KR20210067116A - Hybrid power generation system using waste heat and controlling device and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템, 이의 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지의 운영중에 발생하는 폐열을 막증류 공정에 활용하여 염수와 담수를 분리하고, 분리된 염수와 담수를 역전기투석 공정에 공급하여 전력을 생산한 후, 역전기투석 공정을 통해 배출되는 기수를 막증류 공정에 다시 공급함으로써 연료전지에서 발생하는 저등급 폐열을 이용하여 발전효율을 극대화시키고, 청정 에너지를 생산하기 위한, 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템, 이의 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid power generation system using waste heat, a control device thereof, and a method thereof, and more particularly, to separate brine and fresh water by utilizing waste heat generated during operation of a fuel cell in a membrane distillation process, and to separate brine and After generating electricity by supplying fresh water to the reverse electrodialysis process, the brackish water discharged through the reverse electrodialysis process is supplied back to the membrane distillation process to maximize power generation efficiency using low-grade waste heat generated from the fuel cell and clean It relates to a hybrid power generation system using waste heat for producing energy, an apparatus for controlling the same, and a method therefor.
연료전지(fuel cell)는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. A fuel cell is a device that generates electric energy by electrochemically reacting fuel with an oxidizing agent.
이러한 연료전지를 이용한 발전 장치는 일반연료로부터 연료전지가 요구하는 수소를 많이 포함하는 가스로 변환하는 연료개질기(fuel reformer), 연료개질기로부터 들어오는 수소와 산소를 이용하여 직류전기와 열을 발생시키는 연료전지(fuel cell), 연료전지에서 발생된 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 전력변환장치(inverter)를 포함할 수 있다.The power generation device using such a fuel cell is a fuel reformer that converts general fuel into a gas containing a lot of hydrogen required by the fuel cell, and a fuel that generates direct current electricity and heat using hydrogen and oxygen coming from the fuel reformer. A fuel cell may include a power converter that converts DC power generated from the fuel cell into AC power.
그리고, 연료전지는 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC), 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC) 등의 다양한 종류의 연료전지가 개발되어 있다.In addition, the fuel cell is a molten carbonate fuel cell (MCFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a direct methanol fuel cell ( Various types of fuel cells such as Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) and Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) have been developed.
특히, 인산형 연료전지(PAFC)는 액체 인산을 전해질로 이용하는 연료전지로서, 150∼200℃의 운전 온도에 이르면 반응 결과물로 생성되는 물을 증기로 바꾸어 공기나 물의 가열에 이용할 수 있다.In particular, a phosphoric acid fuel cell (PAFC) is a fuel cell using liquid phosphoric acid as an electrolyte, and when the operating temperature of 150 to 200° C. is reached, water generated as a reaction product can be converted into steam and used for heating air or water.
이러한 인산형 연료전지는 전기와 열을 동시에 생산한다. 그래서, 인산형 연료전지는 순수 발전시 발전효율이 43% 내외이지만, 폐열을 활용할 경우 최대 90%의 효율을 기대할 수 있다.These phosphoric acid fuel cells produce electricity and heat at the same time. Therefore, the phosphoric acid type fuel cell has a power generation efficiency of around 43% during pure power generation, but a maximum efficiency of 90% can be expected when waste heat is used.
도 1은 인산형 연료전지의 에너지 정산을 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 고등급 열출력인 120℃의 폐열은 열수 공급등으로 활용이 가능한 상황이지만, 저등급 열출력인 60℃의 폐열은 현재 활용 가능한 분야가 전무한 상황이다.1 is a view for explaining energy calculation of a phosphoric acid fuel cell. Referring to FIG. 1 , waste heat of 120°C, which is a high-grade heat output, can be utilized as hot water supply, etc., but waste heat of 60°C, which is a low-grade heat output, currently has no usable field.
따라서, 인산형 연료전지는 저등급 폐열을 활용하여 발전효율을 극대화시키고, 청정 에너지를 생산할 수 있는 방안이 마련될 필요가 있다.Therefore, there is a need for a method for maximizing power generation efficiency and producing clean energy by utilizing low-grade waste heat in the phosphoric acid fuel cell.
본 발명의 목적은 연료전지의 운영중에 발생하는 폐열을 막증류 공정에 활용하여 염수와 담수를 분리하고, 분리된 염수와 담수를 역전기투석 공정에 공급하여 전력을 생산한 후, 역전기투석 공정을 통해 배출되는 기수를 막증류 공정에 다시 공급함으로써 연료전지에서 발생하는 저등급 폐열을 이용하여 발전효율을 극대화시키고, 청정 에너지를 생산하기 위한, 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템, 이의 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to separate brine and fresh water by using waste heat generated during operation of a fuel cell in a membrane distillation process, supply the separated brine and fresh water to the reverse electrodialysis process to generate electricity, and then perform the reverse electrodialysis process Hybrid power generation system using waste heat, its control device, and its method for maximizing power generation efficiency and producing clean energy using low-grade waste heat generated from the fuel cell by supplying the brackish water discharged through the membrane distillation process back to the membrane distillation process is to provide
본 발명의 실시예에 따른 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템은, 기수(brackish water)를 저장하여 공급하기 위한 기수챔버; 발전폐열을 이용하여 열교환을 통해 상기 기수챔버로부터 공급된 기수를 가열하여 공급하기 위한 열교환기; 상기 열교환기에 의해 가열된 기수를 이용한 막증류 공정을 통해 상기 열교환기에 의해 가열된 기수를 염수와 담수로 분리하여 공급하기 위한 위한 막증류기; 및 상기 막증류기에 의해 분리되어 공급되는 염수와 담수를 이온교환막 사이로 교차로 흐르게 하여 염분 농도차에 따라 전력을 생산하되, 염분 농도가 달라진 염수와 담수를 상기 기수챔버로 순환시키기 위한 역전기투석기;를 포함할 수 있다.A hybrid power generation system using waste heat according to an embodiment of the present invention includes: a brackish chamber for storing and supplying brackish water; a heat exchanger for heating and supplying the brackish water supplied from the brackish water chamber through heat exchange using the power generation waste heat; a membrane distiller for separating and supplying brackish water and fresh water heated by the heat exchanger through a membrane distillation process using the brackish water heated by the heat exchanger; and a reverse electrodialysis machine for circulating the brine and fresh water separated by the membrane distiller and supplied between the ion exchange membranes to generate electricity according to the difference in salinity, but with different salinity and fresh water to the brackish water chamber; may include
상기 발전폐열은, 연료전지 배출수의 저등급 폐열일 수 있다.The power generation waste heat may be low-grade waste heat of fuel cell exhaust water.
상기 막증류기는, 소수성 고분자 분리막을 구비하여 막증류 공정이 이루어지는 막증류 챔버; 상기 소수성 고분자 분리막을 기준으로 상기 막증류 챔버의 일측에 분리되는 고농도 기수를 저장하기 위한 염수챔버; 및 상기 소수성 고분자 분리막을 기준으로 상기 막증류 챔버의 타측에 분리되는 응축부를 저장하기 위한 담수챔버;를 포함할 수 있다.The membrane distillation unit includes: a membrane distillation chamber having a hydrophobic polymer separation membrane to perform a membrane distillation process; a brine chamber for storing high-concentration brackish water separated on one side of the membrane distillation chamber based on the hydrophobic polymer separation membrane; and a freshwater chamber for storing a condensing unit separated on the other side of the membrane distillation chamber based on the hydrophobic polymer separation membrane.
상기 역전기투석기는, 산화전극과 환원전극 사이에 양이온 교환막과 음이온 교환막을 교차로 배열하여 복수 개의 셀영역을 구성하되, 상기 복수 개의 셀영역은, 산화반응을 통해 전자를 공급하는 애노드 용액을 포함하는 산화전극셀; 및 환원반응을 통해 전자를 공급받는 캐소드 용액을 포함하는 환원전극셀;을 포함할 수 있다.The reverse electrodialysis machine comprises a plurality of cell regions by alternately arranging a cation exchange membrane and an anion exchange membrane between the anode and the cathode, wherein the plurality of cell regions include an anode solution supplying electrons through an oxidation reaction anode cell; and a reduction electrode cell including a cathode solution receiving electrons through a reduction reaction.
상기 애노드 용액과 상기 캐소드 용액은, 상기 산화전극셀과 상기 환원전극셀 사이를 순환하지 않는 고정형이되, 산화환원쌍을 포함하는 것일 수 있다.The anode solution and the cathode solution may be of a fixed type that does not circulate between the anode cell and the cathode cell, and may include a redox pair.
실시예에 따르면, 상기 막증류기 및 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단하기 위한 제어 장치;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, a control device for determining the operating state of the membrane still and the reverse electrodialysis machine; may further include.
