KR20180097363A - 초임계 이산화탄소 발전시스템 - Google Patents

초임계 이산화탄소 발전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초임계 이산화탄소 발전시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용하여 터빈을 구동시키는 초임계 이산화탄소 발전부;를 포함하며, 선박 엔진의 배기가스를 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하되, 배기가스를 열원으로 공급받기에 앞서 초임계 이산화탄소는 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열교환됨으로써 이산화탄소 사이클의 효율을 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

초임계 이산화탄소 발전시스템{Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System}
본 발명은 초임계 이산화탄소 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용하여 터빈을 구동시키는 초임계 이산화탄소 발전부를 포함하며, 선박 엔진의 배기가스를 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하되, 배기가스를 열원으로 공급받기에 앞서 초임계 이산화탄소를 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열 교환시킴으로써 효율을 높일 수 있는 초임계 이산화탄소 발전시스템 에 관한 것이다.
선박이나 해상에 마련되는 해양 플랜트에는 추진이나 각종 장치들의 구동 등을 위해 동력이 필요하다. 따라서 이러한 동력을 공급하기 위한 동력 생산 시스템이 구비될 필요가 있다.
예컨대, 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.
따라서, 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있으며, 최근 들어 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.
초임계 상태의 이산화탄소는 액체 상태와 유사한 밀도에 기체와 비슷한 점성을 동시에 가지므로 기기의 소형화와 더불어, 유체의 압축 및 순환에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있다. 동시에 임계점이 31℃, 74 기압으로, 임계점이 373.95℃, 217.7 기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다. 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 550℃에서 운전할 경우 약 45% 수준의 순발전효율을 보이며, 기존 스팀 사이클의 발전효율 대비 20% 이상의 발전효율 향상과 함께 터보기기를 수십 분의 1 수준으로 축소가 가능한 장점이 있다. 또한, 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(closed cycle)로 운영되는 경우가 대부분이기 때문에 공해물질 배출 감소에 큰 도움이 될 수 있다.
따라서, 증기 터빈 대신에 이러한 초임계 이산화탄소 발전 터빈을 고려한 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0024495호(2016.03.07.)
본 발명은 상기와 같은 요구를 해소하고자 안출된 것으로, 초임계 이산화탄소 사이클을 선박 발전을 위해 적용할 수 있도록 하고, 특히 저온의 엔진 폐열, 선박의 배기가스로 전력을 생산할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용하여 터빈을 구동시키는 초임계 이산화탄소 발전부;를 포함하며, 선박 엔진의 배기가스를 상기 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하되, 상기 배기가스를 열원으로 공급받기에 앞서 초임계 이산화탄소는 상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열교환되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 초임계 이산화탄소 발전부는, 상기 터빈의 상류에 마련되어 상기 터빈으로 공급될 초임계 이산화탄소가 상기 배기가스를 열원으로 가열되는 제1 히터; 및 상기 제1 히터로 공급될 초임계 이산화탄소가 상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열교환되는 환열기; 를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 초임계 이산화탄소 발전부는, 상기 터빈의 하류에 마련되어 초임계 이산화탄소가 냉각되는 냉각기; 상기 냉각기에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 