KR20200108669A - 초임계 이산화탄소 발전 시스템 - Google Patents

초임계 이산화탄소 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 작동 유체를 냉각시키는 냉각부; 상기 냉각부와 연결되며 상기 작동 유체를 압축시키는 압축부; 상기 압축부와 연결되며 상기 작동 유체가 통과하는 열회수부; 상기 열회수부를 통과하는 상기 작동 유체에 의해 구동되는 터빈부; 및 상기 터빈부와 상기 압축부를 연결하며, 상기 터빈부로부터 상기 압축부로 동력을 전달하는 동력전달부;를 포함하고, 상기 동력전달부는 상기 냉각부와 연결되어 상기 작동 유체가 순환되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공한다.

Description

초임계 이산화탄소 발전 시스템{Supercritical CO2 generation system}
본 발명의 실시예들은 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온의 작동 유체로 인해 발생되는 열 응력으로 인한 장비 손상을 방지할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것이다.
국제적으로 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있고, 공해 물질 발생을 줄이면서 전력 생산량을 높이기 위해 여러 가지 노력을 기울이고 있다. 그 중 일 예로서, 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(power generation system using supercritical CO2)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
초임계 상태의 이산화탄소는 액체 상태와 유사한 밀도에 기체와 비슷한 점성을 동시에 가지므로 기기의 소형화와 더불어, 유체의 압축 및 순환에 필요한 전력 소모를 최소화할 수 있다. 동시에 임계점이 31.4℃, 72.8기압으로, 임계점이 373.95℃, 217.7기압인 물보다 매우 낮아서 다루기 용이하다.
이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 약 550℃에서 운전할 경우 약 45% 수준의 순 발전 효율을 보이며, 기존 스팀 사이클의 발전 효율 대비 20% 이상의 발전효율 향상과 함께 터보 기기를 수십 분의 1 수준으로 축소가 가능한 장점이 있다.
종래 터빈부로 공급되는 고은의 작동 유체로 인하여 발생되는 열이 터빈부와 연결되는 기어 박스(gear box) 등을 포함하는 동력전달부에 직접적으로 전달되어 발생하는 열 변형에 따른 열 응력으로 인하여 로터(rotor) 등 내부 구성 요소의 기능 정지 및 파손되는 문제점이 있었다.
일본 공개특허공보 제2012-145092호(2012.08.02 공개, 발명의 명칭: 초임계 이산화탄소 압축용 원심 블로어, 초임계 CO2 가스 터빈 및 발전기를 가진 초임계 CO2 가스 터빈 발전 기술)에는 초임계 이산화탄소 발전 시스템이 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로, 동력전달부가 냉각부와 연결되어 상대적으로 저온의 작동 유체가 순환됨으로 인하여 동력전달부를 냉각시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 동력전달부가 터빈부로부터 전달되는 고온의 열에 의해 발생되는 열 응력으로 인하여 파손되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들은 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 작동 유체를 냉각시키는 냉각부; 상기 냉각부와 연결되며 상기 작동 유체를 압축시키는 압축부; 상기 압축부와 연결되며 상기 작동 유체가 통과하는 열회수부; 상기 열회수부를 통과하는 상기 작동 유체에 의해 구동되는 터빈부; 및 상기 터빈부와 상기 압축부를 연결하며, 상기 터빈부로부터 상기 압축부로 동력을 전달하는 동력전달부;를 포함하고, 상기 동력전달부는 상기 냉각부와 연결되어 상기 작동 유체가 순환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 터빈부는 상기 열회수부로부터 작동 유체를 공급받는 스크롤부;를 포함하고, 상기 동력전달부는, 상기 터빈부와 상기 압축부를 연결하는 동력전달본체부와; 상기 동력전달본체부와 결합되고, 상기 스크롤부와 상기 동력전달본체부 사이를 연결하며, 상기 스크롤부를 위치 고정시키는 연결플레이트부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연결플레이트부는, 상기 스크롤부와 접촉 결합되는 제1플레이트; 및 상기 스크롤부와 접촉하는 상기 제1플레이트의 일면에 대향되는 타면에 결합되는 제2플레이트;를 포함하고, 마주보는 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트의 각 일면 사이는 중공으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 마주보는 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트의 각 일면 사이에 배치되어 작동 유체의 유동 경로를 제공하는 유로부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유로부는, 탄성 변형이 가능한 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유로부는 상기 냉각부와 연결되어 작동 유체가 순환될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따르면, 유로부로 인하여 동력전달부가 냉각부와 연결되며 동력전달부로 상대적으로 저온의 작동 유체가 순환됨으로써 터빈부에서 동력전달부로 전달되는 열을 냉각시킬 수 있다.
