KR20140085003A - Energy saving system for using waste heat of ship - Google Patents

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KR20140085003A
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이성준
정승교
차원심
오준
변윤철
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

An energy saving system using waste heat of a ship is disclosed. The energy saving system using waste heat of a ship of the present invention comprises a waste heat transferring device which heats liquid supplied to an exhaust gas economizer using waste heat of exhaust gas supplied to the exhaust gas economizer; an organic rankin cycle generator which generates electricity by being operated by an organic refrigerator with a lower boiling point than water as a working fluid; and a heat transferring device which recovers the waste heat of heat exchange exhaust gas discharged after heat exchange with the liquid and transfers the waste heat to the organic rankin cycle generator.

Description

선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템{ENERGY SAVING SYSTEM FOR USING WASTE HEAT OF SHIP}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an energy saving system using waste heat of a ship,

본 발명은, 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배기가스 이코노마이저의 폐열을 이용하여 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하는 유기랜킨사이클 발전장치를 작동시킬 수 있는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy saving system using waste heat of a ship, and more particularly, to an energy saving system using waste heat of an exhaust gas economizer to operate an organic LANKIN cycle power generation apparatus using an organic coolant having a boiling point lower than water as a working fluid To an energy saving system using waste heat of a ship.

지구 온난화가 환경에 미치는 영향이 커지면서 세계 주요국가들은 국가차원의 온실가스 감축목표를 설정하는 등 기후 변화에 적극 대응하고 있다. 특히 IMO(국제해사기구)는 선박에서 배출되는 온실가스의 감축을 요구하는 법적 수단을 개발하고 있으며, EEDI(Energy Efficiency Design Index)를 제한하는 요건을 적용시킬 예정이다.As global warming has increased its impact on the environment, major countries around the world are actively responding to climate change by setting national targets for greenhouse gas reduction. In particular, the International Maritime Organization (IMO) is developing legislative measures to reduce greenhouse gas emissions from ships and will apply the requirements to limit the EEDI (Energy Efficiency Design Index).

이에 따라 선박의 에너지효율에 대한 연구가 필요하며 선박에서 버려지는 에너지를 활용하는 방안에 대해 각 분야에서 활발히 연구 중에 있다. 이에 최근에는 배기 가스의 열원을 활용하는 폐열회수시스템(WHRS: Waste Heat Recovery System)이 개발되어 활용되고 있다.Therefore, it is necessary to study the energy efficiency of ship and it is actively studied in various fields to utilize the energy that is abandoned from the ship. Recently, a waste heat recovery system (WHRS) utilizing a heat source of exhaust gas has been developed and utilized.

폐열회수시스템은 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 직접 작동유체로 사용하는 가스터빈(또는 파워터빈이라고 함)과 고온의 배기가스의 열을 이용하여 생성된 증기의 일부를 작동유체로 사용하는 증기터빈 등을 추가적으로 설치하여 전력을 생산할 수 있도록 한 시스템이다.The waste heat recovery system includes a gas turbine (or a power turbine) that uses a high-temperature exhaust gas discharged from an engine as a direct working fluid, and a steam that uses a part of the steam generated by the heat of the high-temperature exhaust gas as a working fluid Turbines, etc., to generate electricity.

그러나 기존의 폐열회수시스템은 배기 가스의 온도가 충분히 높아야 하므로 배기가스의 온도가 낮은 경우에는 선박내에서 발생하는 열에너지를 충분히 활용하지 못한다고 할 수 있다.However, in the existing waste heat recovery system, since the temperature of the exhaust gas must be sufficiently high, it can be said that when the temperature of the exhaust gas is low, the heat energy generated in the ship can not be fully utilized.

따라서 에너지 활용을 높이기 위해서는 폐열을 충분히 회수할 수 있는 시스템을 구성해야 한다. 이는 유기냉매(Organic Refrigerant)를 작동유체로 하여 중저온 열에너지를 회수할 수 있는 ORC(Organic Rankine Cycle, 이하 '유기랜킨사이클'이라 함) 시스템을 활용함으로써 해결할 수 있다.Therefore, in order to increase the energy utilization, a system capable of sufficiently recovering waste heat should be constructed. This can be solved by using an ORC (Organic Rankine Cycle) system capable of recovering medium-low heat energy using organic refrigerant as a working fluid.