압축되는 압축기; 및 상기 압축기와 상기 히터를 연결하는 제1 배관을 포함하며, 상기 환열기는 상기 제1 배관에 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 초임계 이산화탄소 발전부는, 상기 압축기의 하류에서 상기 환열기를 바이패스하여 상기 히터의 상류로 연결되는 제2 배관을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 초임계 이산화탄소 발전부는, 상기 제2 배관에 마련되어 상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소가 가열되는 제2 히터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 히터에는 상기 선박의 엔진 자켓 워터(jacket water) 및 공기(air) 중 어느 하나가 열원으로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각기에서는 상기 터빈에서 배출되어 상기 환열기에서 열교환된 초임계 이산화탄소가 추가 냉각될 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각기에서는 초임계 이산화탄소가 해수 및 청수 중 어느 하나와 열교환으로 냉각될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이산화탄소를 압축하여 초임계 이산화탄소로 공급하는 압축기; 초임계 이산화탄소를 작동유체로 구동되는 터빈; 상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소가 선박 엔진의 배기가스를 열원으로 가열되어 상기 터빈으로 공급되는 제1 스트림; 및 상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 냉각되어 상기 압축기로 공급되는 제2 스트림을 포함하되, 상기 제1 스트림은 상기 배기가스로 가열되기에 앞서 상기 제2 스트림과 열교환으로 가열되는 것을 특징으로 하는, 초임계 이산화탄소 발전시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 스트림과 상기 제2 스트림이 열교환되는 환열기; 및 상기 제1 스트림으로부터 분기되며 상기 환열기를 바이패스하는 제3 스트림을 더 포함하고, 상기 제3 스트림은 상기 배기가스로 가열되기에 앞서 상기 선박의 엔진 자켓 워터(jacket water) 및 공기(air) 중 어느 하나를 열원으로 초임계 이산화탄소가 가열될 수 있다.
본 발명에 따르면, 선박 엔진의 배기가스를 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하며, 배기가스를 열원으로 공급받기에 앞서 초임계 이산화탄소를 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열교환시킴으로써, 초임계 이산화탄소 사이클의 효율을 높이는 효과가 있다.
초임계 이산화탄소 사이클에서의 초임계 이산화탄소 상호 열교환과 선박 엔진의 배기가스 폐열을 활용함으로써, 선박의 전체적인 연료 소비를 줄이고 선박의 에너지 효율을 높을 수 있다.
이러한 초임계 이산화탄소 발전 터빈을 적용할 경우 증기 터빈에 대비하여 약 20% 이상 발전 효율을 높일 수 있고, 설치 면적이 1/20로 크게 감소하여 설치 면적이 한정된 선박에 적용함으로써 화물 적재량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 발전시스템은, 초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용하여 터빈(110)을 구동시키는 초임계 이산화탄소 발전부(100)를 포함하며, 선박 엔진의 배기가스를 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하되, 배기가스를 열원으로 공급받기에 앞서 초임계 이산화탄소는 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열교환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 선박은 예를 들어 VLCC(Very Large Crude-oil Carrier), 컨테이너선(container ship)일 수 있고, 다른 선박에도 적용될 수 있다.
VLCC의 경우 엔진 폐열이 다른 선박에 비해 상대적으로 낮아 엔진 폐열을 이용하여 스팀 터빈을 구동시켜 전력을 생산이 곤란하고, 컨테이너선의 경우 엔진에 EGR(Exhaust Gas Recirculation)을 적용하면 Power turbine을 사용하지 못하여 스팀 터빈만으로 전력 생산이 부족해지는 단점이 있다. 본 발명은 스팀 터빈 대신 초임계 이산화탄소 사이클을 선박엔진 배기가스의 열회수 시스템에 적용함으로써 이러한 선박들에서 선내에 필요한 전력을 생산하여 공급할 수 있도록 한다.
