KR20190046107A - 작동유체냉각장치 및 이를 이용한 발전 플랜트 - Google Patents

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KR20190046107A
KR20190046107A KR1020170139285A KR20170139285A KR20190046107A KR 20190046107 A KR20190046107 A KR 20190046107A KR 1020170139285 A KR1020170139285 A KR 1020170139285A KR 20170139285 A KR20170139285 A KR 20170139285A KR 20190046107 A KR20190046107 A KR 20190046107A
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이건주
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두산중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은, 작동유체를 2개의 열교환기를 이용하여 냉각시키고, 2개의 열교환기에 공급되는 냉열유체의 유량을 작동유체의 온도에 따라 조절함으로써 작동유체가 응고되는 것을 방지하는 작동유체냉각장치 및 이를 이용한 발전플랜트를 제공하기 위한 것으로, 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인; 상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기로 냉열유체를 공급하는 냉열유체공급라인; 일단이 상기 제1열교환기와 연결되고, 타단이 상기 제2열교환기와 연결되어, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체를 상기 제1열교환기로 공급하는 제1냉각라인; 상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 제1냉각라인과 연결되는 제2냉각라인; 및 상기 제2냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치를 제공한다.

Description

작동유체냉각장치 및 이를 이용한 발전 플랜트{Apparatus for cooling working fluid and Power generation plant using the same}
본 발명은 작동유체냉각장치 및 이를 이용한 발전플랜트에 관한 것으로, 더 상세하게는 초임계 상태의 작동유체를 이용하여 전기를 발생시키는 발전플랜트에 사용되는 작동유체냉각장치 및 이를 이용한 발전플랜트에 관한 것이다.
국제적으로 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있고, 공해물질 발생을 줄이기 위한 움직임이 점차 활발해짐에 따라 공해물질의 발생을 줄이면서 전력 생산량을 높이기 위해 여러 가지 노력을 기울이고 있으며, 그 중 하나로 일본특허공개 제2012-145092호에 개시된 바와 같이 초임계 상태의 작동 유체를 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)과 같은 연구 개발이 활성화되고 있다.
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 섭씨 31.4도, 72.8기압으로, 임계점이 섭씨 373.95도, 217.7기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다. 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 섭씨 550도에서 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.
도 1을 참조하면, 이러한 초임계 상태의 작동유체를 이용하는 발전플랜트의 경우, 작동유체를 펌프에서 가압하고, 열교환기에서 가열한 후, 가열된 작동유체를 터빈으로 공급하여 전기를 발생시킨 후, 작동유체냉각장치에서 냉각, 응축 후 다시 펌프로 이송시킨다.
작동유체로 초임계 이산화탄소를 사용하는 경우, 상기 작동유체냉각장치로서 액화천연가스의 냉열을 이용하는 것이 있다. 액화천연가스와 이산화탄소를 열교환시켜 이산화탄소를 -50℃ 또는 -40℃인 액체이산화탄소로 응축, 냉각시킨다.
그러나 이 과정에서 이산화탄소가 과냉되어 -57℃ 이하의 온도로 냉각되면 이산화탄소는 응고되어 고체상태로 된다. 이산화탄소가 고체상태가 되면 열교환기는 막히게 되고, 이에 따라 이산화탄소의 흐름이 정지하게 되며, 터빈 전후단 압력이 상승하게 되어 폭발 위험이 발생한다는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 작동유체를 2개의 열교환기를 이용하여 냉각시키고, 2개의 열교환기에 공급되는 냉열유체의 유량을 작동유체의 온도에 따라 조절함으로써 작동유체가 응고되는 것을 방지하는 작동유체냉각장치 및 이를 이용한 발전플랜트를 제공하기 위한 것이다
본 발명은, 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인; 상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기로 냉열유체를 공급하는 냉열유체공급라인; 일단이 상기 제1열교환기와 연결되고, 타단이 상기 제2열교환기와 연결되어, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체를 상기 제1열교환기로 공급하는 제1냉각라인; 상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 제1냉각라인과 연결되는 제2냉각라인; 및 상기 제2냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치를 제공한다.
바람직하게, 본 발명은, 상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유체공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브를 더 포함하고, 상기 작동유체는 이산화탄소이며, 상기 냉열유체는 액화천연가스(LNG) 또는 저온 부동액 또는 저온 질소기체일 수 있다.
그리고, 본 발명은, 상기 제2열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제2열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서 및 상기 작동유체온도센서의 측정치에 기초하여 상기 제1컨트롤 밸브 및 제2컨트롤밸브를 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제2컨트롤밸브를 제어하여 상기 제2냉각라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제어부는, 상기 제2컨트롤밸브 제어 후에도 상기 작동유체온도센서의 측정치가 낮아져서 상기 하한기준온도 보다 낮은 제2하한기준온도에 도달하는 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시킬 수 있다.
