기로부터 상기 기체냉매를 공급받아 동작모드에 따라 상기 기체냉매의 공급 대상을 결정하는 기체냉매 분배기, 상기 동작모드가 발전모드인 경우, 상기 기체냉매 분배기로부터 상기 기체냉매를 공급받아 전력을 발생시킨 후, 기체냉매를 상기 응축기로 공급하는 터빈, 상기 동작모드가 난방모드인 경우, 상기 기체냉매 분배기로부터 상기 기체냉매를 공급받아 기체냉매를 압축한 후, 압축된 기체냉매를 상기 응축기로 공급하는 압축기, 상기 증발기 및 상기 응축기로 해수를 공급하는 취수관 및 상기 증발기 및 상기 응축기로부터 해수를 배출하는 배수관을 포함한다.
또한, 상기 응축기에서 배출되는 심층수를 담수와 열교환하여 냉수를 공급하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 취수관에 연결되어 상기 응축기에 심층수 또는 담수를 선택적으로 공급하는 취수밸브 및 상기 배수관에 연결되어 상기 응축기로부터 심층수가 배출되면 배출된 심층수를 바다로 배수하고, 상기 응축기로부터 담수가 배출되면 온수 수요처로 배수하도록 하는 배수밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기체냉매분배기는, 하절기에는 상기 기체냉매를 상기 터빈으로 공급하도록 설정되고, 동절기에는 상기 기체냉매를 상기 압축기로 공급하도록 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 해수온도차발전 시스템과 해수열 히트펌프 시스템은 공통으로 냉매를 표층수로 가열하여 증발시킨 후 심층수로 냉각하여 액화시키는 단계를 포함하고 있으므로, 이에 이용되는 응축기, 증발기, 냉매, 제어부등을 공통으로 이용할 수 있고, 해수공급펌프, 취수관, 배수관 및 전력공급장치등의 인프라도 공통으로 활용할 수가 있어, 복합 시스템 구성 시 설비 비용 감소 및 설치면적 감소의 효과가 있다. 그 결과, 복합 시스템 운용으로 인한 과도한 설비 비용 추가나 설치면적의 확보가 없이도 중위도 지역에서 계절별로 설비의 가동률이 떨어지는 문제를 보완하여, 하절기에는 해수온도차발전기로 가동하고 동절기에는 해수히트펌프로 활용하여 가동률을 높일 수 있다. 해수온도차발전 모드에서 구동되는 터빈과 해수열 히트펌프 모드에서 구동되는 압축기는 동일 모터-발전기 및 동일 임펠러-로터를 이용가능한 터빈 또는 압축기의 듀얼모드로 제작하여 추가적인 제작비 절감이 가능하도록 할 수도 있다.
추가적인 효과로서, 하절기에는 응축기에서 배출된 저온의 심층수를 열교환하여 차가운 담수를 냉방 수요가 있는 건물등에 공급하여 활용할 수 있고, 동절기에는 응축기에 냉각수로써 담수를 사용하여 이로부터 배출되는 고온의 담수를 난방수로 활용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전 및 해수열 히트펌프 복합 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전 모드 이용 시 하절기에 도시에 냉수를 공급하기 위한 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수열 히트펌프 모드 이용 시 동절기에 도시에 온수를 공급하기 위한 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전 및 해수열 히트펌프 복합 시스템에 사용되는 터빈과 압축기의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전 및 해수열 히트펌프 복합 시스템의 활용 가능한 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전 모드 이용 시 하절기에 도시에 냉수를 공급하기 위한 시스템의 활용 가능한 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수열 히트펌프 모드 이용 시 동절기에 도시에 온수를 공급하기 위한 시스템의 활용 가능한 일 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전과 해수열 히트펌프 복합 시스템의 구성을 개략적으로 도시하였다.
해수온도차발전 모드를 발전모드라고 할 수 있다. 해수열 히트펌프 모드를 난방모드라고 할 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전과 해수열 히트펌프 복합 시스템은, 발전모드에서 해수온도차발전 기능을 할 수 있다. 상세한 설명은 다음과 같다.
냉매로는 낮은 온도에서 기체로 변하는, 끊는 점이 낮은 암모니아나 프레온 같은 가스를 주로 사용할 수 있다.
