KR20200089462A - Carbon dioxide power system connected to engine - Google Patents

Carbon dioxide power system connected to engine Download PDF

Info

Publication number
KR20200089462A
KR20200089462A KR1020190006199A KR20190006199A KR20200089462A KR 20200089462 A KR20200089462 A KR 20200089462A KR 1020190006199 A KR1020190006199 A KR 1020190006199A KR 20190006199 A KR20190006199 A KR 20190006199A KR 20200089462 A KR20200089462 A KR 20200089462A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
engine
passed
compressor
pump
Prior art date
Application number
KR1020190006199A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102562651B1 (en
Inventor
김범주
류광년
박수만
이준호
이철희
함진기
Original Assignee
한국전력공사
한국조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사, 한국조선해양 주식회사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020190006199A priority Critical patent/KR102562651B1/en
Publication of KR20200089462A publication Critical patent/KR20200089462A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102562651B1 publication Critical patent/KR102562651B1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
    • F01K11/02—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

The present invention relates to a carbon dioxide power generation system interlocked with an engine, comprising: a turbine (12) and a first compressor (13) receiving an exhaust gas discharged from the engine (11) to be driven and supplying compressed air to the engine (11); a circulation pipeline (21) in which carbon dioxide circulates; a first heater (22) heating the carbon dioxide circulating in the circulation pipeline (21) by exchanging heat with the exhaust gas; a carbon dioxide turbine (23) receiving the carbon dioxide having passed through the first heater (22) to be driven; a cooler (24) cooling the carbon dioxide having passed through the carbon dioxide turbine (23); a pump or a second compressor (25) compressing the carbon dioxide having passed through the cooler (24); an engine cooling heat exchanger (26) cooling the engine (11) by exchanging heat with the carbon oxide having passed through the pump or the second compressor (25); and a scavenger (27) cooling the compressed air supplied to the engine (11) by exchanging heat with the carbon dioxide having passed through the engine cooling heat exchanger (26). The present invention interlocks a carbon dioxide power generation facility with an engine on the land or in a ship and interlocks a heat pump for hot water supply or room heating with the carbon dioxide power generation facility to enhance energy efficiency, thereby generating eco-friendly and efficient power.

Description

엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템{CARBON DIOXIDE POWER SYSTEM CONNECTED TO ENGINE}Carbon dioxide power generation system linked to engine {CARBON DIOXIDE POWER SYSTEM CONNECTED TO ENGINE}

본 발명은 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전 및 에너지 효율을 높이고 온실가스 감축이 가능한 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide power generation system linked to an engine, and more particularly, to a carbon dioxide power generation system linked to an engine capable of increasing power generation and energy efficiency and reducing greenhouse gas.

우리나라는 온실가스 중 39%가 발전 분야에서 배출되고 있으며, 2030년까지 국가온실가스 감축 목표 달성에 기여하고, 선박의 경우 국제해사기구의 온실가스 규제를 충족시켜야 한다.In Korea, 39% of greenhouse gases are emitted from the power generation sector, and contribute to the achievement of the national greenhouse gas reduction target by 2030, and ships must meet the international maritime organization's greenhouse gas regulations.

따라서 발전 및 에너지 효율 향상을 통한 온실가스 감축이 절실한 상황이다.Therefore, it is urgent to reduce greenhouse gas emissions by improving power generation and energy efficiency.

특허문헌 1: 공개특허공보 제2017-0050383호(2017.05.11 공개)Patent Literature 1: Published Patent Publication No. 2017-0050383 (released on May 11, 2017)

본 발명의 목적은 이산화탄소 발전 설비를 육상 또는 선박 등의 엔진에 연계하고, 이산화탄소 발전 설비에 급탕 또는 난방을 위한 히트펌프를 연계하여 에너지 효율을 높이고 친환경적이면서 효율적인 발전이 가능하도록 한 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템을 제공하는 것이다. The object of the present invention is to link the carbon dioxide power generation equipment to engines such as land or ships, and to the carbon dioxide power generation facility to link heat pumps for hot water supply or heating, to increase energy efficiency and to achieve eco-friendly and efficient power generation, and carbon dioxide linked to engines. It is to provide a power generation system.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 엔진과 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 공급되어 구동되고 상기 엔진에 압축 공기를 공급하는 터빈 및 제1 압축기와 이산화탄소가 순환하는 순환배관과 상기 순환배관을 순환하는 이산화탄소를 상기 배기가스와 열교환을 통해 가열하는 제1 가열기와 상기 제1 가열기를 통과한 이산화탄소가 공급되어 구동되는 이산화탄소 터빈과 상기 이산화탄소 터빈을 통과한 이산화탄소를 냉각시키는 냉각기와 상기 냉각기를 통과한 이산화탄소를 압축하는 펌프 또는 제2 압축기와 상기 제2 압축기를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 상기 엔진을 냉각시키는 엔진냉각열교환기와 상기 엔진냉각열교환기를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 상기 엔진에 공급되는 압축 공기를 냉각하는 소기를 포함한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is an engine and the exhaust gas discharged from the engine is supplied and driven and the turbine and the first compressor and carbon dioxide circulating to supply compressed air to the engine are circulated A carbon dioxide turbine driven by supplying carbon dioxide that has passed through the first heater and the first heater that heats the circulation pipe and the carbon dioxide circulating through the circulation pipe through heat exchange with the exhaust gas and the carbon dioxide passed through the carbon dioxide turbine are cooled. The heat exchange between the engine cooling heat exchanger cooling the engine and the carbon dioxide passing through the engine cooling heat exchanger through a heat exchanger between the cooler and the pump compressing the carbon dioxide passed through the cooler or the carbon dioxide passing through the second compressor and the second compressor. And scavenging air for cooling the compressed air supplied to the engine.

상기 소기를 통과하여 상기 제1 가열기로 공급하는 이산화탄소와 상기 이산화탄소 터빈을 통과하여 상기 냉각기로 공급하는 이산화탄소의 열교환을 수행하는 재열기를 더 포함한다.The reheater further performs heat exchange between carbon dioxide supplied to the first heater through the scavenger and carbon dioxide supplied to the cooler through the carbon dioxide turbine.

상기 펌프 또는 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 공급받아 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환시키는 히트펌프를 더 포함한다.It further includes a heat pump that receives the carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor and exchanges heat with a fluid for hot water supply or heating.

상기 펌프 또는 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 상기 엔진냉각열교환기와 상기 히트펌프로 분기하여 공급하기 위한 3방향 밸브를 포함할 수 있다.It may include a three-way valve for branching and supplying the carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor to the engine cooling heat exchanger and the heat pump.

상기 히트펌프를 통과한 이산화탄소는 상기 냉각기로 공급할 수 있다.Carbon dioxide that has passed through the heat pump can be supplied to the cooler.

상기 히트펌프와 상기 냉각기를 연결하는 순환배관에 상기 히트펌프를 통과한 이산화탄소의 압력을 낮추어 상기 냉각기로 공급하기 위한 팽창밸브를 포함할 수 있다.A circulation valve connecting the heat pump and the cooler may include an expansion valve for lowering the pressure of carbon dioxide passing through the heat pump and supplying it to the cooler.

상기 펌프 또는 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 상기 히트펌프로 공급하기 전, 상기 이산화탄소를 가열하기 위한 제2 가열기와 상기 제2 가열기를 통과한 이산화탄소를 압축시키기 위한 펌프 또는 제3 압축기를 더 포함할 수 있다.Before supplying the carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor to the heat pump, a second heater for heating the carbon dioxide and a pump or a third compressor for compressing carbon dioxide passing through the second heater may be further included. Can.

상기 엔진에서 배출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 포집하여 상기 순환배관에 공급하는 이산화탄소 포집기를 더 포함할 수 있다.A carbon dioxide collector that collects carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the engine and supplies it to the circulation pipe may be further included.

상기 소기를 통과하여 상기 제1 가열기로 공급하는 이산화탄소와 상기 이산화탄소 터빈을 통과하여 상기 냉각기로 공급하는 이산화탄소의 열교환을 수행하는 재열기를 더 포함할 수 있다.It may further include a reheater for performing heat exchange between carbon dioxide supplied to the first heater through the scavenger and carbon dioxide supplied to the cooler through the carbon dioxide turbine.

상기 이산화탄소 포집기에서 포집된 이산화탄소를 상기 재열기를 통과한 이산화탄소 혼합하기 위해 상기 재열기와 상기 냉각기 사이의 순환배관에 설치되는 이젝터를 포함할 수 있다.The carbon dioxide collected by the carbon dioxide collector may include an ejector installed in a circulation pipe between the reheater and the cooler to mix carbon dioxide that has passed through the reheater.

상기 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 공급받아 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환시키는 히트펌프를 더 포함할 수 있다.The second pump may further include a heat pump that receives carbon dioxide that has passed through the second compressor and exchanges heat with a fluid for hot water supply or heating.

상기 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 상기 엔진냉각열교환기와 상기 히트펌프로 분기하여 공급하고, 일부는 배출 가능도록 하는 4방향 밸브를 포함할 수 있다.Carbon dioxide that has passed through the second compressor may be branched and supplied to the engine cooling heat exchanger and the heat pump, and a part may include a four-way valve to be discharged.

상기 히트펌프를 통과한 이산화탄소는 상기 이젝터를 통해 상기 냉각기로 공급할 수 있다.Carbon dioxide that has passed through the heat pump can be supplied to the cooler through the ejector.

상기 히트펌프와 상기 이젝터를 연결하는 순환배관에 상기 히트펌프를 통과한 이산화탄소의 압력을 낮추어 상기 냉각기로 공급하기 위한 팽창밸브를 포함할 수 있다.A circulation valve connecting the heat pump and the ejector may include an expansion valve for lowering the pressure of carbon dioxide passing through the heat pump and supplying it to the cooler.