상기 제어 장치는, 상기 막증류기의 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 계산하고, 상기 유량비율이 허용오차 범위 이내인지를 확인하여 상기 막증류기의 동작 상태를 판단하는 것일 수 있다.The control device may be to determine the operating state of the membrane distiller by calculating a flow rate ratio, which is a ratio of a supply flow rate and a discharge flow rate of the membrane distiller, and checking whether the flow rate ratio is within an allowable error range.
상기 막증류기는, 상기 열교환기로부터 공급되는 전체 기수 유량을 측정하기 위한 MD 공급유량 측정센서; 및 상기 역전기투석기로 배출되는 염수유량과 담수유량의 합산 유량을 측정하기 위한 MD 배출유량 측정센서;를 더 포함하되, 상기 제어 장치는, 상기 MD 공급유량 측정센서를 통해 상기 막증류기의 공급유량을 측정하고, 상기 MD 배출유량 측정센서를 통해 상기 막증류기의 배출유량을 측정하는 것일 수 있다.The membrane distillation unit, MD supply flow rate measuring sensor for measuring the total flow rate of brackish water supplied from the heat exchanger; and a MD discharge flow rate measuring sensor for measuring the combined flow rate of the brine flow rate and the fresh water flow rate discharged to the reverse electrodialysis machine, wherein the control device further comprises, the supply flow rate of the membrane distiller through the MD supply flow rate measuring sensor and measuring the discharge flow rate of the membrane distiller through the MD discharge flow rate measuring sensor.
상기 제어 장치는, 상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 계산하고, 상기 유량비율이 허용오차 범위 이내인지를 확인하여 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단하는 것일 수 있다.The control device may be to determine the operating state of the reverse electrodialysis machine by calculating the flow rate ratio, which is the ratio of the supply flow rate and the discharge flow rate of the reverse electrodialysis machine, and checking whether the flow rate ratio is within an allowable error range.
상기 역전기투석기는, 상기 막증류기로부터 공급되는 염수유량과 담수유량의 합산 유량을 측정하기 위한 RED 공급유량 측정센서; 및 상기 기수챔버로 배출되는 전체 기수 유량을 측정하기 위한 RED 배출유량 측정센서;를 더 포함하되, 상기 제어 장치는, 상기 RED 공급유량 측정센서를 통해 상기 역전기투석기의 공급유량을 측정하고, 상기 RED 배출유량 측정센서를 통해 상기 역전기투석기의 배출유량을 측정하는 것일 수 있다.The reverse electrodialysis machine, a RED supply flow rate measuring sensor for measuring the combined flow rate of the brine flow rate and the fresh water flow rate supplied from the membrane distiller; and a RED discharge flow rate measurement sensor for measuring the total rider flow rate discharged to the rider chamber; further comprising, wherein the control device measures the supply flow rate of the reverse electrodialysis machine through the RED supply flow measurement sensor, the It may be to measure the discharge flow rate of the reverse electrodialysis machine through the RED discharge flow measurement sensor.
상기 제어 장치는, 상기 기수챔버와 상기 염수챔버의 수위레벨을 일정하게 유지하는 것일 수 있다.The control device may be to constantly maintain the water level levels of the nose chamber and the brine chamber.
상기 제어 장치는, 상기 기수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 미만인지를 확인함에 따라, 상기 기수챔버와 상기 염수챔버 사이의 메이크업 밸브를 개방하여 상기 염수챔버로부터 상기 기수챔버로 염수를 공급하하도록 제어하는 것일 수 있다.The control device is configured to open a make-up valve between the nose chamber and the brine chamber to supply brine from the brine chamber to the brine chamber by confirming that the water level level of the brackish chamber is less than a predetermined threshold. It could be to control.
상기 제어 장치는, 상기 염수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 이상인지를 확인함에 따라, 상기 염수챔버의 배출 밸브를 개방하여 상기 염수챔버에 저장된 염수를 외부로 배출하는 것일 수 있다.The control device may be to discharge the brine stored in the brine chamber to the outside by opening a discharge valve of the brine chamber by checking whether the water level level of the brine chamber is equal to or greater than a predetermined threshold value.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템의 제어 방법은, 기수챔버, 열교환기, 막증류기 및 역전기투석기의 순환형 폐루프를 구성하는 하이브리드 발전 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 이용하여 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단하는 단계; 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단함에 따라 상기 하이브리드 발전 시스템의 운전 상태를 보고하는 보고 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the control method of a hybrid power generation system using waste heat according to an embodiment of the present invention is a control method of a hybrid power generation system constituting a circulating closed loop of a brackish chamber, a heat exchanger, a membrane still and a reverse electrodialysis machine, the determining an operating state of the membrane distiller or the reverse electrodialysis machine by using a flow rate ratio that is a ratio of a supply flow rate and a discharge flow rate of the membrane distiller or the reverse electrodialysis machine; It may include; a reporting step of reporting the operating state of the hybrid power generation system according to the determination of the operating state of the membrane still or the reverse electrodialysis machine.
상기 판단하는 단계는, 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량을 확인하여 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 계산하는 단계; 및 상기 유량비율이 미리 설정된 허용오차 범위 이내에 포함하는지를 확인하는 단계;를 포함할 수 있다.The determining may include: calculating a flow rate ratio, which is a ratio of the supply flow rate and the discharge flow rate, by checking the supply flow rate and the discharge flow rate of the membrane distiller or the reverse electrodialysis machine; and checking whether the flow rate ratio is within a preset tolerance range.
실시예에 따르면, 상기 막증류기의 동작 상태를 판단하기 이전에, 상기 기수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 미만인지를 확인하는 단계; 및 상기 기수챔버의 수위레벨이 임계값 미만이면, 상기 막증류기에 포함된 염수챔버로부터 상기 기수챔버로 염수를 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, before determining the operating state of the film still, checking whether the water level level of the nose chamber is less than a predetermined threshold value; and supplying brine from the brine chamber included in the membrane still to the brine chamber when the water level level of the brine chamber is less than the threshold value.
상기 막증류기의 동작 상태를 판단한 이후에, 상기 염수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 이상인지를 확인하는 단계; 및 상기 염수챔버의 수위레벨이 임계값 이상이면, 상기 염수챔버의 염수를 외부로 배출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.after determining the operating state of the membrane still, confirming whether the water level level of the brine chamber is equal to or greater than a predetermined threshold value; and discharging the brine from the brine chamber to the outside when the water level level of the brine chamber is equal to or greater than a threshold value.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치는, 기수챔버, 열교환기, 막증류기 및 역전기투석기의 순환형 폐루프를 구성하는 하이브리드 발전 시스템의 제어 장치에 있어서, 적어도 하나 이상의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 제어 장치로 하여금, 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 이용하여 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단하게 하고, 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단함에 따라 상기 하이브리드 발전 시스템의 운전 상태를 보고하게 하는 것일 수 있다.In addition, the control device according to an embodiment of the present invention, the control device of the hybrid power generation system constituting the circulating closed loop of the brackish chamber, the heat exchanger, the membrane still and the reverse electrodialysis machine, at least one processor; and a memory for storing computer readable instructions, wherein the instructions, when executed by the at least one processor, cause the control device to control the supply flow rate and the output flow rate of the membrane still or the reverse electrodialysis machine. To determine the operating state of the membrane still or the reverse electrodialysis machine using the flow rate ratio, which is a ratio, and to report the operating state of the hybrid power generation system according to the determination of the operating state of the membrane still or the reverse electrodialysis machine can
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 제어 장치로 하여금, 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단할 때, 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량을 확인하여 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 계산하게 하고, 상기 유량비율이 미리 설정된 허용오차 범위 이내에 포함하는지를 확인하게 하는 것일 수 있다.The instructions, when executed by the at least one processor, cause the control device, when determining the operating state of the membrane still or the reverse electrodialysis machine, the supply flow rate and the discharge flow rate of the membrane still or the reverse electrodialysis machine to calculate the flow rate ratio, which is the ratio of the supply flow rate and the discharge flow rate, by checking , and it may be to check whether the flow rate ratio is included within a preset tolerance range.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 제어 장치로 하여금, 상기 막증류기의 동작 상태를 판단하기 이전에, 상기 기수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 미만인지를 확인하게 하고, 상기 기수챔버의 수위레벨이 임계값 미만이면, 상기 막증류기에 포함된 염수챔버로부터 상기 기수챔버로 염수를 공급하게 하는 것일 수 있다.The instructions, when executed by the at least one processor, cause the control device to check whether the water level in the nose chamber is less than a predetermined threshold before determining the operating state of the film still, If the water level level of the brackish chamber is less than the threshold value, it may be to supply brine from the brine chamber included in the membrane still to the brackish chamber.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 제어 장치로 하여금, 상기 막증류기의 동작 상태를 판단한 이후에, 상기 염수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 이상인지를 확인하게 하고, 상기 염수챔버의 수위레벨이 임계값 이상이면, 상기 염수챔버의 염수를 외부로 배출하게 하는 것일 수 있다.The instructions, when executed by the at least one processor, cause the control device to check whether the water level level of the brine chamber is equal to or greater than a predetermined threshold after determining the operating state of the membrane still, and If the water level level of the brine chamber is equal to or greater than a threshold value, the brine in the brine chamber may be discharged to the outside.