그리고 본 발명의 상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 상한기준온도 이상인 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 증가시키거나, 상기 제2컨트롤밸브를 제어하여 상기 제2냉각라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 감소시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명은, 상기 제1열교환기의 일측에 설치되어, 상기 제1열교환기로부터 배출된 냉열유체를 가열하여 승온시키는 제3열교환기를 더 포함하고, 상기 제3열교환기는 해수와 상기 냉열유체를 열교환시켜 상기 냉열유체를 승온시킬 수 있다.
그리고 상기 제1열교환기는 상기 작동유체를 응축시키고, 상기 냉열유체를 기화시킬 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인; 상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기로 냉열유체를 공급하는 냉열유체공급라인; 상기 제1열교환기를 통과한 냉열유체를 배출하는 냉열유체배출라인; 일단이 상기 제1열교환기와 연결되고, 타단이 상기 제2열교환기와 연결되어, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체를 상기 제1열교환기로 공급하는 제1냉각라인; 상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 냉열유체배출라인과 연결되는 제3냉각라인; 상기 제3냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2컨트롤밸브 및 상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유체공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치를 제공한다.
바람직하게, 본 발명은 상기 제2열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제2열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서 및 상기 작동유체온도센서의 측정치에 기초하여 상기 제1,2컨트롤밸브를 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 작동유체 냉각장치를 제공한다. .
본 발명의 상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시키고, 상기 제2컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체배출라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 상기 제2컨트롤밸브 제어 후에도 상기 작동유체온도센서의 측정치가 상기 하한기준온도보다 낮은 제2하한기준온도에 도달한 경우, 상기 제1컨트롤밸브의 개구를 줄여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시킬 수 있다.
그리고 다른 한편으로, 본 발명은, 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인; 상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기로 냉열유체를 공급하는 냉열원공급라인; 상기 제1열교환기를 통과한 냉열유체를 배출하는 냉열원배출라인; 일단이 상기 제2열교환기와 연결되고, 타단이 냉열유체배출라인과 연결되어, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체를 상기 냉열유체배출라인으로 공급하는 제4냉각라인; 상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 제1열교환기와 연결되는 제5냉각라인; 및 상기 제5냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2컨트롤밸브; 상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유체공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브 및 상기 제2열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제2열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서를 포함하는 작동유체 냉각장치를 제공할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제2컨트롤밸브를 제어하여 상기 제5냉각라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시키고, 상기 제2컨트롤밸브 제어 후에도 상기 작동유체온도센서의 측정치가 낮아져서 상기 하한기준온도 보다 낮은 제2하한기준온도에 도달하는 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시킬 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명은, 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인; 상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기로 냉열유체를 공급하는 냉열유체공급라인; 일단이 상기 제1열교환기와 연결되고, 타단이 상기 제2열교환기와 연결되어, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체를 상기 제1열교환기로 공급하는 제1냉각라인; 상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 제1냉각라인과 연결되는 제2냉각라인; 상기 제2냉각라인에 설치되어, 상기 제2냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2-1컨트롤밸브; 상기 냉열유체공급라인과 상기 제2냉각라인의 분기점의 일측에 설치되어 상기 제2열교환기로 공급되는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2-2컨트롤밸브; 및 상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유채공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치를 제공한다.
바람직하게 본 발명은, 상기 제2열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제2열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서를 포함하고, 상기 작동유체온도센서의 측정치에 기초하여 상기 제1,2컨트롤밸브를 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제2-1컨트롤밸브를 제어하여 상기 제2냉각라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시키고, 상기 제2-1컨트롤밸브 제어 후에도 상기 작동유체온도센서의 측정치가 낮아져서 상기 하한기준온도 보다 낮은 제2하한기준온도에 도달하는 경우, 상기 제1컨트롤밸브 또는 상기 제2-2컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명은, 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인; 상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 제1냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 제2냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기; 상기 제1열교환기로 제1냉열유체를 공급하는 냉열유체공급라인; 상기 제1열교환기를 통과한 냉열유체를 배출하는 냉열유체배출라인; 상기 제2열교환기로 제2냉열유체를 공급하는 제2냉열유체공급라인; 및 상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유체공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치를 제공할 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 상기 제1열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제1열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서를 더 포함하고, 상기 작동유체온도센서의 측정치에 기초하여 상기 제1컨트롤밸브 및 상기 제2냉열유체의 유량을 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 감소시킬 수 있다.
그리고 본 발명은, 작동유체를 압축시키는 펌프; 상기 펌프로부터 공급된 작동유체를 외부 열원과 열교환시켜 가열시키는 열교환장치; 상기 열교환장치를 통하여 가열된 작동유체를 이용하여 회전력을 발생시키고 이를 이용하여 전기를 생성하는 터빈장치; 상기 터빈장치로부터 배출된 작동유체를 냉각시킨 후 상기 펌프로 공급하는 작동유체냉각장치;를 포함하는 발전플랜트를 제공한다.
본 발명의 작동유체냉각장치 및 이를 이용한 발전플랜트에 따르면, 작동유체를 2개의 열교환기에서 2단계의 순차적인 냉각공정을 통하여 냉각시키고, 냉각 후의 작동유체의 온도에 따라 상기 2개의 열교환기에서 공급되는 냉열량을 변화시킴으로써 작동유체가 열교환기에서 응고되는 것을 방지할 수 있다.