본 발명은 이산화탄소 발전 사이클의 작동 유체인 이산화탄소가 엔진의 배기가스와 열교환을 통해 가열되므로 이산화탄소를 가열하기 위한 에너지 투입량을 줄여 발전 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다. The present invention is effective in reducing the cost of power generation by reducing the amount of energy input for heating carbon dioxide, since carbon dioxide, which is the working fluid of the carbon dioxide power generation cycle, is heated through heat exchange with the exhaust gas of the engine.

또한, 본 발명은 냉각기를 1개만 활용하여 이산화탄소를 냉각하고 냉각된 이산화탄소가 엔진의 냉각에 활용되도록 이산화탄소 발전 사이클을 구성하며, 히트펌프와 연계하여 이산화탄소를 히트펌프의 작동유체로 활용하므로 냉각기에 차지하는 공간적, 경제적 비용을 줄일 수 있고 설비를 컴팩터하게 구성할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention uses only one cooler to cool the carbon dioxide and constitutes a carbon dioxide power generation cycle so that the cooled carbon dioxide is used to cool the engine, and in connection with the heat pump, the carbon dioxide is used as the working fluid of the heat pump, so it occupies the cooler. It has the effect of reducing the spatial and economic costs and making the equipment compact.

따라서 본 발명은 설비가 단순해지고 설비 원가가 절감되며 운전이 용이한 효과를 가지며, 더욱이 단순한 설비로 인해 유지보수에 필요한 비용을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 발전 효율 향상을 통한 온실가스 저감 효과도 기대할 수 있다. Therefore, the present invention simplifies the facility, reduces the cost of equipment, has an effect of easy operation, furthermore, has the effect of reducing the cost required for maintenance due to the simple equipment, and can also expect a greenhouse gas reduction effect through improving power generation efficiency. Can.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 의한 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 구성도.1 is a block diagram schematically showing a carbon dioxide power generation system linked to an engine according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic view showing a carbon dioxide power generation system linked to the engine according to the second embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic view showing a carbon dioxide power generation system linked to the engine according to a third embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic view showing a carbon dioxide power generation system linked to the engine according to the fourth embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템(이하, '이산화탄소 발전 시스템'이라 함)은 이산화탄소를 작동유체로 동작하며 열을 원료로 전력을 생산하고, 엔진과 연계하여 열은 엔진의 배기가스로부터 공급받는다.The carbon dioxide power generation system linked to the engine of the present invention (hereinafter referred to as a'carbon dioxide power generation system') operates carbon dioxide as a working fluid and produces power as heat as raw material, and heat is supplied from the exhaust gas of the engine in connection with the engine. Receive.

또한, 이산화탄소 발전 시스템은 히트펌프와 연계하여 이산화탄소를 히트펌프의 작동유체로 활용한다.In addition, the carbon dioxide power generation system utilizes carbon dioxide as a working fluid for the heat pump in connection with the heat pump.

또한, 이산화탄소 발전 시스템은 이산화탄소가 엔진의 냉각에 활용되도록 이산화탄소 발전 사이클을 구성한다.In addition, the carbon dioxide power generation system constitutes a carbon dioxide power generation cycle so that carbon dioxide is used for cooling of the engine.

엔진(11)은 육상 또는 선박의 엔진일 수 있다. The engine 11 may be an engine of a land or ship.

본 발명은 제1 내지 제4 실시예로 구분하여 설명하기로 한다. The present invention will be described separately in the first to fourth embodiments.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 이산화탄소 발전 시스템(10)은 엔진(11), 터빈(12), 제1 압축기(13), 순환배관(21), 제1 가열기(22), 이산화탄소 터빈(23), 냉각기(24), 펌프 또는 제2 압축기(25), 엔진냉각열교환기(26), 소기(27) 및 재열기(28)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the carbon dioxide power generation system 10 of the first embodiment includes an engine 11, a turbine 12, a first compressor 13, a circulation pipe 21, a first heater 22, carbon dioxide Turbine 23, cooler 24, pump or second compressor 25, engine cooling heat exchanger 26, scavenger 27 and reheater 28.

엔진(11)에서 배출되는 배기가스가 터빈(12)을 구동시킨다. 터빈(12)의 구동에 의해 제1 압축기(13)가 동작하여 공기를 유입하고 압축시키며, 압축된 공기를 엔진(11)에 공급한다. 압축된 공기는 엔진(11)에 공급되어 연료와 혼합되고 연소되어 동력을 발생한다. 즉, 터빈(12) 및 제1 압축기(13)는 엔진(11)에서 배출되는 배기가스에 의해 구동하고 엔진(11)에 공기를 공급한다. 엔진(11)의 배기가스는 과급기(미도시)를 거치면서 터빈(12)으로 이동하여 제1 압축기(13)를 구동시킨다. 엔진(11)의 배기가스 중에 과급기 전단에서 일부 배기가스를 파워 터빈으로 보내어서 발전 용량을 증대시킬 경우, 파워 터빈 배기의 열을 활용하여 이산화탄소를 가열할 수 있다.The exhaust gas discharged from the engine 11 drives the turbine 12. The first compressor 13 operates by driving the turbine 12 to introduce and compress air, and supplies compressed air to the engine 11. Compressed air is supplied to the engine 11 to be mixed with fuel and burned to generate power. That is, the turbine 12 and the first compressor 13 are driven by exhaust gas discharged from the engine 11 and supply air to the engine 11. The exhaust gas of the engine 11 moves to the turbine 12 while passing through a supercharger (not shown) to drive the first compressor 13. In the exhaust gas of the engine 11, when some of the exhaust gas is sent from the front end of the supercharger to the power turbine to increase the power generation capacity, carbon dioxide can be heated by utilizing the heat of the power turbine exhaust.

터빈(12)을 거친 배기가스는 제1 가열기(22)를 거친 후 배기될 수 있다.The exhaust gas that has passed through the turbine 12 may be exhausted after passing through the first heater 22.

순환배관(21)은 이산화탄소 발전 사이클을 형성하기 위해 이산화탄소가 순환하는 폐회로를 구성하는 배관이다. The circulation pipe 21 is a pipe constituting a closed circuit in which carbon dioxide circulates to form a carbon dioxide power generation cycle.

제1 가열기(22)는 순환배관(21)을 순환하는 이산화탄소를 배기가스와 열교환을 통해 가열한다. 제1 가열기(22)에서 배기가스의 열에 의해 가열된 이산화탄소는 이산화탄소 터빈(23)에 공급된다.The first heater 22 heats carbon dioxide circulating in the circulation pipe 21 through heat exchange with exhaust gas. Carbon dioxide heated by the heat of the exhaust gas in the first heater 22 is supplied to the carbon dioxide turbine 23.

이산화탄소 터빈(23)은 제1 가열기(22)를 통과한 이산화탄소가 공급되어 구동된다. 제1 가열기(22)를 통과한 이산화탄소는 고온고압의 이산화탄소로, 터빈 날개를 고속으로 회전시켜 전력을 생산한다. The carbon dioxide turbine 23 is driven by being supplied with carbon dioxide that has passed through the first heater 22. The carbon dioxide that has passed through the first heater 22 is high-temperature and high-pressure carbon dioxide, and generates electricity by rotating the turbine blades at high speed.

이산화탄소의 임계점은 31℃, 7.37MPa인데, 유체는 임계점보다 높은 온도와 압력에서는 초임계 상태로 변화한다. 초임계 상태는 액체도 기체도 아닌 상태로 액체처럼 밀도가 높지만 기체처럼 팽창하여 공간을 차지하며 임계점 근처에서 작은 온도 변화는 큰 밀도 변화를 유발하므로 발전 효율이 높다. 이산화탄소 발전 사이클은 압축, 가열, 팽창, 냉각 과정을 거치면서 초임계 상태를 유지한다. 이산화탄소는 제1 가열기(22)를 통과하면서 가열되고 이산화탄소 터빈(23)에서 팽창 과정을 거치게 된다. The critical point of carbon dioxide is 31°C and 7.37 MPa, and the fluid changes to a supercritical state at a temperature and pressure higher than the critical point. The supercritical state is neither liquid nor gaseous and has a high density like liquid, but expands like a gas to occupy space, and small temperature changes near the critical point cause large density changes, resulting in high power generation efficiency. The carbon dioxide power generation cycle maintains a supercritical state through compression, heating, expansion, and cooling processes. Carbon dioxide is heated while passing through the first heater 22 and undergoes an expansion process in the carbon dioxide turbine 23.

냉각 과정은 냉각기(24)에서 수행된다. 냉각기(24)는 이산화탄소 터빈을 통과한 이산화탄소를 냉각시킨다. 냉각기(24)는 공기 또는 물을 이용하여 이산화탄소를 냉각시킬 수 있다. The cooling process is performed in the cooler 24. The cooler 24 cools the carbon dioxide that has passed through the carbon dioxide turbine. The cooler 24 may cool carbon dioxide using air or water.

펌프 또는 제2 압축기(25)는 냉각기(24)를 통과한 이산화탄소를 압축한다.The pump or second compressor 25 compresses carbon dioxide that has passed through the cooler 24.

엔진냉각열교환기(26)는 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 엔진을 냉각시킨다. 냉각기(24)를 통과한 이산화탄소는 저온저압의 이산화탄소이고, 저온저압의 이산화탄소가 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과하면서 저온고압의 이산화탄소가 된다. The engine cooling heat exchanger 26 cools the engine through heat exchange with carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25. Carbon dioxide that has passed through the cooler 24 is low-temperature and low-pressure carbon dioxide, and low-temperature and low-pressure carbon dioxide passes through the pump or the second compressor 25 to become low-temperature and high-pressure carbon dioxide.