액체상태의 냉매를 액체냉매라고 할 수 있다. 기체상태의 냉매를 기체냉매라고 할 수 있다. 액체냉매는 냉매펌프(60)에 의하여 증발기(10)로 공급할 수 있다. 표층수는 표층수취수관(41)을 통해서 증발기(10)로 공급할 수 있다. 증발기(10)에서 액체냉매를 표층수에 의하여 가열하여 기화할 수 있다. 여기서 기화된 기체냉매로 터빈(70)에 포함된 로터(220)를 회전시킬 수 있다. 이 로터(220)의 회전에 의하여 터빈(70)에 연결된 발전기(230)로 전력을 생산할 수 있다. 터빈(70)은 기체냉매로 로터(220)를 회전시킨 후 기체냉매를 응축기(20)로 공급할 수 있다. 심층수는 심층수취수관(42)을 통해서 응축기(20)로 공급할 수 있다. 응축기(20)에서 기체냉매를 저온의 심층수에 의하여 액화할 수 있다. 액화된 액체냉매는 다시 냉매펌프(60)에 의하여 증발기(10)로 공급할 수 있다. 이와 같은 과정이 반복되면서 전력을 생산할 수 있다. 상기의 해수온도차발전의 과정을 고려하여 볼 때, 증발기(10)로 공급되는 표층수의 온도와 응축기(20)로 공급되는 심층수의 온도의 차이가 클수록 해수온도차발전의 효율이 높아지게 되는 것은 자명하다. 적도 지역에서는 표층수와 심층수의 온도차가 연중 20℃ 이상을 유지하므로 계절에 상관없이 해수온도차발전의 효율이 높게 할 수 있다. 그러나, 중위도 지역에서는 심층수의 온도는 계절별로 차이가 없이 4℃를 유지하나, 표층수의 온도가 하절기에는 25℃ 이상인 반면에 동절기에는 10℃ 이하가 되어 하절기에 비하여 동절기에 해수온도차발전의 효율이 낮아질 수 있다. 따라서 동절기에는 발전모드로의 작동은 감소하고 난방모드로의 작동이 증가할 수 있다.
난방모드에서는 해수열 히트펌프 기능을 할 수 있다. 상세한 설명은 다음과 같다.
액체냉매는 팽창밸브(80)를 거쳐서 증발기(10)로 공급할 수 있다. 표층수는 표층수취수관(41)을 통해서 증발기(10)로 공급할 수 있다. 증발기(10)로 공급된 냉매를 표층수에 의하여 가열하여 기화할 수 있다. 기화된 기체냉매는 압축기(90)로 공급하여 가압할 수 있다. 압축기(90)에서 가압된 기체는 응축기(20)로 공급할 수 있다. 심층수는 심층수취수관(42)을 통해서 응축기(20)로 공급할 수 있다. 응축기(20)로 공급된 고온, 고압의 냉매는 저온의 심층수에 의하여 액화할 수 있다. 액화시 발생하는 열은 외부로 방출할 수 있다. 이러한 과정이 반복되면서 히트펌프의 기능을 할 수 있다.
상기의 발전모드와 난방모드에서의 과정을 보면 해수온도차발전전용부분(200)인 냉매펌프(60), 터빈(70)과 해수열 히트펌프전용부분(210)인 팽창밸브(80), 압축기(90)를 제외하고 다른 모든 부분을 공통으로 이용할 수 있다. 이에 의하여 본 발명의 효과인, 복합 시스템 적용으로 인한 설비비용이나 설치면적의 과도한 증가 없이 설비의 가동률을 높일 수 있다.