유기냉매의 경우 dT/ds ≥ 0 이므로, 시스템 내에서 작동유체로 유기냉매를 사용하면 터빈 출구에서 과열증기상태가 되어 터빈내의 유동이 항상 건증기 상태가 유지되므로 터빈 내에서 손실이 적어져 블레이드에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있다. 또한 유기냉매가 스팀보다 비등점이 낮기 때문에 중저온의 폐열을 회수할 수 있다. 이에 따라 유기랜킨사이클을 폐열회수시스템과 함께 사용함으로써 선박의 연비를 증가시킬 수 있고, 결과적으로 연료비 감소, CO2 배출감소 등의 효과를 얻을 수 있다.Since organic refrigerant has dT / ds ≥ 0, if organic refrigerant is used as the working fluid in the system, superheated steam is produced at the turbine outlet, and the flow in the turbine is always maintained in the dry steam. The stress applied can be reduced. Also, because the organic refrigerant has a boiling point lower than that of steam, the waste heat of medium and low temperature can be recovered. Accordingly, by using the organic LANKIN cycle together with the waste heat recovery system, it is possible to increase the fuel consumption of the ship and consequently to reduce the fuel cost and reduce the CO 2 emission.

하지만 전술한 경우에도 여전히 엔진에서 발생되는 폐열을 충분히 회수하지 못하기 때문에 이를 해결할 수 있는 새로운 개선책이 요구된다.However, in the above-mentioned case, since the waste heat generated from the engine is still not sufficiently recovered, a new remedy is needed to solve the problem.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.The above-described technical structure is a background technique for assisting the understanding of the present invention, and does not mean the prior art widely known in the technical field to which the present invention belongs.

한국특허공개공보 제2012-0110709호(한국에너지기술연구원) 2012. 10. 10.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0110709 (Korea Institute of Energy Research) Oct. 10,

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 엔진에서 발생되는 폐열의 회수 효과를 극대화할 수 있는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an energy saving system using waste heat of a ship which can maximize the effect of collecting waste heat generated in an engine.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 배기가스 이코노마이저로 공급되는 액체를 가열시켜 증기를 발생시키는 폐열회수증기발생장치; 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되어 전기를 생산하는 유기랭킨사이클 발전장치; 및 상기 액체와 열교환되어 배출되는 열교환 배기가스의 폐열을 회수하여 상기 유기랭킨사이클 발전장치로 전달하는 열전달장치를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a waste heat recovery steam generator comprising: a waste heat recovery steam generator for generating steam by heating a liquid supplied to the exhaust gas economizer using waste heat of an exhaust gas supplied to an exhaust gas economizer; An organic Rankine cycle generator for generating electricity by operating with an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water as a working fluid; And a heat transfer device for recovering the waste heat of the heat exchange exhaust gas heat-exchanged with the liquid and delivering the waste heat to the organic Rankine cycle power generation device.

상기 유기랭킨사이클 발전장치는, 상기 열교환 배기가스의 폐열과의 열교환을 통해 유기냉매를 증발시키는 증발기; 상기 증발기에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전하는 터빈; 상기 터빈의 회전에 따라 연동하여 전력을 생산하는 발전기; 상기 터빈에서 나온 유기냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 나온 응축된 유기냉매를 압축시켜 상기 증발기로 공급하는 제1 펌프; 및 상기 증발기로부터 상기 펌프에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 제공하는 관로를 포함할 수 있다.The organic Rankine cycle generator includes an evaporator for evaporating organic refrigerant through heat exchange with waste heat of the heat exchange exhaust gas; A turbine rotating through the organic refrigerant evaporated by the evaporator; A generator for generating electric power by interlocking with the rotation of the turbine; A condenser for cooling and liquefying the organic refrigerant from the turbine; A first pump for compressing and supplying the condensed organic refrigerant from the condenser to the evaporator; And a conduit for providing a circulation path of the organic refrigerant from the evaporator to the pump.

상기 터빈과 상기 발전기는 다단으로 구성될 수 있다.The turbine and the generator may be configured in multiple stages.

상기 열전달장치는, 상기 열교환 배기가스의 폐열과 열교환된 유체가 상기 유기랭킨사이클 발전장치로 공급되도록 순환경로를 제공하는 순환라인; 및 상기 순환라인에 마련되어 상기 유기랭킨사이클 발전장치에서 열교환되어 액화된 상기 유체를 상기 배기가스 이코노마이저로 펌핑하는 제2 펌프를 포함할 수 있다.Wherein the heat transfer device comprises: a circulation line for providing a circulation path for supplying a fluid heat-exchanged with waste heat of the heat exchange exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation device; And a second pump disposed in the circulation line for pumping the fluid liquefied in the organic Rankine cycle generator to the exhaust gas economizer.

상기 열전달장치는, 상기 제2 펌프와 상기 배기가스 이코노마이저 사이의 상기 순환라인에 직렬로 마련되어 소기(Scavenge Air)의 열원과 액화된 상기 유체를 열교환시키는 열교환기를 더 포함할 수 있다.The heat transfer device may further include a heat exchanger provided in series with the circulation line between the second pump and the exhaust gas economizer for exchanging a heat source of scavenge air with the liquefied fluid.