본 발명은 연료전지의 운영중에 발생하는 폐열을 막증류 공정에 활용하여 염수와 담수를 분리하고, 분리된 염수와 담수를 역전기투석 공정에 공급하여 전력을 생산한 후, 역전기투석 공정을 통해 배출되는 기수를 막증류 공정에 다시 공급함으로써 연료전지에서 발생하는 저등급 폐열을 이용하여 발전효율을 극대화시키고, 청정 에너지를 생산할 수 있다.The present invention uses waste heat generated during operation of a fuel cell in a membrane distillation process to separate brine and fresh water, and supplies the separated brine and fresh water to the reverse electrodialysis process to produce electricity, and then through the reverse electrodialysis process By supplying the discharged brackish water back to the membrane distillation process, it is possible to maximize power generation efficiency and produce clean energy using low-grade waste heat generated from fuel cells.
또한, 본 발명은 순환형 폐루프 공정 구성을 통해 분리막의 파울링을 유발할 수 있는 이물질 등이 시스템 내로 유입하는 것을 사전에 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 추가 사용되는 용매가 불필요하기에 운영비의 절감할 수 있다.In addition, the present invention can prevent foreign substances that may cause fouling of the separation membrane from entering the system in advance through the circulating closed-loop process configuration, and also reduce operating costs because additional solvents are not required. have.
또한, 본 발명은 개별 공정을 융합시켜 일체로 이용함으로써 추가적인 용매(염수, 담수, 기수)의 공급이 불필요하며, 패키지 형태로 시스템 제공이 가능하여 위치에 대한 제약이 없다.In addition, the present invention does not require the supply of additional solvents (brine, fresh water, brackish water) by fusing individual processes and using them as one, and there is no restriction on location because the system can be provided in the form of a package.
또한, 본 발명은 순환형 폐루프 공정에서 염수의 조성 및 농도 조절할 수 있다.In addition, the present invention can control the composition and concentration of brine in the closed loop process.
또한, 본 발명은 순환형 페루프 공정에서 용매나 용질의 변경을 통해 분리막의 내구성에 영향을 주지 않는 최적의 조합을 선정하여 적용할 수 있다.In addition, the present invention can be applied by selecting an optimal combination that does not affect the durability of the separation membrane by changing the solvent or solute in the cyclic loop process.
또한, 본 발명은 기존 개별 공정인 막증류 공정과 역전기투석 공정을 융합시켜 일체로 이용함으로서 두 공정간 연계에 있어 하드웨어적으로 챔버를 구성하고 두 공정이 연계하는 제어로직의 반영할 수 있다.In addition, the present invention integrates and uses the existing individual processes, the membrane distillation process and the reverse electrodialysis process, in one piece, so that the chamber is configured in hardware in the connection between the two processes and the control logic linked between the two processes can be reflected.
도 1은 인산형 연료전지의 에너지 정산을 설명하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템을 나타낸 도면,
도 3은 염수 농도 변화에 따른 전력생산량을 나타낸 도면,
도 4는 염수 및 담수 유량 변화에 따른 전력생산량을 나타낸 도면,
도 5는 전극용액의 농도 변화에 따른 전력생산량을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템의 제어 방법을 나타낸 도면이다.1 is a view for explaining energy calculation of a phosphoric acid fuel cell;
2 is a view showing a hybrid power generation system using waste heat according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a view showing the power production according to the change in the concentration of brine;
Figure 4 is a view showing the power production according to the change in the flow rate of salt water and fresh water;
5 is a view showing the power production according to the change in the concentration of the electrode solution;
6 is a view showing a control method of a hybrid power generation system using waste heat according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, detailed descriptions of well-known functions or configurations that may obscure the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings will be omitted. Also, it should be noted that throughout the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors should appropriately define their own inventions in terms of the best way to describe them. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.In the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated, and the size of each component does not fully reflect the actual size. The present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.In the entire specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, when a part is said to be "connected" with another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, and includes one or more other features, number, or step. , it should be understood that it does not preclude in advance the possibility of the existence or addition of an operation, component, part, or combination thereof.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.Also, as used herein, the term “unit” refers to a hardware component such as software, FPGA, or ASIC, and “unit” performs certain roles. However, "part" is not meant to be limited to software or hardware. A “unit” may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to refresh one or more processors. Thus, by way of example, “part” includes components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. The functionality provided within components and “parts” may be combined into a smaller number of components and “parts” or further divided into additional components and “parts”.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the embodiments of the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a hybrid power generation system using waste heat according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템(이하 '하이브리드 발전 시스템'이라 함, 100)은, 연료전지의 운영중에 발생하는 폐열을 막증류(Membrane Distillation, MD) 공정에 활용하여 염수와 담수를 분리하고, 분리된 염수와 담수를 역전기투석(Reverse ElectroDialysis, RED) 공정에 공급하여 전력을 생산한 후, 역전기투석 공정을 통해 배출되는 기수를 막증류 공정에 다시 공급함으로써 연료전지에서 발생하는 저등급 폐열을 이용하여 발전효율을 극대화시키고, 청정 에너지를 생산할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the hybrid power generation system using waste heat (hereinafter referred to as a 'hybrid power generation system', 100) according to an embodiment of the present invention is a membrane distillation (membrane distillation, MD) process to separate brine and fresh water, supply the separated brine and fresh water to the Reverse ElectroDialysis (RED) process to produce electricity, and then membrane distill the brackish water discharged through the reverse electrodialysis process. By supplying it back to the process, it is possible to maximize power generation efficiency and produce clean energy by using the low-grade waste heat generated from the fuel cell.
