KR20160073355A - 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박엔진의 폐열과 이산화탄소를 열교환시키는 열교환부, 발전기가 전기를 생산하도록 상기 열교환부로부터 배출되는 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부, 이산화탄소가 순환 유동하는 순환배관, 선체에 설치되어 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소저장부, 및 상기 순환배관을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절하기 위한 유량조절부를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박에 관한 것이다.

Description

초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박{Ship installed Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System}

본 발명은 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박에 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(Carbong Capture and Storage) 기술에 대한 개발이 활발하게 진행되면서, 포집한 이산화탄소를 에너지로 변환하는 기술에 대한 개발로 이어지고 있다.

예를 들어, 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 요구를 해소하고자 안출된 것으로, 이산화탄소를 이용하여 선박엔진의 폐열로부터 전기를 생산할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박을 제공하기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박은 선체를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 선박엔진; 상기 선박엔진으로부터 배출되는 배기(Exhaus Gas)를 이용하여 상기 선박엔진에 공급하기 위한 소기(Scavenge Air)를 압축하는 과급기; 상기 선체에 설치되는 발전기; 상기 선체에 설치되고, 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소저장부; 이산화탄소가 순환 유동하는 순환배관; 상기 선박엔진으로부터 배출되어 과급기를 통과한 배기 및 상기 순환배관을 따라 유동하는 이산화탄소를 열교환시키는 배기열교환부; 상기 발전기가 전기를 생산하도록 상기 배기열교환부로부터 배출되어 상기 순환배관을 따라 유동하는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 및 상기 순환배관 및 상기 이산화탄소저장부 각각에 연결되어 상기 순환배관을 따라 순환 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절하는 유량조절부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박은 선체를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 선박엔진; 상기 선박엔진으로부터 배출되는 배기(Exhaus Gas)를 이용하여 상기 선박엔진에 공급하기 위한 소기(Scavenge Air)를 압축하는 과급기; 상기 선체에 설치되는 발전기; 상기 선체에 설치되고, 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소저장부; 이산화탄소가 순환 유동하는 순환배관; 상기 과급기로부터 배출되어 상기 엔진으로 공급되는 소기 및 상기 순환배관을 따라 유동하는 이산화탄소를 열교환시키는 소기열교환부; 상기 발전기가 전기를 생산하도록 상기 소기열교환부로부터 배출되어 상기 순환배관을 따라 유동하는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 및 상기 순환배관 및 상기 이산화탄소저장부 각각에 연결되어 상기 순환배관을 따라 순환 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절하는 유량조절부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써 열교환부, 터빈부 등을 소형화할 수 있으므로, 선체에서 설치공간이 협소한 곳에 용이하게 설치되어 선체에 대한 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 이산화탄소가 선박엔진의 폐열로 가열되도록 구현됨으로써, 이산화탄소를 가열하기 위한 열원을 마련하기 위해 추가로 연소로 등을 이용하여 연료를 연소시킬 필요가 없으므로, 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 선박엔진의 폐열을 열원으로 이용함으로써 운영비용을 절감할 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 발전시스템이 설치된 선박의 일례를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박의 개략적인 블록도
도 3은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박의 개략적인 블록도
도 4는 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박의 개략적인 블록도

이하에서는 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박(10)(이하, '본 발명에 따른 선박(10)'이라 함)은 초임계 이산화탄소(Supercritical Carbon Dioxide)를 이용하여 전기를 생산하기 위한 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)을 포함한다. 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 선박(10)은 선체(11)에 설치되는 선박엔진(100), 상기 선박엔진(100)에 설치되는 과급기(200), 상기 선체(11)에 설치되는 발전기(300), 및 상기 선체(11)에 설치되는 이산화탄소저장부(400)를 포함한다.