엔진 성능을 개선하기 위해 엔진의 열을 식히는 역할을 엔진냉각열교환기(26)가 수행하며, 엔진냉각열교환기(26)는 냉매를 사용하여 엔진을 냉각시킬 수 있다. 엔진냉각열교환기(26)의 냉매는 엔진(11)과 열교환을 하면서 온도가 상승하므로, 온도가 상승한 냉매의 냉각을 위해 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 저온고압의 이산화탄소가 엔진냉각열교환기(26)를 통과하면서 냉매와 열교환 되도록 한다. 즉, 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 저온의 이산화탄소를 엔진냉각열교환기(26)의 냉매를 냉각시키는데 사용할 수 있다.In order to improve the engine performance, the engine cooling heat exchanger 26 serves to cool the engine heat, and the engine cooling heat exchanger 26 may cool the engine using refrigerant. Since the temperature of the refrigerant in the engine cooling heat exchanger 26 increases while exchanging heat with the engine 11, the low-temperature and high-pressure carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 for cooling of the refrigerant having the increased temperature is the engine cooling heat exchange. As it passes through the group 26, heat exchanges with the refrigerant. That is, low-temperature carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 can be used to cool the refrigerant in the engine cooling heat exchanger 26.

엔진냉각열교환기(26)에서 냉매와 열교환한 이산화탄소는 소기(27)에서 엔진(11)에 공급되는 압축 공기와 열교환한다. Carbon dioxide exchanged with the refrigerant in the engine cooling heat exchanger (26) exchanges heat with compressed air supplied to the engine (11) in the scavenger (27).

엔진냉각열교환기(26)는 냉매가 엔진을 순환하고, 엔진을 순환하여 온도가 상승한 냉매를 엔진냉각열교환기(26)를 통과하는 이산화탄소가 냉각하도록 구성할 수도 있고, 이산화탄소가 엔진냉각열교환기(26)를 통과하는 과정에서 엔진(11)을 직접 냉각하도록 구성할 수 있다. 엔진냉각열교환기(26)를 통과하는 과정에서 이산화탄소는 엔진(11)을 냉각함과 동시에 자신은 예열된다. The engine cooling heat exchanger 26 may be configured such that the refrigerant circulates through the engine, and the carbon dioxide passing through the engine cooling heat exchanger 26 cools the refrigerant whose temperature has increased by circulating the engine, and carbon dioxide is the engine cooling heat exchanger ( 26) may be configured to directly cool the engine 11 in the process of passing. In the process of passing through the engine cooling heat exchanger 26, carbon dioxide cools the engine 11 and preheats itself.

소기(27)는 엔진냉각열교환기(26)를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 엔진(11)에 공급되는 압축 공기를 냉각시킨다. 압축 공기는 압축으로 인해 고온으로 상승된 상태이므로, 이산화탄소로 냉각시켜 공기밀도를 더 높임으로써 엔진(11)의 효율을 더 높이도록 한다. The scavenger 27 cools compressed air supplied to the engine 11 through heat exchange with carbon dioxide that has passed through the engine cooling heat exchanger 26. Since the compressed air is elevated to a high temperature due to compression, it is cooled with carbon dioxide to increase the air density to further increase the efficiency of the engine 11.

재열기(28)는 소기(27)를 통과하여 제1 가열기(22)로 공급되는 이산화탄소와 이산화탄소 터빈(23)을 통과하여 냉각기(24)로 공급되는 이산화탄소의 열교환을 수행한다. The reheater 28 performs heat exchange between carbon dioxide supplied to the first heater 22 through the scavenger 27 and carbon dioxide supplied to the cooler 24 through the carbon dioxide turbine 23.

펌프 또는 제2 압축기(25)를 통해 고압으로 압축된 저온의 이산화탄소는 엔진냉각열교환기(26)를 통해 엔진(11)을 냉각시키는데 활용하고, 엔진(11)을 냉각시킨 이산화탄소는 소기(27)와 재열기(28)를 거치면서 예열되어 제1 가열기(22)로 유입된다. The low-temperature carbon dioxide compressed at high pressure through the pump or the second compressor 25 is utilized to cool the engine 11 through the engine cooling heat exchanger 26, and the carbon dioxide cooled by the engine 11 is scavenged 27 And preheated while passing through the reheater 28 to enter the first heater 22.

그리고, 이산화탄소 터빈(23)을 통과한 이산화탄소는 재열기(28)에서 소기(27)를 통과한 고압의 이산화탄소 예열에 활용된 후, 냉각기(24)를 거쳐서 펌프 또는 제2 압축기(25)로 공급된다. Then, the carbon dioxide that has passed through the carbon dioxide turbine 23 is utilized for preheating the high-pressure carbon dioxide that has passed from the reheater 28 to the scavenger 27, and then supplied to the pump or the second compressor 25 via the cooler 24. do.

또한, 이산화탄소 발전 시스템(10)은 히트펌프(31)와 3방향 밸브(32)를 더 포함한다. In addition, the carbon dioxide power generation system 10 further includes a heat pump 31 and a three-way valve 32.

히트펌프(31)는 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소를 공급받아 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환시킨다. 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소는 저온이지만 약 50~60℃ 정도이므로 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환 가능하다. 바람직하게는 난방을 위한 유체와 열교환 가능하다. The heat pump 31 receives carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 to exchange heat with a fluid for hot water supply or heating. The carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 is low temperature, but is about 50 to 60° C., so it can exchange heat with a fluid for hot water supply or heating. Preferably it is possible to exchange heat with a fluid for heating.

3방향 밸브(32)는 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소를 엔진냉각열교환기(26)와 히트펌프(31)로 분기하여 공급하기 위한 것이다. 3방향 밸브(32)는 이산화탄소의 유로 전환과 동시에 유량을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.The three-way valve 32 is for branching and supplying carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 to the engine cooling heat exchanger 26 and the heat pump 31. The three-way valve 32 may perform a function of controlling the flow rate while simultaneously changing the flow path of carbon dioxide.

히트펌프(31)에서 유체와 열교환이 수행된 이산화탄소는 냉각기(24)로 공급된다. Carbon dioxide, which has undergone heat exchange with the fluid in the heat pump 31, is supplied to the cooler 24.

히트펌프(31)와 냉각기(24)를 연결하는 순환배관(21)에는 히트펌프(31)를 통과한 이산화탄소의 압력을 낮추어 냉각기(24)로 공급하기 위한 팽창밸브(33)가 설치된다. 팽창밸브(33)는 히트펌프(31)를 통과한 고압의 이산화탄소를 냉각기(24)로 공급하기 전 저압으로 감압하는 역할과 유량을 조절하는 역할을 한다. An expansion valve 33 for reducing the pressure of carbon dioxide passing through the heat pump 31 and supplying it to the cooler 24 is installed in the circulation pipe 21 connecting the heat pump 31 and the cooler 24. The expansion valve 33 serves to decompress the low pressure to a low pressure and to control the flow rate before supplying the high pressure carbon dioxide passed through the heat pump 31 to the cooler 24.

한편, 도시하지 않아지만 순환배관(21)은 순환배관(21)을 순환하는 이산화탄소의 누설이 발생하면 외부 이산화탄소 탱크 또는 이산화탄소 포집설비로부터 이산화탄소를 보충 받을 수 있다. On the other hand, although not shown, the circulation pipe 21 may be supplemented with carbon dioxide from an external carbon dioxide tank or a carbon dioxide capture facility when leakage of carbon dioxide circulating through the circulation pipe 21 occurs.

제1 실시예의 동작을 설명하기로 한다. The operation of the first embodiment will be described.

엔진(11)에서 배출되는 배기가스는 과급기를 거치면서 터빈(12)으로 이동하여 제1 압축기(13)를 구동시킨다. 제1 압축기(13)는 외부 공기를 유입하여 공기를 압축시키며, 제1 압축기(13)에서 압축되어 고온으로 상승된 공기는 소기(27)를 통과하면서 냉각되어 엔진(11)으로 공급된다. 엔진(11)은 엔진냉각열교환기(26)를 통해 냉각된다. The exhaust gas discharged from the engine 11 moves to the turbine 12 while passing through the supercharger to drive the first compressor 13. The first compressor 13 compresses the air by introducing external air, and the air compressed by the first compressor 13 and raised to a high temperature is cooled while passing through the scavenger 27 and supplied to the engine 11. The engine 11 is cooled through an engine cooling heat exchanger 26.

그리고 터빈(12)을 거친 과급기 후단의 배기가스는 제1 가열기(22)를 거치면서 이산화탄소 발전 사이클의 이산화탄소를 가열하고 배기된다. And the exhaust gas of the rear stage of the supercharger that has passed through the turbine 12 passes through the first heater 22 to heat and exhaust carbon dioxide of the carbon dioxide generation cycle.

이산화탄소 발전 사이클은 이산화탄소가 순환배관(21)을 순환하면서 압축, 가열, 팽창, 냉각 과정을 반복하게 된다. The carbon dioxide power generation cycle repeats the compression, heating, expansion, and cooling processes while carbon dioxide circulates through the circulation pipe 21.

압축은 펌프 및 제2 압축기(25)에서 수행된다. 가열은 펌프 및 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소가 엔진냉각열교환기(26)와 소기(27)와 재열기(28)와 제1 가열기(22)를 거치면서 수행된다. 팽창은 이산화탄소 터빈(23)에서 수행되고, 냉각은 냉각기(24)에서 수행된다. Compression is carried out in a pump and a second compressor (25). Heating is carried out while the carbon dioxide that has passed through the pump and the second compressor 25 passes through the engine cooling heat exchanger 26, scavenger 27, reheater 28, and first heater 22. Expansion is performed in a carbon dioxide turbine 23, and cooling is performed in a cooler 24.