응축기(20)에서 나온 액체냉매는 액체냉매분배기(100)에 의하여 냉매펌프(60) 또는 팽창밸브(80)로 선택적으로 공급할 수 있다. 증발기(10)에서 나온 기체냉매는 기체냉매분배기(110)에 의하여 터빈(70) 또는 압축기(90)로 선택적으로 공급할 수 있다. 기체냉매분배기(110) 및 액체냉매분배기(100)는 제어부(30)에 의하여 통제할 수 있다. 하절기에는 기체냉매를 터빈(70)으로 공급하고 액체냉매를 냉매펌프(60)로 공급하여 시스템을 발전모드로 작동할 수 있다. 동절기에는 기체냉매를 압축기(90)로 공급하고 액체냉매를 팽창밸브(80)로 공급하여 시스템을 난방모드로 작동할 수 있다. 주변 발전기에서 잉여의 전력공급이 이루어지면 액체냉매분배기(100)와 기체냉매분배기(110)를 난방모드로 전환할 수 있다. 전력공급이 필요시에는 액체냉매분배기(100)와 기체냉매분배기(110)를 발전모드로 전환할 수 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전모드 적용 시, 하절기에 도시에 냉수를 공급하기 위한 시스템의 구성을 개략적으로 도시하였다.
도 2를 참조하면, 응축기(20)에서 배출된 저온의 심층수를 폐수처리 되기 전에 열교환기(120)로 공급할 수 있다. 담수는 담수취수관(130)을 통하여 열교환기(120)로 공급할 수 있다. 열교환기(120)로 공급된 심층수를 담수와 열교환을 할 수 있다. 열교환기(120)에서 심층수와 열교환을 통하여 온도가 낮아진 담수는 담수배수관(160)을 통하여 냉수의 수요가 있는 건물등에 공급할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수열 히트펌프 모드 이용 시, 동절기에 도시에 온수를 공급하기 위한 시스템의 구성을 개략적으로 도시하였다.
도 3을 참조하면, 기존에 심층수가 공급되었던 응축기(20)에 심층수 대신에 담수취수관(130)을 통하여 담수를 공급할 수 있다. 이 경우 응축기(20)에서 발생한 방출열의 일부가 담수의 온도를 상승시킬 수 있다. 이 온도가 상승한 담수를 담수배수관(160)을 통하여 온수 수요가 있는 건물등에 공급할 수 있다. 응축기(20)로의 심층수 또는 담수의 공급은 심층수취수관(42)에 연결된 취수밸브(140)에 의하여 제어할 수 있다. 응축기(20)에서 나온 심층수와 담수의 배출은 심층수배수관(52)에 연결된 배수밸브(150)에 의하여 제어할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전 및 해수열 히트펌프 복합 시스템에 사용되는 터빈과 압축기의 구성을 개략적으로 도시하였다.
도 4를 참조하면, 터빈(70)에 연결되는 발전기(230) 및 압축기(90)에 연결되는 모터(250)는 각각 별도로 제작하여 독립적으로 구동할 수 있다. 다른 일 실시예에 따르면, 모터(230) 또는 발전기(230) 기능으로 모드 전환이 가능한 모터-발전기 겸용 장치를 제작하여 제작비를 절감할 수 있다. 터빈(70)에 포함된 로터(220)와 압축기(90)에 포함된 임펠러(240)의 경우에도 각각 별도로 제작하여 독립적으로 구동이 될 수 있도록 할 수 있다. 다른 일 실시예에 따르면, 로터(220) 또는 임펠러(240) 기능으로 모드 전환이 가능한 로터-임펠러 겸용 장치를 제작하여 제작비를 절감할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전 및 해수열 히트펌프 복합 시스템의 활용 가능한 일 실시예를 도시하였다.
액체냉매를 냉매펌프 또는 팽창밸브로부터 공급받아 증발기로 공급하는 장치를 액체냉매병합기라고 한다. 기체 냉매를 터빈 또는 압축기로부터 공급받아 응축기로 공급하는 장치를 기체냉매병합기라고 한다.
