KR20160024495A - Power Generation System And Method For Ship - Google Patents

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Abstract

A power generation system for a ship and a power generation method for a ship are disclosed. According to the present invention, a power generation system for a ship which is provided to a ship, comprises: a compressor compressing carbon dioxide generated in the ship at supercritical pressure; a turbine operated by the pressure of the carbon dioxide compressed in the compressor to generate power; an expansion device inducing adiabatic expansion of the carbon dioxide discharged from the turbine; and a heat exchanger receiving the carbon dioxide from the expansion device to enable the carbon dioxide to exchange heat with a heat source.

Description

선박의 동력 생산 시스템 및 방법{Power Generation System And Method For Ship}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a power generation system and method for a ship,

본 발명은 선박의 동력 생산 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에서 발생하는 이산화탄소를 초임계 상태의 압력으로 압축하여, 압축된 이산화탄소로 터빈을 구동시켜 동력을 생산하고, 터빈에서 배출되는 이산화탄소를 단열팽창시켜 포화 액체화한 후, 해수 등의 열원과 열교환으로 기화시켜 재순환시키는 선박의 동력 생산 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a power generation system and method for a ship, and more particularly, to a power generation system and method for a ship that compresses carbon dioxide generated in a ship at a supercritical pressure, drives a turbine with compressed carbon dioxide to produce power, The present invention relates to a power production system and method for a ship that vaporizes and recirculates carbon dioxide by heat expansion and heat exchange with a heat source such as seawater.

선박이나 해상에 마련되는 해양 플랜트에는 추진이나 각종 장치들의 구동 등을 위해 동력이 필요하다. 따라서 이러한 동력을 공급하기 위한 동력 생산 시스템이 구비될 필요가 있다. Marine or offshore plants at sea or onshore require power to drive propulsion and various devices. Therefore, it is necessary to provide a power generation system for supplying such power.

일 예를 들어 증기 터빈을 포함하는 발전 설비는 연료를 연소시킬 때 발생하는 연소열로 증기를 발생시켜 이를 이용해 발전한다. 발전 설비의 증기 사이클에서 발전기 구동 후 배출된 증기를 복수시키는 것은 증기 사이클 효율과 관련된 중요한 과정이다. 에너지 활용 측면에서 보면 화력 발전기의 경우 투입 연료의 40% 정도만 전기로 변환되고, 13% 정도는 연소과정과 발전기에서 손실되고, 47% 정도는 냉각수에 의해 손실되고 있다. 또한 증기의 복수 과정에서 사용된 냉각수는 온도가 상승하므로 그대로 배출하게 되면 환경에 중대한 영향을 끼치며, 화석 연료의 연소에 따른 배기가스 발생도 문제된다.
For example, a power plant including a steam turbine generates heat by generating heat by combustion heat generated when the fuel is combusted, thereby generating electricity. It is an important process related to the steam cycle efficiency to replenish the steam discharged after generator operation in the steam cycle of power generation facilities. In terms of energy utilization, only about 40% of the input fuel is converted to electricity in the thermal power generator, about 13% is lost in the combustion process and the generator, and about 47% is lost in the cooling water. In addition, since the cooling water used in the course of the steam condensation increases in temperature, if it is discharged as it is, it seriously affects the environment, and generation of exhaust gas due to combustion of fossil fuel is also a problem.

본 발명은 선박에서 발생하는 이산화탄소와 선박에서 구하기 쉬운 해수 등을 통해 선내에 필요한 동력을 생산하여 공급할 수 있으면서, 열효율이 높고, 유해 배출 가스가 발생하지 않는 친환경적인 동력 생산 시스템을 제안하고자 한다. The present invention proposes an environmentally friendly power generation system capable of producing and supplying necessary power to the ship through carbon dioxide generated from a ship and seawater which is easy to obtain from a ship, and which has high thermal efficiency and does not generate harmful exhaust gas.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련되는 동력 생산 시스템에 있어서, According to an aspect of the present invention, in a power generation system provided on a ship,