상기 폐열회수증기발생장치는, 상기 배기가스 이코노마이저에서 열교환되어 과열증기가 된 상기 액체를 스팀과 액체로 분리하는 스팀분리기; 및 상기 스팀분리기에서 분리된 액체를 상기 배기가스 이코노마이저로 펌핑하는 제2 펌프를 포함할 수 있다.The waste heat recovery steam generator includes a steam separator for separating the liquid that has undergone heat exchange in the exhaust gas economizer into superheated steam, into steam and liquid; And a second pump for pumping the liquid separated in the steam separator to the exhaust gas economizer.

상기 스팀분리기에서 분리된 상기 스팀은 거주구 난방용 또는 연료 난방 유지용으로 사용될 수 있다.The steam separated from the steam separator can be used for residential district heating or fuel heating maintenance.

사용된 상기 스팀을 응축시켜 액체로 만드는 콘덴서; 상기 콘덴서에서 액화된 상기 액체가 저장되는 핫웰(Hot Well); 및 상기 핫웰에 저장된 상기 액체를 상기 스팀분리기로 펌핑하는 제3 펌프를 더 포함할 수 있다.A condenser for condensing the used steam into a liquid; A hot well in which the liquid liquefied in the condenser is stored; And a third pump for pumping the liquid stored in the hotwell to the steam separator.

또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 배기가스 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 폐열을 회수하여 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되어 전기를 생산하는 유기랭킨사이클 발전장치로 전달함으로써 에너지를 절감할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, waste heat of an exhaust gas supplied to an exhaust gas economizer is recovered and transferred to an organic Rankine cycle power generation apparatus which operates using an organic refrigerant having a boiling point lower than water as a working fluid to produce electricity. The energy saving system using the waste heat of the ship can be provided.

상기 배기가스 이코노마이저와 상기 유기랭킨사이클 발전장치를 연결하는 라인에 직렬로 마련되어 상기 유기랭킨사이클 발전장치에서 열교환되어 배출되는 유체와 엔진의 소기를 열교환시키는 열교환기를 더 포함할 수 있다.And a heat exchanger provided in series with a line connecting the exhaust gas economizer and the organic Rankine cycle generator to heat the fluid discharged from the organic Rankine cycle generator and discharged from the engine.

본 발명의 실시예들은, 엔진에서 배출되며 배기가스 이코노마이저에서 폐열회수증기발생장치와 열교환되어 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하여 유기랭킨사이클 발전장치로 전달함으로써 폐열회수 효과를 극대화할 수 있다.Embodiments of the present invention can maximize the waste heat recovery effect by collecting the waste heat of the exhaust gas discharged from the engine and being heat-exchanged with the waste heat recovery steam generator in the exhaust gas economizer, and transferring it to the organic Rankine cycle power generation apparatus.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템에서 폐열회수증기발생장치의 작동 상태도이다.
도 3은 도 1에 도시된 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템에서 열전달장치에서 전달되는 폐열원을 이용하여 유기랭킨사이클 발전장치를 작동시키는 상태를 도시한 도면이다.
1 is a schematic view illustrating an energy saving system using waste heat of a ship according to an embodiment of the present invention.
2 is an operational state diagram of a waste heat recovery steam generator in an energy saving system using waste heat of a ship shown in FIG.
FIG. 3 is a view showing a state in which the organic Rankine cycle power generation apparatus is operated by using a waste heat source transferred from a heat transfer apparatus in an energy saving system using waste heat of a ship shown in FIG. 1. FIG.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view illustrating an energy saving system using waste heat of a ship according to an embodiment of the present invention.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템(1)은, 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급되는 배기가스의 폐열을 이용하여 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급되는 액체를 가열시키는 폐열회수증기발생장치(100)와, 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되어 전기를 생산하는 유기랭킨사이클 발전장치(200)와, 액체와 열교환되어 배출되는 열교환 배기가스의 폐열을 회수하여 유기랭킨사이클 발전장치(200)로 전달하는 열전달장치(300)를 구비한다.As shown in this figure, the energy saving system 1 using the waste heat of a ship according to the present embodiment supplies waste gas to the exhaust gas economizer EE using the waste heat of the exhaust gas supplied to the exhaust gas economizer EE. An organic Rankine cycle generator (200) which is operated by using an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water as a working fluid to produce electricity, and a heat exchanging heat exchanger And a heat transfer device 300 for recovering waste heat of the exhaust gas and transferring the waste heat to the organic Rankine cycle power generation device 200.

폐열회수증기발생장치(100)는, 엔진에서 배출되는 배기가스(Exhaust Gas)의 폐열을 회수하여 배기가스 이코노마이저(EE)에서 액체와 열교환시켜 스팀을 생성하고, 생성된 스팀을 거주구 난방용 또는 연료 난방 유지용으로 사용하기 위한 장치이다.The waste heat recovery steam generator 100 recovers the waste heat of the exhaust gas discharged from the engine to generate heat by exchanging heat with the liquid in the exhaust gas economizer EE and supplies the generated steam to the in- It is a device for use for heating maintenance.