도 5를 참조하면, 액체냉매는 액체냉매병합기로부터 증발기로 공급할 수 있다. 증발기로 공급된 액체냉매는 표층수에 의하여 기화할 수 있다. 증발기에서 기회한 기체냉매는 기체냉매분배기로 공급할 수 있다. 기체냉매분배기로 공급된 기체냉매는 터빈 또는 압축기로 선택적으로 공급할 수 있다. 터빈으로 공급된 기체냉매는 전력을 생산한 후 기체냉매병합기로 공급할 수 있다. 압축기로 공급된 기체냉매는 압축된 후 기체냉매병합기로 공급할 수 있다. 기체냉매병합기로 공급된 기체냉매는 응축기로 공급할 수 있다. 응축기로 공급된 기체냉매는 심층수에 의하여 액화할 수 있다. 응축기에서 액화한 액체냉매는 액체냉매분배기로 공급할 수 있다. 액체냉매분배기에서 액체냉매는 냉매펌프 또는 팽창밸브로 선택적으로 공급할 수 있다. 냉매펌프에서는 액체냉매를 액체냉매병합기로 공급할 수 있다. 팽창밸브로 공급된 액체냉매는 팽창된 후 액체냉매병합기로 공급할 수 있다. 상기와 같은 순환을 반복 할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수온도차발전 모드 이용 시 하절기에 도시에 냉수를 공급하기 위한 시스템의 활용 가능한 일 실시예를 도시하였다.
도 6을 참조하면, 도 5와 동일한 시스템에 추가하여, 심층수가 응축기로부터 배출될 수 있다. 응축기로부터 배출된 심층수는 열교환기로 공급할 수 있다. 담수는 담수취수관을 통하여 열교환기로 공급할 수 있다. 열교환기에서 담수는 심층수와 열교환이 이루어져 온도가 낮아질 수 있다. 온도가 낮아진 담수는 담수배수관을 통하여 냉수의 수요가 있는 건물등에 공급할 수 있다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수열 히트펌프 모드 이용 시 동절기에 도시에 온수를 공급하기 위한 시스템의 활용 가능한 일 실시예를 도시하였다.
도 7을 참조하면, 도 5와 동일한 시스템에 추가하여, 심층수를 취수밸브로 공급할 수 있다. 열교환기에서 예열된 담수는 열교환기로부터 취수밸브로 공급할 수 있다. 취수밸브에서 심층수 또는 예열된 담수를 선택적으로 응축기로 공급할 수 있다. 응축기에서 온도가 높아진 심층수 또는 담수는 배수밸브로 공급할 수 있다. 배수밸브로 공급된 심층수는 바다로 배수할 수 있다. 배수밸브로 공급된 온도가 높아진 담수는 열교환기로 공급할 수 있다. 열교환기로 공급된 온도가 높아진 담수는 담수취수관으로부터 공급된 온도가 낮은 담수와 열교환하여 담수취수관으로부터 공급된 온도가 낮은 담수를 예열할수 있다. 응축기로부터 공급된 온도가 높아진 담수는 열교환기를 거쳐 담수배수관을 통하여 온수의 수요가 있는 건물등에 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 해수온도차발전 시스템과 해수열 히트펌프 시스템은 공통으로 냉매를 표층수로 가열하여 증발시킨 후 심층수로 냉각하여 액화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에 이용되는 응축기, 증발기, 냉매, 제어부등을 공통으로 이용할 수 있다. 또한, 해수공급펌프, 취수관, 배수관 및 전력공급장치등의 인프라도 공통으로 활용할 수가 있다. 이에 따라 복합 시스템 구성 시 설비 비용 감소 및 설치면적 감소할 수 있다. 그 결과, 복합 시스템 운용으로 인한 과도한 설비 비용 추가나 설치면적의 확보가 없이도 중위도 지역에서 계절별로 설비의 가동률이 떨어지는 문제를 보완할 수 있다. 하절기에는 해수온도차발전기로 가동하고 동절기에는 해수히트펌프로 활용하여 가동률을 높일 수 있다. 해수온도차발전 모드에서 구동되는 터빈과 해수열 히트펌프 모드에서 구동되는 압축기는 동일 모터-발전기 및 동일 임펠러-로터를 이용가능한 터빈 또는 압축기의 듀얼모드로 제작하여 추가적인 제작비 절감할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 증발기 20 : 응축기
30 : 제어부
41 : 표층수취수관 42 : 심층수취수관
51 : 표층수배수관 52 : 심층수배수관
60 : 냉매펌프 70 : 터빈
80 : 팽창밸브 90 : 압축기
100 : 액체냉매분배기 110 : 기체냉매분배기
120 : 열교환기 130 : 담수취수관
140 : 취수밸브 150 : 배수밸브
160 : 담수배수관
200 : 해수온도차발전전용부분 210 : 해수열 히트펌프전용부분
220 : 로터 230 : 발전기
240 : 임펠러 250 : 모터

Claims (4)

  1. 기체냉매를 심층수에 의하여 액화시켜 액체냉매를 생성시키는 응축기;