또한, 터빈부에서 동력전달부로 전달되는 열을 냉각시킴으로 인하여 과도한 열에 의한 열 응력 발생으로 인한 로터 등 터빈부의 구성 요소의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부 및 유로부를 도시한 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부가 설치되는 동력전달부를 도시한 평단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부를 도시한 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부가 배치되지 않은 동력전달부의 온도 분포 상태를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부가 배치되는 동력전달부의 온도 분포 상태를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부 및 유로부를 도시한 부분 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부가 설치되는 동력전달부를 도시한 평단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부를 도시한 부분 사시도이다.
본 발명의 실시예들에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)이란 사이클 내에서 유동하는 작동 유체(L) 모두가 초임계 상태인 발전 시스템뿐만 아니라, 작동 유체(L)의 대부분이 초임계 상태이고, 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 발전에 사용되는 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체(L)로 초임계 상태의 이산화탄소를 사용한다.
본 발명의 실시예들에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)에서 '이산화탄소'라 함은 화학적인 의미에서 순수한 이산화탄소, 일반적인 관점에서 불순물이 다소 포함되어 있는 상태의 이산화탄소 및 이산화탄소에 한가지 이상의 유체가 첨가물로서 혼합되어 있는 상태의 유체까지도 포함하는 의미로 사용된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 냉각부(100), 압축부(200), 열회수부(300), 터빈부(400), 동력전달부(500), 유로부(600), 밸브부(700)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부(100)는 작동 유체(L)를 냉각시키는 것으로, 뒤에 설명할, 압축부(200), 열회수부(300), 동력전달부(500)와 유로를 통해 연결될 수 있다.
도 1, 도 2를 참조하면, 냉각부(100)는 작동 유체(L)인 초임계 이산화탄소를 냉각시키며, 유로부(600)를 통해 동력전달부(500)의 내부로 유입 또는 배출시킴으로써 동력전달부(500)의 온도를 저감시키는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축부(200)는 냉각부(100)와 연결되어 작동 유체(L)를 압축시키는 것으로, 동력전달부(500)를 통해 터빈부(400)에 동력을 전달할 수 있고, 냉각부(100)로부터 유로를 통해 상대적으로 저온의 작동 유체(L)가 공급될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축부(200)는 유로를 통해 뒤에 설명할 열회수부(300)로 작동 유체(L)를 공급할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열회수부(300)는 압축부(200)와 연결되어 작동 유체(L)가 통과하는 것으로, 상기 작동 유체(L)를 터빈부(400)로 전달할 수 있다. 터빈부(400)는 열회수부(300)로부터 작동 유체(L)를 공급받아 구동될 수 있다.
도 1을 참조하면, 열회수부(300)는 리큐퍼레이터(recuperator)로 형성될 수 있고, 터빈부(400)의 후단 및 냉각부(100)의 전단에 연결될 수 있다. 터빈부(400)를 거친 작동 유체(L)로부터 열을 회수하여 압축부(200)를 거치는 작동 유체(L)를 복열할 수 있다.