본 발명에 따른 선박(10)은 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)을 더 포함한다. 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 선박엔진(100)의 폐열과 이산화탄소를 열교환시키는 열교환부(2), 및 상기 열교환부(2)로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부(3)를 포함한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 초임계 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명에 따른 선박(10)은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 이용하여 전기를 생산하도록 구현됨으로써, 물과 같은 다른 유체를 초임계 상태의 작동유체로 이용하는 것과 비교할 때, 상기 열교환부(2) 및 상기 터빈부(3) 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 선박(10)은 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)의 크기를 축소시킬 수 있으므로, 상기 선체(11) 내부에 대한 공간활용도를 향상시킬 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 선박(10)은 이산화탄소가 선박엔진(100)의 폐열로 가열되도록 구현됨으로써, 이산화탄소를 가열하기 위한 열원을 마련하기 위해 추가로 연소로 등을 이용하여 연료를 연소시킬 필요가 없다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 연소로 등을 통해 추가로 이산화탄소를 발생시키지 않으면서 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 종래에 선체(11) 내부에 설치된 발전기용 엔진의 대수를 줄일 수 있으므로, 건조비용 및 운영비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 친환경 선박을 구현할 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 선박(10)은 환경오염물질인 이산화탄소를 이용하여 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 환경오염물질인 이산화탄소를 무해한 물질로 정화하지 않으면서 이산화탄소를 전기를 생산하기 위한 용도로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 환경오염물질인 이산화탄소를 정화하는데 필요한 설비 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 선박(10)이 갖는 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 선체(11)는 본 발명에 따른 선박(10)의 전체적인 외관을 이룬다. 상기 선체(11)에는 상기 선박엔진(100), 상기 과급기(200), 상기 발전기(300), 상기 이산화탄소저장부(400), 및 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)이 설치된다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 선박엔진(100)은 상기 선체(11)를 이동시키기 위한 추진력을 발생시킨다. 상기 선박엔진(100)은 상기 선체(11)의 외부에 설치된 추진장치(12)를 회전시킴으로써, 추진력을 발생시킬 수 있다. 상기 선박엔진(100)은 경유 또는 중유를 연료로 사용하는 디젤선박엔진(Diesel Engine), 경유와 LNG를 연료로 사용하는 혼소선박엔진(Dual Feul Engine), 및 가스선박엔진(Gas Engine) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 디젤선박엔진은 경유 또는 중유를 연료로 사용하는 것이다. 상기 혼소선박엔진은 경유와 액화천연가스(LNG)를 연료로 사용하는 것이다. 상기 가스선박엔진은 액화석유가스(LPG), 석탄가스, 목탄가스, 천연가스 등의 가스를 연료로 사용하는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 다양한 연료를 사용하는 선박엔진(100)의 폐열을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 과급기(200)는 상기 선박엔진(100)에 연결되게 설치된다. 상기 과급기(200)는 상기 선박엔진(100)으로부터 배출되는 배기(Exhaust Gas)를 이용하여 상기 선박엔진(100)에 공급하기 위한 소기(Scavenge Air)를 압축한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 발전기(300)는 상기 터빈부(3)가 발생시킨 동력을 이용하여 전기를 생산한다. 상기 발전기(300)는 상기 선체(11)에 설치된다. 상기 발전기(300)는 생산한 전기를 저장하거나, 생산한 전기를 상기 선체(11)에서 전기를 이용하여 동작하는 기기들에 공급할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 이산화탄소저장부(400)는 이산화탄소를 저장한다. 상기 이산화탄소저장부(400)는 상기 선체(11)에 설치된다. 상기 이산화탄소저장부(400)는 화재 진압 등을 위해 상기 선체(11)에 일반적으로 설치되는 것이다. 상기 이산화탄소저장부(400)는 이산화탄소를 액체상태로 보관할 수 있는 저온탱크일 수 있다.

도 2를 참고하면, 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 상기 열교환부(2) 및 상기 터빈부(3)를 포함한다.

상기 열교환부(2)는 선박엔진(100)의 폐열 및 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 이산화탄소는 상기 열교환부(2)를 통과하면서 선박엔진(100)의 폐열에 의해 가열된다. 이 경우, 상기 선박엔진(100)의 폐열이 열원으로 기능한다.

상기 열교환부(2)는 배기열교환부(21)를 포함할 수 있다.