이와 같이 하이브리드 발전 시스템(100)은 염수, 담수 및 기수의 흐름에 의한 순환형 폐루프(closed loop) 공정을 구성하게 된다. 여기서, 염수, 담수 및 기수의 구분은 염의 농도에 따라 수질을 분류한다. 즉, 염수(salt water)라 함은 염의 함유량이 35,000㎎/L 이상인 용액이고, 담수(fresh water)라 함은 염(salt)의 함유량이 0∼1,000㎎/L인 용액이며, 기수(brackish water)라 함은 염의 함유량이 1,000∼10,000㎎/L인 용액이다. 이는 미국 지질 조사소에서 염의 농도에 따라 수질을 분류한 것이다.As such, the hybrid
그리고, 하이브리드 발전 시스템(100)은 연료전지에서 발생하는 폐열을 이용하여 전력을 생산하는 경우에 대해 설명하나, 이에 한정되지 않고 소각로 등에서 발생하는 폐열을 이용하는 경우에도 적용 가능하다.In addition, the hybrid
아울러, 하이브리드 발전 시스템(100)은 기수챔버(110), 열교환기(120), 막증류기(130), 역전기투석기(140)를 포함하여 구성할 수 있다. 하이브리드 발전 시스템(100)은 제어 장치(미도시)를 더 포함한다.In addition, the hybrid
먼저, 제어 장치는 하이브리드 발전 시스템(100)의 연속적인 운전이 가능하도록 담수, 염수 및 기수의 유량을 조절할 수 있다. 이러한 제어 장치는 적어도 하나 이상의 프로세서(processor)(미도시)와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리(memory)(미도시)를 포함하되, 적어도 하나의 프로세서에 의해 메모리에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령들이 실행될 때, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전 시스템(100)의 제어 방법을 수행할 수 있다.First, the control device may adjust the flow rates of fresh water, salt water, and brackish water to enable continuous operation of the hybrid
다음으로, 기수챔버(110)는 하이브리드 발전 시스템(100)이 순환형 폐루프를 형성함에 따라, 전단에 연결된 역전기투석기(140)로부터 기수를 공급받아 저장하고, 저장된 기수를 후단에 연결된 열교환기(120)로 공급한다.Next, as the hybrid
이러한 기수챔버(110)는 염수챔버(132)로부터 공급되는 염수를 조절하기 위한 메이크업 밸브(makeup valve)(111), 외부로 기수를 배출시키기 위한 제1 배출 밸브(drain valve)(112), 챔버에 저장된 기수의 수위 레벨을 측정하는 기수 수위 센서(113)를 포함한다.The
이때, 제어 장치는 기수챔버(110)의 수위 레벨을 미리 설정된 임계값 수준으로 유지시킨다. 여기서, 임계값은 기수챔버(110)의 전체 수위 레벨에서 50% 수준으로 설정될 수 있다.At this time, the control device maintains the water level level of the
이를 위해, 제어 장치는 기수 수위 센서(113)를 이용하여 기수챔버(110)의 수위 레벨을 측정한다. To this end, the control device measures the water level level of the
그리고, 제어 장치는 기수챔버(110)의 수위 레벨이 미리 설정된 임계값 미만이면, 메이크업 밸브(111)를 개방(open) 상태로 제어한다. 이 경우, 염수챔버(132)에 저장된 염수는 기수챔버(110)로 공급된다.And, when the water level level of the
또한, 제어 장치는 염수가 기수챔버(110)로 공급됨에 따라 기수챔버(110)의 수위 레벨이 미리 설정된 임계값 이상이면, 메이크업 밸브(111)를 폐쇄(close) 상태로 제어한다. 이 경우, 염수챔버(132)에 저장된 염수는 기수챔버(110)로 공급이 중단된다.In addition, the control device controls the
아울러, 제어 장치는 기수챔버(110)의 수위 레벨에 따라 제1 배출 밸브(112)의 개폐 상태를 제어할 수도 있다. 이에 대한 자세한 설명은 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있으므로 생략하기로 한다.In addition, the control device may control the opening/closing state of the
다음으로, 열교환기(120)는 발전폐열을 이용한 열교환을 통해 전단에 연결된 기수챔버(110)로부터 공급받는 기수를 가열한 다음, 가열된 기수를 후단에 연결된 막증류기(130)로 공급한다. 여기서, 발전폐열은 연료전지 등과 같은 발전시스템의 배출수 폐열로서 60∼120℃의 온도범위를 갖는다. 즉, 발전폐열은 연료전지 배출수의 저등급 폐열일 수 있다.Next, the
이때, 열교환기(120)는 전단에 연결된 기수챔버(110)로부터 공급받는 기수가 후단에 연결된 막증류기(130)로 자연스럽게 이동함에 따라 발전폐열에 의한 열교환 과정이 자연스럽게 일어난다. 즉, 발전폐열(고온 유체)의 열은 열교환기(120)의 전열면을 사이에 두고 기수(저온 유체)로 옮겨지게 되고, 기수는 온도가 상승하게 된다.At this time, in the
또한, 열교환기(120)에 의해 가열된 기수는 막증류기(130)로 공급될 때, 열교환기(120)와 막증류기(130) 사이에 설치된 제1 펌프(P1)를 통해 공급될 수 있다. 이러한 제1 펌프(P1)는 막증류기(130)에서 이루어지는 막증류 공정의 성능 향상을 위해 일정하게 가압할 수 있다.In addition, when the brackish water heated by the
다음으로, 막증류기(130)는 소수성의 다공성 멤브레인(hydrophobic porous membrane)인 소수성 고분자분리막을 이용하여 열에너지를 화학에너지로 변환하는 것으로서, 가열된 기수로 인한 분리막 양쪽의 온도차로 발생하는 분리막 표면의 상변화를 이용하여 분리막 표면의 미세기공을 통해 물을 증발, 이동, 응축하여 기수를 염수와 담수로 분리한다.Next, the
즉, 가열된 기수는 분리막 표면의 미세기공을 통해 이동하는 과정에서 온도차가 발생되고, 온도차에 의해 유도된 증기압 분압차에 의해 분리막 표면에서 증기화된다. 해당 증기는 분리막을 통과하여 반대편으로 이동하게 되면 응축수(즉, 담수)로 변한다.That is, the heated brackish water generates a temperature difference in the process of moving through the micropores on the surface of the separation membrane, and is vaporized on the surface of the separation membrane by the difference in vapor pressure and partial pressure induced by the temperature difference. When the vapor passes through the separation membrane and moves to the opposite side, it is converted into condensed water (ie, fresh water).
이러한 막증류기(130)는 소수성 고분자분리막을 구비하여 막증류 공정이 이루어지는 막증류 챔버(131), 분리막을 기준으로 막증류 챔버(131)의 일측에 분리되는 고농도 기수(즉, 염수)를 저장하기 위한 염수챔버(132), 분리막을 기준으로 막증류 챔버(131)의 타측에 분리되는 응축수(즉, 담수)를 저장하기 위한 담수챔버(133)를 포함한다.The
여기서, 막증류 챔버(131)의 일측은 증류기에 해당하고, 막증류 챔버(131)의 타측은 응축기에 해당한다. 그래서, 막증류 챔버(131)의 일측은 증기가 반대편으로 이동하면 기수 자체의 염분 농도가 높아지기 때문에 기수가 염수로 변하게 된다.Here, one side of the
또한, 막증류기(130)는 MD 공급유량 측정센서(MD_in)와 MD 배출유량 측정센서(MD_out1, MD_out2)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
이때, 제어 장치는 막증류기(130)의 '공급유량과 배출유량의 비율'(이하 '유량비율'라 함)을 계산하여 막증류기(130)가 정상으로 동작하는지를 판단한다.At this time, the control device calculates the 'ratio of the supply flow rate and the discharge flow rate' (hereinafter referred to as a 'flow rate ratio') of the
여기서, 유량비율은 공급유량/배출유량으로 나타낼 수 있으며, 공급유량과 배출유량이 서로 동일하다면 '1'로 계산된다. 공급유량과 배출유량이 동일한 경우의 유량비율을 기준유량이라 할 때, 정상으로 동작하는 범위로 볼 수 있는 막증류기(130)에서 유량비율의 허용오차 범위는 예를 들어, ±10%일 수 있다. 즉, 막증류기(130)에서 유량비율의 허용오차 범위는 기준유량-0.1(즉, 0.9)<유량비율<기준유량+0.1(즉, 1.1)와 같다.Here, the flow rate ratio can be expressed as a supply flow rate/discharge flow rate, and is calculated as '1' if the supply flow rate and the discharge flow rate are the same. When the flow rate ratio when the supply flow rate and the discharge flow rate are the same as the reference flow rate, the allowable error range of the flow rate ratio in the
즉, 제어 장치는 막증류기(130)의 유량비율이 허용오차 범위 이내에 들어오면 막증류기(130)가 정상으로 동작하는 것으로 판단하게 된다.That is, the control device determines that the
구체적으로, 제어 장치는 MD 공급유량 측정센서(MD_in)를 이용하여 막증류기(130)의 공급유량을 확인 가능하고, MD 배출유량 측정센서(MD_out1,MD_out2)를 이용하여 막증류기(130)의 배출유량을 확인 가능하다. 여기서, 막증류기(130)의 공급유량은 열교환기(120)로부터 공급되는 전체 기수 유량이고, 막증류기(130)의 배출유량은 막증류기(130)로부터 배출되는 염수유량과 담수유량의 합산 유량이다.Specifically, the control device can check the supply flow rate of the
그리고, 제어 장치는 막증류기(130)의 공급유량과 배출유량을 이용하여 유량비율을 계산한 후, 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되는지를 확인한다.Then, after calculating the flow rate ratio using the supply flow rate and the discharge flow rate of the
이때, 제어 장치는 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되면 막증류기(130)가 정상으로 동작하는 것으로 판단하고, 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되지 않으면 막증류기(130)가 이상으로 동작하는 것으로 판단한다. 제어 장치는 막증류기(130)의 이상 동작시 시스템 관리자에게 통보할 수 있다. 이에 따라, 시스템 관리자는 막증류기(130)의 분리막 누수 여부 또는 펌프의 동작 여부 등을 확인하게 된다.At this time, the control device determines that the
이러한 제어 장치는 막증류기(130)가 정상으로 동작하는지를 판단하는 과정에 대해 미리 설정된 시간(예를 들어, 10분)에 따라 수행할 수 있다. Such a control device may be performed according to a preset time (eg, 10 minutes) for the process of determining whether the
한편, 막증류기(130)는 일반적인 역삼투법(Reverse Osmosis)에 비하여 낮은 압력으로 운전 가능한 분리막 공정으로 증기압 분압차에 의해 기수를 염수와 담수로 분리할 수 있고, 일반적인 증류법(Distillation)과 같이 비말 동반(entrainment)이 발생하지 않는다.On the other hand, the