펌프 및 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소는 저온고압의 이산화탄소가 되고, 엔진냉각열교환기(26)를 통과하면서 엔진(11)을 냉각하고 자신은 1차 예열되며, 소기(27)와 재열기(28)를 거치면서 2차 예열되어 제1 가열기(22)로 유입된다. 제1 가열기(22)로 유입된 이산화탄소는 배기가스와 열교환을 통해 약 300℃ 정도의 고온으로 가열된다. 제1 가열기(22)를 통과한 이산화탄소는 고온고압의 이산화탄소가 되며, 이산화탄소 터빈(23)에서 팽창하며 전력을 생산한다. 이산화탄소 터빈(23)을 통과한 이산화탄소는 고온저압의 이산화탄소로 재열기(28)를 거치면서 1차 냉각된 후 냉각기(24)에서 냉각된다. The carbon dioxide that has passed through the pump and the second compressor 25 becomes low-temperature and high-pressure carbon dioxide, cools the engine 11 while passing through the engine cooling heat exchanger 26, and is itself preheated first, and ashes 27 and ashes. While passing through the hot air 28, it is preheated a second time and flows into the first heater 22. Carbon dioxide introduced into the first heater 22 is heated to a high temperature of about 300°C through heat exchange with exhaust gas. The carbon dioxide that has passed through the first heater 22 becomes high-temperature and high-pressure carbon dioxide, and expands in the carbon dioxide turbine 23 to produce electric power. Carbon dioxide that has passed through the carbon dioxide turbine 23 is first cooled while passing through the reheater 28 with high-temperature and low-pressure carbon dioxide, and then cooled in the cooler 24.

냉각기(24)에서 냉각된 이산화탄소는 저온저압의 이산화탄소가 되며 다시 펌프 및 제2 압축기(25)에서 압축되어 저온고압의 이산화탄소가 된다. 도시하지는 않았지만 펌프 및 제2 압축기(25)의 입구에 예열이 필요할 경우 히터를 이용하여 압축기 입구 온도를 임계온도 이상으로 유지할 수 있다.The carbon dioxide cooled in the cooler 24 becomes low-temperature low-pressure carbon dioxide, and is compressed in the pump and the second compressor 25 to become low-temperature high-pressure carbon dioxide. Although not shown, when preheating is required at the inlet of the pump and the second compressor 25, the compressor inlet temperature may be maintained above the critical temperature using a heater.

3방향 밸브(32)의 조절에 의해 히트펌프(31)로 공급된 저온고압의 이산화탄소는 급탕 및 난방을 위한 유체와 열교환하고 팽창밸브(33)를 통과하면서 팽창되어 냉각기(24)로 공급된다. The low-temperature and high-pressure carbon dioxide supplied to the heat pump 31 by the control of the three-way valve 32 exchanges heat with the fluid for hot water supply and heating, expands while passing through the expansion valve 33, and is supplied to the cooler 24.

상술한 제1 실시예는 엔진(11)에서 배출되는 배기가스가 터빈(12) 및 제1 압축기(13)를 구동하여 엔진(11)에 압축 공기를 공급함과 더불어 이산화탄소 발전 사이클의 이산화탄소를 가열하는 가열원으로 활용된다. In the first embodiment described above, the exhaust gas discharged from the engine 11 drives the turbine 12 and the first compressor 13 to supply compressed air to the engine 11 and heats carbon dioxide in the carbon dioxide generation cycle. It is used as a heating source.

또한, 이산화탄소 발전 사이클의 이산화탄소는 엔진(11)을 냉각하고 엔진(11)에 공급되는 압축 공기를 냉각하는 역할을 수행함과 더불어 히트펌프(31)와 연계하여 급탕 및 난방을 위한 유체를 가열하는 가열원으로 활용된다. In addition, the carbon dioxide of the carbon dioxide power generation cycle serves to cool the engine 11 and cool compressed air supplied to the engine 11, and also heats the fluid for heating and heating in connection with the heat pump 31. It is used as a circle.

또한, 이산화탄소 발전 사이클은 재열기(28)에서 소기(27)를 통과하여 제1 가열기(22)로 공급하는 이산화탄소와 이산화탄소 터빈(23)을 통과하여 냉각기(24)로 공급하는 이산화탄소의 열교환을 수행하여, 소기(27)를 통과한 이산화탄소가 제1 가열기(22)로 공급되기 전 예열하여 가열 효율을 높이고 이산화탄소 터빈을 통과한 이산화탄소가 냉각기(24)로 공급되기 전 1차 냉각하여 냉각기(24)의 부하를 감소시킬 수 있다.In addition, the carbon dioxide power generation cycle performs heat exchange between carbon dioxide supplied from the reheater 28 through the scavenger 27 to the first heater 22 and carbon dioxide supplied through the carbon dioxide turbine 23 to the cooler 24. Thus, the carbon dioxide that has passed through the scavenger 27 is preheated before being supplied to the first heater 22 to increase the heating efficiency, and the carbon dioxide that has passed through the carbon dioxide turbine is first cooled before being supplied to the cooler 24 to cooler 24 Can reduce the load.

제1 실시예의 이산화탄소 발전 시스템은 냉각기 1개를 이용하고, 엔진의 배기가스와 이산화탄소 발전 사이클의 열을 이용하는 일체형 발전 시스템으로 구성되므로 에너지 투입량이 최소화되고 이를 통해 발전 효율을 높이면서 발전 단가를 낮출 수 있다. The carbon dioxide power generation system of the first embodiment is composed of an integrated power generation system that uses one cooler and uses the heat of the engine's exhaust gas and the carbon dioxide power generation cycle, thereby minimizing energy input and thereby increasing power generation efficiency while lowering the power generation cost. have.

도 2에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 이산화탄소 발전 시스템(10a)은 엔진(11), 터빈(12), 제1 압축기(13), 순환배관(21), 제1 가열기(22), 이산화탄소 터빈(23), 냉각기(24), 펌프 또는 제2 압축기(25), 엔진냉각열교환기(26), 소기(27) 및 재열기(28)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the carbon dioxide power generation system 10a of the second embodiment includes an engine 11, a turbine 12, a first compressor 13, a circulation pipe 21, a first heater 22, carbon dioxide Turbine 23, cooler 24, pump or second compressor 25, engine cooling heat exchanger 26, scavenger 27 and reheater 28.

또한, 제2 실시예의 이산화탄소 발전 시스템(10)은 히트펌프(31)와 3방향 밸브(32), 팽창밸브(33), 제2 가열기(34), 펌프 또는 제3 압축기(35)를 더 포함한다. In addition, the carbon dioxide power generation system 10 of the second embodiment further includes a heat pump 31 and a three-way valve 32, an expansion valve 33, a second heater 34, a pump or a third compressor 35. do.

제2 실시예는 제1 실시예와 비교시 다른 구성은 모두 동일하고 제2 가열기(34), 펌프 또는 제3 압축기(35)가 더 포함되는 것에 차이가 있다.Compared to the first embodiment, the second embodiment is different in all other configurations, and is different in that the second heater 34, the pump, or the third compressor 35 is further included.

펌프 및 제2 압축기(25)에서 압축된 저온고압의 이산화탄소는 3방향 밸브(32)의 조절에 의해 엔진냉각열교환기(26) 또는 히트펌프(31)로 공급될 수 있다. The low temperature and high pressure carbon dioxide compressed by the pump and the second compressor 25 may be supplied to the engine cooling heat exchanger 26 or the heat pump 31 by the control of the three-way valve 32.

3방향 밸브(32)의 조절에 의해 히트펌프(31)로 공급되는 저온고압의 이산화탄소는 급탕 및 난방을 위한 유체와 열교환하고 팽창밸브(33)를 통과하면서 팽창되어 냉각기(24)로 공급된다. The low-temperature and high-pressure carbon dioxide supplied to the heat pump 31 by the control of the three-way valve 32 exchanges heat with the fluid for hot water supply and heating, expands while passing through the expansion valve 33, and is supplied to the cooler 24.

제2 가열기(34)는 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소를 히트펌프(31)로 공급하기 전, 이산화탄소를 가열하기 위한 것이다. 펌프 또는 제3 압축기(35)는 제2 가열기(34)를 통과한 이산화탄소를 압축시킨다. 이산화탄소의 압축은 이산화탄소가 초임계 상태를 유지하도록 하기 위한 것이다. The second heater 34 is for heating carbon dioxide before supplying the carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 to the heat pump 31. The pump or third compressor 35 compresses carbon dioxide that has passed through the second heater 34. Compression of carbon dioxide is intended to keep carbon dioxide in a supercritical state.

펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소는 약 50~60℃ 정도이므로 히트펌프(31)에서 난방을 위한 유체와 열교환이 가능하다. 하지만 급탕은 난방에 비해 보다 높은 온도를 요구하므로 히트펌프(31)에서 급탕을 위한 유체와 열교환이 용이하도록 제2 가열기(34)로 가열한다. Carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 is about 50 to 60°C, so heat exchange with the fluid for heating is possible in the heat pump 31. However, since hot water requires a higher temperature than heating, the heat pump 31 heats the second heater 34 to facilitate heat exchange with the fluid for hot water supply.

제2 가열기(34)는 히터일 수 있다. 제2 가열기(34)는 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소를 약80~100℃ 정도로 가열할 수 있다. 제2 가열기(34)에서 가열된 이산화탄소는 초임계 상태 유지를 위해 펌프 또는 제3 압축기(35)를 통해 압축된 후 히트펌프(31)로 보내질 수 있다.The second heater 34 may be a heater. The second heater 34 may heat the carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 to about 80 to 100°C. Carbon dioxide heated in the second heater 34 may be compressed through a pump or a third compressor 35 to maintain the supercritical state and then sent to the heat pump 31.

제1 실시예와 제2 실시예는 이산화탄소를 포집하는 구성이 없고, 순환배관(21)을 순환하는 이산화탄소의 누설이 있는 경우에만 순환배관(21)에 이산화탄소를 보충할 수 있다.In the first and second embodiments, there is no configuration for capturing carbon dioxide, and carbon dioxide can be replenished to the circulation pipe 21 only when there is leakage of carbon dioxide circulating in the circulation pipe 21.

도 3에 도시된 바와 같이, 제3 실시예의 이산화탄소 발전 시스템(10b)은 엔진(11), 터빈(12), 제1 압축기(13), 순환배관(21), 제1 가열기(22), 이산화탄소 터빈(23), 냉각기(24), 펌프 또는 제2 압축기(25), 엔진냉각열교환기(26), 소기(27), 재열기(28) 및 이산화탄소 포집기(41)를 포함한다. As shown in FIG. 3, the carbon dioxide power generation system 10b of the third embodiment includes an engine 11, a turbine 12, a first compressor 13, a circulation pipe 21, a first heater 22, and carbon dioxide It includes a turbine 23, a cooler 24, a pump or a second compressor 25, an engine cooling heat exchanger 26, a scavenger 27, a reheater 28 and a carbon dioxide collector 41.

