KR20160017730A - 초임계 이산화탄소 발전시스템 - Google Patents

초임계 이산화탄소 발전시스템 Download PDF

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KR20160017730A
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함진기
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 순산소를 이용하여 메탄을 연소시켜서 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 생성하는 연소부, 발전기에 연결되고, 상기 발전기가 전기를 생산하도록 연소부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부, 상기 터빈부로부터 배출되는 제1혼합물 중에서 증기를 액화시킨 후에 상기 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리하는 제1분리부, 상기 제1분리부로부터 배출되는 이산화탄소를 액화시키는 액화부, 및 상기 터빈부에서 상기 제1분리부로 유동하는 제1혼합물 중에서 일부를 배출시키기 위한 배출부를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전시스템에 관한 것이다.

Description

초임계 이산화탄소 발전시스템{Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System}
본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산하는 초임계 이산화탄소 발전시스템에 관한 것이다.
연소로, 보일러 등은 소정의 연료를 연소시키면서 이산화탄소(Carbon Dioxide)가 포함된 배가스를 배출한다. 이산화탄소는 지구온난화 등과 같이 환경오염을 초래하는 물질로 알려져 있다. 이에 따라, 이산화탄소로 인한 환경오염을 줄이기 위한 방안으로, 이산화탄소에 대한 배출 규제를 강화하는 방안, 태양력, 풍력 등과 같은 친환경 에너지원으로 대체하는 방안 등이 시도되고 있다.
그러나, 이산화탄소에 대한 배출 규제를 강화하는 방안은 이산화탄소가 포함된 배가스를 정화하기 위한 설비를 필요로 하기 때문에 각 국가의 산업발전, 경제적 사정 등을 이유로 제대로 시행되지 못하고 있는 실정이다. 태양력, 풍력 등과 같은 친환경 에너지원으로 대체하는 방안은, 기존에 이산화탄소 배출을 통해 생산하는 에너지량을 대체하기에 개발이 부족한 상태이다.
최근에는 배가스로부터 이산화탄소를 포집하여 저장하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 기술에 대한 개발이 활발하게 진행되면서, 포집한 이산화탄소를 에너지로 변환하는 기술에 대한 개발로 이어지고 있다.
예를 들면, 포집한 이산화탄소를 드라이아이스로 제조하여 기존의 냉각물질인 얼음을 대체하는 기술, 포집한 이산화탄소를 탄산가스로 제조하여 맥주, 탄산음료, 조선용접, 산화방지제 등으로 이용하는 기술 등에 대한 개발로 이어지고 있다.
이와 같이 이산화탄소를 다른 용도로 이용하는 기술이 활발하게 개발되면서, 환경오염물질인 이산화탄소에 대한 처리 기술이 새로운 전환점을 맞고 있다. 따라서, 발전시스템에 있어서도 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 순산소연소를 통해 생성되는 초임계 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전시스템을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은 순산소를 이용하여 메탄을 연소시켜서 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 생성하는 연소부; 발전기에 연결되고, 상기 발전기가 전기를 생산하도록 연소부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 상기 터빈부로부터 배출되는 제1혼합물 중에서 증기를 액화시킨 후에, 상기 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리하는 제1분리부; 상기 제1분리부로부터 배출되는 이산화탄소를 액화시키는 액화부; 및 상기 터빈부에서 상기 제1분리부로 유동하는 제1혼합물 중에서 일부를 배출시키기 위한 배출부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 연료를 연소시켜서 생성되는 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써, 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다.
본 발명은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써 터빈부 등을 소형화할 수 있으므로, 선박 등과 같이 설치공간이 협소한 곳에 용이하게 설치되어 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 환경오염물질인 이산화탄소를 이용하여 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키므로, 환경오염물질인 이산화탄소를 정화하는데 필요한 설비 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도
도 2은 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템에 있어서 배출부 및 제2분리부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 3은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 개략적인 블록도
이하에서는 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소(Supercritical Carbon Dioxide)를 이용하여 전기를 생산하기 위한 것이다. 이산화탄소는 임계 온도 및 임계 압력 이상의 조건에서 초임계 이산화탄소로 된다. 초임계 이산화탄소는 밀도가 높은 특성을 가짐과 동시에 점도가 낮은 특성을 갖는다. 즉, 초임계 이산화탄소는 밀도가 높은 기체 특성을 갖는다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 연료를 연소시켜서 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 생성하는 연소부(110), 상기 연소부(110)로부터 배출되는 제1혼합물을 이용하여 발전기(130)를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부(120), 상기 터빈부로부터 배출되는 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리하는 제1분리부(140), 및 상기 제1분리부(140)로부터 배출되는 이산화탄소를 액화시키는 액화부(150)를 포함한다.