상기 선박에서 발생하는 이산화탄소를 초임계 상태의 압력으로 압축하는 압축기; A compressor for compressing carbon dioxide generated in the ship at a supercritical state;

상기 압축기에서 압축된 이산화탄소의 압력으로 터빈을 구동시켜 동력을 발생시키는 터빈;A turbine that generates power by driving the turbine with pressure of carbon dioxide compressed in the compressor;

상기 터빈에서 배출되는 이산화탄소를 단열팽창시키는 팽창기; 및An expander for thermally expanding the carbon dioxide discharged from the turbine; And

상기 팽창기로부터 상기 이산화탄소를 공급받아 열원과 열교환시키는 열교환기를 포함하는 선박의 동력 생산 시스템이 제공된다. And a heat exchanger for receiving the carbon dioxide from the inflator and exchanging heat with the heat source.

바람직하게는, 상기 열교환기에서는 해수를 열원으로 상기 이산화탄소를 열교환시켜 증발시킬 수 있다. Preferably, in the heat exchanger, seawater can be evaporated by heat-exchanging the carbon dioxide with a heat source.

바람직하게는, 상기 열교환기에서 상기 이산화탄소를 증발시키고 냉각된 상기 해수는 기관 냉각 및 공조 냉각을 포함하여 선박의 냉각 공정용으로 공급될 수 있다.Preferably, the carbon dioxide is evaporated in the heat exchanger and the cooled seawater can be supplied for the cooling process of the ship, including engine cooling and air conditioning cooling.

바람직하게는, 상기 팽창기는 상기 이산화탄소를 단열팽창시켜 포화 액체 상태로 만드는 팽창밸브일 수 있다. Preferably, the inflator may be an expansion valve that thermally expands the carbon dioxide to a saturated liquid state.

바람직하게는, 상기 터빈의 상류에는 상기 압축기에서 압축된 상기 이산화탄소의 유량을 제어하는 조속장치가 마련될 수 있다. Preferably, a governor for controlling the flow rate of the carbon dioxide compressed in the compressor may be provided upstream of the turbine.

바람직하게는, 상기 압축기에서 압축된 상기 이산화탄소는, 상기 선박의 엔진으로부터 발생하는 배기로부터 추가 열전달을 받고 상기 터빈으로 도입될 수 있다.Preferably, the carbon dioxide compressed in the compressor may be introduced into the turbine after receiving further heat transfer from the exhaust from the ship's engine.

바람직하게는, 상기 압축기는 구동축 연결로 상기 터빈으로부터 동력을 전달받을 수 있다.
Advantageously, the compressor is capable of receiving power from the turbine with a drive shaft connection.

본 발명의 다른 측면에 따르면, a) 선박에서 발생하는 이산화탄소를 초임계 상태의 압력으로 압축하는 단계;According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a ship, comprising the steps of: a) compressing carbon dioxide generated in a ship to a supercritical state pressure;

b) 압축된 상기 이산화탄소로 터빈을 구동시켜 동력을 발생시키는 단계; b) driving the turbine with compressed carbon dioxide to generate power;

c) 상기 터빈에서 배출되는 이산화탄소를 단열팽창시켜 포화 액체화하는 단계; 및c) thermally expanding the carbon dioxide discharged from the turbine so as to be saturated and liquidized; And

d) 포화 액체 상태의 상기 이산화탄소를 열원과 열교환으로 기화시켜 상기 단계 a)로 재순환시키는 단계를 포함하는 선박의 동력 생산 방법이 제공된다.d) vaporizing the carbon dioxide in a saturated liquid state with heat source and heat exchange and recirculating the carbon dioxide to the step a).

바람직하게는, 상기 단계 d)에서는 해수를 열원으로 상기 이산화탄소를 기화시키고, 상기 단계 a)에서 압축된 상기 이산화탄소는, 상기 선박의 엔진으로부터 발생하는 배기로부터 추가 열전달을 받고 상기 단계 b)의 터빈으로 도입될 수 있다.Preferably, in step d), the carbon dioxide is vaporized with seawater as a heat source, and the carbon dioxide compressed in step a) is subjected to additional heat transfer from the exhaust gas generated from the engine of the ship and is supplied to the turbine of step b) Can be introduced.