터빈(12)은 엔진(11)에서 배출되는 배기가스에 의해 구동되고, 터빈(12)의 구동에 의해 제1 압축기(13)가 동작하여 공기를 압축하며, 제1 압축기(13)에서 압축된 공기가 엔진(11)에 공급된다.The turbine 12 is driven by the exhaust gas discharged from the engine 11, the first compressor 13 is operated by the drive of the turbine 12 to compress air, and compressed by the first compressor 13 Air is supplied to the engine 11.

터빈(12)을 거친 배기가스는 제1 가열기(22)를 거치면서 제1 가열기(22)를 통과하는 이산화탄소를 가열하는 열원으로 사용된다. 엔진(11)의 배기가스 중에 과급기 전단에서 일부 배기가스를 파워 터빈으로 보내어서 발전 용량을 증대시킬 경우, 파워 터빈 배기의 열을 활용하여 이산화탄소를 가열할 수 있다.The exhaust gas that has passed through the turbine 12 is used as a heat source for heating carbon dioxide passing through the first heater 22 while passing through the first heater 22. In the exhaust gas of the engine 11, when some of the exhaust gas is sent from the front end of the supercharger to the power turbine to increase the power generation capacity, carbon dioxide can be heated by utilizing the heat of the power turbine exhaust.

순환배관(21)은 이산화탄소 발전 사이클을 형성하기 위해 이산화탄소가 순환하는 배관이다. 제1 가열기(22)는 순환배관(21)을 순환하는 이산화탄소를 배기가스와 열교환을 통해 가열한다. 이산화탄소 터빈(23)은 제1 가열기(22)를 통과한 이산화탄소가 공급되어 구동된다. 이산화탄소 터빈(23)은 제1 가열기(22)에서 가열된 고온고압의 이산화탄소를 팽창시켜 전력을 생산한다.The circulation pipe 21 is a pipe through which carbon dioxide circulates to form a carbon dioxide power generation cycle. The first heater 22 heats carbon dioxide circulating in the circulation pipe 21 through heat exchange with exhaust gas. The carbon dioxide turbine 23 is driven by being supplied with carbon dioxide that has passed through the first heater 22. The carbon dioxide turbine 23 expands the high-temperature and high-pressure carbon dioxide heated in the first heater 22 to produce electric power.

냉각기(24)는 이산화탄소 터빈(23)을 통과한 이산화탄소를 냉각시킨다. 펌프 또는 제2 압축기(25)는 냉각기(24)를 통과한 이산화탄소를 압축한다.The cooler 24 cools the carbon dioxide that has passed through the carbon dioxide turbine 23. The pump or second compressor 25 compresses carbon dioxide that has passed through the cooler 24.

엔진냉각열교환기(26)는 펌프 및 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 엔진을 냉각시켜 엔진 효율을 높인다. 소기(27)는 엔진냉각열교환기(26)를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 엔진(11)에 공급되는 압축 공기를 냉각하여 엔진 효율을 높인다. 재열기(28)는 소기(27)를 통과하여 제1 가열기(22)로 공급되는 이산화탄소와 이산화탄소 터빈(23)을 통과하여 냉각기(24)로 공급되는 이산화탄소의 열교환을 수행한다. The engine cooling heat exchanger 26 increases engine efficiency by cooling the engine through heat exchange with carbon dioxide that has passed through the pump and the second compressor 25. The scavenger 27 improves engine efficiency by cooling compressed air supplied to the engine 11 through heat exchange with carbon dioxide that has passed through the engine cooling heat exchanger 26. The reheater 28 performs heat exchange between carbon dioxide supplied to the first heater 22 through the scavenger 27 and carbon dioxide supplied to the cooler 24 through the carbon dioxide turbine 23.

이산화탄소 포집기(41)는 엔진(11)에서 배출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 포집하여 순환배관(21)에 공급한다. 이산화탄소 포집기(41)는 배기가스 중의 이산화탄소는 포집하고 나머지는 배기시킨다.The carbon dioxide collector 41 collects carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the engine 11 and supplies it to the circulation pipe 21. The carbon dioxide collector 41 collects carbon dioxide in the exhaust gas and exhausts the rest.

제3 실시예는 제1 실시예와 비교시 이산화탄소를 포집하는 구성이 있는 것에 차이가 있으므로, 차이가 있는 구성을 중심으로 자세히 설명하기로 한다. Since the third embodiment differs in that there is a configuration in which carbon dioxide is captured when compared to the first embodiment, it will be described in detail focusing on the configuration having the difference.

이산화탄소 포집기(41)에서 포집한 이산화탄소를 이산화탄소 발전 사이클의 작동 유체로 공급한다. The carbon dioxide collected by the carbon dioxide collector 41 is supplied to the working fluid of the carbon dioxide power generation cycle.

이산화탄소 포집기(41)에서 포집한 이산화탄소는 재열기(28)를 통과하여 냉각기(24)로 보내기 전 이산화탄소와 혼합한다. 이를 위해, 재열기(28)와 냉각기(24) 사이의 순환배관(21)에 이젝터(42)를 설치한다. 포집된 이산화탄소는 재열기(28)를 거친 이산화탄소보다 압력이 낮으므로 이젝터(42)를 사용하여 효율적으로 순환배관 내를 순환하는 이산화탄소와 혼합할 수 있다. The carbon dioxide collected by the carbon dioxide collector 41 passes through the reheater 28 and is mixed with carbon dioxide before being sent to the cooler 24. To this end, the ejector 42 is installed in the circulation pipe 21 between the reheater 28 and the cooler 24. The collected carbon dioxide has a lower pressure than the carbon dioxide that has passed through the reheater 28, so it can be efficiently mixed with carbon dioxide circulating in the circulation pipe using the ejector 42.

이젝터(42)는 재열기(28)를 지난 고압의 이산화탄소를 제1 유체로 활용하여 포집된 이산화탄소와 혼합한 후 냉각기(24)로 공급한다. The ejector 42 utilizes high-pressure carbon dioxide past the reheater 28 as a first fluid, mixes it with the collected carbon dioxide, and supplies it to the cooler 24.

이산화탄소 포집기(41)에서 포집한 이산화탄소를 순환배관(21)에 공급시 공급 유량을 제어하기 위한 체크밸브(43)를 포함한다. 체크밸브(43)는 순환배관(21)을 순환하는 이산화탄소의 유량을 체크하여 누설이 발생하였다고 확인되는 경우 작동되어 부족한 이산화탄소를 보충할 수 있다.When the carbon dioxide collected by the carbon dioxide collector 41 is supplied to the circulation pipe 21, a check valve 43 for controlling a supply flow rate is included. The check valve 43 operates by checking the flow rate of carbon dioxide circulating in the circulation piping 21 and confirming that a leak has occurred, and can compensate for the insufficient carbon dioxide.

또한, 제3 실시예의 이산화탄소 발전 시스템은 히트펌프(31)와 4방향 밸브(32a)를 더 포함한다. In addition, the carbon dioxide power generation system of the third embodiment further includes a heat pump 31 and a four-way valve 32a.

히트펌프(31)는 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소를 공급받아 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환시킨다. 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소는 저온이지만 약 50~60℃ 정도이므로 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환 가능하다. 바람직하게는 난방을 위한 유체와 열교환 가능하다. The heat pump 31 receives carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 to exchange heat with a fluid for hot water supply or heating. The carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 is low temperature, but is about 50 to 60° C., so it can exchange heat with a fluid for hot water supply or heating. Preferably it is possible to exchange heat with a fluid for heating.

4방향 밸브(32a)는 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소를 엔진냉각열교환기(26)와 히트펌프(31)로 분기하여 공급하고, 일부는 배출하기 위한 것이다. 4방향 밸브(32a)는 이산화탄소의 유로 전환과 동시에 유량을 조절하고 이산화탄소를 배출하는 기능을 수행할 수 있다. 펌프 또는 제2 압축기(25)의 후단에서 4방향 밸브(32a)를 이용하여 이산화탄소를 격리 또는 활용할 수 있다.The four-way valve 32a is for branching and supplying carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 to the engine cooling heat exchanger 26 and the heat pump 31, and is partially discharged. The four-way valve 32a may perform a function of controlling the flow rate and discharging carbon dioxide at the same time as switching the flow path of carbon dioxide. Carbon dioxide may be isolated or utilized by using a four-way valve 32a at the rear end of the pump or the second compressor 25.

히트펌프(31)에서 유체와 열교환이 수행된 이산화탄소는 이젝터(42)를 통해 냉각기(24)로 공급된다. Carbon dioxide subjected to heat exchange with the fluid in the heat pump 31 is supplied to the cooler 24 through the ejector 42.

히트펌프(31)와 이젝터(42)를 연결하는 순환배관(21)에는 히트펌프(31)를 통과한 이산화탄소를 팽창시켜 냉각기(24)로 공급하기 위한 팽창밸브(33)가 설치된다. 팽창밸브(33)는 히트펌프(31)를 통과한 고압의 이산화탄소를 냉각기(24)로 공급하기 전 팽창시키는 역할과 유량을 조절하는 역할을 한다. An expansion valve 33 for expanding carbon dioxide that has passed through the heat pump 31 and supplying it to the cooler 24 is installed in the circulation pipe 21 connecting the heat pump 31 and the ejector 42. The expansion valve 33 serves to expand the high pressure carbon dioxide that has passed through the heat pump 31 before supplying it to the cooler 24 and to control the flow rate.