상기 터빈부(120)는 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 이용하여 상기 발전기(130)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써, 물과 같은 다른 유체를 초임계 상태의 작동유체로 이용하는 것과 비교할 때, 상기 터빈부(120) 등을 소형화할 수 있다. 초임계 이산화탄소는 물과 같은 다른 유체가 초임계 상태일 때와 비교할 때, 밀도가 더 높은 특성을 갖기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 전체적인 크기가 감소될 수 있으므로, 설치공간이 협소한 곳에도 용이하게 설치될 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 이용하여 발전기(130)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 무해한 물질로 정화하지 않으면서 이산화탄소를 전기를 생산하기 위한 용도로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 정화하는데 필요한 설비 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있고, 친환경 발전시스템을 구현할 수 있다.
이하에서는 상기 연소부(110), 상기 터빈부(120), 상기 제1분리부(140), 및 상기 액화부(150)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1을 참고하면, 상기 연소부(110)는 순산소를 이용하여 연료를 연소시킨다. 연료는 메탄(CH4)일 수 있다. 이 경우, 상기 연소부(110)는 순산소를 이용하여 메탄을 연소시킴으로써, 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 생성할 수 있다. 이산화탄소는 31℃의 임계온도 및 74bar의 임계압력 이상의 임계조건에서 초임계 이산화탄소로 상변화한다. 상기 연소부(110)의 내부는 이산화탄소가 초임계 이산화탄소로 상변화하기 위한 임계조건을 만족하는 환경이 조성된다. 따라서, 상기 연소부(110)로부터 초임계 이산화탄소가 혼합된 제1혼합물이 배출된다.
상기 연소부(110)가 순산소 연소를 이용하여 연료를 연소시키므로, 제1혼합물은 초임계 이산화탄소 및 증기로 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 산소 연소를 통해 메탄을 연소시켜서 초임계 이산화탄소를 생성하는 경우와 대비할 때, 상기 연소부(2)로부터 배출되는 제1혼합물 중에서 초임계 이산화탄소의 농도를 높일 수 있다. 상기 연소부(110)가 산소 연소를 통해 메탄을 연소시키는 경우, 상기 제1혼합물은 초임계 이산화탄소, 증기, 및 질소로 구성되기 때문이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 터빈부(120) 및 상기 발전기(130)를 통해 생산되는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 연소부(2)로부터 초임계 이산화탄소 및 물 이외에 질소 등과 같은 추가 생성물이 배출되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 산소 연소를 통해 초임계 이산화탄소를 생성하는 경우와 대비할 때, 질소 등과 같은 추가 생성물을 처리하기 위한 설비를 없앨 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 터빈부(120)는 상기 발전기(130)에 연결된다. 상기 터빈부(120)는 샤프트 등을 통해 상기 발전기(130)에 연결될 수 있다. 상기 터빈부(120)는 상기 연소부(110)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 이용하여 동력을 발생시킨다. 상기 제1혼합물에 포함된 초임계 이산화탄소는, 초임계 상태로 상기 터빈부(120)를 통과하면서 상기 터빈부(120)가 갖는 임펠러를 회전시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 연료를 연소시켜 발생하는 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 환경오염물질인 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산하므로, 환경오염물질인 이산화탄소를 정화하는데 필요한 설비 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 터빈부(120)가 동력을 발생시키도록 구현됨으로써, 상기 터빈부(120)를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 상기 터빈부(120) 및 상기 발전기(130)를 통해 생산되는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 제1분리부(140)는 상기 터빈부(120)로부터 배출되는 제1혼합물 중에서 증기를 액화시킨 후에, 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리한다. 상기 제1분리부(140)는 일측이 상기 터빈부(120)에 연결되게 설치되고, 타측이 상기 액화부(150)에 연결되게 설치된다. 상기 제1분리부(140)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 터빈부(120) 및 상기 액화부(150) 각각에 연결되게 설치될 수 있다.
