KR20160059730A - 초임계 이산화탄소 발전시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은, 열회수기에서 나온 초임계 이산화탄소의 열원을 이산화탄소 포집장치에서 흡착제를 재생하는 데 사용함으로써, 쿨러로 유입되는 초임계 이산화탄소의 온도를 낮추어 쿨러의 냉각일을 줄일 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 흡착제를 재생하는 별도의 열원을 사용하지 않아도 되므로 에너지 효율이 향상될 수 있다. 또한, 열회수기에서 나온 초임계 이산화탄소의 열원을 열병합 발전부에서 난방 및 온수를 위한 스팀을 가열하는 데 사용함으로써, 에너지 이용 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 쿨러로 유입되는 초임계 이산화탄소의 온도를 낮추어 쿨러의 냉각일을 줄일 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 초임계 이산화탄소 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초임계 이산화탄소의 열에너지를 활용하여, 효율을 향상시키면서도 온실가스 배출을 감소시킬 수 있는 고효율 저공해 초임계 이산화탄소 발전시스템에 관한 것이다.
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.
초임계 이산화탄소 발전 기술은, 임계 압력 이상의 초고압으로 압축된 이산화탄소를 고온으로 가열하여 터빈을 구동하는 브레이튼(Brayton)사이클 방식의 전력생산 기술이다. 초임계 이산화탄소 발전 기술은, 원자력, 화력, 태양열, 지열 등 다양한 열원에 적용가능하고, 효율이 높으면서도 크기를 소형화할 수 있는 장점이 있다. 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동유체인 초임계이산화탄소를 최대 공정온도까지 가열하는 히터, 고온 고압의 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈, 저압의 초임계 이산화탄소의 온도를 낮추는 쿨러, 저온 저압의 초임계 이산화탄소를 가압하는 압축기를 포함한다.
본 발명의 목적은, 고효율 저공해가 가능한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 초임계 이산화탄소를 가열하는 히터와, 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과, 상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 열회수기와, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 쿨러와, 상기 쿨러에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압하는 압축기와, 상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소 중 적어도 일부의 열을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 초임계 이산화탄소를 가열하는 히터와, 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과, 상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 열회수기와, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 쿨러와, 상기 쿨러에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압하는 압축기와, 상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서와, 상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소 중 적어도 일부의 열을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함하고, 상기 열수요처는, 외부설비의 배기가스로부터 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑과, 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 가열하여 상기 이산화탄소와 상기 흡착제를 분리하는 탈착탑을 포함하는 이산화탄소 포집장치를 포함하고, 상기 열원공급모듈은, 상기 초임계 이산화탄소와 상기 탈착탑의 흡착제를 열교환시켜, 상기 흡착제를 가열하고 상기 초임계 이산화탄소는 냉각시키는 흡착제 재생 열교환기와, 상기 탈착탑과 상기 흡착제 재생 열교환기를 연결하여, 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 재생 열교환기로 안내하고, 상기 흡착제 재생 열교환기에서 분리된 이산화탄소를 상기 탈착탑으로 순환시키는 흡착제 재생 열교환유로를 포함하고, 상기 열원공급모듈과 별도로 설치되어, 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 가열하여 상기 흡착제를 재생하는 흡착제 가열기와, 상기 흡착제 재생 열교환유로에서 분기되어 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 가열기로 안내하는 흡착제 가열유로와, 상기 흡착제 재생 열교환유로와 상기 흡착제 가열유로가 연결된 지점에 설치된 삼방밸브와, 상기 온도센서에서 감지된 온도와 상기 유량센서에서 감지된 유량에 따라 상기 흡착제 재생 열교환유로와 상기 흡착제 가열유로를 선택적으로 개방하도록 상기 삼방밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 초임계 이산화탄소를 가열하는 히터와, 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과, 상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 열회수기와, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 쿨러와, 상기 쿨러에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압하는 압축기와, 상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서와, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소와 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소 중 적어도 일부의 열을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함하고, 상기 열수요처는 열병합 발전부를 포함하고, 상기 열원공급모듈은, 상기 열병합 발전부를 순환하는 스팀을 상기 초임계 이산화탄소와 열교환시켜, 상기 스팀을 가열하고 상기 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 제1스팀 가열 열교환기와, 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소 중 적어도 일부를 바이패스시켜, 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소를 상기 열병합 발전부의 스팀과 열교환시켜, 상기 스팀을 가열하고 상기 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 제2스팀 가열 열교환기를 포함하고, 상기 히터의 출구측 유로에서 분기되어 상기 쿨러의 입구측으로 연결되고, 상기 제2스팀 가열 열교환기가 설치된 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 밸브와, 상기 열병합 발전부와 상기 제1스팀 가열 열교환기를 연결하여, 상기 열병합 발전부를 순환하는 스팀을 상기 제1스팀 가열 열교환기로 안내하는 제1스팀 가열유로와, 상기 제1스팀 가열유로에서 분기되어, 상기 열병합 발전부를 순환하는 스팀을 상기 제2스팀 가열 열교환기로 안내하는 제2스팀 가열유로와, 상기 제1스팀 가열유로와 상기 제2스팀 가열유로가 연결된 지점에 설치된 삼방밸브와, 상기 온도센서에서 감지된 온도와 상기 유량센서에서 감지된 유량에 따라 상기 제1스팀 가열유로, 상기 제2스팀 가열유로 및 상기 바이패스 유로를 선택적으로 개방하도록 상기 삼방밸브와 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함한다
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은, 열회수기에서 나온 초임계 이산화탄소의 열원을 이산화탄소 포집장치에서 흡착제를 재생하는 데 사용함으로써, 쿨러로 유입되는 초임계 이산화탄소의 온도를 낮추어 쿨러의 냉각일을 줄일 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 흡착제를 재생하는 별도의 열원을 사용하지 않아도 되므로 에너지 효율이 향상될 수 있다.