열회수부(300)는 압축부(200)로부터 고압으로 압축되는 작동 유체(L)를 공급받을 수 있다. 고온 고압의 작동 유체(L)에 의해 구동되는 터빈부(400) 및 터빈부(400)와 연결되는 발전기(도면 미도시)가 구동될 수 있다. 작동 유체(L)는 터빈부(400)를 구동시키고 저압의 상태로 배출되어 열회수부(300)로 유동될 수 있다.
작동 유체(L)는 열회수부(300), 냉각부(100)를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체(L)는 다시 압축부(200)로 공급되어 사이클 내를 순환할 수 있다. 구체적으로 터빈부(400)에서 공급되는 작동 유체(L)는 압축부(200)를 거쳐 열회수부(300)로 유입되는 일부의 작동 유체(L)를 복열시킨 후 냉각부(100)로 유입될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈부(400)는 열회수부(300)를 통과하는 작동 유체(L)에 의해 구동되는 것으로, 뒤에 설명할 동력전달부(500)와 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)에서, 냉각부(100), 압축부(200), 열회수부(300)의 일반적인 구성에 관하여는 공지된 기술인 바, 이와 관련된 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터빈부(400)는 스크롤부(410)를 포함하며, 스크롤부(410)는 열회수부(300)로부터 작동 유체(L)를 공급받을 수 있다.
도 1, 도 2를 참조하면, 스크롤부(410)는 열회수부(300)와 연결되어 작동 유체(L)가 공급될 수 있다. 스크롤부(410)에 공급되는 작동 유체(L)는 약 700℃의 온도를 가질 수 있다. 스크롤부(410)는 금속(metal) 소재로 형성될 수 있고, 체결부(411)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤부(410)는 연결플레이트부(530), 구체적으로 제1플레이트(531)에 결합되어 위치가 고정되고, 스크롤부(410)의 내부에는 로터(도면부호 미도시)가 설치되어 스크롤부(410)의 중심을 회전 중심축으로 하여 회전 구동 수 있다.
체결부(411)는 스크롤부(410)의 외주면 둘레를 따라 형성되는 것으로, 뒤에 설명할 연결플레이트부(530), 구체적으로 제1플레이트(531), 제2플레이트(535)와 체결될 수 있다. 체결부(411)는 체결본체(412), 고정부재(413)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 체결본체(412)는 연결플레이트부(530), 구체적으로 제1플레이트(531)와 직접 접촉되며 결합되는 것으로, 스크롤부(410)가 동력전달부(500), 구체적으로 연결플레이트부(530)에 위치 고정되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고정부재(413)는 제1플레이트(531) 및 제2플레이트(535)를 관통하며 체결본체(412)에 관통 삽입되며 결합될 수 있다. 이로 인하여 스크롤부(410)와 연결플레이트부(530)가 결합되도록 한다. 구체적으로 고정부재(413)는 체결본체(412)에 나사 결합될 수 있다.
본 발명에서는 고정부재(413)가 체결본체(412)에 나사 결합되나, 이에 한정하는 것은 아니고 연결플레이트부(530)를 기준으로 일측(도 2 기준 좌측)에서 체결본체(412)가 배치되고, 이에 대향되는 타측에서 연결플레이트부(530)를 관통하며 체결본체(412)와 결합되는 기술 사상 안에서 다양한 변형실시가 가능하다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 체결부(411)는 복수 개가 구비되어, 스크롤부(410)의 길이 방향 중심 축, 구체적으로 스크롤부(410)의 내부에 배치되는 로터의 회전 중심축을 기준으로 등각 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결플레이트부(530), 구체적으로 제1플레이트(531), 제2플레이트(535)에 형성되는 홈부(532, 536) 사이에 고정부재(413)가 배치되고, 뒤에 설명할 유로부(600)가 고정부재(413)의 외측에 배치될 수 있다.