상기 제1분리부(140)는 제1냉각기구(141) 및 제1분리기구(145)를 포함할 수 있다.
상기 제1냉각기구(141)는 상기 터빈부(120)로부터 배출되는 제1혼합물을 냉각시킨다. 이에 따라, 상기 제1냉각기구(141)는 제1혼합물 중에서 증기를 액화시킴으로써, 증기를 물로 변환시킨다. 따라서, 상기 제1혼합물은 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리 가능한 상태로 변환된다. 상기 제1냉각기구(141)는 일측이 상기 터빈부(120)에 연결되게 설치되고, 타측이 상기 제1분리기구(145)에 연결되게 설치된다. 상기 제1냉각기구(141)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 터빈부(120) 및 상기 제1분리기구(145) 각각에 연결되게 설치될 수 있다. 상기 제1냉각기구(141)는 전기 등에 의해 동작하는 쿨러(Cooler)를 이용하여 제1혼합물을 냉각시킬 수 있다. 상기 제1냉각기구(141)는 제1혼합물을 냉각시킬 수 있는 냉각매체 및 제1혼합물을 열교환시킴으로써, 제1혼합물을 냉각시킬 수도 있다.
상기 제1분리기구(145)는 상기 제1냉각기구(141)로부터 배출되는 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리한다. 상기 제1분리기구(145)는 밀도 차이를 이용하여 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물을 분리하는 기액분리기를 포함할 수 있다. 상기 제1분리기구(145)는 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물을 끓는점 차이를 이용하여 분리할 수도 있다. 상기 제1분리기구(145)는 일측이 상기 제1냉각기구(141)에 연결되고, 타측이 상기 액화부(150)에 연결된다. 상기 제1분리기구(145)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 제1냉각기구(141) 및 상기 액화부(150) 각각에 연결될 수 있다. 상기 제1분리기구(145)는 기체 상태의 이산화탄소를 상기 액화부(150)로 공급한다. 상기 제1분리기구(145)는 액체 상태의 물을 외부로 배출할 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 액화부(150)는 상기 제1분리부(140)로부터 배출되는 이산화탄소를 액화시킨다. 상기 액화부(150)는 상기 제1분리부(140)에 연결되게 설치된다. 상기 액화부(150)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 제1분리부(140)에 연결되게 설치될 수 있다.
상기 액화부(150)는 액화압축기구(151) 및 액화냉각기구(153)를 포함할 수 있다.
상기 액화압축기구(151)는 상기 제1분리부(140)로부터 배출되는 이산화탄소를 압축시킨다. 상기 액화압축기구(151)는 컴프레서(Compressor)일 수 있다. 상기 액화압축기구(151)는 일측이 상기 제1분리기구(145)에 연결되고, 타측이 상기 액화냉각기구(153)에 연결된다. 상기 액화압축기구(151)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 제1분리기구(145) 및 상기 액화냉각기구(153) 각각에 연결될 수 있다.
상기 액화냉각기구(153)는 상기 액화압축기구(151)로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각시킨다. 이에 따라, 상기 액화냉각기구(153)는 이산화탄소를 액화시킨다. 상기 액화냉각기구(153)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 액화압축기구(151)에 연결되게 설치된다. 상기 액화냉각기구(153)는 전기 등에 의해 동작하는 쿨러를 이용하여 이산화탄소를 냉각시킬 수 있다. 상기 액화냉각기구(153)는 이산화탄소를 냉각시킬 수 있는 냉각매체 및 이산화탄소를 열교환시킴으로써, 이산화탄소를 냉각시킬 수도 있다.
상기 액화부(150)는 액화공급기구(155)를 포함할 수 있다.
상기 액화공급기구(155)는 상기 액화냉각기구(153)로부터 배출되는 액체 상태의 이산화탄소를 상기 연소부(110)로 공급한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 연소부(110)에서 생성된 이산화탄소를 상기 연소부(110)로 재공급함으로써, 전기를 생산하는 과정에서 환경오염물질인 이산화탄소를 외부로 배출시키지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다.
상기 액화공급기구(155)는 일측이 상기 액화냉각기구(153)에 연결되고, 타측이 상기 연소부(110)에 연결된다. 상기 액화공급기구(155)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 액화냉각기구(153) 및 상기 연소부(110) 각각에 연결될 수 있다.