도 1는 초임계 작동유체를 이용하는 발전플랜트의 작동유체의 압력-온도 선도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 작동유체냉각장치를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 작동유체냉각장치의 냉열유체의 상태별유량선도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 작동유체냉각장치를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 작동유체냉각장치의 냉열유체의 상태별유량선도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 작동유체냉각장치를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 작동유체냉각장치를 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 작동유체냉각장치를 도시한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 작동유체냉각장치를 이용하여 구성한도시한 발전플랜트의 개념도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
초임계 작동유체를 이용하는 발전 시스템은 발전에 사용된 작동유체를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이룬다. 상기 작동유체로서 초임계 이산탄소를 사용하는 경우, 화력 발전소 등에서 배출되는 배기 가스를 이용할 수 있어 단독 발전 시스템뿐만 아니라 화력 발전 시스템과의 복합 발전 시스템에도 사용될 수 있다.
사이클 내의 작동유체는 펌프를 통과한 후, 열교환기 등을 통과하면서 가열되어 고온고압의 초임계 상태가 되며, 초임계 작동유체는 터빈을 구동시킨다. 상기 터빈에는 발전기가 연결되며, 발전기는 상기 터빈의 구동력을 이용하여 전기를 발생시킨다.
터빈을 통과한 이산화탄소는 작동유체냉각장치에 의하여 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 펌프로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 작동유체 발전 시스템이란 사이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 시스템뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함하는 의미로 사용된다.
본 발명의 발전플랜트에서 사용되는 작동유체는 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합물을 포함할 수 있으며, 발전플랜트 내부에서 상기 작동유체는 초임계상태로 이용될 수 있다. 또한 작동 유체는, 질소, 아르곤, 이산화탄소와 프로판, 또는 이산화탄소와 암모니아, 또는 다른 유사한 기체들의 조합일 수 있다.
도 1은 이산화탄소 발전플랜트에서 작동하는 작동유체의 압력-온도 선도(P-T 선도)이다.
도 1을 참조하면, 작동유체는 펌프에 의하여 고압의 액체로 변화되고, 열교환기에서 가열되어 초임계 상태의 작동유체로 변화된다. 열교환기에서 가열된 작동유체는 터빈을 통과하며 회전동력을 발생시키며, 회전동력을 발생시킨 후 온도 및 압력이 감소되면 기체상태로 변환된다.
상기 터빈을 통과한 작동유체는 작동유체냉각장치에서 냉각, 응축되어 액체 상태로 변환되는데, 상기 작동유체냉각장치가 냉열원으로 극저온 냉매(예를 들어, -150℃ 액화천연가스)를 사용하는 경우, 도 1의 냉각영역 "A"에서 작동유체의 온도가 -57℃ 이하로 낮아져 응고되어 고체로 되는 문제가 발생할 수 있다.
도 2를 참조하면, 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 작동유체냉각장치(100)는, 작동유체공급라인(110), 제1,2열교환기(121) (122), 냉열유체공급라인(130), 제1냉각라인(131), 제2냉각라인(132), 제1컨트롤밸브(140), 제2컨트롤밸브(141), 작동유체온도센서(150), 제3열교환기(160) 및 제어부(170)로 이루어진다.
상기 작동유체공급라인(110)은 내부로 작동유체가 이송되는 공간을 형성하는 관형태로 이루어지며, 상기 작동유체공급라인(110)은 제1열교환기(121)로 작동유체를 공급한다. 본 실시예에서는 작동유체로서 이산화탄소가 사용되나, 이산화탄소 이외의 다른 물질도 작동유체로서 사용될 수 있음은 물론이다.
상기 제1열교환기(121)는, 상기 작동유체공급라인(110)과 연결되어, 상기 작동유체공급라인(110)을 통하여 이송된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시킨다. 상기 제1열교환기(121)의 내부에는 작동유체와 냉열유체의 유동공간이 각각 형성되어 있으며, 상기 작동유체와 냉열유체는 상기 제1열교환기(121)의 내부에서 서로 열교환을 하여 상기 작동유체는 냉각되어 응축되고, 상기 냉열유체는 온도가 상승하며 기화된다.
상기 제2열교환기(122)는 상기 제1열교환기(121)의 일측에 배치된다. 상기 제2열교환기(122)는 상기 제1열교환기(121)에서 배출된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시킨다.
상기 냉열유체공급라인(130)은, 상기 제2열교환기(122)와 연결되어, 상기 제2열교환기(122)로 냉열유체를 공급한다. 본 실시예에서는 냉열유체로서 액화천연가스가 사용된다. 냉열유체는 작동유체를 냉각시킬 수 있는 저온의 유체이면 액화천연가스 이외의 다른 물질(ex: 질소가스, 저온부동액 등)도 사용될 수 있음은 물론이다.