상기 배기열교환부(21)는 상기 선박엔진(100)으로부터 배출되어 과급기(200)를 통과한 배기 및 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 이산화탄소는 상기 배기열교환부(21)를 통과하면서 상기 선박엔진(100)의 폐열 중에서 배기에 의해 가열된다. 이 경우, 상기 선박엔진(100)의 폐열 중에서 배기가 열원으로 기능한다. 상기 배기열교환부(21)를 통과한 배기는, 상기 이산화탄소가 가열되도록 열을 방출한 후에, 스택(미도시)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기는 파이프 등의 배관을 따라 이동하면서 상기 과급기(200), 상기 배기열교환부(21), 및 스택을 순차적으로 통과할 수 있다.

도 2를 참고하면, 상기 터빈부(3)는 상기 발전기(300)에 연결된다. 상기 터빈부(3)는 상기 배기열교환부(21)로부터 배출되는 이산화탄소를 이용하여 동력을 발생시킨다. 상기 배기열교환부(21)로부터 배출되는 이산화탄소는, 상기 터빈부(3)를 통과하면서 상기 터빈부(3)가 갖는 임펠러를 회전시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있다. 상기 발전기(300)는 상기 터빈부(3)로부터 제공되는 동력을 이용하여 전기를 생산한다. 상기 발전기(300)는 샤프트 등을 통해 상기 터빈부(3)에 연결될 수 있다.

상기 터빈부(3)는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다. 상기 배기열교환부(21)로부터 배출되는 이산화탄소는 초임계 상태로 상기 터빈부(3)를 통과하면서 동력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 터빈부(3)가 동력을 발생시키도록 구현됨으로써, 상기 터빈부(3)를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산되는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있다.

도 2를 참고하면, 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 순환부(4)를 포함할 수 있다.

상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3) 및 상기 열교환부(2) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시킨다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도를 낮추고, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 압력을 높인다. 이에 따라, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소는, 상기 순환부(4)를 통해 다시 상기 열교환부(2)에서 배기의 열을 흡수하여 상기 터빈부(3)를 작동시킬 수 있는 상태로 조절된다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소가 상기 배기열교환부(21)로 재공급되어 배기로부터 열을 흡수하도록 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시킬 수 있다.

상기 순환부(4)는 냉각부(41) 및 압축부(42)를 포함할 수 있다.

상기 냉각부(41)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각함으로써, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도를 낮춘다. 상기 냉각부(41)는 전기 등에 의해 동작하는 쿨러(Cooler)를 이용하여 이산화탄소를 냉각할 수 있다. 상기 냉각부(41)는 이산화탄소를 냉각할 수 있는 냉각매체 및 이산화탄소를 열교환시킴으로써, 이산화탄소를 냉각할 수도 있다.

상기 압축부(42)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소를 압축함으로써, 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 압력을 높인다. 상기 압축부(42)는 상기 냉각부(41) 및 상기 열교환부(2) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 압축부(42)는 상기 냉각부(41) 및 상기 배기열교환부(21) 사이에 위치되게 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 압축부(42)는 상기 냉각부(41)에 의해 냉각된 이산화탄소를 압축한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각한 후에 압축함으로써, 상기 압축부(42)가 이산화탄소를 압축하는 압축률을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 이산화탄소가 상기 열교환부(2)에서 열을 흡수하는 폐열 회수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이산화탄소를 이용하여 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있다.

상기 압축부(42)는 상기 냉각부(41)로부터 배출되는 이산화탄소가 액체 상태인 경우, 펌프(Pump)를 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 선박(10)은 이산화탄소가 사이클 내에서 미임계 상태와 초임계 상태 간에 변화하는 트랜스 크리티컬 사이클(Transcritical Cycle)로 구현될 수 있다. 이산화탄소는 상기 터빈부(3)로부터 배출된 후에 미임계 상태로 변화되고, 상기 압축부(42)에서 초임계 상태로 변화될 수 있다. 이산화탄소는 상기 터빈부(3)로부터 배출된 후에 미임계 상태로 변화되고, 상기 압축부(42) 및 상기 열교환부(2)를 통과하면서 초임계 상태로 변화될 수도 있다.

상기 압축부(42)는 상기 냉각부(41)로부터 배출되는 이산화탄소가 초임계 상태인 경우, 컴프레서(Compressor)를 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 선박(10)은 이산화탄소가 전체 사이클 내에서 초임계 상태로 유지되는 슈퍼 크리티컬 사이클(Supercritical Cycle)로 구현될 수 있다.