    상기 응축기로부터 상기 액체냉매를 공급받아 표층수에 의하여 기화시켜 기체냉매를 생성시키는 증발기;
    상기 증발기로부터 상기 기체냉매를 공급받아 동작모드에 따라 상기 기체냉매의 공급 대상을 결정하는 기체냉매 분배기;
    상기 동작모드가 발전모드인 경우, 상기 기체냉매 분배기로부터 상기 기체냉매를 공급받아 전력을 발생시킨 후, 기체냉매를 상기 응축기로 공급하는 터빈;
    상기 동작모드가 난방모드인 경우, 상기 기체냉매 분배기로부터 상기 기체냉매를 공급받아 기체냉매를 압축한 후, 압축된 기체냉매를 상기 응축기로 공급하는 압축기;
    상기 증발기 및 상기 응축기로 해수를 공급하는 취수관; 및
    상기 증발기 및 상기 응축기로부터 해수를 배출하는 배수관;을 포함하고,
    상기 기체냉매분배기는,
    하절기에는 상기 기체냉매를 상기 터빈으로 공급하도록 설정되고, 동절기에는 상기 기체냉매를 상기 압축기로 공급하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 발전과 냉난방이 가능한 복합시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응축기에서 배출되는 심층수를 담수와 열교환하여 냉수를 공급하는 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 발전과 냉난방이 가능한 복합시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 취수관에 연결되어 상기 응축기에 심층수 또는 담수를 선택적으로 공급하는 취수밸브; 및
    상기 배수관에 연결되어 상기 응축기로부터 심층수가 배출되면 배출된 심층수를 바다로 배수하고, 상기 응축기로부터 담수가 배출되면 온수 수요처로 배수하도록 하는 배수밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수를 이용한 발전과 냉난방이 가능한 복합시스템.
  4. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016540929A (ja) * 2013-10-30 2016-12-28 イエフペ エネルジ ヌヴェルＩｆｐ Ｅｎｅｒｇｉｅｓ Ｎｏｕｖｅｌｌｅｓ ヒートポンプを備えたランキンサイクルを用いた、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法
KR102114397B1 (ko) * 2018-11-26 2020-06-17 주식회사 지앤지테크놀러지 히트 펌프를 이용한 해양 온도차 발전 시스템

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56148688A (en) 1980-04-18 1981-11-18 Hitachi Ltd Generator with marine temperature difference
JP2005180194A (ja) 2003-12-16 2005-07-07 Mitsubishi Electric Corp 複合発電設備
KR101500489B1 (ko) * 2013-08-21 2015-03-10 한국해양과학기술원 해수 히트펌프 배출수를 이용한 해양 온도차 발전시스템
KR101675639B1 (ko) * 2014-10-31 2016-11-11 한국해양과학기술원 진공막증발법을 이용한 선택적 개방형 해수온도차 발전 및 담수화 장치
KR101591628B1 (ko) 2015-03-24 2016-02-03 주식회사 삼천리이에스 저온 해수를 이용하는 전기식 히트펌프와 흡수식 히트펌프가 결합된 하이브리드 히트펌프
KR101812976B1 (ko) 2016-01-27 2018-01-05 주식회사 아이지이 담수생산과 냉난방을 동시에 수행하는 해수열 히트펌프 장치 및 그 방법
CN111692777B (zh) * 2020-06-15 2024-02-09 云能科技有限公司 一种集中热网主动蓄能型全年供应系统及其控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016540929A (ja) * 2013-10-30 2016-12-28 イエフペ エネルジ ヌヴェルＩｆｐ Ｅｎｅｒｇｉｅｓ Ｎｏｕｖｅｌｌｅｓ ヒートポンプを備えたランキンサイクルを用いた、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法
KR102114397B1 (ko) * 2018-11-26 2020-06-17 주식회사 지앤지테크놀러지 히트 펌프를 이용한 해양 온도차 발전 시스템

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