한편, 이산화탄소 포집기(41)의 이산화탄소는 히트펌프(31)로 보내져 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환한 후 순환배관(21)에 공급될 수 있다. 이산화탄소 포집기(41)의 이산화탄소는 고온이므로 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환하기 용이하다. 그러나, 이산화탄소 포집기(41)의 이산화탄소를 히트펌프(31)로 공급하여 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환에 사용하는 경우 4방향 밸브(32a)가 이산화탄소를 배기하도록 동작할 수 있다.Meanwhile, the carbon dioxide of the carbon dioxide collector 41 may be sent to the heat pump 31 and exchanged with a fluid for hot water supply or heating, and then supplied to the circulation pipe 21. Since the carbon dioxide of the carbon dioxide collector 41 is high temperature, it is easy to exchange heat with a fluid for hot water supply or heating. However, when the carbon dioxide from the carbon dioxide collector 41 is supplied to the heat pump 31 to be used for heat exchange with a fluid for hot water supply or heating, the four-way valve 32a may operate to exhaust carbon dioxide.

제3 실시예의 동작을 설명하기로 한다. The operation of the third embodiment will be described.

엔진(11)에서 배출되는 배기가스는 과급기를 거치면서 터빈(12)으로 이동하여 제1 압축기(13)를 구동시킨다. 제1 압축기(13)는 외부 공기를 유입하여 공기를 압축시키며, 제1 압축기(13)에서 압축되어 고온으로 상승된 공기는 소기(27)를 통과하면서 냉각되어 엔진(11)으로 공급된다. 엔진(11)은 엔진냉각열교환기(26)를 통해 냉각된다. The exhaust gas discharged from the engine 11 moves to the turbine 12 while passing through the supercharger to drive the first compressor 13. The first compressor 13 compresses the air by introducing external air, and the air compressed by the first compressor 13 and raised to a high temperature is cooled while passing through the scavenger 27 and supplied to the engine 11. The engine 11 is cooled through an engine cooling heat exchanger 26.

그리고 터빈(12)을 거친 과급기 후단의 배기가스는 제1 가열기(22)를 거치면서 이산화탄소 발전 사이클의 이산화탄소를 가열한다. 제1 가열기(22)를 거친 배기가스는 이산화탄소 포집기(41)를 거치면서 이산화탄소가 포집되고 나머지는 배기된다.And the exhaust gas after the turbocharger that has passed through the turbine 12 passes through the first heater 22 to heat the carbon dioxide of the carbon dioxide generation cycle. As the exhaust gas that has passed through the first heater 22 passes through the carbon dioxide collector 41, carbon dioxide is collected and the rest is exhausted.

이산화탄소 발전 사이클은 이산화탄소가 순환배관(21)을 순환하면서 압축, 가열, 팽창, 냉각 과정을 반복하게 된다.The carbon dioxide power generation cycle repeats the compression, heating, expansion, and cooling processes while carbon dioxide circulates through the circulation pipe 21.

저온고압의 이산화탄소가 엔진냉각열교환기(26), 소기(27), 재열기(28), 제1 가열기(22)를 거치면서 고온고압의 이산화탄소가 되어 이산화탄소 터빈(23)으로 유입되고, 이산화탄소 터빈(23)에서 팽창하여 전력을 생산한다. 이산화탄소 터빈(23)을 지난 이산화탄소는 재열기(28), 냉각기(24)를 거치면서 저온저압의 이산화탄소가 되고, 펌프 또는 제2 압축기(25)를 거치면서 저온고압의 이산화탄소가 된다. 펌프 또는 제2 압축기(25)를 지난 저온고압의 이산화탄소는 엔진냉각열교환기(26)를 거치면서 엔진(11)을 냉각시키고 소기(27)를 거치면서 엔진(11)으로 유입되는 압축 공기를 냉각시키며, 재열기(28)를 거치면서 이산화탄소 터빈(23)을 지난 이산화탄소를 냉각시키는 역할을 수행한다. The low-temperature and high-pressure carbon dioxide passes through the engine cooling heat exchanger 26, the scavenger 27, the reheater 28, and the first heater 22 to become high-temperature and high-pressure carbon dioxide and flows into the carbon dioxide turbine 23, and the carbon dioxide turbine In (23), it expands to produce power. The carbon dioxide passing through the carbon dioxide turbine 23 becomes low-temperature low-pressure carbon dioxide while passing through the reheater 28 and the cooler 24, and becomes low-temperature high-pressure carbon dioxide through the pump or the second compressor 25. The low-temperature and high-pressure carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 cools the engine 11 while passing through the engine cooling heat exchanger 26 and cools the compressed air flowing into the engine 11 while passing through the scavenger 27. The carbon dioxide turbine 23 passes through the reheater 28 to cool the carbon dioxide.

4방향 밸브(32a)의 조절에 의해 히트펌프(31)로 공급되는 저온고압의 이산화탄소는 히트펌프(31)에서 급탕 및 난방을 위한 유체와 열교환하고 팽창밸브(33)를 통과하면서 팽창되고 이젝터(42)를 통해 냉각기(24)로 공급된다. The low-temperature and high-pressure carbon dioxide supplied to the heat pump 31 by the adjustment of the four-way valve 32a exchanges heat with the fluid for hot water supply and heating in the heat pump 31, expands while passing through the expansion valve 33, and expands the ejector ( 42) to the cooler 24.

체크밸브(43)의 조절에 의해 이산화탄소 포집기(41)에서 포집된 이산화탄소가 히트펌프(31)로 공급되어 급탕 및 난방을 위한 유체와 열교환하고 팽창밸브(33)를 통과하면서 팽창되며 이젝터(42)를 통해 순환배관(21)으로 공급될 수 있다. 체크밸브(43)의 조절에 의해 이산화탄소가 순환배관(21)에 공급될 때에는 4방향 밸브(32a)를 조절하여 이산화탄소를 배기함으로써 순환배관(21)을 순환하는 이산화탄소의 유량이 일정하게 유지되도록 한다.The carbon dioxide collected by the carbon dioxide collector 41 by the control of the check valve 43 is supplied to the heat pump 31 to exchange heat with the fluid for hot water supply and heating, expand while passing through the expansion valve 33, and ejector 42 Through it may be supplied to the circulation pipe (21). When the carbon dioxide is supplied to the circulation pipe 21 by the control of the check valve 43, the four-way valve 32a is adjusted to exhaust the carbon dioxide so that the flow rate of the carbon dioxide circulating through the circulation pipe 21 is kept constant. .

상술한 제3 실시예는 엔진(11)에서 배출되는 배기가스가 터빈(12) 및 제1 압축기(13)를 구동하여 엔진(11)에 압축 공기를 공급함과 더불어 이산화탄소 발전 사이클의 이산화탄소를 가열하는 가열원으로 활용된다. In the third embodiment, the exhaust gas discharged from the engine 11 drives the turbine 12 and the first compressor 13 to supply compressed air to the engine 11 and heats carbon dioxide in the carbon dioxide generation cycle. It is used as a heating source.

또한, 이산화탄소 발전 사이클의 이산화탄소는 엔진(11)을 냉각하고 엔진(11)에 공급되는 압축 공기를 냉각하는 역할을 수행함과 더불어 히트펌프(31)와 연계하여 급탕 및 난방을 위한 유체를 가열하는 가열원으로 활용된다. In addition, the carbon dioxide of the carbon dioxide power generation cycle serves to cool the engine 11 and cool compressed air supplied to the engine 11, and also heats the fluid for heating and heating in connection with the heat pump 31. It is used as a circle.

또한, 이산화탄소 발전 사이클은 소기(27)를 통과하여 제1 가열기(22)로 공급하는 이산화탄소와 이산화탄소 터빈(23)을 통과하여 냉각기(24)로 공급하는 이산화탄소의 열교환을 수행하여, 제1 가열기(22)로 공급되기 전 이산화탄소를 예열하여 가열 효율을 높이고 냉각기(24)로 공급되기 전 이산화탄소를 냉각하여 냉각기(24)의 부하를 감소시킬 수 있다.In addition, the carbon dioxide power generation cycle performs heat exchange between carbon dioxide supplied through the scavenger 27 to the first heater 22 and carbon dioxide supplied through the carbon dioxide turbine 23 to the cooler 24, so that the first heater ( It is possible to reduce the load of the cooler 24 by heating the carbon dioxide before being supplied to 22 to increase heating efficiency and cooling the carbon dioxide before being supplied to the cooler 24.

또한, 이산화탄소 발전 사이클은 엔진(11)의 배기가스에서 이산화탄소를 포집하고 이젝터(42)를 사용하여 이산화탄소 발전 사이클에 작동 유체로 공급하므로 저압의 이산화탄소를 이산화탄소 발전 사이클에 효율적으로 공급할 수 있다.In addition, the carbon dioxide power generation cycle collects carbon dioxide from the exhaust gas of the engine 11 and uses the ejector 42 to supply it as a working fluid to the carbon dioxide power generation cycle, so that low pressure carbon dioxide can be efficiently supplied to the carbon dioxide power generation cycle.

제3 실시예의 이산화탄소 발전 시스템(10b)은 냉각기 1개를 이용하고, 엔진(11)의 배기가스와 이산화탄소 발전 사이클의 열을 이용하고 엔진(11)의 배기가스에서 이산화탄소를 포집하여 이산화탄소 발전 사이클에 작동 유체로 공급하는 일체형 발전 시스템으로 구성되므로 에너지 투입량이 최소화되고 이를 통해 발전 효율을 높이면서 발전 단가를 낮출 수 있다. The carbon dioxide power generation system 10b of the third embodiment uses one cooler, uses heat from the exhaust gas of the engine 11 and the carbon dioxide power generation cycle, and captures carbon dioxide from the exhaust gas of the engine 11 to generate a carbon dioxide power generation cycle. Since it consists of an integrated power generation system that supplies it as a working fluid, energy input is minimized, thereby increasing power generation efficiency and lowering the power generation cost.

도 4에 도시된 바와 같이, 제4 실시예의 이산화탄소 발전 시스템(10c)은 엔진(11), 터빈(12), 제1 압축기(13), 순환배관(21), 제1 가열기(22), 이산화탄소 터빈(23), 냉각기(24), 펌프 또는 제2 압축기(25), 엔진냉각열교환기(26), 소기(27), 재열기(28) 및 이산화탄소 포집기(41)를 포함한다. 4, the carbon dioxide power generation system 10c of the fourth embodiment includes an engine 11, a turbine 12, a first compressor 13, a circulation pipe 21, a first heater 22, carbon dioxide It includes a turbine 23, a cooler 24, a pump or a second compressor 25, an engine cooling heat exchanger 26, a scavenger 27, a reheater 28 and a carbon dioxide collector 41.