또한, 열회수기에서 나온 초임계 이산화탄소의 열원을 열병합 발전부에서 난방 및 온수를 위한 스팀을 가열하는 데 사용함으로써, 에너지 이용 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 쿨러로 유입되는 초임계 이산화탄소의 온도를 낮추어 쿨러의 냉각일을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2에서 흡착제 재생 열교환기는 작동되고, 흡착제 가열기의 작동은 중지된 상태가 도시된 도면이다.
도 4는 도 2에서 흡착제 재생 열교환기의 작동은 중지되고, 흡착제 가열기는 작동되는 상태가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2에서 흡착제 재생 열교환기는 작동되고, 흡착제 가열기의 작동은 중지된 상태가 도시된 도면이다.
도 4는 도 2에서 흡착제 재생 열교환기의 작동은 중지되고, 흡착제 가열기는 작동되는 상태가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은, 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)과, 상기 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)의 열원을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함한다.
상기 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)은, 히터(11), 터빈(12), 열회수기(14), 쿨러(16), 압축기(18)를 포함한다.
상기 히터(11)는, 초임계 이산화탄소(S-CO2, Supercritical CO2)를 가열한다. 상기 히터(11)는 외부 열원을 공급받아서 상기 초임계 이산화탄소를 가열하는 열교환기이다.
상기 터빈(12)은, 상기 히터(11)에서 가열된 임계 온도 이상의 초임계 이산화탄소를 공급받고, 팽창과정을 거치면서 구동되어 일을 생성한다.
상기 열회수기(Recuperator)(14)는 복열기 또는 열재생기라고도 하며, 상기 터빈(12)에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터(11)로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 역할을 한다. 상기 열회수기(14)의 일측은, 상기 터빈(12)과 상기 쿨러(16)를 연결하는 유로상에 배치되고, 타측은 상기 압축기(18)와 상기 히터(11)를 연결하는 유로상에 배치된다.
상기 쿨러(16)는, 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 응축기이다.
상기 압축기(18)는, 상기 쿨러(16)에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압한다.
상기 열수요처는, 본 실시예에서는 이산화탄소 포집장치(Carbon Capture & Storage, CCS)(20)인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 이산화탄소 포집장치는, 외부 설비에서 발생하는 연소가스 중 이산화탄소를 포집하고 저장하는 장치이다.
상기 이산화탄소 포집장치(20)는, 외부 설비의 배기가스로부터 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑(21)과, 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 가열하여 상기 이산화탄소와 상기 흡착제를 분리하는 탈착탑(22)을 포함한다. 도면부호 23은 수위 제어기, 도면부호 23a는 필터, 도면부호 14c, 24a, 24b는 펌프, 도면부호 25, 26은 열교환기를 나타낸다. 또한, 도면부호 27은 응축기, 도면부호 29는 흡수탑, 도면부호 24c는 환류펌프, 도면부호 28은 미스트 제거기를 나타낸다.
상기 열원공급모듈은, 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소와 상기 탈착탑(22)에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 열교환시키는 흡착제 재생 열교환기(30)와, 상기 흡착제 재생 열교환기(30)와 상기 탈착탑(22)을 연결하는 흡착제 재생 열교환유로(31)를 포함한다.
상기 흡착제 재생 열교환기(30)는, 일측이 상기 열회수기(14)와 상기 쿨러(16)를 연결하는 유로상에 구비되고, 타측은 상기 흡착제 재생 열교환유로(31)상에 구비된다.
상기 흡착제 재생 열교환유로(31)는, 상기 탈착탑(22)과 상기 흡착제 재생 열교환기(30)를 연결하여, 상기 탈착탑(22)에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 재생 열교환기(30)로 안내하고, 상기 흡착제 재생 열교환기(30)에서 분리된 이산화탄소를 상기 탈착탑(22)으로 순환하도록 안내하는 유로이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 작동을 설명하면, 다음과 같다.
상기 히터(11)에서 외부 열원으로부터 초임계 이산화탄소가 임계 온도 및 압력 이상으로 가열된 후, 상기 터빈(12)으로 공급된다.
상기 터빈(12)은 상기 초임계 이산화탄소에 의해 구동되어, 일을 발생시킨다.
상기 터빈(12)에서 나온 초임계 이산화탄소는 상기 열회수기(14)를 거치면서 열의 일부가 회수된 후, 상기 흡착제 재생 열교환기(30)를 통과한다.
상기 흡착제 재생 열교환기(30)에서는 상기 열회수기(14)에서 나온 상기 초임계 이산화탄소와 상기 탈착탑(22)에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제와의 열교환이 이루어진다. 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제는 상기 초임계 이산화탄소로부터 열을 공급받아 가열되어, 이산화탄소와 흡착제가 분리된다. 상기 흡착제 재생 열교환기(30)에서 분리된 이산화탄소는 상기 흡착제 재생 열교환유로(31)를 통해 상기 탈착탑(22)으로 순환된다. 상기 흡착제 재생 열교환기(30)에서 분리된 흡착제는 흡착제 순환유로(22a)를 통해 상기 흡수탑(21)으로 순환된다. 상기와 같이, 상기 흡착제 재생 열교환기(30)에서 상기 초임계 이산화탄소의 열원이 상기 흡착제를 분리하여 재생하는 데 사용될 수 있다.