상기 액화공급기구(155)는 상기 액화냉각기구(153)로부터 배출되는 액체 상태의 이산화탄소를 압축시켜서 상기 연소부(110)에 공급할 수도 있다. 이에 따라, 액체 상태의 이산화탄소는 압축되면서 온도가 상승한 후에 상기 연소부(110)에 공급된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 연료를 연소시키기 위해 상기 연소부(110) 내부의 온도를 높이는데 드는 비용을 절감할 수 있다. 상기 액화공급기구(155)는 펌프(Pump)를 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 액화저장부(160)를 포함할 수 있다.
상기 액화저장부(160)는 상기 액화부(150)로부터 배출되는 액체 상태의 이산화탄소를 저장한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 연소부(110)에서 생성된 이산화탄소를 외부로 배출시키지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다. 상기 액화저장부(160)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 액화부(150)에 연결될 수 있다. 상기 액화저장부(160)는 상기 액화냉각기구(153)에 연결될 수 있다.
상기 액화저장부(160)는 저장된 이산화탄소를 상기 연소부(110)에 공급할 수도 있다. 이 경우, 상기 액화저장부(160)는 일측이 상기 액화부(150)에 연결되고, 타측이 상기 연소부(110)에 연결될 수 있다. 상기 액화저장부(160)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 액화부(150) 및 상기 연소부(110) 각각에 연결될 수 있다. 상기 액화저장부(160)에 저장된 이산화탄소는 선박에서 화재 진압용으로 사용될 수도 있다. 상기 액화저장부(160)에 저장된 이산화탄소는 드라이아이스, 산화방지제 등을 제조하는데 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 액화공급기구(155) 및 상기 액화저장부(160) 중에서 어느 하나만을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 액화공급기구(155) 및 상기 액화저장부(160) 모두를 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 액화공급기구(155)는 상기 액화냉각기구(153)로부터 배출되는 액체 상태의 이산화탄소를 상기 액화저장부(160) 및 상기 연소부(110) 중에서 적어도 하나에 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 액화공급기구(155)는 상기 액화냉각기구(153)로부터 배출되는 액체 상태의 이산화탄소를 분기시켜서 상기 액화저장부(160) 및 상기 연소부(110) 각각에 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 액화공급기구(155)는 상기 액화냉각기구(153)로부터 배출되는 액체 상태의 이산화탄소를 상기 액화저장부(160) 또는 상기 연소부(110)에 선택적으로 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 액화공급기구(155)는 유로전환밸브를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 배출부(170)를 포함할 수 있다.
상기 배출부(170)는 상기 터빈부(120)에서 상기 제1분리부(140)로 유동하는 제1혼합물 중에서 일부를 배출시킨다. 이에 따라, 상기 배출부(170)는 상기 제1분리부(140)로 공급되는 제1혼합물의 유량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 제1분리부(140) 및 상기 액화부(150) 각각의 용량을 줄일 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
상기 배출부(170)는 상기 터빈부(120) 및 상기 제1분리부(140)를 연결하는 배관에 연결되게 설치된다. 상기 터빈부(120)로부터 배출되는 제1혼합물은 상기 터빈부(120)에서 상기 제1분리부(140)로 유동하는 과정에서 분기됨으로써, 일부가 상기 배출부(170)로 공급되고, 나머지 일부가 상기 터빈부(120)로 공급될 수 있다. 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 배출부(170)로 공급되는 제1혼합물의 유량 및 상기 터빈부(120)로 공급되는 제1혼합물의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 제2분리부(180)를 포함할 수 있다.
상기 제2분리부(180)는 상기 배출부(170)로부터 배출되는 제1혼합물 중에서 증기를 액화시킨 후에, 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리한다. 상기 제2분리부(180)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 배출부(170)에 연결되게 설치된다.
상기 제2분리부(180)는 제2냉각기구(181) 및 제2분리기구(185)를 포함할 수 있다.