본 실시 예에서 폐열회수증기발생장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 배기가스 이코노마이저(EE)에서 열교환되어 과열증기가 된 액체를 스팀과 액체로 분리하는 스팀분리기(110)와, 스팀분리기(110)에서 분리된 액체를 배기가스 이코노마이저(EE)로 펌핑하는 펌프(120)를 포함한다.1, the waste heat recovery steam generator 100 includes a steam separator 110 for separating a liquid that has undergone heat exchange in an exhaust gas economizer (EE) into superheated steam into steam and liquid, And a pump 120 for pumping the liquid separated in the steam separator 110 to the exhaust gas economizer EE.

본 실시 예에서 펌프(120)에서 펌핑되는 유체는 액체 상태에 있지만 배기가스 이코노마이저(EE)를 통과하면서 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급되는 290℃의 배기가스와 열교환되어 과열증기 상태 즉, 물과 증기가 혼합된 상태가 된다.In this embodiment, the fluid pumped by the pump 120 is in a liquid state, but is heat exchanged with the exhaust gas at 290 占 폚 supplied to the exhaust gas economizer (EE) while passing through the exhaust gas economizer (EE) The steam is mixed.

이러한 물과 증기의 혼합물은 스팀분리기(110)로 공급되며, 스팀분리기(110)에서 분리된 스팀은 배관을 통해 거주구 난방용이나 연료 난방 유지용으로 사용되기 위해 사용처로 공급된다.The mixture of water and steam is supplied to the steam separator 110. The steam separated from the steam separator 110 is supplied to a use place for use as a residential district heating or a fuel heating maintenance through a pipe.

또한 스팀분리기(110)에서 분리된 액체는 펌프(120)에서 펌핑되어 배기가스 이코노마이저(EE)로 다시 공급된다.The liquid separated from the steam separator 110 is also pumped by the pump 120 and supplied back to the exhaust gas economizer EE.

본 실시 예에서 배기가스 이코노마이저(EE)는 엔진의 배기가스로 증기 또는 온수를 끓이는 것으로서 배기가스 보일러(Exhaust Gas Boiler)를 포함한다.In this embodiment, the exhaust gas economizer (EE) includes an exhaust gas boiler as boiling steam or hot water with the exhaust gas of the engine.

유기랭킨사이클 발전장치(200)는, 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되는 터빈 사이클이며, 통상 유기랜킨사이클(ORC;Organic Rankine Cycle)이라고도 한다.The organic Rankine cycle generator 200 is a turbine cycle operated by using an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water as a working fluid and is also commonly referred to as an organic Rankine Cycle (ORC).

본 실시 에에서 유기랭킨사이클 발전장치(200)는 물보다 비등점이 낮은 유기냉매 예를 들어 R 245fa를 사용할 수 있으므로, 물을 작동유체로 하는 증기터빈보다 낮은 온도를 열원으로 하여 동작할 수 있어 선박에서 발생되는 100℃ 내외의 폐열을 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있다.Since the organic Rankine cycle power generation apparatus 200 can use an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water, for example, R 245fa, the organic Rankine cycle power generation apparatus 200 can operate with a lower temperature than a steam turbine using water as a working fluid as a heat source, The electric energy can be produced by using the waste heat of about 100 캜 generated from the waste heat.

또한 본 실시예에서는 폐열회수증기발생장치(100)에서 열교환되어 배출되는 배기가스(이하 '열교환 배기가스'라 함)의 폐열을 유기랭킨사이클 발전장치(200)의 작동유체인 유기냉매를 증발시키는 열원 및 열전달 물질로 사용하므로 그만큼의 연료를 절약할 수 있어 선박에서 소모되는 전체 에너지를 절감할 수 있는 이점이 있다.In this embodiment, the waste heat of exhaust gas (hereinafter referred to as "heat exchange exhaust gas") that is heat-exchanged in the waste heat recovery steam generator 100 is supplied to a heat source And as a heat transfer material, it is possible to save the amount of fuel, thereby saving the total energy consumed by the ship.

이제 유기랭킨사이클 발전장치(200)를 상세히 설명하면, 유기랭킨사이클 발전장치(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환 배기가스의 폐열과의 열교환을 통해 유기냉매를 증발시키는 증발기(210)와, 증발기(210)에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전하는 터빈(220)과, 터빈(220)의 회전에 따라 연동하여 전력을 생산하는 발전기(230)와, 터빈(220)에서 나온 유기냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기(240)와, 응축기(240)에서 나온 응축된 유기냉매를 압축시켜 증발기(210)로 공급하는 제1 펌프(250)와, 증발기(210)로부터 제1 펌프(250)에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 제공하는 관로(260)를 포함한다.1, the organic Rankine cycle power generation apparatus 200 includes an evaporator 210 for evaporating organic refrigerant through heat exchange with waste heat of the heat exchange exhaust gas, A turbine 220 rotating through the organic refrigerant evaporated by the evaporator 210, a generator 230 generating electricity by interlocking with the rotation of the turbine 220, A first pump 250 for compressing the condensed organic refrigerant from the condenser 240 and supplying the condensed organic refrigerant to the evaporator 210 and a second pump 250 for condensing the organic refrigerant from the evaporator 210, 250 to provide a circulation path for the organic refrigerant.

