KR20220097880A - 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈 - Google Patents

해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈 Download PDF

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Abstract

가스 터빈과 폐쇄 사이클 가스/(공기 또는 질소) 터빈을 캐스케이드 방식으로 사용함으로써, 개방 사이클 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 우회된 열을 사용하여 폐쇄 사이클 가스 터빈의 열교환기 챔버(열 추가용)에 필요한 열을 획득할 수 있다. 또한, 가능한 경우, 개방 사이클 가스 터빈 대신 원자력 발전소로부터 열을 획득할 수 있다. 매우 뜨거운 공기가 폐쇄 사이클 가스/공기 터빈에서 터빈을 떠난 후 열교환기 챔버(공기 냉각용)로 오도록 할 때, 다수의 열교환기에서 해수를 사용하여 공기를 냉각하고 열을 사용하여 해수를 담수화하므로, 결국 개방 및 폐쇄 가스 터빈에 의해 담수와 전기를 동시에 생산할 수 있다.

Description

해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈
담수화에 관한 몇 가지 발명이 있다. 이들 모두는 단지 태양에서 열(태양 에너지)을 획득하는 것에 초점을 맞췄다. 이는 열원의 제한된 시간(야간 및 흐린 날 효과)으로 인해 많은 양의 담수를 생산하지 못하고 에너지 공급이 안정적이지 않다.
본 발명에서, 개방 사이클 가스 터빈을 열원으로 사용하고, 이 열을, 폐쇄 사이클의 한 단계(열교환기(B2, B3))에서 열을 필요로 하는 폐쇄 사이클 가스/공기 터빈에 제공하는 것이 제안된다.
매우 뜨거운 공기는 터빈(B4)을 떠난 후 압축기(B1)로 이동되기 전에 냉각되어야 한다. 이는 일반적으로 제2 열교환기에서의 통풍 공기(draft air)에 의해 수행된다.
해수를 담수화하고, 압축기(B1)에 들어가기 전에 폐쇄 사이클의 공기를 냉각시키는 방식으로, 다수의 열교환기(B6, B7, B8)를 통해 해수를 사용하는 것을 제안한다.
이러한 방식으로 개방 사이클 및 폐쇄 사이클 가스 터빈의 열병합발전은 함께 전기를 생산할 수 있고, 폐쇄 사이클 터빈은 동시에 해수로부터 담수를 생산할 수 있다.
개방 사이클 가스 터빈에 대한 일부 에너지를 절약할 수 있는 제2 열원으로서, 태양열을 열교환기의 (B3)의 개방 사이클 가스 터빈으로부터의 열과 협력하여 사용하는 방법을 추가했다.
개방 사이클 가스 터빈(A)에서, 공기는 압축기(A1)에, 다음으로 연소실(A2)에 들어가고, 다음으로, (A2)로부터의 매우 뜨거운 고압 가스가 터빈(A3)에 부딪히며, 매우 뜨거운 배기 가스로서 터빈을 떠난다.
이러한 가스는 제1 열교환기(B2)로 들어가고, 각각 단열재로 둘러 쌓여 있는 열교환 챔버 내부의 2개 또는 3개 이상의 파이프로 나누어져 있는 철 파이프를 통과한다.
파이프는 챔버를 떠나고, 다시 (B3)으로 가는 하나의 파이프가 되도록 돌아간다.
(B3)으로부터 오는 따뜻한 압축 공기(또는 질소)는 챔버(B2) 내부에 분할된 구리 튜브를 통해 코일 튜브들로 가며, 각각의 코일 튜브는 철 파이프들 중 하나의 내부에 있다. 코일 튜브는 철 파이프 벽에 닿지 않고 철 파이프의 중간에 있어야 한다.
파이프의 단부에서, 다시 연결되는 코일 튜브들은 다시 하나의 파이프를 형성하고 B2 외부로 나가고, 매우 뜨거운 압축 공기는 터빈(B4)으로 간다.