또한, 염수챔버(132)는 외부로 염수를 배출시키기 위한 제2 배출 밸브(132a), 챔버에 저장된 염수의 수위 레벨을 측정하는 염수 수위 센서(132b)를 포함한다.In addition, the
이때, 제어 장치는 염수챔버(132)의 수위 레벨을 미리 설정된 임계값 수준으로 유지시킨다. 여기서, 임계값은 기수챔버(110)의 전체 수위 레벨에서 70% 수준으로 설정될 수 있다.At this time, the control device maintains the water level level of the
이를 위해, 제어 장치는 염수 수위 센서(132b)를 이용하여 염수챔버(132)의 수위 레벨을 측정한다. To this end, the control device measures the water level of the
그리고, 제어 장치는 염수챔버(132)의 수위 레벨이 미리 설정된 임계값 이상일 경우에 제2 배출 밸브(132a)를 개방(open) 상태로 제어한다. 이 경우, 염수챔버(132)에 저장된 염수는 기수챔버(110)로 공급되거나, 외부로 배출될 수 있다.In addition, the control device controls the
또한, 제어 장치는 염수챔버(132)에서 염수가 배출됨에 따라 염수챔버(132)의 수위 레벨이 미리 설정된 임계값 미만이면, 제2 배출 밸브(132a)를 폐쇄(close) 상태로 제어한다. 이 경우, 염수챔버(132)에 저장된 염수는 배출이 중단된다.In addition, when the water level of the
염수챔버(132)는 염수유로를 통해 역전기투석기(140)에 염수를 공급하고, 담수챔버(133)는 담수유로를 통해 역전기투석기(140)에 담수를 공급한다. The
이때, 염수챔버(132)에서 공급되는 염수와 담수챔버(133)에서 공급되는 담수는 각각 제2 펌프(P2)와 제3 펌프(P3)를 통해 역전기투석기(140)로 공급할 수 있다.At this time, the brine supplied from the
다음으로, 역전기투석기(140)는 염수와 담수의 염분 농도차를 이용하여 발전하는 것으로서, (+) 극인 산화전극(anode)(141)과 (-) 극인 환원전극(cathode)(142) 사이에 양이온 교환막(Cation-Exchange mebrane, C)과 음이온 교환막(Anion-Exchange mebrane, A)을 교차로 배열하여 복수 개의 셀영역으로 구성한다.Next, the
복수 개의 셀영역에는 산화전극셀(141a)와 환원전극셀(142a)을 포함한다. 여기서, 산화전극셀(141a)은 산화반응을 통해 전자를 공급하는 애노드 용액을 포함하고, 환원전극셀(142a)은 환원반응을 통해 전자를 공급받는 캐소드 용액을 포함한다. The plurality of cell regions includes an anode cell 141a and a cathode cell 142a. Here, the anode cell 141a includes an anode solution that supplies electrons through an oxidation reaction, and the cathode cell 142a includes a cathode solution that receives electrons through a reduction reaction.
이러한 애노드 용액과 캐소드 용액 즉, 전극 용액은 양이온의 출입에 따라 전자의 잉여량 혹은 부족량이 전환되고, 이때 발생되는 전위차에 의해 산화전극(141)과 환원전극(142)환원전극(142)흐를 수 있게 한다.The anode solution and the cathode solution, that is, the electrode solution, the surplus or deficiency of electrons is switched according to the entry and exit of positive ions, and the
구체적으로, 역전기투석기(140)는 염수와 담수를 이온교환막 사이로 교차로 흐르게 하여 염수에 용해되어 있는 Na+ 이온과 Cl- 이온이 이온교환막을 통해 담수로 이동하면서 발생되는 화학적인 에너지를 전기적인 에너지로 전환시켜 전력을 생산한다. 즉, 역전기투석기(140)는 염수와 담수의 염분 차이와 이온 교환막을 이용한 Na+ 이온과 Cl- 이온의 분리를 이용하여 화학 포텐셜(chemical potential) 차이를 유발하고, 레독스 커플(redox couple) 물질을 이용하여 화학 포텐셜 차이를 전기 포텐셜(electrical potential) 차이로 변환시켜 전기를 생산한다.Specifically, the
그리고, 애노드 용액과 캐소드 용액은 산화전극셀(141a)과 환원전극셀(142a) 사이를 순환하지 않는 고정형으로서, Fe2+/Fe3+ 착화물인 산화환원쌍을 포함할 수 있다. And, the anode solution and the cathode solution is a fixed type that does not circulate between the anode cell 141a and the cathode cell 142a, and may include a redox pair that is a Fe 2+ /Fe 3+ complex.
또한, 애노드 용액과 캐소드 용액은 높은 출력을 얻고 장시간 운전이 가능하도록 상온에서 포화상태인 것이 바람직하다.In addition, the anode solution and the cathode solution are preferably in a saturated state at room temperature to obtain high output and to enable long-term operation.
아울러, 양이온 교환막(C)과 음이온 교환막(A)은 산화전극셀(141a)과 환원전극셀(142a) 사이에 교대로 설치되어 복수의 유로를 형성하게 된다.In addition, the cation exchange membrane (C) and the anion exchange membrane (A) are alternately installed between the anode cell 141a and the cathode cell 142a to form a plurality of flow paths.
한편, 역전기투석기(140)는 염수유로와 담수유로로 구성되는 유로쌍을 통해 이온교환막 사이에 염수와 담수가 교차하여 공급된다.On the other hand, in the
담수유로에는 담수가 공급되고 염수유로에는 염수가 공급된다. 그러면, 양이온과 음이온은 이온교환막을 통해 이동하게 된다. 이때, 담수는 염분 농도가 높아진 기수가 되고, 염수는 염분 농도가 낮아진 기수가 된다. 염수와 담수는 외부로 배출되어 하나의 유로로 혼합되어 기수챔버(110)로 이동한다.Fresh water is supplied to the fresh water passage and brine is supplied to the salt water passage. Then, cations and anions move through the ion exchange membrane. At this time, fresh water becomes brackish water with a high salinity concentration, and salt water becomes brackish water with a low salinity concentration. The salt water and fresh water are discharged to the outside, are mixed into one flow path, and move to the
전술한 바와 같이, 기수챔버(110)에 모인 기수는 다시 막증류기(130)에 공급되는 흐름으로 이어진다.As described above, the brackish water collected in the
또한, 역전기투석기(140)는 RED 공급유량 측정센서(RED_in1, RED_in2)와 RED 배출유량 측정센서(RED_out)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
이때, 제어 장치는 역전기투석기(140)의 공급유량과 배출유량의 비율 즉, 유량비율을 계산하여 역전기투석기(140)가 정상으로 동작하는지를 판단한다.At this time, the control device determines whether the
전술한 바와 같이, 유량비율은 공급유량/배출유량으로 나타낼 수 있으며, 공급유량과 배출유량이 서로 동일하다면 '1'로 계산된다. 공급유량과 배출유량이 동일한 경우의 유량비율을 기준유량이라 할 때, 정상으로 동작하는 범위로 볼 수 있는 역전기투석기(140)에서 유량비율의 허용오차 범위는 예를 들어, ±15%일 수 있다. 즉, 역전기투석기(140)에서 유량비율의 허용오차 범위는 기준유량-0.15(즉, 0.85)<유량비율<기준유량+0.15(즉, 1.15)와 같다.As described above, the flow rate ratio can be expressed as a supply flow rate/discharge flow rate, and is calculated as '1' if the supply flow rate and the discharge flow rate are the same. When the flow rate ratio when the supply flow rate and the discharge flow rate are the same as the reference flow rate, the allowable error range of the flow rate ratio in the
즉, 제어 장치는 역전기투석기(140)의 유량비율이 허용오차 범위 이내에 들어오면 역전기투석기(140)가 정상으로 동작하는 것으로 판단하게 된다.That is, the control device determines that the
구체적으로, 제어 장치는 RED 공급유량 측정센서(RED_in1,RED_in2)를 이용하여 역전기투석기(140)의 공급유량을 확인 가능하고, RED 배출유량 측정센서(RED_out)를 이용하여 역전기투석기(140)의 배출유량을 확인 가능하다. 여기서, 역전기투석기(140)의 공급유량은 막증류기(130)로부터 공급되는 염수유량과 담수유량의 합산 유량이고, 역전기투석기(140)의 배출유량은 역전기투석기(140)로부터 배출되는 전체 기수 유량이다.Specifically, the control device can check the supply flow rate of the
그리고, 제어 장치는 역전기투석기(140)의 공급유량과 배출유량을 이용하여 유량비율을 계산한 후, 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되는지를 확인한다.Then, the control device calculates the flow rate ratio using the supply flow rate and the discharge flow rate of the
이때, 제어 장치는 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되면 역전기투석기(140)가 정상으로 동작하는 것으로 판단하고, 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되지 않으면 역전기투석기(140)가 이상으로 동작하는 것으로 판단한다. 제어 장치는 역전기투석기(140)의 이상 동작시 시스템 관리자에게 통보할 수 있다. 이에 따라, 시스템 관리자는 역전기투석기(140)의 분리막 누수 여부, 전극용액 순환여부, 전극용액 농도저하 여부, 펌프의 동작 여부 등을 확인하게 된다.At this time, the control device determines that the
한편, 역전기투석기(140)는 공급되는 염수의 농도 변화(실험예 1, 도 3 참조), 공급되는 염수 및 담수 유량 변화(실험예 2, 도 4 참조), 전극용액의 농도 변화(실험예 3, 도 5 참조)를 조정하여 성능을 향상시킬 수 있다. 이외에도 염수 및 담수의 유량비, 온도에 따른 최적값이 존재한다.On the other hand, the
도 3은 염수 농도 변화에 따른 전력생산량을 나타낸 도면이고, 도 4는 염수 및 담수 유량 변화에 따른 전력생산량을 나타낸 도면이며, 도 5는 전극용액의 농도 변화에 따른 전력생산량을 나타낸 도면이다.Figure 3 is a view showing the power production according to the change in the concentration of brine, Figure 4 is a view showing the power production according to the change in the flow rate of brine and fresh water, Figure 5 is a view showing the power production according to the change in the concentration of the electrode solution.