본 실시 예에서 엔진에서 공급되는 배기가스는 대략 290℃ 정도의 온도를 가지나, 폐열회수증기발생장치(100)의 유체와 열교환되면서 대략 270℃정도의 열원으로 온도가 하강되고, 열전달장치(300)의 유체와 열교환되면서 대략 165℃ 정도로 온도가 하강된다.In the present embodiment, the exhaust gas supplied from the engine has a temperature of about 290 ° C. However, the temperature of the exhaust gas is lowered to about 270 ° C while heat exchange with the fluid of the waste heat recovery steam generator 100, Lt; RTI ID = 0.0 > 165 C. < / RTI >

또한 본 실시 예에서 열전달장치(300)의 유체는 배기가스 이코노마이저(EE)에서 열교환 배기가스와 열교환된 후에는 약 164℃로 온도가 상승되고, 유기랭킨사이클 발전장치(200)의 증발기(210)와 열교환된 후에는 대략 90℃ 정도로 떨어진다.Also, in the present embodiment, the fluid of the heat transfer device 300 is heated to about 164 DEG C after the heat exchange with the heat exchange exhaust gas in the exhaust gas economizer EE, and the evaporator 210 of the organic Rankine cycle power generation device 200, Lt; RTI ID = 0.0 > 90 C. < / RTI >

그리고 유기랭킨사이클 발전장치(200)는 다른 터빈 시스템과 마찬가지로 증발기(210)에서 가열된 고온부의 온도와 응축기(240)에서 냉각된 저온부의 온도 차이가 클수록 높은 효율을 얻을 수 있는 특징이 있다.The organic Rankine cycle power generation apparatus 200 is characterized in that as the temperature difference between the high temperature portion heated by the evaporator 210 and the low temperature portion cooled by the condenser 240 is increased, high efficiency can be obtained as in the other turbine systems.

즉 증발기(210)로 유입되어 증발기(210)에 열을 전달하는 고온부의 온도가 높을수록, 응축기(240)로 유입되어 응축기(240)의 열을 흡수하는 저온부의 온도가 낮을수록 효율이 높아진다.That is, the higher the temperature of the high temperature portion which is introduced into the evaporator 210 and transfers heat to the evaporator 210, the higher the efficiency of the temperature of the low temperature portion, which flows into the condenser 240 and absorbs the heat of the condenser 240, becomes.

한편 본 실시 예에서 터빈(220)과 발전기(220)는 다단으로 마련될 수 있다.Meanwhile, in this embodiment, the turbine 220 and the generator 220 may be provided in multiple stages.

열전달장치(300)는, 배기가스 이코노마이저(EE)의 열교환 배기가스의 열원을 회수하여 유기랭킨사이클 발전장치(200)의 작동유체로 공급함으로써 증발기(210)에서의 열교환으로 작동유체의 온도를 상승시키는 역할을 한다.The heat transfer device 300 recovers the heat source of the heat exchange exhaust gas of the exhaust gas economizer EE and supplies the heat source to the working fluid of the organic Rankine cycle power generation apparatus 200 to increase the temperature of the working fluid by the heat exchange in the evaporator 210 .

또한 열전달장치(300)는 엔진의 소기(Scavenge Air)로 배기가스 이코노마이저(EE)로 유입되는 액체를 가열하여 회수되는 열량을 극대화하는 역할을 한다.The heat transfer device 300 serves to maximize the amount of heat recovered by heating the liquid flowing into the exhaust gas economizer EE through the scavenge air of the engine.

본 실시 예에서 열전달장치(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환 배기가스의 폐열과 열교환된 유체가 유기랭킨사이클 발전장치(200)로 공급되도록 순환경로를 제공하는 순환라인(310)과, 순환라인(310)에 마련되어 유기랭킨사이클 발전장치(200)에서 열교환되어 액화된 유체를 배기가스 이코노마이저(EE)로 펌핑하는 제2 펌프(320)와, 제2 펌프(320)와 배기가스 이코노마이저(EE) 사이의 순환라인(310)에 직렬로 마련되어 소기(Scavenge Air)의 열원과 액화된 유체를 열교환시키는 열교환기(330)를 포함한다.1, the heat transfer device 300 includes a circulation line 310 that provides a circulation path for supplying the heat-exchanged fluid to the organic Rankine cycle power generation device 200 with the waste heat of the heat exchange exhaust gas, A second pump 320 provided in the circulation line 310 for pumping liquefied fluid heat exchanged in the organic Rankine cycle generator 200 to an exhaust gas economizer EE, And a heat exchanger 330 provided in series with the circulation line 310 between the economizers EE to heat-exchange the scavenge air heat source and the liquefied fluid.