상기 제1열교환기(121)와 상기 제2열교환기(122)의 사이에는 냉열유체를 이송하는 제1냉각라인(131)이 형성된다. 상기 제1냉각라인(131)은 일단이 상기 제1열교환기(121)와 연결되고, 타단이 상기 제2열교환기(122)와 연결되어, 상기 제2열교환기(122)를 통과한 냉열유체를 상기 제1열교환기(121)로 이송시킨다.
상기 제2냉각라인(132)은, 일단이 상기 냉열유체공급라인(130)과 연결되고, 타단이 상기 제1냉각라인(131)과 연결되어, 상기 냉열유체공급라인(130)을 통하여 공급되는 냉열유체를 상기 제1냉각라인(131)으로 공급한다. 본 실시예의 제2냉각라인은 상기 제1냉각라인을 통하여 상기 제1열교환기로 냉열유체를 공급하는 구조이나, 상기 제2냉각라인은 상기 제1열교환기(121)와 직접 연결되어 상기 제1열교환기(121)로 냉열유체를 공급할 수도 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 작동유체냉각장치(100)는, 상기 냉열유체공급라인(330)을 통하여 공급되는 -150℃ 냉열유체의 일부를 상기 제2냉각라인(132)을 통하여 제1열교환기(121)로 공급한다.
상기 제2냉각라인(132)과 상기 냉열유체공급라인(130)의 접합부에는 제2컨트롤밸브(141)가 설치된다. 상기 제2컨트롤밸브(141)는 삼방밸브(3-way valve) 구조로 형성되어, 상기 제2냉각라인(132)으로 이송하는 냉열유체 및 상기 제2열교환기(125)로 이송되는 냉열유체의 유량을 조절한다.
상기 냉열유체공급라인(130)에는 제1컨트롤밸브(140)가 설치되고, 상기 제2열교환기(122)의 작동유체 배출측에는 작동유체온도센서(150)가 설치된다. 상기 제1컨트롤밸브(140)는 상기 냉열유체공급라인(130)을 통하여 공급되는 냉열유체의 유량을 밸브의 개도를 조절하여 제어하고, 상기 작동유체온도센서(150)는 상기 제2열교환기(122)를 통하여 배출되는 작동유체의 온도를 측정한다.
상기 제어부(170)는, 상기 작동유체온도센서(150) 및 상기 제1,2컨트롤밸브(140)(141)와 연결된다. 상기 제어부(170)는 상기 작동유체온도센서(150)의 측정치에 기초하여 상기 제1,2컨트롤밸브(140)(141)의 개도를 조절하여 상기 제2냉각유로를 통하여 상기 제1열교환기로 이송되는 냉열유체와 상기 제2열교환기로 공급되는 냉열유체를 조절한다.
도 3을 참조하면, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상운전범위(-42~-38℃)인 경우에는 제2컨트롤밸브(141)를 작동시키지 않는다. 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상범위의 하한기준온도(-42℃)보다 낮아지면, 상기 제어부(170)는 제2컨트롤밸브(141)를 제어하여 상기 제2냉각라인을 통하여 제1열교환기로 이송되는 냉열유체의 유량(도 3의 ③)을 증가시키고 상기 제2열교환기(122)로 유입되는 냉매의 유량(도 3의 ②)을 감소시킨다.
상기 제2컨트롤밸브(141) 제어 후에도, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상범위로 들어오지 않고, 계속하여 떨어져 제2하한기준온도(-46℃)에 도달하는 경우, 상기 제어부(170)는 상기 제1컨트롤밸브(140)를 제어하여 상기 냉열유체공급라인(130)으로 이송되는 냉열유체의 유량(도 3의 ①)을 감소시켜 작동유체의 온도가 더 낮아지지 않도록 하여 작동유체가 응고되는 것을 방지한다.
한편, 상기 작동유체온도센서(150)의 측정치가 정상운전범위의 상한기준온도(-38℃) 이상으로 높아지는 경우, 상기 제어부(170)는 상기 제2제어밸브(141)는 작동시키지 않고, 상기 제1컨트롤밸브(140)를 제어하여 상기 냉열유체공급라인(130)으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시켜 작동유체의 온도를 낮추도록 한다.
본 실시예에서는, 제2컨트롤밸브 제어 후 제1컨트롤밸브를 제어하는 것으로 작동유체의 응고를 방지하였으나, 본 실시예는 하나의 예시로서, 상기 제1,2컨트롤밸브의 제어 순서를 변경할 수도 있으며, 동시에 시행할 수도 있다.
상기 제1열교환기(121)의 일측에는 상기 제1열교환기(121)를 통과한 냉열유체를 배출시키는 냉열유체배출라인(133)이 형성되고, 상기 냉열유체배출라인(133)에는 제3열교환기(160)가 설치된다. 상기 제3열교환기(160)는 상기 제1열교환기(121)로부터 배출된 -40℃의 냉열유체(액화천연가스)를 해수와 열교환시켜 가열, 승온시킨다. 상기 제3열교환기(160)에서 가열, 승온된 냉열유체는 10℃의 온도로 외부로 이송된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 작동유체냉각장치를 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 작동유체냉각장치(200)는, 작동유체공급라인(210), 제1,2열교환기(221) (222), 냉열유체공급라인(230), 제1냉각라인(231), 제3냉각라인(232), 냉열유체배출라인(233), 제어부(270) 및 제1,2컨트롤밸브(240)(241)로 이루어진다.