상기 흡착제 재생 열교환기(30)로 유입된 상기 초임계 이산화탄소는 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제에 열을 빼앗겨 냉각된 후, 상기 쿨러(16)로 유입된다. 상기 초임계 이산화탄소가 상기 흡착제 재생 열교환기(30)에서 1차 냉각된 후 상기 쿨러(16)로 유입되기 때문에, 상기 쿨러(16)에서의 냉각일이 줄어들 수 있다.
따라서, 상기 흡착제 재생 열교환기(30)에서는 상기 초임계 이산화탄소를 냉각함과 아울러, 상기 초임계 이산화탄소의 열원을 상기 흡착제의 재생에 이용함으로써, 에너지 이용 효율이 향상될 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)과, 상기 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)의 열원을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함하되, 상기 열수요처는 이산화탄소 포집장치(20')이고, 상기 이산화탄소 포집장치(20')는 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도와 유량에 따라 상기 열원공급모듈과 흡착제 가열기(50) 중 적어도 하나로부터 흡착제를 재생하기 위한 열원을 공급받는 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 상기 제1실시예와 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
상기 열원공급모듈은, 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소와 상기 탈착탑(22)에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 열교환시키는 흡착제 재생 열교환기(40)와, 상기 흡착제 재생 열교환기(40)와 상기 탈착탑(22)을 연결하는 흡착제 재생 열교환유로를 포함한다. 상기 흡착제 재생 열교환유로는, 상기 탈착탑(22)에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 재생 열교환기(40)로 안내하는 제1열교환유로(41)와, 상기 흡착제 재생 열교환기(40)에서 분리된 이산화탄소를 상기 탈착탑(22)으로 순환시키는 제2열교환유로(42)를 포함한다.
상기 흡착제 가열기(50)는 별도로 추가적인 열원을 이용하여, 상기 탈착탑(22)에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 가열하여 재생하는 장치이다. 상기 흡착제 가열기(50)는 상기 흡착제 재생 열교환기(40)에서 재생 열원이 충분하지 않을 경우 추가적으로 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 흡착제 가열기(50)에서 사용하는 열원은 고온의 스팀인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 흡착제 가열기(50)에는 고온의 스팀을 공급하는 스팀 공급유로(50a)가 연결된다. 도면부호 50b는 물 보충 유로이다. 다만, 이에 한정하지 않고, 상기 흡착제 가열기(50)에서 사용하는 열원은 고온의 소형 버너(미도시)의 연소가스를 이용하는 것도 가능하고, 그 외 열원을 제공할 수 있는 것이라면 어느 것이나 가능하다. 상기 흡착제 가열기(50)가 소형 버너의 연소가스로부터 열원을 공급받을 경우, 상기 흡착제 가열기(50)에는 상기 스팀 공급유로(50a)와 상기 물 보충 유로(50b) 대신 연료 공급 유로와 연소를 위한 공기 공급유로가 각각 연결될 수 있다.
상기 탈착탑(22)과 상기 흡착제 가열기(50)는 흡착제 가열유로로 연결된다. 상기 흡착제 가열유로는, 상기 탈착탑(22)에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 가열기(50)로 안내하는 제1가열유로(51)와, 상기 흡착제 가열기(50)에서 가열되어 분리된 이산화탄소를 상기 탈착탑(22)으로 순환시키는 제2가열유로(52)를 포함한다.
본 실시예에서는, 상기 제1가열유로(51)는 상기 제1열교환유로(41)에서 분기되고, 상기 제2가열유로(52)는 상기 제2열교환유로(42)에 연결된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1,2열교환유로(41)(42)와 상기 제1,2가열유로(51)(52)가 각각 별도로 구비되는 것도 물론 가능하다.
상기 제1열교환유로(41)와 상기 제1가열유로(51)가 연결된 지점에는 유로의 개폐를 선택적으로 단속하는 제1삼방밸브(61)가 설치된다.
상기 제2열교환유로(42)와 상기 제2가열유로(52)가 연결된 지점에는 유로의 개폐를 선택적으로 단속하는 제2삼방밸브(62)가 설치된다.
도면부호 22a는 상기 흡착제 재생 열교환기(40)에서 분리된 흡착제를 순환시키는 제1흡착제 순환유로(22a)이고, 도면부호 22b는 상기 흡착제 가열기(50)에서 분리된 흡착제를 순환시키는 제2흡착제 순환유로(22b)이다.
또한, 상기 열회수기(14)와 상기 쿨러(16)사이에 구비되어 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서(17)와, 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서(19)를 더 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.
상기 제어부(미도시)는 상기 온도센서(17)에서 감지된 온도와 상기 유량센서(19)에서 감지된 유량에 따라 상기 흡착제 재생 열교환기(40)와 상기 흡착제 가열기(50) 중 적어도 하나를 선택적으로 이용한다.
도 3은 도 2에서 흡착제 재생 열교환기는 작동되고, 흡착제 가열기의 작동은 중지된 상태가 도시된 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 온도센서(17)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이거나 상기 유량센서(19)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 유량이 미리 설정된 설정 유량 이상이면, 상기 제어부가 상기 흡착제 재생 열교환기(40)로부터 공급되는 열원이 상기 흡착제를 재생하기에 충분하다고 판단한다. 따라서, 상기 제어부는 상기 제1삼방밸브(61)와 제2삼방밸브(62)가 상기 제1,2열교환유로(41)(42)는 개방하고, 상기 제1,2가열유로(51)(52)는 차폐하도록 제어한다.