본 발명의 동력 생산 시스템에서는, 선박에서 발생하는 이산화탄소를 초임계 상태의 압력으로 압축하여, 압축된 이산화탄소로 터빈을 구동시켜 동력을 생산하고, 터빈에서 배출되는 이산화탄소를 단열팽창시켜 포화 액체화한 후, 해수 등의 열원과 열교환으로 기화시켜 재순환시키게 된다. In the power generation system of the present invention, the carbon dioxide generated in the ship is compressed to a supercritical state pressure, the turbine is driven by compressed carbon dioxide to generate power, the carbon dioxide discharged from the turbine is expanded to be saturated, It is vaporized by heat exchange with a heat source such as seawater and recirculated.

본 발명은 이산화탄소를 이용하여, 유해 배기가스를 배출하지 않고 친환경적으로 선박에 필요한 동력을 생산하여 공급할 수 있고, 열효율이 높다. 선박에서 취수가 용이한 해수를 열원으로 하므로, 시스템 운용이 용이하고 경제적이다. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to produce and supply a power required for a ship environmentally friendly without discharging harmful exhaust gas by using carbon dioxide, and has high thermal efficiency. Since the seawater that can be easily taken from the ship is used as the heat source, the system operation is easy and economical.

또한 선박의 냉각/폐열회수 시스템에 연계시켜, 선박에서 발생하는 폐열을 시스템에서 활용할 수 있고, 시스템 운용 중 발생하는 냉열을 선박에 필요한 냉각 공정용으로 공급할 수도 있다. In addition, it is possible to utilize the waste heat generated from the ship in the system in connection with the cooling / waste heat recovery system of the ship, and to supply the cold heat generated during the operation of the system for the cooling process necessary for the ship.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동력 생산 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 생산 시스템의 공정 흐름을 도시한 압력-엔탈피 선도이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 동력 생산 시스템의 확장 실시예를 개략적으로 도시한다. 1 schematically shows a power generation system of a ship according to an embodiment of the present invention.
2 is a pressure-enthalpy diagram illustrating the process flow of a power production system in accordance with an embodiment of the present invention.
Fig. 3 schematically shows an extended embodiment of the power generation system of the embodiment shown in 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.
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.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동력 생산 시스템을 개략적으로 도시하였고, 도 2는 도 1의 생산 시스템에서의 공정 흐름을 압력-엔탈피 선도에 나타낸 것이다.Fig. 1 schematically shows a ship's power production system according to one embodiment of the present invention, and Fig. 2 shows the process flow in the production system of Fig. 1 in a pressure-enthalpy diagram.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 동력 생산 시스템은, 선박에 마련되는 동력 생산 시스템으로서, 선박에서 발생하는 이산화탄소를 초임계 상태의 압력으로 압축하는 압축기(100)와, 압축기(100)에서 압축된 이산화탄소의 압력으로 터빈(200)을 구동시켜 동력을 발생시키는 터빈(200)과, 터빈(200)에서 배출되는 이산화탄소를 단열팽창시키는 팽창기(300)와, 팽창기(300)로부터 이산화탄소를 공급받아 열원과 열교환시키는 열교환기(400)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the power generation system of the present embodiment is a power generation system provided on a ship. The power generation system includes a compressor 100 for compressing carbon dioxide generated in a ship to a supercritical state pressure, And an inflator 300 for inflating the carbon dioxide discharged from the turbine 200. The inflator 300 receives the carbon dioxide from the inflator 300 and generates heat And a heat exchanger 400 for exchanging heat with the heat exchanger 400.

초임계유체(supercritical fluid)는 임계점 이상의 온도와 압력에 놓인 물질을 말한다. 본 실시예에서는 이산화탄소를 초임계 상태로 가압하여, 압축된 이산화탄소로 터빈(200)을 구동시켜 발전한다. Supercritical fluids are substances that are placed at temperatures and pressures above the critical point. In this embodiment, carbon dioxide is pressurized in a supercritical state, and the turbine 200 is driven by compressed carbon dioxide to generate electricity.