도 2를 참고하면, 상기 초임계 이산화탄소 발전시스템(1)은 순환배관(5) 및 유량조절부(6)를 포함할 수 있다.

상기 순환배관(5)은 이산화탄소가 유동하기 위한 유로를 제공한다. 이산화탄소는 상기 순환배관(5)을 따라 순환 유동하면서 상기 열교환부(2) 및 상기 터빈부(3)를 통과한다. 이산화탄소는 상기 순환배관(5)을 따라 상기 열교환부(2), 상기 터빈부(3), 상기 냉각부(41) 및 상기 압축부(42)를 순환하도록 유동할 수 있다. 상기 순환배관(5)은 파이프 등과 같은 배관을 포함한다.

상기 유량조절부(6)는 상기 순환배관(5) 및 상기 이산화탄소저장부(400) 각각에 연결되게 설치된다. 상기 유량조절부(6)는 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절한다. 상기 유량조절부(6)는 상기 이산화탄소저장부(400)에 저장된 이산화탄소를 상기 순환배관(5)으로 이송한다. 이에 따라, 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량이 증가된다. 상기 유량조절부(6)는 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소를 상기 이산화탄소저장부(400)로 이송한다. 이에 따라, 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량이 감소된다.

따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 화재 진압 등을 위해 상기 선체(11)에 일반적으로 설치되는 이산화탄소저장부(400)를 이용하여 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절하기 위한 설비를 구축하기 위한 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.

상기 유량조절부(6)는 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하에 따라 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 이산화탄소가 선박엔진(100)의 폐열로부터 열을 회수하는 폐열 회수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이산화탄소를 이용하여 전기를 생산하는 발전효율을 향상시킬 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.

우선, 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 변동하면, 상기 선박엔진(100)으로부터 배출되는 배기의 온도 및 유량이 변동한다. 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 감소하면, 상기 선박엔진(100)으로부터 배출되는 배기는 온도가 낮아지고 유량이 감소한다. 이 경우, 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량이 그대로 유지되면, 이산화탄소는 기존에 비해 낮은 온도로 가열됨에 따라 발전효율을 저하시킨다.

다음, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 감소하면, 상기 유량조절부(6)가 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 감소시킨다. 이에 따라, 상기 선박엔진(100)으로부터 배출되는 배기의 온도가 낮아지고 유량이 감소하더라도, 이산화탄소는 기존과 대략 일치하는 온도로 가열될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 유량조절부(6)를 통해 이산화탄소의 유량을 조절함으로써, 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 변동하더라도 발전효율이 저하되는 정도를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 변동하더라도 상기 발전기(300)가 안정적으로 전기를 생산할 수 있도록 구현됨으로써, 상기 발전기(300)가 생산하는 전기에 대한 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 증가하면, 상기 선박엔진(100)으로부터 배출되는 배기는 온도가 높아지고 유량이 증가한다. 이 경우, 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량이 그대로 유지되면, 이산화탄소가 과다한 온도로 높아짐에 따라 상기 순환배관(5)이 손상 내지 파손될 위험이 있다. 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 증가하면, 상기 유량조절부(6)가 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 증가시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 증가하더라도, 상기 순환배관(5)이 손상 내지 파손되는 것을 방지할 수 있다.

상기 유량조절부(6)는 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 증가하면, 상기 이산화탄소저장부(400)에서 상기 순환배관(5)으로 이산화탄소를 이송한다. 이에 따라, 상기 유량조절부(6)는 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 증가하면, 상기 순환배관(5)를 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 증가시킬 수 있다.

상기 유량조절부(6)는 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 감소하면, 상기 순환배관(5)에서 상기 이산화탄소저장부(400)로 이산화탄소를 이송한다. 이에 따라, 상기 유량조절부(6)는 상기 선박엔진(100)에 가해지는 운전부하가 감소하면, 상기 순환배관(5)를 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 감소시킬 수 있다.