상기 제1,2열교환유로(41)(42)가 개방되면, 상기 탈착탑(22)에서 이산화탄소를 흡수한 흡착제는 상기 제1열교환유로(41)를 통해 상기 흡착제 재생 열교환기(40)로 유입된다.
상기 흡착제 재생 열교환기(40)에서는 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제와 상기 초임계 이산화탄소의 열교환이 이루어진다. 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제는 상기 초임계 이산화탄소로부터 열을 공급받아 가열되어, 이산화탄소와 흡착제가 분리될 수 있다. 상기 흡착제 재생 열교환기(40)에서 분리된 이산화탄소는 상기 제2열교환유로(42)를 통해 상기 탈착탑(22)으로 순환된다. 상기 흡착제 재생 열교환기(40)에서 분리된 흡착제는 상기 제1흡착제 순환유로(22a)를 통해 상기 흡수탑(21)으로 순환된다. 상기와 같이, 상기 흡착제 재생 열교환기(40)에서 상기 초임계 이산화탄소의 열원이 상기 흡착제를 분리하여 재생하는 데 사용될 수 있다.
상기 흡착제 재생 열교환기(40)로 유입된 상기 초임계 이산화탄소는 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제에 열을 빼앗겨 냉각된 후, 상기 쿨러(16)로 유입된다. 상기 초임계 이산화탄소가 상기 흡착제 재생 열교환기(40)에서 1차 냉각된 후 상기 쿨러(16)로 유입되기 때문에, 상기 쿨러(16)에서의 냉각일이 줄어들 수 있다.
따라서, 상기 흡착제 재생 열교환기(40)에서는 상기 초임계 이산화탄소를 냉각함과 아울러, 상기 초임계 이산화탄소의 열원을 상기 흡착제의 재생에 이용함으로써, 에너지 이용 효율이 향상될 수 있다.
도 4는 도 2에서 흡착제 재생 열교환기의 작동은 중지되고, 흡착제 가열기는 작동되는 상태가 도시된 도면이다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 온도센서(17)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이거나 상기 유량센서(19)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 유량이 미리 설정된 설정 유량 미만이면, 상기 제어부는 상기 흡착제 재생 열교환기(40)로부터 공급되는 열원이 상기 흡착제를 가열하기에 부족하다고 판단한다. 따라서 상기 제어부는 상기 제1삼방밸브(61)와 제2삼방밸브(62)가 상기 제1,2가열유로(51)(52)를 개방하고, 상기 제1,2열교환유로(41)(42)는 차폐하도록 제어한다.
상기 제1,2가열유로(51)(52)가 개방되면, 상기 탈착탑(22)에서 이산화탄소를 흡수한 흡착제는 상기 제1가열유로(51)를 통해 상기 흡착제 가열기(50)로 유입된다.
상기 흡착제 가열기(50)에서는 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제와 외부에서 공급되는 스팀의 열교환이 이루어진다. 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제는 상기 스팀으로부터 열을 공급받아 가열되어, 이산화탄소와 흡착제가 분리될 수 있다. 상기 흡착제 가열기(50)에서 분리된 이산화탄소는 상기 제2가열유로(52)를 통해 상기 탈착탑(22)으로 순환된다. 상기 흡착제 가열기(50)에서 분리된 흡착제는 상기 제2흡착제 순환유로(22b)를 통해 상기 흡수탑(21)으로 순환된다.
상기와 같이, 상기 열회수기(14)에서 나온 초임계 이산화탄소의 온도와 유량 중 어느 하나에 따라 상기 흡착제 재생 열교환기(40)와 상기 흡착제 가열기(50) 중 어느 하나를 선택적으로 작동시킴으로써, 상기 초임계 이산화탄소의 온도와 유량이 상기 흡착제의 재생 열원을 공급하기에 부족하더라도 상기 흡착제 가열기(50)를 이용하여 상기 탈착탑(22)의 흡착제를 가열하여 재생할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 흡착제 재생 열교환기(40)와 상기 흡착제 가열기(50) 중 어느 하나만이 작동되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 상기 흡착제 재생 열교환기(40)와 상기 흡착제 가열기(50)가 모두 작동되는 것도 물론 가능하다. 즉, 상기 탈착탑(22)에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제 중 일부는 상기 흡착제 가열기(50)로 유입되고, 나머지는 상기 흡착제 재생 열교환기(40)로 공급되는 것도 가능하고, 상기 탈착탑(22)에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제가 상기 흡착제 가열기(50)와 상기 흡착제 재생 열교환기(40)를 차례로 통과하도록 유로를 구성하는 것도 물론 가능하다.
한편, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은, 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)과, 상기 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)의 열원을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함하되, 상기 열수요처는 열병합 발전부(70)이고, 상기 열원공급모듈은 상기 초임계 이산화탄소와 상기 열병합 발전부(70)의 스팀을 열교환하는 스팀 가열 열교환기(60)인 것이 상기 제1실시예와 상이하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 열병합 발전부(70)는, 고온의 스팀으로 열병합 터빈(미도시)을 돌려 전기를 생산하고, 상기 열병합 터빈에서 나온 스팀을 난방 및 온수에 이용하는 시스템이다. 상기 열병합 발전부(70)와 상기 스팀 가열 열교환기(60)는 제1스팀 가열유로(71)로 연결된다. 도면부호 72는 상기 스팀 가열 열교환기(60)로부터 가열된 스팀을 난방 및 온수 중 적어도 하나로 공급하는 유로이다.
