WO2016182150A1 - 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템 - Google Patents

이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템 Download PDF

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carbon dioxide
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백영진
조준현
이길봉
나호상
신형기
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Korea Institute of Energy Research KIER
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    • F01K17/02—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for heating purposes, e.g. industrial, domestic
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    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines

Definitions

  • the present invention relates to a power generation system using an ejector refrigeration cycle, and more particularly, to drive an ejector refrigeration cycle using waste heat and to cool the working fluid flowing into the compressor using the ejector refrigeration cycle, thereby improving efficiency.
  • a power generation system using an ejector refrigeration cycle is a power generation system using an ejector refrigeration cycle.
  • a general regenerated Brayton cycle has a problem in that a working fluid flowing into a heater is heated by using a heat source such as combustion gas discharged from a turbine, but waste heat is not sufficiently utilized and is discarded to the outside. .
  • An object of the present invention is to provide a power generation system using an ejector refrigeration cycle in which efficiency can be further improved.
  • the power generation system using the ejector refrigeration cycle according to the present invention the turbine driven by the first working fluid heated in the heater, and the first working fluid to recover the heat of the first working fluid from the turbine flows into the heater
  • a power generation unit connected to a regenerator, a first coolant for cooling the first working fluid from the regenerator, and a first pressurizing module for pressurizing the first working fluid from the first cooler;
  • a second pressurizing module an ejector for sucking and injecting a second working fluid pressurized by the second pressurizing module, a second cooler for cooling the second working fluid from the ejector, and a refrigerant from the second cooler
  • An ejector refrigeration unit connected to a second flow path through which the second working fluid circulates;
  • a cooling unit for supplying a second working fluid in the liquid phase separated from the gas-liquid separator to the suction side of the first pressure module to cool the first working fluid sucked into the first pressure module.
  • a power generation system using an ejector refrigeration cycle a heater for heating the first working fluid; A turbine driven by the first working fluid heated in the heater; A regenerator for recovering heat of the first working fluid from the turbine and transferring the heat to the first working fluid flowing into the heater; A cooler for cooling the first working fluid from the regenerator; A first pressurizing module pressurizing at least a portion of the first working fluid from the cooler; A first bypass flow path configured to bypass the rest of the first working fluid from the cooler; An expansion device installed in the first bypass flow passage to expand the first working fluid bypassed to the first bypass flow passage; A first working fluid which is installed between the cooler discharge passage connecting the cooler and the first pressure module and the first bypass flow path, the first working fluid being discharged from the cooler and sucked into the first pressure module and the expansion device; A heat exchanger for cooling the first working fluid sucked into the first pressure module by heat-exchanging the whole working fluid; A second bypass flow path configured to bypass some of the first working fluid pressurized by the first pressure module
  • the power generation system using the ejector refrigeration cycle according to another aspect of the present invention, the turbine driven by the steam heated in the heater, and a regenerator that recovers the heat of the steam from the turbine and delivers it to the steam flowing into the heater;
  • a power generation unit connected to a first condenser for cooling the steam from the regenerator with cooling water, and a pump for pumping water condensed from the first condenser to a first flow path;
  • a compressor for pressurizing the refrigerant, a heating heat exchanger for exchanging the refrigerant from the compressor with the remaining heat source after heating the steam in the heater, an ejector for sucking and injecting the refrigerant heated in the heating heat exchanger, and the ejector
  • An ejector refrigeration unit having a cooler for cooling the refrigerant from the coolant and a gas-liquid separator separating the refrigerant from the cooler in the gas phase and the liquid phase;
  • a cooling passage guiding the liquid refrigerant separated by the gas-
  • the power generation system using an ejector refrigeration cycle the turbine driven by the carbon dioxide heated in the heater, and a regenerator for recovering the heat of the carbon dioxide from the turbine and delivered to the carbon dioxide introduced into the heater;
  • a power generation unit having a first cooler for cooling the carbon dioxide from the regenerator with cooling water, and a first compressor for pressurizing the carbon dioxide cooled in the first cooler with a first flow path;
  • a second compressor for pressurizing the refrigerant, a heat exchanger for heat-exchanging the heat source remaining after heating the carbon dioxide in the heater, and the refrigerant from the second compressor, and an ejector for sucking and injecting the refrigerant heated in the heat exchanger.