상기 유량조절부(6)는 유선통신 및 무선통신 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 선박엔진(100)으로부터 운전부하에 관한 부하정보를 수신할 수 있다. 상기 유량조절부(6)는 수신한 부하정보에 따라 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절할 수 있다.

상기 유량조절부(6)는 배출기구(61) 및 보충기구(62)를 포함할 수 있다.

상기 배출기구(61)는 이산화탄소를 상기 순환배관(5)에서 상기 이산화탄소저장부(400)로 이송한다. 상기 배출기구(61)는 일측이 상기 순환배관(5)에 연결되고, 타측이 상기 이산화탄소저장부(400)에 연결된다. 상기 배출기구(61)는 일측이 상기 냉각부(41)와 상기 압축부(42) 사이에서 상기 순환배관(5)에 연결되게 설치된다. 이에 따라, 상기 배출기구(61)는 상기 냉각부(41)와 상기 압축부(42) 사이에서 상기 순환배관(5)으로부터 이산화탄소를 배출시켜서 상기 이산화탄소저장부(400)로 이송할 수 있다. 즉, 상기 배출기구(61)는 상기 냉각부(41)에 의해 냉각된 이산화탄소를 상기 순환배관(5)으로부터 배출시켜서 상기 이산화탄소저장부(400)로 이송할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 순환배관(5)으로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각하기 위한 냉각설비를 생략하거나, 상기 냉각설비를 감축시킬 수 있다. 상기 이산화탄소저장부(400)에는 이산화탄소가 저온으로 저장되므로, 상기 냉각부(41)에 의해 냉각되지 않은 이산화탄소를 상기 이산화탄소저장부(400)로 이송하기 위해서는 이산화탄소에 대한 냉각이 반드시 필요하기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 순환배관(5)을 따라 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절하기 위한 운영비용을 절감할 수 있다.

상기 배출기구(61)는 상기 순환배관(5)으로부터 배출되는 이산화탄소의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브를 포함할 수 있다. 상기 배출기구(61)는 이산화탄소를 상기 순환배관(5)에서 상기 이산화탄소저장부(400)로 이송하기 위한 이송수단을 포함할 수 있다. 상기 이송수단은 부스터펌프일 수 있다.

상기 보충기구(62)는 이산화탄소를 상기 이산화탄소저장부(400)에서 상기 순환배관(5)으로 이송한다. 상기 보충기구(62)는 일측이 상기 순환배관(5)에 연결되고, 타측이 상기 이산화탄소저장부(400)에 연결된다. 상기 보충기구(62)는 일측이 상기 터빈부(3)와 상기 냉각부(41) 사이에서 상기 순환배관(5)에 연결되게 설치된다. 이에 따라, 상기 보충기구(62)는 상기 이산화탄소저장부(400)에 저장된 이산화탄소를 상기 터빈부(3)와 상기 냉각부(41) 사이로 공급할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 이산화탄소가 상기 이산화탄소저장부(400)로부터 상기 순환배관(5)으로 공급된 후에 상기 냉각부(41)에 의해 냉각되도록 구현됨으로써, 상기 압축부(42)가 이산화탄소를 압축하는 압축률을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 이산화탄소가 상기 열교환부(2)에서 열을 흡수하는 폐열 회수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이산화탄소를 이용하여 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 열교환부(2)는 소기열교환부(22)를 포함할 수 있다.

상기 소기열교환부(22)는 상기 과급기(200)로부터 배출되어 상기 선박엔진(100)으로 공급되는 소기 및 이산화탄소를 열교환시킨다. 이에 따라, 이산화탄소는 상기 소기열교환부(22)를 통과하면서 상기 선박엔진(100)의 폐열 중에서 소기에 의해 가열된다. 이 경우, 상기 선박엔진(100)의 폐열 중에서 소기가 열원으로 기능한다. 상기 소기열교환부(22)를 통과한 소기는, 상기 이산화탄소가 가열되도록 열을 방출한 후에, 상기 선박엔진(100)으로 공급된다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

우선, 소기는 상기 선박엔진(100)에 공급되는 연소용 공기로, 상기 선박엔진(100)의 효율을 향상시키기 위해 상기 과급기(200)를 통과하면서 압축되어 상기 선박엔진(100)으로 공급된다. 그러나, 소기는 상기 과급기(200)를 통과하면서 온도가 함께 상승한다. 이와 같이 온도가 상승된 소기가 상기 선박엔진(100)에 공급되면, 상기 선박엔진(100)의 효율이 저하될 수 있고, 상기 선박엔진(100)의 수명이 단축될 수 있다.