본 실시 예에서 열교환기(330)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 순환라인(310)에 직렬로 배치되고, 제2 펌프(320)와 배기가스 이코노마이저(EE)의 사이에 배치되는 데, 이 경우 일반적으로 상대온도가 낮은 소기의 열원을 회수하는 열교환기(330)를 배기가스 이코노마이저(EE)의 앞에 직렬로 설치함으로써 회수하는 열량을 극대화할 수 있다. 열교환기(330)를 직렬로 설치하는 경우는 소기의 온도가 열교환 배기가스의 온도가 차이가 많이 나는 경우에 유리하다.The heat exchanger 330 in this embodiment is arranged in series with the circulation line 310 and is disposed between the second pump 320 and the exhaust gas economizer EE, In this case, the amount of heat recovered can be maximized by providing a heat exchanger 330, which collects a desired heat source having a relatively low temperature, in series in front of the exhaust gas economizer EE. When the heat exchanger 330 is installed in series, the desired temperature is advantageous when the temperature of the heat exchange exhaust gas is greatly different.

또한 기존의 시스템에 있는 순환라인(310)에 열교환기(330)만을 마련하면 되므로 즉, 기존의 시스템이 변경되지 않기 때문에 시스템의 구성을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.In addition, since only the heat exchanger 330 needs to be provided in the circulation line 310 in the existing system, there is an advantage that the system configuration can be facilitated because the existing system is not changed.

한편 본 실시예는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스팀 사용처(SU)에서 사용된 스팀을 응축시켜 액체로 만드는 콘덴서(400)와, 콘덴서(400)에서 액화된 액체가 저장되는 핫웰(500, Hot Well)과, 핫웰(500)에 저장된 액체를 스팀분리기(110)로 펌핑하는 제3 펌프(600)를 포함한다.1, a condenser 400 for condensing the steam used in the steam application unit SU to make a liquid, and a hotwell 500, in which liquid condensed in the condenser 400 is stored, And a third pump 600 for pumping the liquid stored in the hotwell 500 to the steam separator 110.

도 2는 도 1에 도시된 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템에서 폐열회수증기발생장치의 작동 상태도이다. 이하에서 도 2를 참조하여 폐열회수증기발생장치(100)의 작동 상태를 설명한다.2 is an operational state diagram of a waste heat recovery steam generator in an energy saving system using waste heat of a ship shown in FIG. Hereinafter, an operation state of the waste heat recovery steam generator 100 will be described with reference to FIG.

엔진에서 배출되는 배기가스는 배기가스 이코노마이저(EE)에서 펌프(120)에서 공급되는 액체와 열교환되어 펌프에서 공급되는 액체를 스팀과 물이 혼합된 과열증기 상태로 만들고, 과열증기는 스팀분리기(110)로 공급된다.The exhaust gas discharged from the engine is heat exchanged with the liquid supplied from the pump 120 in the exhaust gas economizer EE to make the liquid supplied from the pump into a superheated steam state in which steam and water are mixed and the superheated steam is supplied to the steam separator 110 ).

스팀분리기(110)는 과열증기를 스팀과 물로 분리하며, 분리된 스팀은 거주구 난방용 등으로 사용되는 스팀 사용처(SU)로 공급되고, 스팀 사용처(SU)에서 사용된 스팀은 콘덴서(400)에서 액화된 후 핫웰(500)에 저장된다. 스팀분리기(110)에서 분리된 액체는 펌프(120)를 통해 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급되어 배기가스와 열교환된다.The steam separator 110 separates the superheated steam into steam and water. The separated steam is supplied to a steam application unit (SU) used as a residential district heating or the like, and the steam used in the steam use unit (SU) And is stored in the hotwell 500 after being liquefied. The liquid separated from the steam separator 110 is supplied to the exhaust gas economizer EE through the pump 120 and is heat-exchanged with the exhaust gas.

도 3은 도 1에 도시된 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템에서 열전달장치에서 전달되는 폐열원을 이용하여 유기랭킨사이클 발전장치를 작동시키는 상태를 도시한 도면이다. 이하에서 유기랭킨사이클 발전장치(200)와 열전달장치(300)의 작동 상태를 설명한다.FIG. 3 is a view showing a state in which the organic Rankine cycle power generation apparatus is operated by using a waste heat source transferred from a heat transfer apparatus in an energy saving system using waste heat of a ship shown in FIG. 1. FIG. The operation states of the organic Rankine cycle generator 200 and the heat transfer device 300 will be described below.

열전달장치(300)의 열교환기(330)를 거쳐 배기가스 이코노마이저(EE)로 공급되는 유체는 폐열회수증기발생장치(100)와 1차적으로 열교환되어 배출되는 열교환 배기가스의 폐열과 열교환되어 온도가 상승된다.The fluid supplied to the exhaust gas economizer EE via the heat exchanger 330 of the heat transfer device 300 is heat-exchanged with the waste heat of the heat exchange exhaust gas that is primarily heat-exchanged with the waste heat recovery steam generator 100, .