상기 스팀 가열 열교환기(60)의 일측은 상기 열회수기(14)와 상기 쿨러(16)를 연결하는 유로가 통과하도록 배치되고, 타측은 상기 제1스팀 가열유로(71)가 통과하도록 배치된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제3실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.
상기 히터(11)에서 외부 열원으로부터 초임계 이산화탄소가 임계 온도 및 압력 이상으로 가열된 후, 상기 터빈(12)으로 공급된다. 상기 터빈(12)은 상기 초임계 이산화탄소에 의해 구동되어, 일을 발생시킨다.
상기 터빈(12)에서 나온 초임계 이산화탄소는 상기 열회수기(14)를 거치면서 열의 일부가 회수된 후, 상기 스팀 가열 열교환기(60)를 통과한다.
상기 스팀 가열 열교환기(60)에서는 상기 초임계 이산화탄소와 상기 열병합 발전부(70)에서 나온 스팀과의 열교환이 이루어진다.
상기 스팀 가열 열교환기(60)로 유입된 상기 초임계 이산화탄소는 상기 스팀에 열을 빼앗겨 냉각된 후, 상기 쿨러(16)로 유입된다. 상기 초임계 이산화탄소가 상기 스팀 가열 열교환기(60)에서 1차 냉각된 후 상기 쿨러(16)로 유입되기 때문에, 상기 쿨러(16)의 냉각일이 줄어들 수 있다.
상기 스팀 가열 열교환기(60)로 유입된 스팀은 상기 초임계 이산화탄소로부터 열을 공급받아 가열된다. 상기 스팀 가열 열교환기(60)에서 가열된 고온의 스팀은 난방 및 온수 중 적어도 하나에 이용될 수 있다.
따라서, 상기 스팀 가열 열교환기(60)에서는 상기 초임계 이산화탄소를 냉각함과 아울러, 상기 초임계 이산화탄소의 열원을 난방 및 온수를 위한 스팀의 가열에 이용함으로써, 에너지 이용 효율이 향상될 수 있다
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은, 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)과, 상기 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)의 열원을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함하되, 상기 열수요처는 열병합 발전부(70)이고, 상기 열원공급모듈은 상기 열회수기(14)에서 나온 초임계 이산화탄소와 상기 열병합 발전부(70)의 스팀을 열교환하는 제1스팀 가열 열교환기(81)와, 상기 히터(11)에서 나온 초임계 이산화탄소와 상기 열병합 발전부(70)의 스팀을 열교환하는 제2스팀 가열 열교환기(82)를 포함하는 것이 상기 제3실시예와 상이하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 열병합 발전부(70)는, 고온의 스팀으로 열병합 터빈(미도시)을 돌려 전기를 생산하고, 상기 열병합 터빈에서 나온 스팀을 난방 및 온수에 이용하는 시스템이다.
상기 열병합 발전부(70)와 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)는 제1스팀 가열유로(71)로 연결된다. 도면부호 72는 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)로부터 가열된 스팀을 난방 및 온수 중 적어도 하나로 공급하는 제1스팀 토출유로(72)이다. 본 실시예에서는 상기 제1스팀 토출유로(72)에서 토출되는 스팀은 온수에 이용되는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 열병합 발전부(70)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)는 제2스팀 가열유로(73)로 연결된다. 상기 제2스팀 가열유로(73)는 상기 제1스팀 가열유로(71)에서 분기된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 제1스팀 가열유로(71)와 별도로 구비되는 것도 물론 가능하다. 도면부호 74는 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)로부터 가열된 스팀을 난방 및 온수 중 적어도 하나로 공급하는 제2스팀 토출유로(74)이다. 본 실시예에서는, 상기 히터(11)에서 나온 초임계 이산화탄소의 온도가 상기 열회수기(14)에서 나온 초임계 이산화탄소의 온도보다 높으므로, 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)에서 상기 히터(11)에서 나온 초임계 이산화탄소와 열교환되어 상기 제2스팀 토출유로(74)를 통해 토출되는 스팀은 난방에 이용되는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제2스팀 가열유로(73)와 상기 제1스팀 가열유로(71)가 연결된 지점에는 삼방밸브(77)가 설치된다.
본 실시예에서는, 상기 제1스팀 토출유로(72)와 상기 제2스팀 토출유로(74)는 각각 별도로 구비된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 서로 합해지는 것도 가능하다. 또한, 상기 제1스팀 토출유로(72)와 상기 제2스팀 토출유로(74)는 각각 별도로 구비되어 서로 다른 공간의 난방 및 온수에 각각 이용되는 것도 물론 가능하다.
상기 제2스팀 가열 열교환기(82)는, 상기 히터(11)의 출구측 유로에서 분기되어 상기 쿨러(16)의 입구측으로 연결된 바이패스 유로에 설치된다. 상기 바이패스 유로는 상기 히터(11)의 출구측과 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)를 연결하는 제1바이패스유로(91)와, 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)와 상기 쿨러(16)의 입구측 유로를 연결하는 제2바이패스유로(92)를 포함한다. 상기 제1바이패스 유로(91)에는 상기 제1바이패스 유로(91)를 개폐하는 바이패스 밸브(93)가 설치된다.
또한, 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템은, 상기 열회수기(14)와 상기 쿨러(16)사이에 구비되어 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서(17)와, 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서(19)를 더 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제4실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.
상기 제어부(미도시)는 상기 온도센서(17)에서 감지된 온도와 상기 유량센서(19)에서 감지된 유량에 따라 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82) 중 적어도 하나를 선택적으로 이용할 수 있다.