이산화탄소의 임계점은 온도 304.1 K, 72.8 atm이다. The critical point of carbon dioxide is 304.1 K, 72.8 atm.

본 실시예 시스템에서의 공정 흐름을 도 2의 이산화탄소 압력-엔탈피 선도에 도시하였다.The process flow in this embodiment system is shown in the carbon dioxide pressure-enthalpy diagram of FIG.

압축기(100)에서 이산화탄소를 압축하면, 이산화탄소는 고온 고압의 초임계유체 상태로 압축된다(a-b).When compressing the carbon dioxide in the compressor 100, the carbon dioxide is compressed into a high-temperature and high-pressure supercritical fluid state (ab).

압축된 이산화탄소는 터빈(200)을 구동시켜 동력을 발생시키면서 보다 압력이 낮은 초임계유체 상태가 된다(b-c).The compressed carbon dioxide drives the turbine 200 to generate power, and enters a supercritical fluid state at a lower pressure (b-c).

여전히 초임계유체 상태인 이산화탄소를 팽창기(300)에서 단열팽창시키면 이산화탄소는 포화 액체 상태가 된다(c-d).If carbon dioxide, still in the supercritical fluid state, is thermally expanded in the inflator 300, the carbon dioxide becomes a saturated liquid state (c-d).

포화 액체 상태의 이산화탄소를 열교환기(400)에서 열원과 열교환을 통해 기체 상태의 이산화탄소로 기화시키면서 하나의 사이클을 이루게 된다(d-a). The carbon dioxide in the saturated liquid state is vaporized into gaseous carbon dioxide through heat exchange with the heat source in the heat exchanger 400 to form one cycle (d-a).

35 bar, 10 ℃에서 기체 상태의 이산화탄소를 압축기(100)로 공급하는 경우, 각 공정에서의 이산화탄소의 압력과 온도는 각각 a-35 bar, 10 ℃, b-135 bar, 200 ℃, c-90 bar, 30 ℃, d-35 bar, 10 ℃이다. The pressure and temperature of carbon dioxide in each process are respectively a-35 bar, 10 ° C., b-135 bar, 200 ° C. and c-90, respectively, when carbon dioxide in gaseous state is supplied to the compressor 100 at 35 bar and 10 ° C. bar, 30 ° C, d-35 bar, 10 ° C.

이와 같이 포화 액체 상태인 이산화탄소의 온도는 10 ℃ 내외이므로, 열교환기(400)에서는 이산화탄소를 열교환시켜 증발시키는 열원으로 선박에서 취수가 용이한 해수를 이용할 수 있다. Since the temperature of carbon dioxide in the saturated liquid state is about 10 ° C, the heat exchanger 400 can use seawater which can be easily taken out of the vessel as a heat source for evaporating heat by exchanging the carbon dioxide.

열교환기(400)에서 이산화탄소를 증발시키고 냉각된 해수는, 선박의 기관실 메인 엔진이나 보조 엔진 등의 기관 냉각에 사용될 수 있고, 선내 공조 시스템으로 공급하는 등 선박의 다양한 냉각 공정용으로 공급될 수 있다.Evaporation of carbon dioxide from the heat exchanger 400 and the cooled seawater can be used for various cooling processes of the ship, such as for engine cooling of the engine main engine or auxiliary engine of the ship, .

팽창기(300)는 이산화탄소를 단열팽창시켜 포화 액체 상태로 만드는데, 일 예로 줄-톰슨 팽창밸브일 수 있다. The inflator 300 thermally expands the carbon dioxide to a saturated liquid state, for example, a line-Thomson expansion valve.