본 실시예의 초임계 이산화탄소 발전부(100)는, 터빈(110)의 상류에 마련되어 터빈으로 공급될 초임계 이산화탄소가 배기가스를 열원으로 가열되는 제1 히터(120)와, 제1 히터로 공급될 초임계 이산화탄소가 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열교환되는 환열기(130)를 포함할 수 있다.
제1 히터는(120) 선박의 엔진에서 발생하는 배기가스와 초임계 이산화탄소를 열교환시킴으로써 초임계 이산화탄소를 가열하여 터빈으로 공급한다. 배기가스는 필요에 따라 폐열회수 보일러(미도시)과 같은 다른 장치를 거치거나 거치지 않고 바로 제1 히터(120)로 공급되도록 구성할 수 있다.
터빈(110)의 하류에는 초임계 이산화탄소가 냉각되는 냉각기(140)가 마련되고, 냉각기에서 배출되는 초임계 이산화탄소는 압축기(150)에서 압축되어, 압축기와 히터를 연결하는 제1 배관(L1)을 통해 제1 히터(120)로 순환된다. 이를 통해 초임계 이산화탄소 사이클은 폐 사이클(closed cycle)를 이룬다.
환열기(130)는 제1 배관(L1)에 마련됨으로써 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소는 터빈(110)에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열교환을 통해 1차 가열된 후 제1 히터(120)에서 추가 가열된다. 터빈에서 배출된 초임계 이산화탄소의 온도는 실시예에 따라 차이가 있으나 배기가스(Exhaust Gas)의 공급 온도에 따라 다르게 나타날 수 있다. 본 실시예는 터빈에서 배출된 고온의 초임계 이산화탄소와 제1 히터로 공급될 저온의 초임계 이산화탄소가 상호 열교환할 수 있는 환열기를 구성함으로써, 초임계 이산화탄소의 폐열을 활용하고 초임계 이산화탄소 사이클의 효율을 높일 수 있게 된다.
냉각기(140)에서는 터빈에서 배출되어 환열기를 거치면서, 압축된 초임계 이산화탄소와의 열교환을 통해 냉각된 초임계 이산화탄소가 추가 냉각된다. 냉각기에는 초임계 이산화탄소를 냉각하기 위한 냉매로 예를 들어 해수 또는 청수가 공급될 수 있다. 해수를 이용할 경우, 해수를 공급하는 펌프(미도시)에 의해 해수를 냉각기로 공급하여 초임계 이산화탄소와 열 교환시킨 후 배출하게 된다. 본 실시예는 환열기를 구성하여, 터빈에서 배출된 초임계 이산화탄소가 1차로 냉각된 후 냉각기로 공급되므로 냉각기에서 초임계 이산화탄소의 냉각에 필요한 해수 또는 청수의 양을 줄일 수 있다.
냉각기에서의 냉각은 공냉 방식으로 이루어질 수도 있다.
한편, 터빈에 의해 전력을 생산하는 발전기(미도시)는 생산된 전력을 선박의 추진용 모터에 인가하여 회전력을 생성하도록 하며, 추진용 모터의 회전력에 의해 선박의 프로펠러에 추진력을 생성하도록 할 수 있다.
도 2에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시스템을 개략적으로 도시하였다.
제2 실시예의 시스템은 제1 실시예의 발전시스템에, 압축기(150a)의 하류에서 환열기(130a)를 바이패스하여 히터의 상류로 연결되는 제2 배관(L2a)을 추가로 마련한 것이다.
제2 실시예의 초임계 이산화탄소 발전부(100a)에는, 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소가 가열되는 제2 히터(160a)가 제2 배관(L2a)에 마련된다.
제2 히터(160a)에서는 선박의 엔진 자켓 워터(jacket water) 및 공기(air) 중 어느 하나가 열원으로 공급되어, 압축된 초임계 이산화탄소를 가열함으로써 열효율을 더욱 높일 수 있다.
다른 구성이나 작용은 앞서 설명한 제 1 실시예와 동일하므로 설명은 생략하기로 한다.
개략적으로 살펴보면 본 발명에서는, 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소 선박 엔진의 배기가스를 열원으로 가열되어 터빈으로 공급되는 제1 스트림과, 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 냉각되어 압축기로 공급되는 제2 스트림을 포함하는 초임계 이산화탄소 사이클에서, 배기가스로 가열되기에 앞서 제1 스트림을 제2 스트림과 상호 열교환되도록 구성함으로써 사이클의 열효율을 높일 수 있다.
초임계 이산화탄소 사이클에서의 초임계 이산화탄소 상호 열교환과 선박 엔진의 배기가스 폐열을 활용함으로써, 선박의 전체적인 연료 소비를 줄이고 선박의 에너지 효율을 높을 수 있다.
이러한 초임계 이산화탄소 발전 터빈을 적용할 경우 증기 터빈에 대비하여 약 20% 이상 발전 효율을 높일 수 있고, 시스템이 컴팩트하여 설치 면적이 1/20로 크게 감소하므로, 설치 면적이 한정된 선박에 적용하면 화물 적재량을 증가시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100, 100a : 초임계 이산화탄소 발전부
110, 110a : 터빈
120, 120a : 제1 히터
130, 130a : 환열기
140, 140a : 냉각기
150, 150a : 압축기
160a : 제2 히터
L1, L1a : 제1 배관
L2a : 제2 배관