상기 온도센서(17)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이거나 상기 유량센서(19)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 유량이 미리 설정된 설정 유량 이상이면, 상기 제어부(미도시)는 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)를 모두 이용한다. 즉, 상기 제어부(미도시)는 상기 바이패스 밸브(93)를 개방하고, 상기 삼방밸브(77)가 상기 제1스팀 가열유로(71)와 상기 제2스팀 가열유로(73)를 모두 개방하도록 제어한다.
상기 바이패스 밸브(93)가 개방되면, 상기 히터(11)에서 나온 초임계 이산화탄소는 상기 바이패스 유로(91)를 통해 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)로 유입된다.
상기 제1스팀 가열유로(71)와 상기 제2스팀 가열유로(73)가 개방되면, 상기 열병합 발전부(70)에서 나온 스팀 중 일부는 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)로 유입되고, 나머지는 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)로 유입된다. 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)로 유입되는 각 유량은 상기 온도센서(17)에서 감지된 온도와 상기 유량센서(19)에서 감지된 유량에 따라 조절될 수 있다.
상기 제2스팀 가열 열교환기(82)에서는 상기 바이패스 유로(91)를 통해 유입된 초임계 이산화탄소와 상기 제2스팀 가열유로(73)를 통해 유입된 스팀의 열교환이 이루어진다. 상기 제2스팀 가열유로(73)를 통해 유입된 스팀은 상기 초임계 이산화탄소로부터 열을 공급받아 가열된 후 상기 제2스팀 토출유로(74)를 통해 토출된다. 상기 바이패스유로(91)를 통해 유입된 초임계 이산화탄소는 상기 스팀에 열을 빼앗겨 냉각된 후, 상기 쿨러(16)의 입구측으로 유입된다. 따라서, 상기 쿨러(16)의 냉각일이 줄어들 수 있다.
상기 제1스팀 가열 열교환기(81)에서는 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소와 상기 제1스팀 가열유로(71)를 통해 유입된 스팀의 열교환이 이루어진다. 상기 제1스팀 가열유로(71)를 통해 유입된 스팀은 상기 초임계 이산화탄소로부터 열을 공급받아 가열된 후 상기 제1스팀 토출유로(73)를 통해 토출된다. 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소는 상기 스팀에 열을 빼앗겨 냉각된 후, 상기 쿨러(16)로 유입된다. 따라서, 상기 쿨러(16)의 냉각일이 줄어들 수 있다.
한편, 상기 온도센서(17)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이거나 상기 유량센서(19)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 유량이 미리 설정된 설정 유량 미만이면, 상기 제어부(미도시)는 상기 바이패스 밸브(93)를 차폐하여 상기 히터(11)에서 나온 고온의 초임계 이산화탄소가 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)로 바이패스되지 않도록 한다. 또한, 상기 제어부(미도시)는 상기 삼방밸브(77)가 상기 제2스팀 가열유로(73)를 차폐하도록 제어한다. 따라서, 상기 히터(11)에서 나온 고온의 초임계 이산화탄소가 상기 터빈(12)으로 전량 유입되어, 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도가 상승하게 되며, 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)에서의 열교환 효율이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템은, 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)과, 상기 초임계 이산화탄소 발전 사이클(10)의 열원을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함하되, 상기 열수요처는 열병합 발전부(70)이고, 상기 열원공급모듈은 상기 열회수기(14)에서 나온 초임계 이산화탄소와 상기 열병합 발전부(70)의 스팀을 열교환하는 제1스팀 가열 열교환기(81)와, 상기 히터(11)에서 나온 초임계 이산화탄소와 상기 열병합 발전부(70)의 스팀을 열교환하는 제2스팀 가열 열교환기(82)를 포함하며, 상기 열병합 발전부(70)의 스팀은 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)를 차례로 통과하는 것이 상기 제4실시예와 상이하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 열병합 발전부(70)는 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 제1스팀 가열유로(101)로 연결된다. 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)는 제2스팀 가열유로(102)로 연결된다. 도면부호 103은, 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)에서 가열된 스팀을 난방 및 온수 중 적어도 하나로 공급하는 스팀 토출유로(103)이다.
상기 제2스팀 가열 열교환기(82)는, 상기 히터(11)의 출구측 유로에서 분기되어 상기 쿨러(16)의 입구측으로 연결된 바이패스 유로에 설치된다. 상기 바이패스 유로는 상기 히터(11)의 출구측과 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)를 연결하는 제1바이패스유로(91)와, 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)와 상기 쿨러(16)의 입구측 유로를 연결하는 제2바이패스유로(92)를 포함한다. 상기 제1바이패스 유로(91)에는 상기 제1바이패스 유로(91)를 개폐하는 바이패스 밸브(93)가 설치된다.
또한, 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템은, 상기 열회수기(14)와 상기 쿨러(16)사이에 구비되어 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서(17)와, 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서(19)를 더 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제5실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.
상기 제어부(미도시)는 상기 온도센서(17)에서 감지된 온도와 상기 유량센서(19)에서 감지된 유량에 따라 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82) 중 어느 하나만을 선택적으로 이용하는 것도 가능하고, 둘 다 이용하는 것도 가능하다.
상기 온도센서(17)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이거나 상기 유량센서(19)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 유량이 미리 설정된 설정 유량 이상이면, 상기 제어부(미도시)는 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)를 모두 이용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 제어부(미도시)는 상기 바이패스 밸브(93)를 개방하여 상기 바이패스 유로(91)를 개방하도록 제어한다.
상기 바이패스 밸브(93)가 개방되면, 상기 히터(11)에서 나온 초임계 이산화탄소는 상기 바이패스 유로(91)를 통해 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)로 유입된다.