[실험예 1][Experimental Example 1]
도 3을 참조하면, 실험예 1에서는 염수 농도를 변화시키면서 전력생산량을 측정하였다. 이때, 이온교환막 활성면적은 7㎝×10㎝, 역전기투석기(140)의 셀수는 60셀, 염수유량과 담수유량은 150cc/min, 전극용액 농도는 50mM이다.Referring to FIG. 3 , in Experimental Example 1, power production was measured while changing the salt water concentration. At this time, the active area of the ion exchange membrane is 7 cm × 10 cm, the number of cells of the
실험 변수는 염수 농도로서, 3.5wt%, 7.0wt%, 10.5wt%, 14.0wt%이다.Experimental parameters are brine concentration, 3.5wt%, 7.0wt%, 10.5wt%, 14.0wt%.
실험 결과는 단위시스템 전력생산량으로 0.4∼0.9W(0.95∼2.14 W/m2)이다.The experimental result is 0.4~0.9W (0.95~2.14 W/m 2 ) in unit system power production.
[실험예 2][Experimental Example 2]
도 4를 참조하면, 실험예 2에서는 염수 및 담수 유량을 변화시키면서 전력생산량을 측정하였다. 이때, 이온교환막 활성면적은 7㎝×10㎝, 역전기투석기(140)의 셀수는 60셀, 염수농도는 10wt%, 전극용액 농도는 50mM이다.Referring to FIG. 4 , in Experimental Example 2, electricity production was measured while changing the flow rates of salt water and fresh water. At this time, the active area of the ion exchange membrane is 7 cm × 10 cm, the number of cells in the
실험 변수는 염수 및 담수 유량으로서, 150cc/min, 200cc/min, 250cc/min, 300cc/min, 350cc/min이다.Experimental parameters are brine and freshwater flow rates, which are 150cc/min, 200cc/min, 250cc/min, 300cc/min, 350cc/min.
실험 결과는 단위시스템 전력생산량으로 0.79∼1.68W(1.88∼4.00 W/m2)이다.The experimental result is 0.79~1.68W (1.88~4.00 W/m 2 ) in unit system power production.
[실험예 3][Experimental Example 3]
도 5를 참조하면, 실험예 3에서는 전극용액 농도를 변화시키면서 전력생산량을 측정하였다. 이때, 이온교환막 활성면적은 7㎝×10㎝, 역전기투석기(140)의 셀수는 60셀, 염수농도는 10wt%, 염수 및 담수유량은 150cc/min이다.Referring to FIG. 5 , in Experimental Example 3, power production was measured while changing the electrode solution concentration. At this time, the active area of the ion exchange membrane is 7 cm × 10 cm, the number of cells of the
실험 변수는 전극용액의 농도로서, 50mM, 70mM이다.Experimental parameters are the concentration of the electrode solution, 50mM, 70mM.
실험 결과는 단위시스템 전력생산량으로 0.79∼0.94W(1.88∼2.24 W/m2)이다.The experimental result is 0.79∼0.94W (1.88∼2.24 W/m 2 ) of unit system power production.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템의 제어 방법을 나타낸 도면이다.6 is a view showing a control method of a hybrid power generation system using waste heat according to an embodiment of the present invention.
제어 장치는 하이브리드 발전 시스템(100)의 연속적인 운전이 가능하도록 염수, 담수 및 기수의 유량을 조절한다. 이때, 제어 장치는 사전에 시스템이 가지고 잇는 특성을 실험하여 그 결과를 토대로 적용한다. 이에, 제시된 수치는 챔버의 용량이나 시스템의 용량에 따라 변경 가능하다.The control device adjusts the flow rates of salt water, fresh water, and brackish water to enable continuous operation of the hybrid
먼저, 제어 장치는 기수챔버(110)의 수위레벨을 일정하게 유지시킨다(S201∼S204).First, the control device maintains a constant level of the water level in the nose chamber 110 (S201 to S204).
즉, 제어 장치는 기수챔버(110)의 수위레벨을 확인한 후(S201), 수위레벨이 임계값 미만인지를 확인한다(S202). 이때, 제어 장치는 수위레벨이 임계값 미만이면(S202), 메이크업 밸브(111)를 개방하여 염수챔버(132)로부터 기수챔버(110)로 염수를 공급한다(S203). 그리고, 제어 장치는 수위레벨이 임계값 이상이면(S202), 메이크업 밸브(111)를 폐쇄하여 염수 공급을 중단시킨다(S204).That is, the control device checks whether the water level level in the rider chamber 110 (S201), and then checks whether the water level is less than the threshold value (S202). At this time, when the water level is less than the threshold value (S202), the control device opens the
다음으로, 제어 장치는 막증류기(130)의 동작 상태를 확인한다(S205∼S212).Next, the control device checks the operating state of the membrane distiller 130 (S205 to S212).
즉, 제어 장치는 막증류기(130)의 공급유량과 배출유량을 확인하여 유량비율을 계산한 후(S205, S206), 유량비율이 허용오차 범위(±10%) 이내에 포함되는지를 확인한다(S207). 이때, 제어 장치는 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되지 않으면(S207), 시스템 관리자에게 막증류기(130)의 이상 동작을 보고한다(S208). 또한, 제어 장치는 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되면(S207), 막증류기(130)가 정상으로 동작하는 것으로 판단한 후 염수챔버(132)의 수위레벨을 확인한다(S209).That is, the control device checks the supply flow rate and the discharge flow rate of the
이후, 제어 장치는 염수챔버(132)의 수위 레벨이 미리 설정된 임계값 이상이면(S210), 배출 밸브를 개방하여 염수를 외부로 배출한다(S211). 또한, 제어 장치는 염수챔버(132)의 수위 레벨이 미리 설정된 임계값 미만이면(S210), 배출 밸브를 폐쇄하여 염수 배출을 중단한다(S212).Then, when the level of the water level in the
다음으로, 제어 장치는 역전기투석기(140)의 동작 상태를 확인한다(S213∼S216).Next, the control device checks the operating state of the reverse electrodialysis machine 140 (S213 to S216).