터빈(200)의 상류에는 압축기(100)에서 압축된 이산화탄소의 유량을 제어하는, 밸브나 가버너 같은 조속장치가 마련될 수 있다. 조속장치는 도 1에 도시된 것과 같이 시스템에 복수로 마련될 수 있다(500a, 500b).A governor such as a valve or governor may be provided upstream of the turbine 200 to control the flow rate of carbon dioxide compressed in the compressor 100. The governor may be provided in the system as shown in FIG. 1 (500a, 500b).

압축기(100)에서 압축된 이산화탄소는 터빈(200)에 도입되기에 앞서, 선박의 엔진으로부터 발생하는 배기로부터 추가 열전달을 받을 수 있는데, 이를 통해 효율을 증대시킬 수 있다.The carbon dioxide compressed in the compressor 100 may receive additional heat transfer from the exhaust generated from the engine of the ship before it is introduced into the turbine 200, thereby increasing the efficiency.

한편, 터빈(200)을 통해 생산된 동력은 선박에서 다양하게 사용될 수 있다. 예를 들어 터빈(200)의 동력은 선박의 주 추진 동력이나 보조 전력 발전용으로 사용될 수 있고, 본 시스템의 압축기(100) 또한 구동축 연결을 통해 터빈(200)으로부터 동력을 전달받을 수도 있다. On the other hand, the power generated by the turbine 200 can be used variously in ships. For example, the power of the turbine 200 may be used for main propulsion power or auxiliary power generation of the ship, and the compressor 100 of the present system may also receive power from the turbine 200 through the drive shaft connection.

다만 본 실시예에서는 압축기(100)를 통해 압축된 이산화탄소를 터빈(200)에 공급하여 동력을 생산하는 데 공급하였으나, 압축된 이산화탄소는 고온이므로 이를 선내에서 열에너지를 필요로 하는 곳에 공급하거나 스팀 소모처 등에 공급할 수도 있다. 또한 압축된 고온의 이산화탄소는 내빙선(ice class ship) 등에서는 해수 히터 등에도 공급하여 사용할 수 있다.
In this embodiment, the carbon dioxide compressed through the compressor 100 is supplied to the turbine 200 for producing power. However, since the compressed carbon dioxide is at a high temperature, it is supplied to the place requiring heat energy in the ship, Or the like. In addition, the compressed high temperature carbon dioxide can be supplied to sea water heaters in ice class ships and so on.

도 3에는 상술한 실시예의 동력 생산 시스템에 대한 확장 예를 개략적으로 도시하였다.FIG. 3 schematically shows an example of expansion of the power generation system of the embodiment described above.

선내에 마련된 씨체스트(SC)로부터 해수펌프(SP)로 해수를 펌핑하여 열교환기(400)로 공급하고, 열교환기(400)에서 해수로부터 열에너지를 공급받은 이산화탄소는 기화되어 압축기(100)로 공급된다. 압축기(100)에서의 압축으로 고온 고압의 초임계유체로 상변화된 이산화탄소는 조속장치(500)를 거쳐 터빈(200)으로 공급되어 터빈(200)을 구동시키고, 터빈(200)의 회전축에 연결된 발전기(250)를 통해 전력을 생산하여 배전반(EB)으로 공급하게 된다. 전력 부하에 따라 터빈(200) 전단에 설치된 조속장치(500)에서 터빈의 회전 속도를 조절할 수 있다. 터빈(200)을 구동시키고 배출되는 이산화탄소는 팽창기(300)를 거쳐 단열팽창되어 포화 액체 상태로 열교환기(400)로 재순환된다. 팽창밸브와 같은 팽창기(300)는 터빈 출구 측의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 한다. The seawater is pumped from the seed chest SC provided in the ship to the seawater pump SP and supplied to the heat exchanger 400. The carbon dioxide supplied from the seawater in the heat exchanger 400 is vaporized and supplied to the compressor 100 do. The carbon dioxide phase-changed into the supercritical fluid of high temperature and high pressure by the compression in the compressor 100 is supplied to the turbine 200 via the governor 500 to drive the turbine 200, And then supplies the electric power to the switchboard (EB). The rotational speed of the turbine can be adjusted in the governor device 500 installed in front of the turbine 200 according to the power load. The carbon dioxide which drives the turbine 200 is expanded through the inflator 300 and circulated to the heat exchanger 400 in a saturated liquid state. An inflator 300, such as an expansion valve, allows the pressure at the turbine outlet side to be maintained constant.