상기 열병합 발전부(70)에서 나온 스팀은 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)를 차례로 통과한다.
상기 제1스팀 가열 열교환기(81)에서는 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소와 상기 제1스팀 가열유로(101)를 통해 유입된 스팀의 열교환이 이루어진다. 상기 제1스팀 가열유로(101)를 통해 유입된 스팀은 상기 초임계 이산화탄소로부터 열을 공급받아 1차로 가열된 후 상기 제2스팀 가열유로(102)를 통해 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)로 유입된다. 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소는 상기 스팀에 열을 빼앗겨 냉각된 후, 상기 쿨러(16)로 유입된다. 따라서, 상기 쿨러(16)의 냉각일이 줄어들 수 있다.
상기 제2스팀 가열 열교환기(82)에서는 상기 바이패스유로(91)를 통해 유입된 초임계 이산화탄소와 상기 제2스팀 가열유로(102)를 통해 유입된 스팀의 열교환이 이루어진다. 상기 제2스팀 가열유로(102)를 통해 유입된 스팀은 상기 초임계 이산화탄소로부터 열을 공급받아 2차 가열된 후 상기 스팀 토출유로(103)를 통해 토출된다. 상기 바이패스유로(91)를 통해 유입된 초임계 이산화탄소는 상기 스팀에 열을 빼앗겨 냉각된 후, 상기 쿨러(16)의 입구측으로 유입된다. 따라서, 상기 쿨러(16)의 냉각일이 줄어들 수 있다.
따라서, 상기 열병합 발전부(70)에서 나온 스팀이 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)와 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)를 차례로 거치면서, 두 번 가열되므로 난방 및 온수를 위한 스팀의 온도가 보다 향상될 수 있다.
한편, 상기 온도센서(17)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이거나 상기 유량센서(19)에서 감지된 상기 초임계 이산화탄소의 유량이 미리 설정된 설정 유량 미만이면, 상기 제어부(미도시)는 상기 바이패스 밸브(93)를 차폐하여 상기 히터(11)에서 나온 고온의 초임계 이산화탄소가 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)로 바이패스되지 않도록 한다. 따라서, 상기 히터(11)에서 나온 고온의 초임계 이산화탄소가 상기 터빈(12)으로 전량 유입되어, 상기 열회수기(14)를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도가 상승하게 되며, 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)에서의 열교환 효율이 향상될 수 있다.
상기 열병합 발전부(70)에서 나온 스팀은 상기 제1스팀 가열 열교환기(81)에서는 열을 흡수하고, 상기 제2스팀 가열 열교환기(82)에서는 열교환없이 통과하게 된다.
한편, 난방 및 온수 부하에 따라 상기 바이패스 밸브(93)의 개폐를 제어하는 것도 물론 가능하다.
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.
10: 초임계 이산화탄소 발전 사이클 11: 히터
12: 터빈 14: 열회수기
16: 쿨러 20: 이산화탄소 포집장치
30,40: 흡착제 재생 열교환기 50: 흡착제 가열기
60: 스팀 가열 열교환기 70: 열병합 발전부
12: 터빈 14: 열회수기
16: 쿨러 20: 이산화탄소 포집장치
30,40: 흡착제 재생 열교환기 50: 흡착제 가열기
60: 스팀 가열 열교환기 70: 열병합 발전부
Claims (15)
- 초임계 이산화탄소를 가열하는 히터와;
상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과;
상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 열회수기와;
상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 쿨러와;
상기 쿨러에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압하는 압축기와;
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소 중 적어도 일부의 열을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 열수요처는, 외부설비의 배기가스로부터 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑과, 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 가열하여 상기 이산화탄소와 상기 흡착제를 분리하는 탈착탑을 포함하는 이산화탄소 포집장치를 포함하고,
상기 열원공급모듈은, 상기 초임계 이산화탄소와 상기 탈착탑의 흡착제를 열교환시켜, 상기 흡착제를 가열하고 상기 초임계 이산화탄소는 냉각시키는 흡착제 재생 열교환기를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 탈착탑과 상기 흡착제 재생 열교환기를 연결하여, 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 재생 열교환기로 안내하고, 상기 흡착제 재생 열교환기에서 분리된 이산화탄소를 상기 탈착탑으로 순환시키는 흡착제 재생 열교환유로를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 열원공급모듈과 별도로 설치되어, 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 가열하여 상기 흡착제를 재생하는 흡착제 가열기를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하고,
상기 온도센서에서 감지된 온도에 따라 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 재생 열교환기와 상기 흡착제 가열기 중 적어도 하나로 안내하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 5에 있어서,
상기 탈착탑과 상기 흡착제 가열기를 연결하는 흡착제 가열유로와,
상기 탈착탑과 상기 흡착제 재생 열교환기를 연결하는 흡착제 재생 열교환유로를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 온도센서에서 감지된 온도에 따라 상기 흡착제 가열유로와 상기 흡착제 재생 열교환유로 중 적어도 하나를 선택적으로 개방하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서를 더 포함하고,
상기 유량센서에서 감지된 유량에 따라 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 재생 열교환기와 상기 흡착제 가열기 중 적어도 하나로 안내하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 탈착탑과 상기 흡착제 가열기를 연결하는 흡착제 가열유로와,
상기 탈착탑과 상기 흡착제 재생 열교환기를 연결하는 흡착제 재생 열교환유로를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 유량센서에서 감지된 유량에 따라 상기 흡착제 가열유로와 상기 흡착제 재생 열교환유로 중 적어도 하나를 선택적으로 개방하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서와,
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서와,
상기 열원공급모듈과 별도로 설치되어, 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 가열하여 상기 흡착제를 재생하는 흡착제 가열기와,