즉, 제어 장치는 막증류기(130)의 공급유량과 배출유량을 확인하여 유량비율을 계산한 후(S213, S214), 유량비율이 허용오차 범위(±15%) 이내에 포함되는지를 확인한다(S215). 이때, 제어 장치는 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되지 않으면(S215), 시스템 관리자에게 역전기투석기(140)의 이상 동작을 보고한다(S216). 또한, 제어 장치는 해당 유량비율이 허용오차 범위 이내에 포함되면(S215), 막증류기(130)가 정상으로 동작하는 것으로 판단한 후 시스템 제어 동작을 종료한다.That is, the control device checks the supply flow rate and the discharge flow rate of the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전 시스템(100)은 순환형 폐루프 공정 구성을 통해 분리막의 파울링을 유발할 수 있는 이물질 등이 시스템 내로 유입하는 것을 사전에 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 추가 사용되는 용매가 불필요하기에 운영비의 절감 또한 가능하다.In this way, the hybrid
또한, 하이브리드 발전 시스템(100)은 개별 공정을 융합시켜 일체로 이용함으로써 추가적인 용매(염수, 담수, 기수)의 공급이 불필요하며, 패키지 형태로 시스템 제공이 가능하여 위치에 대한 제약이 없다.In addition, the hybrid
또한, 하이브리드 발전 시스템(100)은 순환형 폐루프 공정에서 염수의 조성 및 농도 조절이 가능하다. 역전기투석 공정은 전술한 바와 같이 염수와 담수의 농도차가 클수록 전력생산량 증가가 가능하다. 이는 실험예 1과 도 3을 통해 확인 가능하다.In addition, the hybrid
또한, 하이브리드 발전 시스템(100)은 순환형 페루프 공정에서 용매나 용질의 변경을 통해 분리막의 내구성에 영향을 주지 않는 최적의 조합을 선정하여 적용이 가능하다. 예를 들어, NaCl을 대신하여 LiCl 사용이 가능하며, 용매인 물 대신 메탄올, 에탄올 등 비점이 낮은 용매의 사용도 가능하다.In addition, the hybrid
또한, 하이브리드 발전 시스템(100)은 기존 개별 공정인 막증류 공정과 역전기투석 공정을 융합시켜 일체로 이용함으로서 두 공정간 연계에 있어 하드웨어적으로 챔버를 구성하고 두 공정이 연계하는 제어로직의 반영이 가능하다.In addition, the hybrid
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.The method according to some embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CDROMs and DVDs, magneto-optical disks such as floppy disks. hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.Although the foregoing description has focused on novel features of the invention as applied to various embodiments, those skilled in the art will recognize the apparatus and method described above without departing from the scope of the invention. It will be understood that various deletions, substitutions, and changes are possible in the form and details of Accordingly, the scope of the invention is defined by the appended claims rather than by the description above. All modifications within the scope of equivalents of the claims are included in the scope of the present invention.
100 ; 하이브리드 발전 시스템
110 ; 기수챔버
111 ; 메이크업 밸브
112 ; 제1 배출 밸브
113 ; 기수 수위 센서
120 ; 열교환기
130 ; 막증류기
131 ; 막증기 챔버
132 ; 염수챔버
132a ; 제2 배출 밸브
132b ; 염수 수위 센서
133 ; 담수챔버
140 ; 역전기투석기
141 ; 산화전극
141a ; 산화전극셀
142 ; 환원전극
142a ; 환원전극셀
A ; 음이온 교환막
C ; 양이온 교환막
P1∼P3 ; 제1 펌프∼제3 펌프
MD_in ; MD 공급유량 측정센서
MD_out1, MD_out2 ; MD 배출유량 측정센서
RED_in1, RED_in2 ; RED 공급유량 측정센서
RED_out1 ; RED 배출유량 측정센서100 ; hybrid
111;
113 ;
130 ;
132;
132b; salt
140 ; Counter-Mechanical Catapult 141 ; anode
141a;
142a; cathode cell A; anion exchange membrane
C; cation exchange membranes P1 to P3; 1st pump - 3rd pump
MD_in ; MD supply flow measuring sensor
MD_out1, MD_out2 ; MD discharge flow measurement sensor
RED_in1, RED_in2 ; RED supply flow measuring sensor
RED_out1 ; RED discharge flow measuring sensor
Claims (21)
발전폐열을 이용하여 열교환을 통해 상기 기수챔버로부터 공급된 기수를 가열하여 공급하기 위한 열교환기;
상기 열교환기에 의해 가열된 기수를 이용한 막증류 공정을 통해 상기 열교환기에 의해 가열된 기수를 염수와 담수로 분리하여 공급하기 위한 위한 막증류기; 및
상기 막증류기에 의해 분리되어 공급되는 염수와 담수를 이온교환막 사이로 교차로 흐르게 하여 염분 농도차에 따라 전력을 생산하되, 염분 농도가 달라진 염수와 담수를 상기 기수챔버로 순환시키기 위한 역전기투석기;
를 포함하는 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
a brackish chamber for storing and supplying brackish water;
a heat exchanger for heating and supplying the brackish water supplied from the brackish water chamber through heat exchange using the power generation waste heat;
a membrane distiller for separating and supplying brackish water heated by the heat exchanger into brine and fresh water through a membrane distillation process using brackish water heated by the heat exchanger; and
A reverse electrodialysis machine for generating electricity according to the difference in salinity by flowing brine and fresh water separated and supplied by the membrane distiller between the ion exchange membranes, but circulating brine and fresh water with different salinity concentrations to the brackish water chamber;
A hybrid power generation system using waste heat comprising a.
상기 발전폐열은,
연료전지 배출수의 저등급 폐열인 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
The method of claim 1,
The power generation waste heat,
A hybrid power generation system using waste heat, which is low-grade waste heat from fuel cell exhaust water.
상기 막증류기는,
소수성 고분자 분리막을 구비하여 막증류 공정이 이루어지는 막증류 챔버;
상기 소수성 고분자 분리막을 기준으로 상기 막증류 챔버의 일측에 분리되는 고농도 기수를 저장하기 위한 염수챔버; 및
상기 소수성 고분자 분리막을 기준으로 상기 막증류 챔버의 타측에 분리되는 응축부를 저장하기 위한 담수챔버;
를 포함하는 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
The method of claim 1,
The membrane distiller,
A membrane distillation chamber comprising a hydrophobic polymer separation membrane to perform a membrane distillation process;
a brine chamber for storing high-concentration brackish water separated on one side of the membrane distillation chamber based on the hydrophobic polymer separation membrane; and
a freshwater chamber for storing a condensing unit separated on the other side of the membrane distillation chamber based on the hydrophobic polymer separation membrane;
A hybrid power generation system using waste heat comprising a.
상기 역전기투석기는,
산화전극과 환원전극 사이에 양이온 교환막과 음이온 교환막을 교차로 배열하여 복수 개의 셀영역을 구성하되,
상기 복수 개의 셀영역은,
산화반응을 통해 전자를 공급하는 애노드 용액을 포함하는 산화전극셀; 및
환원반응을 통해 전자를 공급받는 캐소드 용액을 포함하는 환원전극셀;
을 포함하는 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
4. The method of claim 3,
The reverse electrodialysis machine,
A plurality of cell regions are constituted by alternately arranging a cation exchange membrane and an anion exchange membrane between the anode and the cathode,
The plurality of cell regions,
an anode cell comprising an anode solution for supplying electrons through an oxidation reaction; and
a reduction electrode cell comprising a cathode solution receiving electrons through a reduction reaction;
A hybrid power generation system using waste heat comprising a.
상기 애노드 용액과 상기 캐소드 용액은,
상기 산화전극셀과 상기 환원전극셀 사이를 순환하지 않는 고정형이되, 산화환원쌍을 포함하는 것인 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
5. The method of claim 4,
The anode solution and the cathode solution,
A hybrid power generation system using waste heat, which is a fixed type that does not circulate between the anode cell and the cathode cell, and includes a redox pair.
상기 막증류기 및 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단하기 위한 제어 장치;
를 더 포함하는 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
5. The method of claim 4,
a control device for determining the operating state of the membrane still and the reverse electrodialysis machine;
Hybrid power generation system using waste heat further comprising a.
상기 제어 장치는,
상기 막증류기의 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 계산하고, 상기 유량비율이 허용오차 범위 이내인지를 확인하여 상기 막증류기의 동작 상태를 판단하는 것인 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
7. The method of claim 6,
The control device is
A hybrid power generation system using waste heat to determine the operating state of the membrane distiller by calculating a flow rate ratio, which is a ratio of a supply flow rate and a discharge flow rate of the membrane distiller, and determining whether the flow rate ratio is within an allowable error range.
상기 막증류기는,
상기 열교환기로부터 공급되는 전체 기수 유량을 측정하기 위한 MD 공급유량 측정센서; 및
상기 역전기투석기로 배출되는 염수유량과 담수유량의 합산 유량을 측정하기 위한 MD 배출유량 측정센서;를 더 포함하되,
상기 제어 장치는,
상기 MD 공급유량 측정센서를 통해 상기 막증류기의 공급유량을 측정하고,
상기 MD 배출유량 측정센서를 통해 상기 막증류기의 배출유량을 측정하는 것인 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
8. The method of claim 7,
The membrane distiller,
MD supply flow rate measuring sensor for measuring the total brackish water flow rate supplied from the heat exchanger; and
MD discharge flow rate measuring sensor for measuring the sum of the salt water flow rate and the fresh water flow rate discharged to the reverse electrodialysis machine;
The control device is
Measuring the supply flow rate of the membrane distiller through the MD supply flow measurement sensor,
A hybrid power generation system using waste heat to measure the discharge flow rate of the membrane still through the MD discharge flow measurement sensor.