다음, 본 발명에 따른 선박(10)은 이산화탄소가 소기로부터 열을 흡수하므로, 상기 과급기(200)를 통과하여 상기 선박엔진(100)으로 공급되는 소기의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 소기를 이용하여 이산화탄소를 가열함으로써 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 상기 선박엔진(100)에 공급되는 소기의 온도를 낮춤으로써 상기 선박엔진(100)의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 선박엔진(100)의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 과급기(200)를 통과한 소기의 온도를 낮추기 위한 별도의 냉각 설비를 생략할 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.

상기 소기열교환부(22)는 상기 순환부(4) 및 상기 터빈부(3) 사이에 위치되게 설치된다. 상기 소기열교환부(22)는 상기 압축부(42) 및 상기 터빈부(3) 사이에 위치되게 설치될 수 있다. 상기 순환부(4)는 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소가 상기 소기열교환부(22)로 재공급되어 소기로부터 열을 흡수하도록 상기 터빈부(3)로부터 배출되는 이산화탄소의 온도 및 압력을 조절하여 순환시킬 수 있다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 변형된 실시예에 따르면, 상기 열교환부(2)는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)를 모두 포함할 수 있다.

상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)는 각각 상기 선박엔진(100)의 폐열 및 이산화탄소를 열교환시킨다. 상기 배기열교환부(21)는 이산화탄소 및 상기 선박엔진(100)으로부터 배출되어 상기 과급기(200)를 통과한 배기를 열교환시킨다. 상기 소기열교환부(22)는 이산화탄소 및 상기 과급기(200)를 통과하여 상기 선박엔진(100)으로 공급되는 소기를 열교환시킨다.

이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 하나의 선박엔진(100) 및 과급기(200)로부터 이산화탄소가 열을 흡수하는 폐열 회수율을 더 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 더 향상시킬 수 있다.

상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소는 분기된 후에 상기 열교환부(2)로 공급된다. 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소의 일부는 상기 배기열교환부(21)로 공급되고, 나머지 일부는 소기열교환부(22)로 공급된다. 상기 터빈부(3)는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로부터 배출되어 합류한 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기(300)를 동작시키기 위한 동력을 발생시킨다.

이에 따라, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 터빈부(3) 및 상기 순환부(4)를 통과하는 이산화탄소의 유량에 비해 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각을 통과하는 이산화탄소의 유량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)가 서로 직렬로 연결된 것과 비교할 때, 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각의 용량을 줄일 수 있으므로, 설치비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22)가 서로 직렬로 연결된 것과 비교할 때, 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각에서 이산화탄소가 열을 흡수하는 폐열 회수율을 더 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(10)은 상기 터빈부(3) 및 상기 발전기(300)를 통해 생산하는 전기에 대한 발전효율을 더 향상시킬 수 있다.

도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 선박(10)은 분기부(7) 및 합류부(8)를 포함할 수 있다.

상기 분기부(7)는 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소를 분기시킨다. 이에 따라, 상기 순환부(4)로부터 배출되는 이산화탄소는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로 공급된다. 상기 분기부(7)는 상기 압축부(42)로부터 배출되는 이산화탄소가 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로 공급되도록 상기 압축부(42)로부터 배출되는 이산화탄소를 분기시킬 수 있다. 상기 분기부(7)에는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브가 설치될 수 있다. 상기 분기부(7)는 일측이 상기 압축부(42)에 연결되고, 타측이 상기 배기열교환부(21)와 상기 소기열교환부(22) 각각에 연결되게 설치된다.