Claims (10)

  1. 초임계 이산화탄소를 작동유체로 사용하여 터빈을 구동시키는 초임계 이산화탄소 발전부를 포함하며,
    선박 엔진의 배기가스를 상기 초임계 이산화탄소 발전부의 열원으로 공급하되,
    상기 배기가스를 열원으로 공급받기에 앞서 초임계 이산화탄소는 상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열교환되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초임계 이산화탄소 발전부는,
    상기 터빈의 상류에 마련되어 상기 터빈으로 공급될 초임계 이산화탄소가 상기 배기가스를 열원으로 가열되는 제1 히터; 및
    상기 제1 히터로 공급될 초임계 이산화탄소가 상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소와 열교환되는 환열기를 포함하는, 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 초임계 이산화탄소 발전부는,
    상기 터빈의 하류에 마련되어 초임계 이산화탄소가 냉각되는 냉각기;
    상기 냉각기에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 압축되는 압축기; 및
    상기 압축기와 상기 히터를 연결하는 제1 배관을 포함하며,
    상기 환열기는 상기 제1 배관에 마련되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 초임계 이산화탄소 발전부는,
    상기 압축기의 하류에서 상기 환열기를 바이패스하여 상기 히터의 상류로 연결되는 제2 배관을 더 포함하는, 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 초임계 이산화탄소 발전부는,
    상기 제2 배관에 마련되어 상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소가 가열되는 제2 히터를 더 포함하는, 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 히터에는 상기 선박의 엔진 자켓 워터(jacket water) 및 공기(air) 중 어느 하나가 열원으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각기에서는 상기 터빈에서 배출되어 상기 환열기에서 열교환된 초임계 이산화탄소가 추가 냉각되는 것을 특징으로 하는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉각기에서는 초임계 이산화탄소가 해수 및 청수 중 어느 하나와 열교환으로 냉각되는 것을 특징으로 하는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  9. 이산화탄소를 압축하여 초임계 이산화탄소로 공급하는 압축기;
    초임계 이산화탄소를 작동유체로 구동되는 터빈;
    상기 압축기에서 압축된 초임계 이산화탄소가 선박 엔진의 배기가스를 열원으로 가열되어 상기 터빈으로 공급되는 제1 스트림; 및
    상기 터빈에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 냉각되어 상기 압축기로 공급되는 제2 스트림을 포함하되,
    상기 제1 스트림은 상기 배기가스로 가열되기에 앞서 상기 제2 스트림과 열교환으로 가열되는 것을 특징으로 하는, 초임계 이산화탄소 발전시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 스트림과 상기 제2 스트림이 열교환되는 환열기; 및
    상기 제1 스트림으로부터 분기되며 상기 환열기를 바이패스하는 제3 스트림을 더 포함하고,
    상기 제3 스트림은 상기 배기가스로 가열되기에 앞서 상기 선박의 엔진 자켓 워터(jacket water) 및 공기(air) 중 어느 하나를 열원으로 초임계 이산화탄소가 가열되는 것을 특징으로 하는, 초임계 이산화탄소 발전시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110486107A (zh) * 2019-07-31 2019-11-22 碧流天能(北京)科技股份有限公司 联合超临界水氧化技术的超临界二氧化碳发电系统及方法
CN112343680A (zh) * 2020-11-03 2021-02-09 上海齐耀动力技术有限公司 超临界二氧化碳发电系统及其运行控制方法
CN114922705A (zh) * 2022-04-21 2022-08-19 西安热工研究院有限公司 一种分流再压超临界二氧化碳循环系统及方法
KR20240017228A (ko) * 2022-07-28 2024-02-07 에이치디한국조선해양 주식회사 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 부유물

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160017740A (ko) * 2014-08-01 2016-02-17 현대중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
KR20160024495A (ko) 2014-08-26 2016-03-07 대우조선해양 주식회사 선박의 동력 생산 시스템 및 방법
KR20160125764A (ko) * 2015-04-22 2016-11-01 두산중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160017740A (ko) * 2014-08-01 2016-02-17 현대중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
KR20160024495A (ko) 2014-08-26 2016-03-07 대우조선해양 주식회사 선박의 동력 생산 시스템 및 방법
KR20160125764A (ko) * 2015-04-22 2016-11-01 두산중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전 시스템

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110486107A (zh) * 2019-07-31 2019-11-22 碧流天能(北京)科技股份有限公司 联合超临界水氧化技术的超临界二氧化碳发电系统及方法
CN112343680A (zh) * 2020-11-03 2021-02-09 上海齐耀动力技术有限公司 超临界二氧化碳发电系统及其运行控制方法
CN114922705A (zh) * 2022-04-21 2022-08-19 西安热工研究院有限公司 一种分流再压超临界二氧化碳循环系统及方法
CN114922705B (zh) * 2022-04-21 2024-03-01 西安热工研究院有限公司 一种分流再压超临界二氧化碳循环系统及方法
KR20240017228A (ko) * 2022-07-28 2024-02-07 에이치디한국조선해양 주식회사 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 부유물

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