공기 및 매우 뜨거운 가스는 서로 반대 방향으로 이동된다.
챔버(B3)의 경우, 공기가 압축기(B1)로부터 (B3)으로 오고, 구리 파이프에서 압축된 따뜻한 또는 뜨거운 공기로서 (B2)로 떠나는 것, 그리고 부분적으로 뜨거운 가스가 (B2)로부터 구리 코일 튜브 안으로 오고 챔버(B3) 내의 각각의 파이프의 중앙으로 가고, 배기로 가는 하나의 튜브에서 재연결되도록 타측으로부터 떠나는 것을 제외하고, 챔버(B2)와 디자인이 유사하다.
파이프에 대한 직접적인 단열재 대신, 태양열에 의해 매우 뜨거워져, 이를 공기가 흐르는 튜브로 전달할 수 있는 재료로 패킹된다. 이러한 재료는 (용암석 또는 석탄)일 수 있다.
챔버의 외부 벽은 상부와 2개의 측부가 유리로 만들어져, 아침 시간에 반사경 거울에 의해 지향될 수 있는 태양 광선을 끌어들인다. 이러한 유리 패널은 해가 다시 뜰 때까지 해가 진 후 절연체로 커버될 수 있다. 챔버의 바닥은 철이고, 파이프를 지지하는 스테이(stay)를 구비하고, 파이프는 도(B3)에서와 같이 내부에 코일 튜브를 지지하는 지지체를 갖는다.
공기는 터빈(B4)을 떠난 후, 냉각되기 위해 다수의 열교환기로 이동되며, 이 열교환기는 공기(B6, B8)로부터 열을 흡수하기 위해서 해수를 사용하고, 이후 차가운 공기는 사이클을 다시 시작하도록 압축기(B1)로 이동된다.
도면에서와 같이 챔버(B6)는 다수의 세트의 코일 튜브를 구비하며, 이는 (B4)로부터의 매우 뜨거운 공기가 여러 개의 코일 튜브를 통해 챔버(B6) 안으로 이동하게 하고, 이로부터 떠나 하나의 튜브를 형성하여 따뜻한 공기가 (B8)로 이동하게 한다.
파이프는 (B8)로부터 부분적으로 따뜻한 해수를 가져와 챔버(B6)의 벽에 있는 여러 분무기에 공급하여, 내부에 뜨거운 공기를 갖는 튜브 세트의 상부에 있는 챔버에 떨어지는 물방울로서 물을 분무한다.
대부분의 방울은 파이프 안의 공기로부터 열을 끌어내어 증발되고, 기체의 형태로 증발하여 챔버(B6)의 만곡된 돔으로 올라가고 흡입 팬에 의해 파이프를 통해 챔버의 외부로 (B7)로 가이드된다. 나머지 방울은 떨어져 (B6)의 바닥에 모이고, (B7 및 B8)로부터 분무기로 오는 따뜻한 물과 다시 합류되도록 파이프를 통해 이동된다.
챔버(B8)에는, 해수에 잠긴 코일 튜브 세트가 있고, 이 해수는 챔버(B8)를 완전히 채우고, 바다에서 워터 펌프에 의해 기부 유동으로부터 챔버로 오고, 따뜻해져서 공기 중의 나머지 열을 추출한 후 챔버 상부로부터 떠나 (B6)으로 이동된다. 공기는 챔버에서 냉각되어 압축기(B1)로 이동된다.
(B7)에서, 기체 형태의 뜨거운 수증기는 형성된 담수의 높이보다 높게 측벽으로부터 챔버로 들어온다. 뜨거운 가스는, 챔버에 수평으로 매달리고 물 펌프에 의해서 가압되는 해수를 직접 운반하는 파이프 세트를 통해 위로 올라간다.
따뜻한 해수는, 위로 올라가는 수증기를 냉각시키고 열교환한 후 하나의 파이프로 챔버(B7)를 떠나, 많은 양의 증기를 응축시켜 챔버의 수조 바닥에 중력에 의해 담수로서 떨어지고 외부로 뽑아진다.
남은 증기는 챔버의 상부 측으로부터 하나의 파이프로 나가 뜨거운 수증기 파이프와 합쳐지고 다시 챔버로 가 사이클을 반복한다.
A: 개방 사이클 가스 터빈
A1: 압축기
A2: 연소실
A3: 터빈
A4: 발전기
B: 폐쇄 사이클 가스/공기 터빈
B1: 압축기
B2: 열교환기(열 추가용)
B3: 열교환기(열 추가용)를 예열
B4: 터빈
B5: 발전기
B6: 열교환기(열 추출용)
B7: 열교환기(해수의 담수화)
B8: 열교환기(열 추출용) 예열

Claims (10)