또한, 제4 실시예의 이산화탄소 발전 시스템(10c)은 히트펌프(31)와 4방향 밸브(32a), 팽창밸브(33), 제2 가열기(34), 펌프 또는 제3 압축기(35)를 더 포함한다. In addition, the carbon dioxide power generation system 10c of the fourth embodiment further includes a heat pump 31 and a four-way valve 32a, an expansion valve 33, a second heater 34, a pump, or a third compressor 35. do.

제4 실시예는 제3 실시예와 비교시 다른 구성은 모두 동일하고 제2 가열기(34), 펌프 또는 제3 압축기(35)가 더 포함되는 것에 차이가 있다.Compared to the third embodiment, the fourth embodiment is different in all other configurations, and the second heater 34, the pump, or the third compressor 35 is further included.

펌프 및 제2 압축기(25)에서 압축된 저온고압의 이산화탄소는 4방향 밸브(32)의 조절에 의해 엔진냉각열교환기(26) 또는 히트펌프(31)로 공급될 수 있다. The low temperature and high pressure carbon dioxide compressed by the pump and the second compressor 25 may be supplied to the engine cooling heat exchanger 26 or the heat pump 31 by the control of the four-way valve 32.

4방향 밸브(32)의 조절에 의해 히트펌프(31)로 공급되는 저온고압의 이산화탄소는 급탕 및 난방을 위한 유체와 열교환하고 팽창밸브(33)를 통과하면서 팽창되며, 이젝터(42)에서 재열기(28)를 지난 이산화탄소와 혼합된 후 냉각기(24)로 공급된다. The low-temperature and high-pressure carbon dioxide supplied to the heat pump 31 by the control of the four-way valve 32 exchanges heat with the fluid for hot water supply and heating, expands while passing through the expansion valve 33, and reheats in the ejector 42 After mixing with carbon dioxide (28), it is supplied to the cooler (24).

제2 가열기(34)는 펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소를 히트펌프(31)로 공급하기 전, 이산화탄소를 가열하기 위한 것이다. 펌프 또는 제3 압축기(35)는 제2 가열기(34)를 통과한 이산화탄소를 압축시킨다. 이산화탄소의 압축은 이산화탄소가 초임계 상태를 유지하도록 하기 위한 것이다. The second heater 34 is for heating carbon dioxide before supplying the carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 to the heat pump 31. The pump or third compressor 35 compresses carbon dioxide that has passed through the second heater 34. Compression of carbon dioxide is intended to keep carbon dioxide in a supercritical state.

펌프 또는 제2 압축기(25)를 통과한 이산화탄소는 약 50~60℃ 정도이므로 히트펌프(31)에서 난방을 위한 유체와 열교환이 가능하다. 하지만 급탕은 난방에 비해 보다 높은 온도를 요구하므로 히트펌프(31)에서 급탕을 위한 유체와 열교환이 용이하도록 제2 가열기(34)로 가열한다. 제2 가열기(34)는 히터일 수 있다. 제2 가열기(34)에서 가열된 이산화탄소는 초임계 상태 유지를 위해 펌프 또는 제3 압축기(35)를 통해 압축된 후 히트펌프(31)로 보내질 수 있다.Carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor 25 is about 50 to 60°C, so heat exchange with the fluid for heating is possible in the heat pump 31. However, since hot water requires a higher temperature than heating, the heat pump 31 heats the second heater 34 to facilitate heat exchange with the fluid for hot water supply. The second heater 34 may be a heater. Carbon dioxide heated in the second heater 34 may be compressed through a pump or a third compressor 35 to maintain the supercritical state and then sent to the heat pump 31.

제3 실시예와 제4 실시예는 이산화탄소를 포집하는 구성이 있고, 순환배관(21)을 순환하는 이산화탄소의 누설이 있는 경우에는 순환배관(21)에 이산화탄소를 보충할 수 있다. 이산화탄소의 보충은 재열기(28)와 냉각기(24)를 연결하는 순환배관에 설치된 이젝터(42)를 이용하여 수행할 수 있다. The third and fourth embodiments have a configuration for capturing carbon dioxide, and when there is a leakage of carbon dioxide circulating in the circulation pipe 21, the circulation pipe 21 may be supplemented with carbon dioxide. Replenishment of carbon dioxide may be performed using an ejector 42 installed in a circulation pipe connecting the reheater 28 and the cooler 24.

상술한 이산화탄소 발전 시스템은 엔진과 연계된 것으로 육상 또는 선박의 엔진에 상술한 이산화탄소 발전 시스템을 장착하여 구현할 수 있으며, 1개의 냉각기를 사용하여 이산화탄소 발전 사이클의 냉각과 엔진의 냉각에 이용하므로 발전 효율이 향상되고 설비가 단순해져 원가 절감이 가능하고 온실 가스 저감도 가능하다. The above-described carbon dioxide power generation system is connected to an engine, and can be implemented by mounting the above-described carbon dioxide power generation system on an engine of a land or ship, and uses one cooler for cooling of the carbon dioxide power generation cycle and cooling of the engine. Improved and simpler facilities can reduce costs and reduce greenhouse gas emissions.

또한, 이산화탄소는 오존층 파괴지수(ODP)와 지구온난화지수(GWP)가 낮으며, 가연성과 독성이 없는 친환경 유체이므로 친환경적이다. In addition, carbon dioxide is environmentally friendly because it has a low ozone depletion index (ODP) and a global warming index (GWP) and is an eco-friendly fluid that has no flammability and toxicity.

상술한 본 발명은 제1 내지 제4 실시예를 혼용하여 적용 가능하다. The present invention described above can be applied by mixing the first to fourth embodiments.

본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with the best embodiments in the drawings and specifications. Here, although specific terms have been used, they are used for the purpose of describing the present invention only, and are not used to limit the scope of the present invention described in the meaning limitation or the claims. Therefore, the present invention will be understood by those skilled in the art that various modifications and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

10,10a,10b,10c: 이산화탄소 발전 시스템
11: 엔진 12: 터빈
13: 제1 압축기 21: 순환배관
22: 제1 가열기 23: 이산화탄소 터빈
24: 냉각기 25: 제2 압축기
26: 엔진냉각열교환기 27: 소기
28: 재열기 31: 히트펌프
32: 3방향 밸브 33: 팽창밸브
34: 제2 가열기 35: 제3 압축기
32a: 4방향 밸브 41: 이산화탄소 포집기
42: 이젝터 43: 체크밸브10,10a,10b,10c: CO2 power generation system
11: engine 12: turbine
13: first compressor 21: circulation piping
22: first heater 23: carbon dioxide turbine
24: cooler 25: second compressor
26: engine cooling heat exchanger 27: scavenging
28: Reheat 31: Heat pump
32: 3-way valve 33: Expansion valve
34: second heater 35: third compressor
32a: 4-way valve 41: CO2 collector
42: ejector 43: check valve

Claims (15)