본 발명의 제2실시예에 따른 작동유체냉각장치의 구성 중 상술한 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제1실시예와 상이한 구성인 제3냉각라인과 관련된 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 제3냉각라인은 상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 냉열유체배출라인과 연결되어, 상기 냉열유체공급라인에서 공급되는 냉열유체의 일부를 상기 냉열유체배출라인으로 이송시킨다.
상기 제3냉각라인과 상기 냉열유체공급라인의 연결부에는 상기 제3냉각라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2컨트롤밸브가 장착된다. 상기 제2컨트롤밸브(141)는 삼방밸브(3-way valve) 구조로 형성되어, 상기 제3냉각라인(232)으로 이송하는 냉열유체 및 상기 제2열교환기(125)로 이송되는 냉열유체의 유량을 조절한다.
상기 냉열유체공급라인(230)에는 제1컨트롤밸브(240)가 설치되고, 상기 제2열교환기(122)의 작동유체 배출 측에는 작동유체온도센서(250)가 설치된다. 상기 제1컨트롤밸브(240)는 상기 냉열유체공급라인(230)을 통하여 공급되는 냉열유체의 유량을 밸브의 개도를 조절하여 제어하고, 상기 작동유체온도센서(250)는 상기 제2열교환기(122)를 통하여 배출되는 작동유체의 온도를 측정한다.
상기 제어부(270)는 상기 작동유체온도센서(250)의 측정치에 기초하여 상기 제1,2컨트롤밸브(240)(241)의 개도를 조절하여 상기 제3냉각유로(232)를 통하여 상기 냉열유체배출라인(233)으로 이송되는 냉열유체와 상기 제2열교환기(222)로 공급되는 냉열유체를 조절한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 작동유체 냉각장치는, 제1실시예와는 상이하게, 상기 냉열유체공급라인으로 공급된 냉열유체의 일부를 제2열교환기의 후단이 아닌 제1열교환기의 후단으로 이송시킨다.
도 5를 참조하면, 상기 제어부(270)는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상운전범위(-42~-38℃)인 경우에는 제2컨트롤밸브(241)를 작동시키지 않는다. 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상범위의 하한기준온도(-42℃)보다 낮아지면, 상기 제어부(270)는 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 공급되는 냉열유체의 양(도 5의 ①)을 감소시킴과 동시에, 제2컨트롤밸브(241)를 제어하여 상기 제3냉각라인을 통하여 상기 냉열유체배출라인으로 이송되는 냉열유체의 유량(도 5의 ③)을 증가시키고 상기 제2열교환기(222)로 유입되는 냉매의 유량(도 5의 ②)을 감소시킨다.
상기 제1,2컨트롤밸브(240)(241) 제어 후에도, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상범위로 들어오지 않고, 계속하여 떨어져 제2하한기준온도(-46℃)에 도달하는 경우, 상기 제어부(270)는 상기 제1컨트롤밸브(240)를 제어하여 상기 냉열유체공급라인(230)으로 이송되는 냉열유체의 유량(도 5의 ①)을 계속하여 감소시켜 작동유체의 온도가 더 낮아지지 않도록 하여 작동유체가 응고되는 것을 방지한다.
한편, 상기 작동유체온도센서(250)의 측정치가 정상운전범위의 상한기준온도(-38℃) 이상으로 높아지는 경우, 상기 제어부(270)는 상기 제2제어밸브(241)는 작동시키지 않고, 상기 제1컨트롤밸브(240)를 제어하여 상기 냉열유체공급라인(230)으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시켜 작동유체의 온도를 낮추도록 한다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 작동유체냉각장치를 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 작동유체냉각장치(300)는, 작동유체공급라인(310), 제1,2열교환기(321) (322), 냉열유체공급라인(330), 냉열유체배출라인(333), 제4냉각라인(334), 제5냉각라인(335), 제어부(370) 및 제1,2컨트롤밸브(340)(341)로 이루어진다.
본 발명의 제3실시예에 따른 작동유체냉각장치의 구성 중 상술한 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제1실시예와 상이한 구성인 제4냉각라인 및 제5냉각라인과 관련된 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 제4냉각라인(334)은, 상기 제2열교환기(322)와 상기 냉열유체배출라인(333) 사이에 형성되며, 일단이 상기 제2열교환기(322)와 연결되고, 타단이 냉열유체배출라인(333)과 연결되어, 상기 제2열교환기(322)를 통과한 냉열유체를 상기 냉열유체배출라인(333)으로 이송시킨다.
상기 제5냉각라인은, 상기 냉열유체공급라인에서 분기되어 형성되며, 일단이 상기 제1열교환기와 연결되어, 상기 냉열유체공급라인으로 공급되는 냉열유체의 일부를 상기 제1열교환기로 공급한다.