상기 제2냉각기구(181)는 상기 배출부(170)로부터 배출되는 제1혼합물을 냉각시킨다. 이에 따라, 상기 제2냉각기구(181)는 제1혼합물 중에서 증기를 액화시킴으로써, 증기를 물로 변환시킨다. 따라서, 상기 제1혼합물은 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리 가능한 상태로 변환된다. 상기 제2냉각기구(181)는 일측이 상기 배출부(170)에 연결되게 설치되고, 타측이 상기 제2분리기구(185)에 연결되게 설치된다. 상기 제2냉각기구(181)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 배출부(170) 및 상기 제2분리기구(185) 각각에 연결되게 설치될 수 있다. 상기 제2냉각기구(181)는 전기 등에 의해 동작하는 쿨러를 이용하여 제1혼합물을 냉각시킬 수 있다. 상기 제2냉각기구(181)는 제1혼합물을 냉각시킬 수 있는 냉각매체 및 제1혼합물을 열교환시킴으로써, 제1혼합물을 냉각시킬 수도 있다.
상기 제2분리기구(185)는 상기 제2냉각기구(181)로부터 배출되는 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리한다. 상기 제2분리기구(185)는 밀도 차이를 이용하여 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물을 분리하는 기액분리기를 포함할 수 있다. 상기 제2분리기구(185)는 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물을 끓는점 차이를 이용하여 분리할 수도 있다. 상기 제2분리기구(185)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 제2냉각기구(181)에 연결될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 기체공급부(190)를 포함할 수 있다.
상기 기체공급부(190)는 상기 제2분리부(180)로부터 배출되는 기체 상태의 이산화탄소를 상기 연소부(110)로 공급한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 연소부(110)에서 생성된 이산화탄소를 상기 연소부(110)로 재공급함으로써, 전기를 생산하는 과정에서 환경오염물질인 이산화탄소를 외부로 배출시키지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다.
상기 기체공급부(190)는 일측이 상기 제2분리부(180)에 연결되고, 타측이 상기 연소부(110)에 연결된다. 상기 기체공급부(190)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 제2분리부(180) 및 상기 연소부(110) 각각에 연결될 수 있다.
상기 기체공급부(190)는 상기 제2분리부(180)로부터 배출되는 기체 상태의 이산화탄소를 압축시켜서 상기 연소부(110)에 공급할 수도 있다. 이에 따라, 기체 상태의 이산화탄소는 압축되면서 온도가 상승한 후에 상기 연소부(110)에 공급된다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 연료를 연소시키기 위해 상기 연소부(110) 내부의 온도를 높이는데 드는 비용을 절감할 수 있다. 상기 기체공급부(190)는 컴프레서를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 기체저장부(200)를 포함할 수 있다.
상기 기체저장부(200)는 상기 제2분리부(180)로부터 배출되는 기체 상태의 이산화탄소를 저장한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 연소부(110)에서 생성된 이산화탄소를 외부로 배출시키지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다. 상기 기체저장부(200)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 제2분리부(180)에 연결될 수 있다.
상기 기체저장부(200)는 저장된 이산화탄소를 상기 연소부(110)에 공급할 수도 있다. 이 경우, 상기 기체저장부(200)는 일측이 상기 제2분리부(180)에 연결되고, 타측이 상기 연소부(110)에 연결될 수 있다. 상기 기체저장부(200)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 제2분리부(180) 및 상기 연소부(110) 각각에 연결될 수 있다. 상기 기체저장부(200)에 저장된 이산화탄소는 선박에서 화재 진압용으로 사용될 수도 있다. 상기 기체저장부(200)에 저장된 이산화탄소는 드라이아이스, 산화방지제 등을 제조하는데 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 기체공급부(190) 및 상기 기체저장부(200) 중에서 어느 하나만을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 기체공급부(190) 및 상기 기체저장부(200) 모두를 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 기체공급부(190)는 상기 제2분리부(180)로부터 배출되는 기체 상태의 이산화탄소를 상기 기체저장부(200) 및 상기 연소부(110) 중에서 적어도 하나에 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 기체공급부(190)는 상기 제2분리부(180)로부터 배출되는 기체 상태의 이산화탄소를 분기시켜서 상기 기체저장부(200) 및 상기 연소부(110) 각각에 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 기체공급부(190)는 상기 제2분리부(180)로부터 배출되는 기체 상태의 이산화탄소를 상기 기체저장부(200) 또는 상기 연소부(110)에 선택적으로 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 기체공급부(190)는 유로전환밸브를 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 이송부(300)를 포함할 수 있다.