이로 인하여 유로부(600)가 연결플레이트부(530)의 내부에서 미리 설정되는 영역에서 이탈하는 것을 방지할 수 있으며, 스크롤부(410)의 길이 방향 중심축을 기준으로 외측 둘레를 따라 배치됨으로써 연결플레이트부(530)를 골고루 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부(500)는 터빈부(400)와 압축부(200)를 연결하는 것으로, 열회수부(300)로부터 작동 유체(L)를 공급받아 구동되며, 압축부(200)로 동력을 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부(500)는 기어 박스로 형성될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고 터빈부(400)와 압축부(200) 사이에서 동력을 전달할 수 있는 기술 사상 안에서 다양한 변형실시가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부(500)는 냉각부(100)와 연결되어 냉각부(100)에서 냉각되는 작동 유체(L)가 공급 및 배출되며 순환될 수 있다.
이로 인하여 동력전달부(500)가 냉각될 수 있으며, 동력전달부(500)의 내부 구성, 구체적으로 스크롤부(410)로 유입되는 약 700 ℃의 고온의 작동 유체(L)에 의해 로터의 기능이 정지 및 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달부(500)는 동력전달본체부(510), 연결플레이트부(530)를 포함할 수 있다.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달본체부(510)는 터빈부(400)와 압축부(200)를 연결하는 것이고, 연결플레이트부(530)는 스크롤부(410)와 동력전달본체부(510) 사이를 연결하며, 스크롤부(410)를 위치 고정시킬 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결플레이트부(530)는 제1플레이트(531), 제2플레이트(535)를 포함할 수 있다.
제1플레이트(531) 및 제2플레이트(535)는 중앙에 관통홀부(도면 미도시)가 형성되며, 스크롤부(410)의 내부에 설치되는 로터가 배치될 수 있다.
제1플레이트(531)는 스크롤부(410)와 직접 결합되는 것이고, 제2플레이트(535)는 상기 스크롤부(410)와 접촉하는 제1플레이트(531)의 일면에 대향되는 타면에 결합될 수 있다. 다시 말하여 제1플레이트(531)와 제2플레이트(535)는 마주보며 결합될 수 있다.
조 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1플레이트(531) 및 제2플레이트(535)의 마주보는 각 일면 사이는 중공으로 형성될 수 있다. 구체적으로 마주보는 제1플레이트(531)와 제2플레이트(535)의 각 일면에는 홈부(532, 536)가 형성될 수 있고, 홈부(532, 536)가 형성되는 영역에 뒤에 설명할 유로부(600)가 배치될 수 있다.
연결플레이트부(530), 구체적으로 제1플레이트(531), 제2플레이트(535)는 스크롤부(410)와 동일한 금속 재질로 형성될 수 있고, 이로 인하여 스크롤부(410)로 유입되는 약 700℃의 온도를 가지는 작동 유체(L)에 의해 발생되는 열을 전달받을 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부(600)는 마주보는 제1플레이트(531) 및 제2플레이트(535)의 각 일면 사이에 배치되는 것으로, 구체적으로 제1플레이트(531)와 제2플레이트(535)에 각각 형성되는 홈부(532, 536)의 내측에 배치될 수 있다.
유로부(600)는 탄성 변형이 가능한 재질로 형성되며, 냉각부(100)와 연결되어 냉각되는 작동 유체(L), 구체적으로 초임계 이산화탄인 작동 유체(L)가 순환될 수 있다.
이로 인하여 열회수부(300)로부터 스크롤부(410)로 유입되는 약 700℃의 온도를 가지는 작동 유체(L)에 의해 동력전달부(500), 구체적으로 연결플레이트부(530)로 전달되는 열을 냉각시킬 수 있다.
유로부(600)는 마주보며 결합되는 제1플레이트(531)와 제2플레이트(535)의 내부에서 제1플레이트(531)와 제2플레이트(535)를 관통하며 체결본체(412)에 결합되는 고정부재(413)의 외측 둘레를 따라 배치될 수 있다.