그리고 상기 제2컨트롤밸브는, 상기 냉열유체공급라인과 상기 제5냉각라인의 연결부에 설치되어, 상기 제5냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 작동유체냉각장치는, 상기 냉열유체공급라인에서 분기된 제4냉각라인이 제1열교환기에 직접연결되어 -150℃의 냉열유체(액화천연가스)가 제1열교환기로 직접 공급되며, 또한, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체는 상기 제5냉각라인을 통하여 상기 냉열유체배출라인으로 이송된다.
상기 제어부(370)는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상운전범위(-42~-38℃)인 경우에는 제2컨트롤밸브(341)를 작동시키지 않는다. 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상범위의 하한기준온도(-42℃)보다 낮아지면, 상기 제어부(370)는 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 공급되는 냉열유체의 양을 감소시킴과 동시에, 제2컨트롤밸브(341)를 제어하여 상기 제5냉각라인(335)을 통하여 상기 제1열교환기로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시키고 상기 제2열교환기(322)로 유입되는 냉매의 유량을 감소시킨다.
상기 제1,2컨트롤밸브(340)(341) 제어 후에도, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상범위로 들어오지 않고, 계속하여 떨어져 제2하한기준온도(-46℃)에 도달하는 경우, 상기 제어부(370)는 상기 제1컨트롤밸브(340)를 제어하여 상기 냉열유체공급라인(330)으로 이송되는 냉열유체의 유량을 계속하여 감소시켜 작동유체의 온도가 더 낮아지지 않도록 하여 작동유체가 응고되는 것을 방지한다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 작동유체냉각장치(400)를 도시한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 작동유체냉각장치(400)는, 작동유체공급라인(210), 제1,2열교환기(421) (422), 냉열유체공급라인(430), 제1냉각라인(431), 제2냉각라인(432), 냉열유체배출라인(433), 제어부(470), 제1컨트롤밸브(440), 제2-1컨트롤밸브(442), 제2-2컨트롤밸브(443)으로 이루어진다.
본 발명의 제4실시예에 따른 작동유체냉각장치의 구성 중 상술한 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제1실시예와 상이한 구성인 제2-1컨트롤밸브(442), 제2-2컨트롤밸브(443)과 관련된 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 제2-1컨트롤밸브(442)는, 상기 제2냉각라인(432)에 설치되어 상기 제2냉각라인을 통하여 상기 제1열교환기로 이송되는 냉열유체의 유량을 조절한다.
상기 제2-2컨트롤밸브(443)는, 상기 냉열유체공급라인(430)과 상기 제2냉각라인(432)의 연결점의 일측에 설치되어 상기 제2열교환기(422)로 공급되는 냉열유체의 유량을 조절한다.
상기 제어부(470)는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제2-1컨트롤밸브(442)를 제어하여 상기 제2냉각라인(432)으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시킨다.
상기 제2-1컨트롤밸브(442)의 제어 후에도, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 정상범위로 들어오지 않고, 계속하여 떨어져 제2하한기준온도(-46℃)에 도달하는 경우, 상기 제어부(470)는 상기 제1컨트롤밸브(440)를 제어하여 상기 냉열유체공급라인(430)으로 이송되는 냉열유체의 유량을 감소시켜 작동유체의 온도가 더 낮아지지 않도록 하여 작동유체가 응고되는 것을 방지한다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 작동유체냉각장치(500)를 도시한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 작동유체냉각장치(500)는, 작동유체공급라인(510), 제1,2열교환기(521) (522), 냉열유체공급라인(530), 냉열유체배출라인(533), 제어부(570), 제2냉열유체공급라인(580) 및 제1컨트롤밸브(540)으로 이루어진다.
본 발명의 제5실시예에 따른 작동유체냉각장치의 구성 중 상술한 제1실시예와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 하며, 제1실시예와 상이한 구성인 제2냉열유체공급라인(580)과 관련된 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 제2냉열유체공급라인(580)은, 상기 제2열교환기(522)로 제2냉열유체를 공급한다. 상기 제2냉열유체는 작동유체의 정밀한 온도를 조절하기 위한 칠러(chiller)이다. 상기 칠러는 별도의 냉동사이클에서 발생하는 저온의 냉매로, 작동유체를 적정온도로 냉각시킨다.
한편, 상기 작동유체온도센서(550)는, 상기 제1열교환기(521)의 일측에 설치되어, 상기 제1열교환기(521)로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정한다.
상기 제어부(570)는 상기 작동유체온도센서(550)의 측정치에 기초하여 상기 제1컨트롤밸브(540) 및 상기 제2냉열유체의 유량을 선택적으로 제어한다. 상기 제어부(570)는, 상기 작동유체온도센서(550)에서 측정한 제1열교환기(521)에서 배출된 작동유체의 온도가 기 설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제1컨트롤밸브(540)를 제어하여 사이 제1열교환기(521)에 유입되는 냉열유체를 감소시킨다.