상기 합류부(8)는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각으로부터 배출되는 이산화탄소를 합류시킨다. 이에 따라, 이산화탄소는 상기 배기열교환부(21) 및 상기 소기열교환부(22) 각각에서 열을 흡수하여 가열된 후에, 상기 합류부(8)에서 합류하여 상기 터빈부(3)로 공급될 수 있다. 상기 합류부(8)는 일측이 상기 터빈부(3)에 연결되고, 타측이 상기 배기열교환부(21)와 상기 소기열교환부(22) 각각에 연결되게 설치된다.

2 : 열교환부 3 : 터빈부
4 : 순환부 5 : 순환배관
6 : 유량조절부 10 : 선박
100 : 선박엔진 200 : 과급기

Claims (7)

1. 선체를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 선박엔진;
   상기 선박엔진으로부터 배출되는 배기(Exhaus Gas)를 이용하여 상기 선박엔진에 공급하기 위한 소기(Scavenge Air)를 압축하는 과급기;
   상기 선체에 설치되는 발전기;
   상기 선체에 설치되고, 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소저장부;
   이산화탄소가 순환 유동하는 순환배관;
   상기 선박엔진으로부터 배출되어 과급기를 통과한 배기 및 상기 순환배관을 따라 유동하는 이산화탄소를 열교환시키는 배기열교환부;
   상기 발전기가 전기를 생산하도록 상기 배기열교환부로부터 배출되어 상기 순환배관을 따라 유동하는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 및
   상기 순환배관 및 상기 이산화탄소저장부 각각에 연결되어 상기 순환배관을 따라 순환 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절하는 유량조절부를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터빈부로부터 배출되는 이산화탄소를 냉각시키기 위한 냉각부, 및 상기 냉각부로부터 배출되는 이산화탄소를 압축시키기 위한 압축부를 포함하고;
   상기 유량조절부는 상기 터빈부와 상기 냉각부 사이에서 상기 순환배관에 연결되게 설치되는 보충기구, 및 상기 냉각부와 상기 압축부 사이에서 상기 순환배관에 연결되게 설치되는 배출기구를 포함하며;
   상기 보충기구는 상기 이산화탄소에 저장된 이산화탄소를 상기 터빈부와 상기 냉각부 사이로 공급하고;
   상기 배출기구는 상기 냉각부와 상기 압축부 사이에서 상기 순환배관으로부터 이산화탄소를 배출시켜서 상기 이산화탄소저장부로 이송하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유량조절부는 상기 선박엔진에 가해지는 운전부하에 따라 상기 순환배관을 따라 순환 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유량조절부는 상기 선박엔진에 가해지는 운전부하가 증가하면 상기 이산화탄소저장부에서 상기 순환배관으로 이산화탄소를 이송하고, 상기 선박엔진에 가해지는 운전부하가 감소하면 상기 순환배관에서 상기 이산화탄소저장부로 이산화탄소를 이송하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박.
5. 제1항에 있어서,
   상기 과급기로부터 배출되어 상기 선박엔진으로 공급되는 소기(Scavenge Air) 및 이산화탄소를 열교환시키는 소기열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박.
6. 제5항에 있어서,
   상기 터빈부는 상기 배기열교환부 및 상기 소기열교환부 각각으로부터 배출되어 합류한 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키고,
   상기 배기열교환부 및 상기 소기열교환부는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박.
7. 선체를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 선박엔진;
   상기 선박엔진으로부터 배출되는 배기(Exhaus Gas)를 이용하여 상기 선박엔진에 공급하기 위한 소기(Scavenge Air)를 압축하는 과급기;
   상기 선체에 설치되는 발전기;
   상기 선체에 설치되고, 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소저장부;
   이산화탄소가 순환 유동하는 순환배관;
   상기 과급기로부터 배출되어 상기 엔진으로 공급되는 소기 및 상기 순환배관을 따라 유동하는 이산화탄소를 열교환시키는 소기열교환부;
   상기 발전기가 전기를 생산하도록 상기 소기열교환부로부터 배출되어 상기 순환배관을 따라 유동하는 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 발전기를 동작시키기 위한 동력을 발생시키는 터빈부; 및
   상기 순환배관 및 상기 이산화탄소저장부 각각에 연결되어 상기 순환배관을 따라 순환 유동하는 이산화탄소의 유량을 조절하는 유량조절부를 포함하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 설치된 선박.

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