본 실시예 동력 생산 시스템에서 생산된 전력은 배전반(EB)을 거쳐 선박의 추진 시스템(600)과 각종 보조기기(700)로 공급될 수 있다. 추진 시스템(600)에서는 전력을 공급받아 추진모터 구동장치(610)와, 추진모터(620) 등이 구동되며, 추진모터와 추진축으로 연결된 프로펠러(630)가 회전하여 선박이 추진하게 된다. The power produced by the power generation system of this embodiment can be supplied to the propulsion system 600 of the ship and the various auxiliary devices 700 via the switchboard EB. In the propulsion system 600, the propulsion motor driving device 610, the propulsion motor 620, and the like are driven to receive the electric power, and the propeller 630 connected with the propulsion shaft is rotated to propel the propulsion motor.

한편, 압축기(100)는 압축기 구동장치(110) 및 모터(120) 등이 배전반(EB)으로부터 전력을 공급받아 구동될 수 있으며, 압축기(100)의 후단에는 버퍼탱크(150)가 마련되어, 상변화된 이산화탄소를 저장하였다가 조속장치(500)를 거쳐 터빈(200)으로 공급할 수 있다. 압축기 구동장치(110)에서는 버퍼탱크(150)의 압력을 감지하여 압축기(100)의 부하를 조절하여 버퍼탱크(150)의 압력을 일정 수준으로 유지할 수 있다. The compressor 100 may be driven by supplying power from the power distribution board EB to the compressor driving apparatus 110 and the motor 120. A buffer tank 150 is provided at the rear end of the compressor 100, The changed carbon dioxide can be stored and supplied to the turbine 200 through the governor device 500. In the compressor driving apparatus 110, the pressure of the buffer tank 150 can be maintained by controlling the load of the compressor 100 by sensing the pressure of the buffer tank 150.

이산화탄소를 이용한 동력 생산 시스템의 초기 구동시에는 이산화탄소에 의한 터빈(200) 구동이 어려워 전력 생산이 원활하지 않으므로, 본 시스템의 정상 운전 상태 이전에 선내 전력 공급을 위해 보조 발전엔진(GE)을 추가로 마련할 수 있다.
Since the initial operation of the power generation system using carbon dioxide is difficult to drive the turbine 200 due to the carbon dioxide, the auxiliary power generation engine (GE) is additionally provided for the in- .

하기 표 1에는 상술한 본 실시예의 시스템을 통해 2000kW의 발전을 하는 경우에 필요한 이산화탄소와 필요 동력 등을 계산한 것이다. Table 1 below shows the calculation of the carbon dioxide required power and the necessary power in the case of generating 2000 kW through the system of the embodiment described above.

각 케이스별 용량Capacity for each case 항목Item case 1case 1 case 2case 2 case 3case 3
터빈
turbine
274 kJ/kg(CO2)274 kJ / kg (CO 2 ) 274 kJ/kg(CO2)274 kJ / kg (CO 2 ) 274 kJ/kg(CO2)274 kJ / kg (CO 2 ) 효율 0.6Efficiency 0.6 효율 0.8Efficiency 0.8 효율 1.0Efficiency 1.0 164.4 kJ/kg(CO2)164.4 kJ / kg (CO 2 ) 219.2 kJ/kg(CO2)219.2 kJ / kg (CO 2 ) 274 kJ/kg(CO2)274 kJ / kg (CO 2 ) 필요한 이산화탄소
Necessary carbon dioxide
12.17 kg/s(CO2)12.17 kg / s (CO 2 ) 9.12 kg/s(CO2)9.12 kg / s (CO 2 ) 7.30 kg/s(CO2)7.30 kg / s (CO 2 ) 43795.6 kg/h(CO2)43795.6 kg / h (CO 2 ) 32846.7 kg/h(CO2)32846.7 kg / h (CO 2 ) 26277.4 kg/h(CO2)26277.4 kg / h (CO 2 )
압축기
compressor