도 9는, 본 발명의 제1실시예에 따른 작동유체냉각장치를 이용하는 발전플랜트의 개요도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 작동유체냉각장치를 이용하는 발전플랜트는, 펌프(1100), 열교환장치(1200), 터빈장치(1300), 작동유체냉각장치(100) 및 복열기(1400)으로 이루어진다.
상기 펌프(1100)는 작동유체를 압축시켜 상기 열교환장치(1200)로 공급한다. 상기 열교환장치(1200)는 상기 펌프(110)로부터 공급된 작동유체와 외부열원과 열교환시켜 상기 작동유체를 가열한다. 상기 외부열원은 고온의 배기가스와 같이 폐열을 갖는 기체가 사용될 수 있다.
상기 터빈장치(1300)는, 상기 열교환장치(1200)를 통과하여 공급되는 작동유체를 이용하여 회전동력을 발생시키고, 발전기(1310)는 상기 터빈장치의 회전동력을 이용하여 전기를 생성한다.
상기 터빈장치를 통과한 작동유체는 작동유체회수라인을 통하여 작동유체냉각장치(100)로 이송된다.
상기 작동유체회수라인에는 복열기(1400)가 설치된다. 상기 복열기는 상기 펌프로부터 공급되는 작동유체와 상기 터빈에서 배출된 작동유체를 서로 열교환시켜 상기 펌프로부터 공급되는 작동유체를 가열함과 동시에, 상기 터빈으로부터 배출된 작동유체를 냉각시킨다.
상기 작동유체냉각장치(100)는 상기 복열기(1400)의 후측에 배치되며, 상기 터빈장치(1300)에서 배출된 후 상기 복열기(1400)를 통과한 작동유체를 냉각하여 응축시킨다.
본 실시예에서, 상기 작동유체냉각장치는 상술한 제1실시예의 작동유체냉각장치(100)로 설명되었으나, 제2 내지 제5실시예에 따른 작동유체냉각장치(200)(300)(400)(500) 중 어느 하나가 이용될 수 있음은 물론이다.
상기 작동유체냉각장치(100)에서 냉각, 응축된 작동유체는 상기 펌프(1100)로 다시 이송되며, 상기 펌프(1100)는 이송된 작동유체를 가압하여 열교환장치(1200)로 공급한다.
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.
100 : 작동유체냉각장치 110 : 작동유체 공급라인
121 : 제1열교환기 122 : 제2열교환기
130 : 냉열유체 공급라인 131 : 제1냉각라인
132 : 제2냉각라인 140 : 제1컨트롤밸브
150 : 작동유체온도센서 160 : 제3열교환기
170 : 제어부

Claims (38)

  1. 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인;
    상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기;
    상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기;
    상기 제2열교환기로 냉열유체를 공급하는 냉열유체공급라인;
    일단이 상기 제1열교환기와 연결되고, 타단이 상기 제2열교환기와 연결되어, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체를 상기 제1열교환기로 공급하는 제1냉각라인;
    상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 제1냉각라인과 연결되는 제2냉각라인; 및
    상기 제2냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유체공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 작동유체는 이산화탄소, 질소, 아르곤 중 어느 하나인 작동유체 냉각장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉열유체는 액화천연가스(LNG) 또는 저온부동액 또는 질소 기체인 작동유체 냉각장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제2열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 작동유체온도센서의 측정치에 기초하여 상기 제1컨트롤 밸브 및 제2컨트롤밸브를 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제2컨트롤밸브를 제어하여 상기 제2냉각라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 작동유체 냉각장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2컨트롤밸브 제어 후에도 상기 작동유체온도센서의 측정치가 낮아져서 상기 하한기준온도 보다 낮은 제2하한기준온도에 도달하는 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시키는 작동유체 냉각장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체량을 감소시키는 작동유체 냉각장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 상한기준온도 이상인 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 증가시키는 작동유체 냉각장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 상한기준온도 이상인 경우, 상기 제2컨트롤밸브를 제어하여 상기 제2냉각라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 작동유체 냉각장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1열교환기의 일측에 설치되어, 상기 제1열교환기로부터 배출된 냉열유체를 가열하여 승온시키는 제3열교환기를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제3열교환기는 해수와 상기 냉열유체를 열교환시켜 상기 냉열유체를 승온시키는 것을 특징으로 하는 작동유체 냉각장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1열교환기는 상기 작동유체를 응축시키고, 상기 냉열유체를 기화시키는 것을 특징으로 하는 작동유체 냉각장치.
  15. 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인;
    상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기;
    상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기;
    상기 제2열교환기로 냉열유체를 공급하는 냉열유체공급라인;
    상기 제1열교환기를 통과한 냉열유체를 배출하는 냉열유체배출라인;
    일단이 상기 제1열교환기와 연결되고, 타단이 상기 제2열교환기와 연결되어, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체를 상기 제1열교환기로 공급하는 제1냉각라인;
    상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 냉열유체배출라인과 연결되는 제3냉각라인; 및
    상기 제3냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유체공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제2열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 작동유체온도센서의 측정치에 기초하여 상기 제1,2컨트롤밸브를 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시키고, 상기 제2컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체배출라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 작동유체 냉각장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2컨트롤밸브 제어 후에도 상기 작동유체온도센서의 측정치가 상기 하한기준온도보다 낮은 제2하한기준온도에 도달한 경우, 상기 제1컨트롤밸브의 개구를 줄여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시키는 작동유체 냉각장치.