  1. 해수의 담수화 및 전력을 위한 상기 개방 사이클 가스 터빈 및 폐쇄 사이클 가스/공기 터빈을 포함하는 열병합발전 터빈에 있어서, 상기 개방 사이클 가스 터빈으로부터 우회된 매우 뜨거운 가스, 상기 가스 또는 원자력 발전소로부터의 열은 상기 폐쇄 사이클 가스 공기 터빈의 도면에서의 상기 열교환기(B2 및 B3)에서 사용되도록 지향될 것이며, 상기 매우 뜨거운 가스는 폐쇄 사이클 가스/공기 터빈의 공기에 추가되는 열원이며,
    상기 매우 뜨거운 공기가 상기 터빈(도면의 B4)을 떠난 후 열교환기(도면의 B6 및 B8)로 가고, 이러한 열교환기(B6 및 B8)에서 해수에 의해 냉각될 것이며,
    상기 해수는 증발되고, 이의 증기는 (도면의 B7)로 지향되고, 해수에 의해 냉각되고, 응축되어 담수를 형성하며,
    상기 공기는 열교환기(도면의 B6 및 B8)에서 냉각되고, 상기 압축기(도면의 B1)로 지향되고, 상기 폐쇄 사이클 가스/공기 터빈의 사이클을 완료하는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매우 뜨거운 가스는 상기 개방 사이클 가스 터빈에 의해서 생성되고, 상기 열교환기(B2)에서 사용되도록 지향되어, 상기 폐쇄 사이클 가스 터빈의 공기에 필요한 열을 제공하는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
  3. 제2항에 있어서,
    (B2)의 상기 열교환기는 단열된 챔버이고, 다수의 파이프를 포함하고, 상기 파이프 각각은 매우 뜨거운 가스를 갖고, 상기 가스는 상기 개방 사이클 가스 터빈으로부터 (B2)의 상기 챔버를 통해 (B3)으로 나가고, 상기 공기는 (B3)으로부터 (B2)의 상기 챔버의 파이프로, 각각의 파이프 내부의 내측 구리 코일 튜브로, 다음으로 상기 터빈(B4)으로 가는 매우 뜨거운 압축 공기로서 외부로 이동되는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 뜨거운 가스는 (B2)를 떠나 (B3) 챔버로 가고, 열교환기를 예열하고, 상기 챔버(B3)의 다수의 파이프 중 하나의 파이프 내부에 각각 있는 코일 튜브들 안으로 들어가며,
    상기 압축기(B1)로부터 상기 챔버(B3)로 오는 상기 공기는 상기 코일 튜브들 내의 상기 뜨거운 가스의 반대 방향으로 상기 파이프 안으로 들어가고, 상기 뜨거운 가스는 (B3)으로부터 배기되고, 상기 파이프 내의 상기 공기는 (B2)의 코일 튜브들로 이동되는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
  5. 제4항에 있어서,
    (B2)와 같은 상기 파이프 주위의 단열재 대신, 상기 챔버(B3)는 태양열을 (B3)의 상기 공기의 파이프로 전달할 수 있는 재료로 상기 파이프 주위를 패킹하고, 상기 챔버(B3)의 벽과 상부는 유리이고, 태양광이 거울 세트에 의해서 상기 유리를 통해 상기 챔버로 지향되게 하고, 상기 태양열을 사용하여 상기 파이프 내의 상기 공기에 더 많은 열을 추가하는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기(B6)에서, 매우 뜨거운 공기는 (B4)로부터 상기 챔버(B6) 내부로 파이프를 통해 오고, 따뜻한 해수에 의해 냉각되고, 상기 해수는 (B8)로부터 오고, (B6)을 떠나 리사이클되어 다시 (B6)에 들어가는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 해수는 상기 챔버(B6)의 벽에 있는 분무기로 상기 챔버(B6) 내에서 분무되고, 상기 매우 뜨거운 공기 파이프에 떨어지고, 상기 물의 일부가 증발되고, (B6)의 돔으로부터 수집되고, 상기 증기 가스는 흡입 팬에 의해 (B6)에서 빼내어지고, (B7)로 지향되는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
  8. 제1항에 있어서,
    (B6)로부터의 상기 뜨거운 공기는 코일 튜브의 세트를 통해 챔버(B8)로 이동되고, 냉각된 공기는 (B8)로부터 압축기(B1)로 가고, 상기 챔버(B8)는, 상기 공기가 통해서 이동되는 코일 튜브 세트를 포함하며, 상기 튜브는 상기 해수에 잠기고, 상기 해수는 펌프에 의해 바다로부터 직접 상기 챔버(B8)의 바닥으로 펌핑되고, 상기 챔버(B8)의 상부로부터 (B6)으로 떠나는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기(B7)는 상기 해수를 운반하는 파이프 세트를 포함하고, 상기 해수는 펌프에 의해 바다로부터 직접 펌핑되고, (B7)을 떠나 (B8)로 이동되는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 뜨거운 수증기는 상기 해수의 튜브 세트 아래의 측벽으로부터 챔버(B7) 안으로 들어가고, 상기 증기는 상기 파이프들을 통해 상승되고, 상기 증기의 대부분은 응축되어 (B7)의 바닥에 담수로서 떨어지고, 상기 증기는 (B7) 외부로 수집되고, 상기 증기의 나머지 부분은 다시 상기 챔버(B7)의 바닥으로 재지향되는, 해수의 담수화 및 전력을 위한 열병합발전 터빈.
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