상기 제어 장치는,
상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 계산하고, 상기 유량비율이 허용오차 범위 이내인지를 확인하여 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단하는 것인 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
7. The method of claim 6,
The control device is
A hybrid power generation system using waste heat to calculate the flow rate ratio, which is the ratio of the supply flow rate and the discharge flow rate of the reverse electrodialysis machine, and determine whether the flow rate ratio is within an allowable error range to determine the operating state of the reverse electrodialysis machine.
상기 역전기투석기는,
상기 막증류기로부터 공급되는 염수유량과 담수유량의 합산 유량을 측정하기 위한 RED 공급유량 측정센서; 및
상기 기수챔버로 배출되는 전체 기수 유량을 측정하기 위한 RED 배출유량 측정센서;를 더 포함하되,
상기 제어 장치는,
상기 RED 공급유량 측정센서를 통해 상기 역전기투석기의 공급유량을 측정하고,
상기 RED 배출유량 측정센서를 통해 상기 역전기투석기의 배출유량을 측정하는 것인 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
10. The method of claim 9,
The reverse electrodialysis machine,
a RED supply flow rate measuring sensor for measuring the combined flow rate of the brine flow rate and the fresh water flow rate supplied from the membrane distiller; and
Further comprising; a RED discharge flow rate measuring sensor for measuring the total flow rate of the rider discharged to the rider chamber;
The control device is
Measuring the supply flow rate of the reverse electrodialysis machine through the RED supply flow measurement sensor,
A hybrid power generation system using waste heat to measure the discharge flow rate of the reverse electrodialysis machine through the RED discharge flow rate measuring sensor.
상기 제어 장치는,
상기 기수챔버와 상기 염수챔버의 수위레벨을 일정하게 유지하는 것인 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
7. The method of claim 6,
The control device is
A hybrid power generation system using waste heat to maintain a constant level of water levels in the brackish chamber and the brine chamber.
상기 제어 장치는,
상기 기수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 미만인지를 확인함에 따라, 상기 기수챔버와 상기 염수챔버 사이의 메이크업 밸브를 개방하여 상기 염수챔버로부터 상기 기수챔버로 염수를 공급하하도록 제어하는 것인 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
12. The method of claim 11,
The control device is
By confirming that the water level level in the brackish chamber is less than a predetermined threshold, a make-up valve between the brackish chamber and the brine chamber is opened to control supply of brine from the brine chamber to the brackish chamber. Hybrid power generation system using
상기 제어 장치는,
상기 염수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 이상인지를 확인함에 따라, 상기 염수챔버의 배출 밸브를 개방하여 상기 염수챔버에 저장된 염수를 외부로 배출하는 것인 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템.
12. The method of claim 11,
The control device is
The hybrid power generation system using waste heat to discharge the brine stored in the brine chamber to the outside by opening the discharge valve of the brine chamber by confirming whether the water level level of the brine chamber is equal to or greater than a predetermined threshold.
상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 이용하여 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단하는 단계;
상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단함에 따라 상기 하이브리드 발전 시스템의 운전 상태를 보고하는 보고 단계;
를 포함하는 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템의 제어 방법.
In the control method of a hybrid power generation system constituting a circulating closed loop of a nose chamber, a heat exchanger, a membrane distiller and a reverse electrodialysis machine,
determining an operating state of the membrane distiller or the reverse electrodialysis machine by using a flow rate ratio that is a ratio of a supply flow rate and a discharge flow rate of the membrane distiller or the reverse electrodialysis machine;
a reporting step of reporting the operating status of the hybrid power generation system according to determining the operating status of the membrane still or the reverse electrodialysis machine;
A control method of a hybrid power generation system using waste heat comprising a.
상기 판단하는 단계는,
상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량을 확인하여 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 계산하는 단계; 및
상기 유량비율이 미리 설정된 허용오차 범위 이내에 포함하는지를 확인하는 단계;
를 포함하는 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템의 제어 방법.
15. The method of claim 14,
The determining step is
calculating a flow rate ratio, which is a ratio of a supply flow rate and a discharge flow rate, by checking the supply flow rate and the discharge flow rate of the membrane distiller or the reverse electrodialysis machine; and
checking whether the flow rate ratio is within a preset tolerance range;
A control method of a hybrid power generation system using waste heat comprising a.
상기 막증류기의 동작 상태를 판단하기 이전에, 상기 기수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 미만인지를 확인하는 단계; 및
상기 기수챔버의 수위레벨이 임계값 미만이면, 상기 막증류기에 포함된 염수챔버로부터 상기 기수챔버로 염수를 공급하는 단계;
를 더 포함하는 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템의 제어 방법.
15. The method of claim 14,
Before determining the operating state of the film still, confirming whether the water level level of the nose chamber is less than a predetermined threshold value; and
supplying brine from the brine chamber included in the membrane still to the brine chamber when the water level level of the brine chamber is less than the threshold value;
A control method of a hybrid power generation system using waste heat further comprising a.
상기 막증류기의 동작 상태를 판단한 이후에, 상기 염수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 이상인지를 확인하는 단계; 및
상기 염수챔버의 수위레벨이 임계값 이상이면, 상기 염수챔버의 염수를 외부로 배출하는 단계;
를 더 포함하는 폐열을 이용한 하이브리드 발전 시스템의 제어 방법.
17. The method of claim 16,
after determining the operating state of the membrane still, confirming whether the water level level of the brine chamber is equal to or greater than a predetermined threshold value; and
discharging the brine from the brine chamber to the outside when the water level level of the brine chamber is greater than or equal to a threshold value;
A control method of a hybrid power generation system using waste heat further comprising a.
적어도 하나 이상의 프로세서; 및
컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 제어 장치로 하여금,
상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 이용하여 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단하게 하고,
상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단함에 따라 상기 하이브리드 발전 시스템의 운전 상태를 보고하게 하는 것인 제어 장치.
In the control device of the hybrid power generation system constituting the closed loop of the nose chamber, the heat exchanger, the membrane still and the reverse electrodialysis machine,
at least one processor; and
a memory for storing computer readable instructions;
The instructions, when executed by the at least one processor, cause the control device to:
to determine the operating state of the membrane distiller or the reverse electrodialysis machine by using a flow rate ratio that is a ratio of the supply flow rate and the discharge flow rate of the membrane distiller or the reverse electrodialysis machine;
The control device to report the operating status of the hybrid power generation system according to the determination of the operating status of the membrane still or the reverse electrodialysis machine.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 제어 장치로 하여금,
상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 동작 상태를 판단할 때, 상기 막증류기 또는 상기 역전기투석기의 공급유량과 배출유량을 확인하여 공급유량과 배출유량의 비율인 유량비율을 계산하게 하고,
상기 유량비율이 미리 설정된 허용오차 범위 이내에 포함하는지를 확인하게 하는 것인 제어 장치.
19. The method of claim 18,
The instructions, when executed by the at least one processor, cause the control device to:
When determining the operating state of the membrane distillation machine or the reverse electrodialysis machine, the flow rate ratio, which is the ratio of the supply flow rate and the discharge flow rate, is calculated by checking the supply flow rate and the discharge flow rate of the membrane distillation machine or the reverse electrodialysis machine,
A control device to check whether the flow rate is within a preset tolerance range.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 제어 장치로 하여금,
상기 막증류기의 동작 상태를 판단하기 이전에, 상기 기수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 미만인지를 확인하게 하고,
상기 기수챔버의 수위레벨이 임계값 미만이면, 상기 막증류기에 포함된 염수챔버로부터 상기 기수챔버로 염수를 공급하게 하는 것인 제어 장치.
19. The method of claim 18,
The instructions, when executed by the at least one processor, cause the control device to:
Before judging the operating state of the membrane still, it is checked whether the water level of the nose chamber is less than a predetermined threshold,
If the water level level in the brackish chamber is less than the threshold, the control device to supply brine from the brine chamber included in the membrane still to the brackish chamber.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 제어 장치로 하여금,
상기 막증류기의 동작 상태를 판단한 이후에, 상기 염수챔버의 수위레벨이 미리 정해진 임계값 이상인지를 확인하게 하고,
상기 염수챔버의 수위레벨이 임계값 이상이면, 상기 염수챔버의 염수를 외부로 배출하게 하는 것인 제어 장치.
21. The method of claim 20,
The instructions, when executed by the at least one processor, cause the control device to:
After determining the operating state of the membrane still, it is checked whether the water level level of the brine chamber is equal to or greater than a predetermined threshold,
If the water level level of the brine chamber is greater than or equal to a threshold, the control device to discharge the brine from the brine chamber to the outside.
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---|---|---|---|
KR1020190156413A KR20210067116A (en) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Hybrid power generation system using waste heat and controlling device and method thereof |
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Cited By (2)
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- 2019-11-29 KR KR1020190156413A patent/KR20210067116A/en not_active Application Discontinuation
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