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시키는 작동유체 냉각장치.
  22. 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인;
    상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기;
    상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기;
    상기 제2열교환기로 냉열유체를 공급하는 냉열원공급라인;
    상기 제1열교환기를 통과한 냉열유체를 배출하는 냉열원배출라인;
    일단이 상기 제2열교환기와 연결되고, 타단이 냉열유체배출라인과 연결되어, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체를 상기 냉열유체배출라인으로 공급하는 제4냉각라인;
    상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 제1열교환기와 연결되는 제5냉각라인; 및
    상기 제5냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유체공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 제2열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제2열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 작동유체온도센서의 측정치에 기초하여 상기 제1,2컨트롤밸브를 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시키고, 상기 제2컨트롤밸브를 제어하여 상기 제5냉각라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 작동유체 냉각장치.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2컨트롤밸브 제어 후에도 상기 작동유체온도센서의 측정치가 상기 하한기준온도보다 낮은 제2하한기준온도에 도달할 경우, 상기 제1컨트롤밸브의 개구를 줄여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시키는 작동유체 냉각장치.
  28. 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인;
    상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기;
    상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기;
    상기 제2열교환기로 냉열유체를 공급하는 냉열유체공급라인;
    일단이 상기 제1열교환기와 연결되고, 타단이 상기 제2열교환기와 연결되어, 상기 제2열교환기를 통과한 냉열유체를 상기 제1열교환기로 공급하는 제1냉각라인;
    상기 냉열유체공급라인에서 분기되며, 일단이 상기 제1냉각라인과 연결되는 제2냉각라인;
    상기 제2냉각라인에 설치되어, 상기 제2냉각라인으로 이송하는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2-1컨트롤밸브 및
    상기 냉열유체공급라인과 상기 제2냉각라인의 분기점의 일측에 설치되어 상기 제2열교환기로 공급되는 냉열유체의 유량을 조절하는 제2-2컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유채공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 제2열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제2열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 작동유체온도센서의 측정치에 기초하여 상기 제1,2컨트롤밸브를 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제2-1컨트롤밸브를 제어하여 상기 제2냉각라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 작동유체 냉각장치.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2-1컨트롤밸브 제어 후에도 상기 작동유체온도센서의 측정치가 낮아져서 상기 하한기준온도 보다 낮은 제2하한기준온도에 도달하는 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유체를 감소시키는 작동유체 냉각장치.
  34. 작동유체를 이송, 공급하는 작동유체공급라인;
    상기 작동유체공급라인을 통하여 공급된 작동유체를 제1냉열유체와 열교환시켜 냉각시키는 제1열교환기;
    상기 제1열교환기의 일측에 배치되며, 상기 제1열교환기를 통과한 작동유체를 제2냉열유체와 열교환시켜 2차 냉각시키는 제2열교환기;
    상기 제1열교환기로 제1냉열유체를 공급하는 냉열유체공급라인;
    상기 제1열교환기를 통과한 냉열유체를 배출하는 냉열유체배출라인;
    상기 제2열교환기로 제2냉열유체를 공급하는 제2냉열유체공급라인; 및
    상기 냉열유체공급라인에 설치되어, 상기 냉열유체공급라인을 통하여 유동하는 냉열유체의 유량을 제어하는 제1컨트롤밸브를 포함하는 작동유체 냉각장치.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 제1열교환장치의 일측에 설치되어, 상기 제1열교환장치로부터 배출되는 작동유체의 온도를 측정하는 작동유체온도센서를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 작동유체온도센서의 측정치에 기초하여 상기 제1컨트롤밸브 및 상기 제2냉열유체의 유량을 선택적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 작동유체 냉각장치.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 작동유체온도센서의 측정치가 기설정된 하한기준온도 이하인 경우, 상기 제1컨트롤밸브를 제어하여 상기 냉열유체공급라인으로 이송되는 냉열유체의 유량을 감소시키는 작동유체 냉각장치.
  38. 작동유체를 압축시키는 펌프;
    상기 펌프로부터 공급된 작동유체를 외부 열원과 열교환시켜 가열시키는 열교환장치;
    상기 열교환장치를 통하여 가열된 작동유체를 이용하여 회전력을 발생시키고 이를 이용하여 전기를 생성하는 터빈장치;
    상기 터빈장치로부터 배출된 작동유체를 냉각시킨 후 상기 펌프로 공급하는 작동유체냉각장치;를 포함하고,
    상기 작동유체냉각장치는 청구항 1 내지 청구항 36 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발전플랜트.
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WO2024111707A1 (ko) * 2022-11-24 2024-05-30 오승재 냉수 및 냉기 발생장치

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