탄성 변형이 되는 유로부(600)가 고정부재(413)의 외측 둘레를 따라 배치됨으로 인하여 작동 유체(L)의 유동 경로가 변경되는 것을 방지할 수 있고, 미리 설정된 경로를 따라 냉각부(100)에서 냉각되어 상대적으로 저온인 작동 유체(L)가 유동되며 연결플레이트부(530), 나아가 동력전달부(500)를 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브부(700)는 유로부(600)에 설치되는 것으로, 유로부(600)에 형성되는 작동 유체(L)의 유동 경로를 개폐하며 작동 유체(L)의 유동량을 제어할 수 있다.
도면에 도시하지는 않았으나, 동력전달부(500)에는 온도측정부가 설치될 수 있으며, 온도측정부로부터 온도에 관한 정보를 전달받아 미리 설정되는 온도를 초과하면, 동력전달부(500), 구체적으로 연결플레이트부(530)의 내부로 작동 유체(L)를 순환시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)의 작동원리 및 효과를 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 냉각부(100), 압축부(200), 열회수부(300), 터빈부(400), 동력전달부(500), 유로부(600), 밸브부(700)를 포함할 수 있다.
초임계 이산화탄소 발전 시스템(1)은 작동 유체(L)로 초임계 이산화탄소를 사용하고, 초임계 이산화탄소란 기체 상태의 이산화탄소가 임계점 이상이 되면, 비압축성 유체에 가까워 밀도가 높아지고, 압축에 필요한 일이 감소되고, 팽창으로 인하여 기체 성질을 가지게 되어 사이클 효율이 기존 스팀 및 유기 물질 대비 우수한 특성을 가지게 된다.
초임계 이산화탄소는 임계 온도가 낮아 다양한 온도의 열원을 이용한 사이클 구성이 가능하고, 액체와 유사한 높은 밀도에 고압 특성을 가져 발전 시스템의 소형화와 설치 면적을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축부(200)에서 작동 유체(L)가 고온 고압의 상태로 압축되고, 열회수부(300)로 유동되며, 열회수부(300)에서 복열되어 터빈부(400)로 공급된다.
이때 터빈부(400), 구체적으로 스크롤부(410)에 공급되는 작동 유체(L)는 약 700℃에 해당되는 고온이며, 금속 재질로 형성됨으로 인하여 스크롤부(410)와 접촉되는 동력전달부(500), 구체적으로 금속 재질로 형성되는 연결플레이트부(530)에 열이 전달되며, 스크롤부(410)의 내부에서 회전하는 로터 등의 구성 요소에 열 응력이 과다하게 발생되는 문제점이 있다.
도 2를 참조하면, 동력전달부(500), 구체적으로 연결플레이트부(530)는 냉각부(100)와 연결되어 작동 유체(L)가 순환될 수 있다. 연결플레이트부(530), 구체적으로 제1플레이트(531)와 제2플레이트(535)는 마주보며 결합되고, 마주보는 제1플레이트(531)와 제2플레이트(535)의 각 일면에 홈부(532, 536)가 형성되어 내부가 중공으로 형성될 수 있다.
제1플레이트(531)와 제2플레이트(535)의 내부에 유로부(600)가 배치되며, 유로부(600)는 냉각부(100)로부터 상대적으로 저온의 작동 유체(L)를 공급받는다. 이로 인하여 터빈부(400)의 입구인 스크롤부(410)에서 동력전달부(500)로 전달되는 온도를 냉각시키는 효과가 있다.