121 kJ/kg(CO2)121 kJ / kg (CO 2 ) 121 kJ/kg(CO2)121 kJ / kg (CO2) 121 kJ/kg(CO2)121 kJ / kg (CO2) 1472 kW1472 kW 1104 kW1104 kW 883 kW883 kW 효율 0.6Efficiency 0.6 효율 0.8Efficiency 0.8 효율 1.0Efficiency 1.0 2453.4 kW2453.4 kW 1380.0 kW1380.0 kW 883.2 kW883.2 kW
해수로부터의 필요 열량
Required calories from seawater

153 kJ/kg(CO2)153 kJ / kg (CO 2 ) 153 kJ/kg(CO2)153 kJ / kg (CO 2 ) 153 kJ/kg(CO2)153 kJ / kg (CO 2 ) 1861 kW1861 kW 1396 kW1396 kW 1117 kW1117 kW 1601513 kcal/h1601513 kcal / h 1201135 kcal/h1201135 kcal / h 960908 kcal/h960908 kcal / h 효율 0.8Efficiency 0.8 0.80.8 1.01.0

표 1의 case 1에서 확인할 수 있듯이, 본 실시예를 통해 2000kW의 발전을 위해 압축기(100)에서 필요한 동력은 약 2453.4 kW로써, 기존 4 행정 엔진의 요구동력인 4761 kW(효율 0.42)보다 매우 낮다. 또한 본 실시예의 시스템은 열효율도 약 80%로 기존 4 행정 엔진의 효율 0.42와 비교할 때 매우 높다.As can be seen from the case 1 in Table 1, the power required by the compressor 100 for the 2000 kW power generation is about 2453.4 kW, which is much lower than the demand power of 4761 kW (efficiency 0.42) . Also, the system of this embodiment has a thermal efficiency of about 80%, which is very high when compared to the efficiency of the conventional 4-stroke engine of 0.42.

압축기, 터빈, 증발기 효율을 0.8로 보면 압축기의 필요 동력은 1380 kW이고(case 2), 압축기, 터빈, 증발기 효율을 1.0으로 보면 압축기의 필요 동력은 1117 kW로서(case 3) 더욱 적은 동력만을 통해 2000 kW의 전력을 생산할 수 있다.
If the efficiency of the compressor, turbine, and evaporator is 0.8, the required power of the compressor is 1380 kW (case 2). If the compressor, turbine, and evaporator efficiencies are 1.0, the required power of the compressor is 1117 kW (case 3) 2000 kW of power can be produced.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예는 이산화탄소를 이용하여, 유해 배기가스를 배출하지 않고 친환경적으로 선박에 필요한 동력을 생산하여 공급할 수 있고, 열효율이 높은 동력 생산 시스템을 제공할 수 있다. 또한 선박에서 취수가 용이한 해수를 열원으로 활용하므로, 시스템 운용이 용이하고 경제적이다.
As described above, according to the present embodiment, the power required for the ship can be produced and supplied in an eco-friendly manner without discharging harmful exhaust gas using carbon dioxide, and a power generation system with high thermal efficiency can be provided. In addition, since the seawater which can be easily taken from the ship is used as the heat source, the system operation is easy and economical.

이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 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 and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

100: 압축기
200: 터빈
300: 팽창기
400: 열교환기
500, 500a, 500b: 조속장치100: Compressor
200: Turbine
300: inflator
400: heat exchanger
500, 500a, 500b: speed governor

Claims (9)