엔진;
상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 공급되어 구동되고 상기 엔진에 압축 공기를 공급하는 터빈 및 제1 압축기;
이산화탄소가 순환하는 순환배관;
상기 순환배관을 순환하는 이산화탄소를 상기 배기가스와 열교환을 통해 가열하는 제1 가열기;
상기 제1 가열기를 통과한 이산화탄소가 공급되어 구동되는 이산화탄소 터빈;
상기 이산화탄소 터빈을 통과한 이산화탄소를 냉각시키는 냉각기;
상기 냉각기를 통과한 이산화탄소를 압축하는 펌프 또는 제2 압축기;
상기 제2 압축기를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 상기 엔진을 냉각시키는 엔진냉각열교환기; 및
상기 엔진냉각열교환기를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 상기 엔진에 공급되는 압축 공기를 냉각하는 소기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.engine;
A turbine and a first compressor that is supplied and driven by exhaust gas discharged from the engine and supplies compressed air to the engine;
A circulation pipe through which carbon dioxide circulates;
A first heater for heating carbon dioxide circulating in the circulation pipe through heat exchange with the exhaust gas;
A carbon dioxide turbine supplied and driven by carbon dioxide that has passed through the first heater;
A cooler that cools carbon dioxide that has passed through the carbon dioxide turbine;
A pump or a second compressor that compresses carbon dioxide that has passed through the cooler;
An engine cooling heat exchanger that cools the engine through heat exchange with carbon dioxide that has passed through the second compressor; And
Scavenging air for cooling compressed air supplied to the engine through heat exchange with carbon dioxide that has passed through the engine cooling heat exchanger;
Carbon dioxide power generation system associated with the engine, characterized in that it comprises a. 청구항 1에 있어서,
상기 소기를 통과하여 상기 제1 가열기로 공급하는 이산화탄소와 상기 이산화탄소 터빈을 통과하여 상기 냉각기로 공급하는 이산화탄소의 열교환을 수행하는 재열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 1,
And a reheater for performing heat exchange between the carbon dioxide supplied to the first heater and the carbon dioxide supplied to the cooler through the carbon dioxide turbine. 청구항 1에 있어서,
상기 펌프 또는 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 공급받아 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환시키는 히트펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 1,
Carbon dioxide power generation system associated with the engine, characterized in that it further comprises a heat pump for heat exchange with the fluid for hot water supply or heating receiving the carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor. 청구항 3에 있어서,
상기 펌프 또는 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 상기 엔진냉각열교환기와 상기 히트펌프로 분기하여 공급하기 위한 3방향 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 3,
And a three-way valve for branching and supplying carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor to the engine cooling heat exchanger and the heat pump. 청구항 3에 있어서,
상기 히트펌프를 통과한 이산화탄소는 상기 냉각기로 공급하는 것을 특징으로 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 3,
Carbon dioxide passing through the heat pump is supplied to the cooler CO2 power generation system associated with the engine. 청구항 5에 있어서,
상기 히트펌프와 상기 냉각기를 연결하는 순환배관에 상기 히트펌프를 통과한 이산화탄소의 압력을 낮추어 상기 냉각기로 공급하기 위한 팽창밸브를 포함하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 5,
Carbon dioxide power generation system associated with the engine including an expansion valve for lowering the pressure of carbon dioxide passing through the heat pump to the circulation pipe connecting the heat pump and the cooler to supply to the cooler. 청구항 3에 있어서,
상기 펌프 또는 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 상기 히트펌프로 공급하기 전,
상기 이산화탄소를 가열하기 위한 제2 가열기;
상기 제2 가열기를 통과한 이산화탄소를 압축시키기 위한 펌프 또는 제3 압축기;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 3,
Before supplying the carbon dioxide that has passed through the pump or the second compressor to the heat pump,
A second heater for heating the carbon dioxide;
A pump or a third compressor for compressing carbon dioxide that has passed through the second heater;
Carbon dioxide power generation system associated with the engine, characterized in that it further comprises. 엔진;
상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 공급되어 구동되고 상기 엔진에 공기를 공급하는 터빈 및 제1 압축기;
이산화탄소가 순환하는 순환배관;
상기 순환배관을 순환하는 이산화탄소를 상기 배기가스와 열교환을 통해 가열하는 제1 가열기;
상기 제1 가열기를 통과한 이산화탄소가 공급되어 구동되는 이산화탄소 터빈;
상기 이산화탄소 터빈을 통과한 이산화탄소를 냉각시키는 냉각기;
상기 냉각기를 통과한 이산화탄소를 가압하는 펌프 또는 제2 압축기;
상기 펌프 및 제2 압축기를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 상기 엔진을 냉각시키는 엔진냉각열교환기;
상기 엔진냉각열교환기를 통과한 이산화탄소와 열교환을 통해 상기 엔진에 공급되는 공기를 냉각하는 소기; 및
상기 엔진에서 배출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 포집하여 상기 순환배관에 공급하는 이산화탄소 포집기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.engine;
A turbine and a first compressor that is supplied and driven by exhaust gas discharged from the engine and supplies air to the engine;
A circulation pipe through which carbon dioxide circulates;
A first heater for heating carbon dioxide circulating in the circulation pipe through heat exchange with the exhaust gas;
A carbon dioxide turbine supplied and driven by carbon dioxide that has passed through the first heater;
A cooler that cools carbon dioxide that has passed through the carbon dioxide turbine;
A pump or a second compressor that pressurizes the carbon dioxide that has passed through the cooler;
An engine cooling heat exchanger that cools the engine through heat exchange with carbon dioxide that has passed through the pump and the second compressor;
Scavenging air for cooling the air supplied to the engine through heat exchange with carbon dioxide that has passed through the engine cooling heat exchanger; And
A carbon dioxide collector which collects carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the engine and supplies it to the circulation pipe;
Carbon dioxide power generation system associated with the engine, characterized in that it comprises a. 청구항 8에 있어서,
상기 소기를 통과하여 상기 제1 가열기로 공급하는 이산화탄소와 상기 이산화탄소 터빈을 통과하여 상기 냉각기로 공급하는 이산화탄소의 열교환을 수행하는 재열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 8,
And a reheater for performing heat exchange between the carbon dioxide supplied to the first heater and the carbon dioxide supplied to the cooler through the carbon dioxide turbine. 청구항 9에 있어서,
상기 이산화탄소 포집기에서 포집된 이산화탄소를 상기 재열기를 통과한 이산화탄소 혼합하기 위해 상기 재열기와 상기 냉각기 사이의 순환배관에 설치되는 이젝터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 9,
And an ejector installed in a circulation pipe between the reheater and the cooler to mix the carbon dioxide collected by the carbon dioxide collector through the reheater. 청구항 10에 있어서,
상기 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 공급받아 급탕 또는 난방을 위한 유체와 열교환시키는 히트펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 10,
A carbon dioxide power generation system associated with an engine, further comprising a heat pump that receives carbon dioxide that has passed through the second compressor and heat-exchanges it with a fluid for hot water supply or heating. 청구항 11에 있어서,
상기 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 상기 엔진냉각열교환기와 상기 히트펌프로 분기하여 공급하고, 일부는 배출 가능도록 하는 4방향 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 11,
Carbon dioxide power generation system associated with the engine, characterized in that it comprises a four-way valve to branch and supply the carbon dioxide that has passed through the second compressor to the engine cooling heat exchanger and the heat pump, and partially dischargeable. 청구항 11에 있어서,
상기 히트펌프를 통과한 이산화탄소는 상기 이젝터를 통해 상기 냉각기로 공급하는 것을 특징으로 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 11,
Carbon dioxide passing through the heat pump is supplied to the cooler through the ejector CO2 power generation system associated with the engine. 청구항 13에 있어서,
상기 히트펌프와 상기 이젝터를 연결하는 순환배관에 상기 히트펌프를 통과한 이산화탄소의 압력을 낮추어 상기 냉각기로 공급하기 위한 팽창밸브를 포함하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 13,
A carbon dioxide power generation system associated with an engine including an expansion valve for lowering the pressure of carbon dioxide that has passed through the heat pump to the circulation pipe connecting the heat pump and the ejector and supplying it to the cooler. 청구항 11에 있어서,
상기 제2 압축기를 통과한 이산화탄소를 상기 히트펌프로 공급하기 전,
상기 이산화탄소를 가열하기 위한 제2 가열기;
상기 가열기를 통과한 이산화탄소를 압축시키기 위한 펌프 및 제3 압축기;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진과 연계된 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 11,
Before supplying the carbon dioxide that has passed through the second compressor to the heat pump,
A second heater for heating the carbon dioxide;
A pump and a third compressor for compressing carbon dioxide that has passed through the heater;
Carbon dioxide power generation system associated with the engine, characterized in that it further comprises.
KR1020190006199A 2019-01-17 2019-01-17 Carbon dioxide power system connected to engine KR102562651B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190006199A KR102562651B1 (en) 2019-01-17 2019-01-17 Carbon dioxide power system connected to engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190006199A KR102562651B1 (en) 2019-01-17 2019-01-17 Carbon dioxide power system connected to engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200089462A true KR20200089462A (en) 2020-07-27
KR102562651B1 KR102562651B1 (en) 2023-08-03

Family

ID=71894004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190006199A KR102562651B1 (en) 2019-01-17 2019-01-17 Carbon dioxide power system connected to engine

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102562651B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112880222A (en) * 2021-01-27 2021-06-01 郑州大学 Carbon dioxide transcritical air supplementing and enthalpy increasing system with power generation function
CN114263569A (en) * 2021-11-26 2022-04-01 中国科学院工程热物理研究所 Carbon dioxide compression cycle energy storage combined cooling heating and power supply coupled system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160017287A (en) * 2014-08-01 2016-02-16 현대중공업 주식회사 Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System
KR20170050383A (en) 2015-10-30 2017-05-11 대우조선해양 주식회사 Carbon Dioxide Treatment System and Method for Ship
KR20180134578A (en) * 2017-06-09 2018-12-19 한국전력공사 Generating apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160017287A (en) * 2014-08-01 2016-02-16 현대중공업 주식회사 Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System
KR20170050383A (en) 2015-10-30 2017-05-11 대우조선해양 주식회사 Carbon Dioxide Treatment System and Method for Ship
KR20180134578A (en) * 2017-06-09 2018-12-19 한국전력공사 Generating apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112880222A (en) * 2021-01-27 2021-06-01 郑州大学 Carbon dioxide transcritical air supplementing and enthalpy increasing system with power generation function
CN112880222B (en) * 2021-01-27 2022-12-20 郑州大学 Carbon dioxide transcritical air supplementing and enthalpy increasing system with power generation function
CN114263569A (en) * 2021-11-26 2022-04-01 中国科学院工程热物理研究所 Carbon dioxide compression cycle energy storage combined cooling heating and power supply coupled system
CN114263569B (en) * 2021-11-26 2024-01-23 中国科学院工程热物理研究所 Carbon dioxide compression cycle energy storage combined cooling heating power coupling system

Also Published As

Publication number Publication date
KR102562651B1 (en) 2023-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101691908B1 (en) Generation system using supercritical carbon dioxide and method of driving the same by temperature differential of heat source
KR101567712B1 (en) Hybrid power generation system and method using a supercritical CO2 cycle
CN111561363B (en) Transcritical CO 2 Heat pump energy storage system driven by power generation
US20100307169A1 (en) Trigeneration system and method
KR20140054258A (en) Direct fuel injection diesel engine apparatus
JP2007198200A (en) Energy supply system using gas turbine, energy supply method and method for remodeling energy supply system
KR102562651B1 (en) Carbon dioxide power system connected to engine
US10344626B2 (en) Hybrid power generation system
KR101628611B1 (en) Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid
KR20160120471A (en) Supercritical CO2 generation system
US10731515B2 (en) Hybrid type power generation system
KR20170075097A (en) Generation system using supercritical carbon dioxide and method of driving the same by heat sink temperature
US10774721B2 (en) Waste heat recovery apparatus and control method therefor
KR101812919B1 (en) Complex supercritical CO2 generation system
JP4666641B2 (en) Energy supply system, energy supply method, and energy supply system remodeling method
KR101936327B1 (en) Combined Heat and power system using supercritical carbon dioxide power cycle
CN114483232B (en) Compressed air energy storage system based on organic flash evaporation circulation and control method
KR20160073352A (en) Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System
KR101628619B1 (en) generation system having temperature control device for heat exchanger
JP2003193910A (en) Cogeneration system and its operation control method
JP2002129977A (en) Gas turbine equipment
KR20160073356A (en) Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System
KR20160017286A (en) Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System
KR20160066539A (en) Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System using Waste Heat from Solid Oxide Fuel Cell
CN109630269B (en) Natural gas-steam combined cycle clean power generation process

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right