이에 더하여 스크롤부(410)는 체결부(411)를 포함하며, 구체적으로 고정부재(413)가 제1플레이트(531), 제2플레이트(535)를 관통하며 체결본체(412)에 삽입 결합됨으로 인하여, 유로부(600)가 고정부재(413)의 외측에 배치되며, 연결플레이트부(530)의 중심을 기준으로 미리 설정된 경로를 따라 배치되어 연결플레이트부(530)에서 미리 설정되는 영역의 온도를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부(600)가 배치되지 않은 동력전달부(500)의 온도 분포 상태를 도시한 그래프이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부(600)가 배치되는 동력전달부(500)의 온도 분포 상태를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 마주보는 제1플레이트(531), 제2플레이트(535)의 내측에 유로부(600)가 배치되지 않아, 동력전달부(500)와 냉각부(100)가 간접적으로 연결되지 않은 상태의 온도 분포를 도시하고 있는 것으로, 제1플레이트(531)의 중심 영역의 온도가 약 180℃에 해당되는 것을 알 수 있다.
스크롤부(410)의 내부에 배치되는 로터를 비롯하여 스테이터(stator) 댐핑(damping) 장비 등의 최대 허용 온도가 약 100℃인 점을 고려할 때, 약 180℃는 매우 고온으로 열 응력으로 인하여 상기 구성 요소가 파손될 우려가 있다.
이에 반하여 도 6을 참조하면, 마주보는 제1플레이트(531), 제2플레이트(535)의 내측에 유로부(600)가 배치되어, 동력전달부(500)와 냉각부(100)가 간접적으로 연결되어 냉각된 작동 유체(L)가 순환되는 상태의 온도 분포를 도시하고 있는 것으로, 제1플레이트(531)의 중심 영역의 온도가 약 66℃에 해당된다.
즉, 유로부(600)가 동력전달부(500), 구체적으로 연결플레이트부(530)의 내부에 설치되어 동력전달부(500)가 냉각부(100)가 간접적으로 연결되고, 냉각된 작동 유체(L)가 순환됨으로 인하여 터빈부(400)에서 동력전달부(500)로 고온의 열이 전달되는 것을 방지하는 효과가 있다.
이에 더하여 고온의 열로 인한 열 응력 발생으로 동력전달부(500)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 초임계 이산화탄소 발전 시스템 L: 작동 유체
100: 냉각부 200: 압축부
300: 열교환부 400: 터빈부
410: 스크롤부 411: 체결부
412: 체결본체 413: 고정부재
500: 동력전달부 510: 동력전달본체부
530: 연결플레이트부 531: 제1플레이트
532, 536: 홈부 535: 제2플레이트
600: 유로부 700: 밸브부

Claims (6)

  1. 작동 유체를 냉각시키는 냉각부;
    상기 냉각부와 연결되며 상기 작동 유체를 압축시키는 압축부;
    상기 압축부와 연결되며 상기 작동 유체가 통과하는 열회수부;
    상기 열회수부를 통과하는 상기 작동 유체에 의해 구동되는 터빈부; 및
    상기 터빈부와 상기 압축부를 연결하며, 상기 터빈부로부터 상기 압축부로 동력을 전달하는 동력전달부;를 포함하고,
    상기 동력전달부는 상기 냉각부와 연결되어 상기 작동 유체가 순환되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터빈부는 상기 열회수부로부터 작동 유체를 공급받는 스크롤부;를 포함하고,
    상기 동력전달부는, 상기 터빈부와 상기 압축부를 연결하는 동력전달본체부와; 상기 동력전달본체부와 결합되고, 상기 스크롤부와 상기 동력전달본체부 사이를 연결하며, 상기 스크롤부를 위치 고정시키는 연결플레이트부;를 포함하는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결플레이트부는,
    상기 스크롤부와 접촉 결합되는 제1플레이트; 및
    상기 스크롤부와 접촉하는 상기 제1플레이트의 일면에 대향되는 타면에 결합되는 제2플레이트;를 포함하고,
    마주보는 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트의 각 일면 사이는 중공으로 형성되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    마주보는 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트의 각 일면 사이에 배치되어 작동 유체의 유동 경로를 제공하는 유로부;를 더 포함하는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유로부는, 탄성 변형이 가능한 재질로 형성되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 유로부는 상기 냉각부와 연결되어 작동 유체가 순환되는, 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
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