선박에 마련되는 동력 생산 시스템에 있어서,
상기 선박에서 발생하는 이산화탄소를 초임계 상태의 압력으로 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 이산화탄소의 압력으로 터빈을 구동시켜 동력을 발생시키는 터빈;
상기 터빈에서 배출되는 이산화탄소를 단열팽창시키는 팽창기; 및
상기 팽창기로부터 상기 이산화탄소를 공급받아 열원과 열교환시키는 열교환기를 포함하는 선박의 동력 생산 시스템. In a power generation system provided on a ship,
A compressor for compressing carbon dioxide generated in the ship at a supercritical state;
A turbine that generates power by driving the turbine with pressure of carbon dioxide compressed in the compressor;
An expander for thermally expanding the carbon dioxide discharged from the turbine; And
And a heat exchanger for receiving the carbon dioxide from the inflator and exchanging heat with the heat source. 제 1항에 있어서,
상기 열교환기에서는 해수를 열원으로 상기 이산화탄소를 열교환시켜 증발시키는 것을 특징으로 하는 선박의 동력 생산 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the heat exchanger evaporates the seawater by heat-exchanging the carbon dioxide with a heat source. 제 2항에 있어서,
상기 열교환기에서 상기 이산화탄소를 증발시키고 냉각된 상기 해수는 기관 냉각 및 공조 냉각을 포함하여 선박의 냉각 공정용으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 동력 생산 시스템.3. The method of claim 2,
And the cooled seawater can be supplied for the cooling process of the ship, including the engine cooling and the air conditioning cooling, by evaporating the carbon dioxide in the heat exchanger. 제 2항에 있어서,
상기 팽창기는 상기 이산화탄소를 단열팽창시켜 포화 액체 상태로 만드는 팽창밸브인 것을 특징으로 하는 선박의 동력 생산 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the inflator is an expansion valve that thermally expands the carbon dioxide to a saturated liquid state. 제 1항에 있어서,
상기 터빈의 상류에는 상기 압축기에서 압축된 상기 이산화탄소의 유량을 제어하는 조속장치가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 동력 생산 시스템. The method according to claim 1,
And a governor for controlling the flow rate of the carbon dioxide compressed by the compressor is provided upstream of the turbine. 제 1항에 있어서,
상기 압축기에서 압축된 상기 이산화탄소는, 상기 선박의 엔진으로부터 발생하는 배기로부터 추가 열전달을 받고 상기 터빈으로 도입되는 것을 특징으로 하는 선박의 동력 생산 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the carbon dioxide compressed in the compressor is further introduced into the turbine after receiving additional heat transfer from the exhaust generated from the engine of the ship. 제 1항에 있어서,
상기 압축기는 구동축 연결로 상기 터빈으로부터 동력을 전달받는 것을 특징으로 하는 선박의 동력 생산 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the compressor receives power from the turbine via a drive shaft connection. a) 선박에서 발생하는 이산화탄소를 초임계 상태의 압력으로 압축하는 단계;
b) 압축된 상기 이산화탄소로 터빈을 구동시켜 동력을 발생시키는 단계;
c) 상기 터빈에서 배출되는 이산화탄소를 단열팽창시켜 포화 액체화하는 단계; 및
d) 포화 액체 상태의 상기 이산화탄소를 열원과 열교환으로 기화시켜 상기 단계 a)로 재순환시키는 단계를 포함하는 선박의 동력 생산 방법.a) compressing the carbon dioxide generated in the ship to a supercritical pressure;
b) driving the turbine with compressed carbon dioxide to generate power;
c) thermally expanding the carbon dioxide discharged from the turbine so as to be saturated and liquidized; And
d) vaporizing said carbon dioxide in a saturated liquid state by heat exchange with a heat source and recirculating said carbon dioxide to said step a). 제 8항에 있어서,
상기 단계 d)에서는 해수를 열원으로 상기 이산화탄소를 기화시키고,
상기 단계 a)에서 압축된 상기 이산화탄소는, 상기 선박의 엔진으로부터 발생하는 배기로부터 추가 열전달을 받고 상기 단계 b)의 터빈으로 도입되는 것을 특징으로 하는 선박의 동력 생산 방법. 9. The method of claim 8,
In the step (d), the carbon dioxide is vaporized with seawater as a heat source,
Wherein the carbon dioxide compressed in step a) receives additional heat transfer from the exhaust generated from the engine of the ship and is introduced into the turbine of step b).
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