온도가 상승되어 유기랭킨사이클 발전장치(200)로 공급되는 유체는 증발기(210)에서 증발기(210)로 유입되는 유기냉매와 열교환되어 유기냉매를 증발시킨 후 액화되고, 액화된 유체는 제2 펌프(320)를 통해 열교환기(330)로 공급된다.The fluid supplied to the organic Rankine cycle power generation apparatus 200 is heat-exchanged with the organic refrigerant flowing into the evaporator 210 from the evaporator 210 to evaporate the organic refrigerant and then be liquefied. (320) to the heat exchanger (330).

열교환기(330)는 엔진에서 공급되는 소기와 액화된 유체를 1차적으로 열교환시키고, 열교환기(330)에서 1차적으로 열교환되어 물과 스팀이 혼합된 유체는 배기가스 이코노마이저(EE)에서 열교환 배기가스와 열교환되어 스팀의 비율이 더 높아진 유체가 된다.The heat exchanger 330 primarily exchanges the scavenged and liquefied fluids supplied from the engine, and the fluid that is primarily heat-exchanged in the heat exchanger 330 and mixed with water and steam is discharged from the exhaust gas economizer EE to the heat- And the heat is exchanged with the gas so that the ratio of the steam becomes higher.

한편 열전달장치(300)에서 유기랭킨사이클 발전장치(200)의 증발기(210)로 공급되는 유체의 온도는 제1 펌프(250)를 통해 증발기(210)로 공급되는 유기냉매의 온도보다 높으므로 상호 간의 열전달은 충분히 일어난다.The temperature of the fluid supplied to the evaporator 210 of the organic Rankine cycle generator 200 in the heat transfer device 300 is higher than the temperature of the organic refrigerant supplied to the evaporator 210 through the first pump 250, There is enough heat transfer between the two.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 엔진에서 배출되며 배기가스 이코노마이저에서 폐열회수증기발생장치와 열교환되어 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하여 유기랭킨사이클 발전장치로 전달함으로써 폐열회수 효과를 극대화할 수 있다.As described above, the present embodiment can maximize the waste heat recovery effect by collecting the waste heat of the exhaust gas discharged from the engine and being heat-exchanged with the waste heat recovery steam generator in the exhaust gas economizer, and transferring the waste heat to the organic Rankine cycle generator. have.

또한 일반적으로 상대 온도가 낮은 소기의 열원을 회수하는 열교환기를 배기가스 이코노마이저의 유입 라인에 직렬로 마련하여 회수하는 열량을 극대화할 수 있고, 기존의 시스템이 변경되지 않기 때문에 시스템의 구성을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.In addition, in general, a heat exchanger for collecting a desired heat source having a relatively low temperature can be provided in series with an inlet line of the exhaust gas economizer to maximize the heat quantity to be recovered, and the existing system is not changed, There is an advantage to be able to.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

1 : 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템 100 : 폐열회수증기발생장치
110 : 스팀분리기 120 : 펌프
200 : 유기랭킨사이클 발전장치 210 : 증발기
220 : 터빈 230 : 발전기
240 : 응축기 250 : 제1 펌프
260 : 관로 300 : 열전달장치
310 : 순환라인 320 : 제2 펌프
330 : 열교환기 400 : 콘덴서
500 : 핫웰(Hot Well) 600 : 제3 펌프
EE : 배기가스 이코노마이저 SU : 스팀 사용처
1: Energy saving system using waste heat of ship 100: Waste heat recovery steam generator
110: steam separator 120: pump
200: Organic Rankine cycle generator 210: Evaporator
220: turbine 230: generator
240: condenser 250: first pump
260: conduit 300: heat transfer device
310: circulation line 320: second pump
330: heat exchanger 400: condenser
500: Hot Well 600: Third pump
EE: Exhaust gas economizer SU: Steam application

Claims (10)