상기 이송부(300)는 상기 제1분리기구(145)로부터 배출되는 액체 상태의 물을 상기 액화압축기구(151)로 공급한다. 이에 따라, 상기 액화압축기구(151)는 상기 이송부(300)로부터 공급되는 물에 의해 냉각될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 액화압축기구(151)가 작동 과정에서 과열로 인해 손상 내지 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 제1분리기구(145)로부터 배출되는 물을 이용하여 상기 액화압축기구(151)를 냉각시키도록 구현됨으로써, 상기 액화압축기구(151)를 냉각시키기 위한 별도의 냉각설비를 없애거나 감축시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
상기 이송부(300)는 일측이 상기 제1분리기구(145)에 연결되고, 타측이 상기 액화압축기구(151)에 연결된다. 상기 이송부(300)는 파이프 등과 같은 배관을 통해 상기 제1분리기구(145) 및 상기 액화압축기구(151) 각각에 연결될 수 있다. 상기 제1분리기구(145)는 상기 터빈부(120)로부터 배출되는 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소과 액체 상태의 물로 분리한 후에, 액체 상태의 물을 상기 이송부(300)로 공급하고, 기체 상태의 이산화탄소를 상기 액화압축기구(151)로 공급할 수 있다.
도 3에는 상기 이송부(300)가 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)에 있어서 상기 액화공급기구(155) 및 상기 액화저장부(160)를 모두 포함하는 실시예에 적용되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 이송부(300)는 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)에 있어서 상기 액화공급기구(155) 또는 상기 액화저장부(160)만을 포함하는 실시예에도 적용될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 이송부(300)는 상기 제2분리기구(185)로부터 배출되는 액체 상태의 물을 상기 액화압축기구(151)로 공급할 수도 있다.
110 : 연소부 120 : 터빈부
130 : 발전기 140 : 제1분리부
150 : 액화부 155 : 액화공급기구
160 : 액화저장부 170 : 배출부

Claims (7)

  1. 순산소를 이용하여 메탄을 연소시켜서 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 생성하는 연소부;
    발전기에 연결되고, 상기 발전기가 전기를 생산하도록 연소부로부터 배출되는 초임계 이산화탄소가 포함된 제1혼합물을 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부;
    상기 터빈부로부터 배출되는 제1혼합물 중에서 증기를 액화시킨 후에, 상기 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리하는 제1분리부;
    상기 제1분리부로부터 배출되는 이산화탄소를 액화시키는 액화부; 및
    상기 터빈부에서 상기 제1분리부로 유동하는 제1혼합물 중에서 일부를 배출시키기 위한 배출부를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1분리부는
    상기 터빈부로부터 배출되는 제1혼합물을 냉각시켜서 상기 제1혼합물 중에서 증기를 액화시키는 제1냉각기구;
    상기 제1냉각기구에서 배출되는 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물을 분리하는 제1분리기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액화부는
    상기 제1분리부로부터 배출되는 이산화탄소를 압축시키는 액화압축기구;
    상기 액화압축기구로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각시켜서 액화시키는 액화냉각기구; 및
    상기 액화냉각기구로부터 배출되는 액체 상태의 이산화탄소를 상기 연소부로 공급하는 액화공급기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액화부로부터 배출되는 액체 상태의 이산화탄소를 저장하기 위한 액화저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배출부로부터 배출되는 제1혼합물 중에서 증기를 액화시킨 후에, 상기 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리하는 제2분리부; 및
    상기 제2분리부로부터 배출되는 기체 상태의 이산화탄소를 상기 연소부로 공급하는 기체공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배출부로부터 배출되는 제1혼합물 중에서 증기를 액화시킨 후에, 상기 제1혼합물을 기체 상태의 이산화탄소 및 액체 상태의 물로 분리하는 제2분리부; 및
    상기 제2분리부로부터 배출되는 기체 상태의 이산화탄소를 저장하기 위한 기체저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1분리부로부터 배출되는 액체 상태의 물을 상기 액화부로 공급하기 위한 이송부를 포함하고,
    상기 액화부는 상기 제1분리부로부터 배출되는 이산화탄소를 압축시키는 액화압축기구를 포함하며,
    상기 이송부는 상기 액화압축기구가 상기 제1분리부로부터 배출되는 액체 상태의 물에 의해 냉각되도록 상기 제1분리부로부터 배출되는 물을 상기 액화압축기구에 공급하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
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