상기 탈착탑과 상기 흡착제 가열기를 연결하는 흡착제 가열유로와,
상기 탈착탑과 상기 흡착제 재생 열교환기를 연결하는 흡착제 재생 열교환유로와,
상기 온도센서에서 감지된 온도와 상기 유량센서에서 감지된 유량에 따라 상기 흡착제 가열유로와 상기 흡착제 재생 열교환유로 중 적어도 하나를 선택적으로 개방하는 제어부를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 열수요처는 열병합 발전부를 포함하고,
상기 열원공급모듈은, 상기 열병합 발전부를 순환하는 스팀을 상기 초임계 이산화탄소와 열교환시켜, 상기 스팀을 가열하고 상기 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 제1스팀 가열 열교환기를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 10에 있어서,
상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소 중 적어도 일부를 바이패스시켜, 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소를 상기 열병합 발전부의 스팀과 열교환시켜, 상기 스팀을 가열하고 상기 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 제2스팀 가열 열교환기를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 11에 있어서,
상기 히터의 출구측 유로에서 분기되어 상기 쿨러의 입구측으로 연결되고, 상기 제2스팀 가열 열교환기가 설치된 바이패스 유로와,
상기 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 밸브를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 청구항 12에 있어서,
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서와,
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서와,
상기 온도센서에서 감지된 온도와 상기 유량센서에서 감지된 유량 중 적어도 하나에 따라 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 초임계 이산화탄소를 가열하는 히터와;
상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과;
상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 열회수기와;
상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 쿨러와;
상기 쿨러에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압하는 압축기와;
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서와;
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서와;
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소 중 적어도 일부의 열을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함하고,
상기 열수요처는, 외부설비의 배기가스로부터 흡착제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑과, 상기 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 가열하여 상기 이산화탄소와 상기 흡착제를 분리하는 탈착탑을 포함하는 이산화탄소 포집장치를 포함하고,
상기 열원공급모듈은, 상기 초임계 이산화탄소와 상기 탈착탑의 흡착제를 열교환시켜, 상기 흡착제를 가열하고 상기 초임계 이산화탄소는 냉각시키는 흡착제 재생 열교환기와, 상기 탈착탑과 상기 흡착제 재생 열교환기를 연결하여, 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 재생 열교환기로 안내하고, 상기 흡착제 재생 열교환기에서 분리된 이산화탄소를 상기 탈착탑으로 순환시키는 흡착제 재생 열교환유로를 포함하고,
상기 열원공급모듈과 별도로 설치되어, 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 가열하여 상기 흡착제를 재생하는 흡착제 가열기와,
상기 흡착제 재생 열교환유로에서 분기되어 상기 탈착탑에서 나온 이산화탄소를 흡수한 흡착제를 상기 흡착제 가열기로 안내하는 흡착제 가열유로와,
상기 흡착제 재생 열교환유로와 상기 흡착제 가열유로가 연결된 지점에 설치된 삼방밸브와,
상기 온도센서에서 감지된 온도와 상기 유량센서에서 감지된 유량에 따라 상기 흡착제 재생 열교환유로와 상기 흡착제 가열유로를 선택적으로 개방하도록 상기 삼방밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템. - 초임계 이산화탄소를 가열하는 히터와;
상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소를 이용하여 구동하는 터빈과;
상기 터빈에서 나온 초임계 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 히터로 유입되는 초임계 이산화탄소를 가열하는 열회수기와;
상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 쿨러와;
상기 쿨러에서 나온 초임계 이산화탄소를 가압하는 압축기와;
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서와;
상기 열회수기와 상기 쿨러 사이에 구비되어, 상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소의 유량을 측정하는 유량센서와;
상기 열회수기를 통과한 초임계 이산화탄소와 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소 중 적어도 일부의 열을 열수요처에 공급하는 열원공급모듈을 포함하고,
상기 열수요처는 열병합 발전부를 포함하고,
상기 열원공급모듈은, 상기 열병합 발전부를 순환하는 스팀을 상기 초임계 이산화탄소와 열교환시켜, 상기 스팀을 가열하고 상기 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 제1스팀 가열 열교환기와, 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소 중 적어도 일부를 바이패스시켜, 상기 히터에서 가열된 초임계 이산화탄소를 상기 열병합 발전부의 스팀과 열교환시켜, 상기 스팀을 가열하고 상기 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 제2스팀 가열 열교환기를 포함하고,
상기 히터의 출구측 유로에서 분기되어 상기 쿨러의 입구측으로 연결되고, 상기 제2스팀 가열 열교환기가 설치된 바이패스 유로와,
상기 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 밸브와,
상기 열병합 발전부와 상기 제1스팀 가열 열교환기를 연결하여, 상기 열병합 발전부를 순환하는 스팀을 상기 제1스팀 가열 열교환기로 안내하는 제1스팀 가열유로와,
상기 제1스팀 가열유로에서 분기되어, 상기 열병합 발전부를 순환하는 스팀을 상기 제2스팀 가열 열교환기로 안내하는 제2스팀 가열유로와,
상기 제1스팀 가열유로와 상기 제2스팀 가열유로가 연결된 지점에 설치된 삼방밸브와,
상기 온도센서에서 감지된 온도와 상기 유량센서에서 감지된 유량에 따라 상기 제1스팀 가열유로, 상기 제2스팀 가열유로 및 상기 바이패스 유로를 선택적으로 개방하도록 상기 삼방밸브와 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
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