배기가스 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 배기가스 이코노마이저로 공급되는 액체를 가열시켜 증기를 발생시키는 폐열회수증기발생장치;
물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되어 전기를 생산하는 유기랭킨사이클 발전장치; 및
상기 액체와 열교환되어 배출되는 열교환 배기가스의 폐열을 회수하여 상기 유기랭킨사이클 발전장치로 전달하는 열전달장치를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.
A waste heat recovery steam generator for generating steam by heating a liquid supplied to the exhaust gas economizer using waste heat of an exhaust gas supplied as an exhaust gas economizer;
An organic Rankine cycle generator for generating electricity by operating with an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water as a working fluid; And
And a heat transfer device for recovering the waste heat of the heat exchange exhaust gas heat-exchanged with the liquid and delivering the waste heat to the organic Rankine cycle power generation device.
청구항 1에 있어서,
상기 유기랭킨사이클 발전장치는,
상기 열교환 배기가스의 폐열과의 열교환을 통해 유기냉매를 증발시키는 증발기;
상기 증발기에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전하는 터빈;
상기 터빈의 회전에 따라 연동하여 전력을 생산하는 발전기;
상기 터빈에서 나온 유기냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기;
상기 응축기에서 나온 응축된 유기냉매를 압축시켜 상기 증발기로 공급하는 제1 펌프; 및
상기 증발기로부터 상기 제1 펌프에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 제공하는 관로를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.
The method according to claim 1,
The organic Rankine cycle generator includes:
An evaporator for evaporating organic refrigerant through heat exchange with waste heat of the heat exchange exhaust gas;
A turbine rotating through the organic refrigerant evaporated by the evaporator;
A generator for generating electric power by interlocking with the rotation of the turbine;
A condenser for cooling and liquefying the organic refrigerant from the turbine;
A first pump for compressing and supplying the condensed organic refrigerant from the condenser to the evaporator; And
And a conduit for providing a circulation path of the organic refrigerant from the evaporator to the first pump.
청구항 2에 있어서,
상기 터빈과 상기 발전기는 다단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.
The method of claim 2,
Wherein the turbine and the generator are configured in multiple stages.
청구항 1에 있어서,
상기 열전달장치는,
상기 열교환 배기가스의 폐열과 열교환된 유체가 상기 유기랭킨사이클 발전장치로 공급되도록 순환경로를 제공하는 순환라인; 및
상기 순환라인에 마련되어 상기 유기랭킨사이클 발전장치에서 열교환되어 액화된 상기 유체를 상기 배기가스 이코노마이저로 펌핑하는 제2 펌프를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.
The method according to claim 1,
The heat-
A circulation line for providing a circulation path for supplying a fluid heat-exchanged with waste heat of the heat exchange exhaust gas to the organic Rankine cycle generator; And
And a second pump provided in the circulation line for pumping the fluid that has been heat exchanged in the organic Rankine cycle generator to the exhaust gas economizer.
청구항 4에 있어서,
상기 열전달장치는,
상기 제2 펌프와 상기 배기가스 이코노마이저 사이의 상기 순환라인에 직렬로 마련되어 소기(Scavenge Air)의 열원과 액화된 상기 유체를 열교환시키는 열교환기를 더 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.
The method of claim 4,
The heat-
Further comprising a heat exchanger provided in series with the circulation line between the second pump and the exhaust gas economizer for exchanging heat between the heat source of scavenge air and the liquefied fluid.
청구항 1에 있어서,
상기 폐열회수증기발생장치는,
상기 배기가스 이코노마이저에서 열교환되어 과열증기가 된 상기 액체를 스팀과 액체로 분리하는 스팀분리기; 및
상기 스팀분리기에서 분리된 액체를 상기 배기가스 이코노마이저로 펌핑하는 펌프를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.
The method according to claim 1,
The waste heat recovery steam generator comprises:
A steam separator for separating the liquid, which has been heat-exchanged in the exhaust gas economizer, into superheated steam, into steam and liquid; And
And a pump for pumping the liquid separated in the steam separator to the exhaust gas economizer.
청구항 6에 있어서,
상기 스팀분리기에서 분리된 상기 스팀은 거주구 난방용 또는 연료 난방 유지용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.
The method of claim 6,
Wherein the steam separated from the steam separator is used for residence heating or fuel heating maintenance.
청구항 6에 있어서,
사용된 상기 스팀을 응축시켜 액체로 만드는 콘덴서;
상기 콘덴서에서 액화된 상기 액체가 저장되는 핫웰(Hot Well); 및
상기 핫웰에 저장된 상기 액체를 상기 스팀분리기로 펌핑하는 제3 펌프를 더 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.
The method of claim 6,
A condenser for condensing the used steam into a liquid;
A hot well in which the liquid liquefied in the condenser is stored; And
And a third pump for pumping the liquid stored in the hotwell to the steam separator.
배기가스 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 폐열을 회수하여 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되어 전기를 생산하는 유기랭킨사이클 발전장치로 전달함으로써 에너지를 절감할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.And recovering the waste heat of the exhaust gas supplied to the exhaust gas economizer and operating the organic coolant having a boiling point lower than that of water as a working fluid to transfer it to an organic Rankine cycle power generation apparatus for generating electricity, Energy Saving System Using Waste Heat. 청구항 9에 있어서,
상기 배기가스 이코노마이저와 상기 유기랭킨사이클 발전장치를 연결하는 라인에 직렬로 마련되어 상기 유기랭킨사이클 발전장치에서 열교환되어 배출되는 유체와 엔진의 소기를 열교환시키는 열교환기를 더 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템.
The method of claim 9,
Further comprising a heat exchanger provided in series with a line connecting the exhaust gas economizer and the organic Rankine cycle generator to heat the fluid discharged from the organic Rankine cycle generator and discharged from the engine, system.
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