  • An ejector refrigeration unit having a second cooler for cooling the refrigerant from the ejector with cooling water, and a gas-liquid separator separating the refrigerant from the second cooler into a gaseous phase and a liquid phase;
  • a cooling passage guiding the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator to the suction side of the first compressor;
  • a cooling heat exchanger disposed between the suction side flow path of the first compressor and the cooling flow path and cooling carbon dioxide sucked into the first compressor by using a liquid refrigerant passing through the cooling flow path;
  • an ejector auxiliary flow path connecting the cooling heat exchanger and the ejector to guide the liquid refrigerant from the cooling heat exchanger to be sucked into the auxiliary suction port of the ejector.
  • the heater for heating the steam;
  • a turbine driven by steam heated in the heater;
  • a regenerator for recovering heat of steam from the turbine and transferring it to steam introduced into the heater;
  • a pump for pumping water from the condenser;
  • a first bypass flow passage configured to bypass a portion of the water from the condenser;
  • An expansion device installed in the first bypass flow path and configured to expand water bypassed into the first bypass flow path;
  • a cooling heat exchanger installed between the first bypass flow path and the suction side flow path of the pump to cool the water sucked into the pump by using the water from the expansion device;
  • a second bypass flow passage configured to bypass a portion of the water pumped from the pump;
  • An ejector which injects the water bypassed into the second bypass passage and the water cooled by the cooling heat exchanger together into the suction side of the condenser;
  • a heating flow path for supplying the remaining heat source after heating the steam in
  • the heater for heating carbon dioxide;
  • a turbine driven by carbon dioxide heated in the heater;
  • a regenerator for recovering heat of carbon dioxide from the turbine and transferring the heat of carbon dioxide to the heater;
  • a cooler for cooling carbon dioxide from the regenerator with cooling water;
  • a compressor for pressurizing carbon dioxide from the cooler;
  • a first bypass flow passage configured to bypass a portion of the carbon dioxide from the cooler;
  • An expansion device installed in the first bypass flow path and configured to expand carbon dioxide bypassed into the first bypass flow path;
  • a cooling heat exchanger installed between the first bypass flow path and the suction side flow path of the compressor to cool the carbon dioxide sucked into the compressor by using carbon dioxide from the expansion device;
  • a second bypass flow path configured to bypass some of the carbon dioxide pressurized by the compressor;
  • An ejector for injecting carbon dioxide bypassed into the second bypass passage and carbon dioxide from the cooling heat exchanger together into the suction side of the cooler;
  • a heating passage for supplying the remaining heat source after heating the carbon dioxide in the heater to the suction
  • the present invention uses the waste heat such as combustion gas to drive the ejector refrigeration unit, and by using the working fluid circulating the ejector refrigeration unit to cool the working fluid sucked into the compressor in the power generation unit, the compression work of the compressor is reduced, the system efficiency This can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an operating state of the power generation system shown in FIG.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a power generation system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an operating state of the power generation system shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power generation system according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a view showing an operating state of the power generation system shown in FIG.
  • the power generation system to which the ejector refrigeration cycle according to an embodiment of the present invention is applied includes a power generation unit 10, an ejector freezing unit 30, a cooling unit, and a heat source supply unit.
  • the generator 10 is connected to a heater 16, a turbine 11, a regenerator 13, a first cooler 14, and a first pressure module in a flow path through which the first working fluid circulates.
  • the first working fluid may be any one of steam, carbon dioxide, and air. In the present embodiment, the first working fluid is described as an example of carbon dioxide.
  • the heater 16 is a heat exchanger that heats the carbon dioxide by using a heat source such as combustion gas generated from the outside.
  • the combustion gas is primarily used as a heat source of the power generation unit 10 through the heater 16, and the heat source of the combustion gas passing through the heater 16 includes a heat exchanger 32 for heating, which will be described later.
  • the ejector refrigeration unit 30 is used as a secondary heat source. Therefore, the heat source of the combustion gas can be utilized to the maximum.
  • the turbine 11 is driven by the carbon dioxide heated by the heater 16 to generate work.
  • the turbine 11 is connected coaxially with the generator 12.
  • the regenerator 13 also called a recuperator or heat recoverer, recovers the heat of the carbon dioxide from the turbine 11 and serves to heat the carbon dioxide introduced into the heater 16.
  • One side of the regenerator 13 is disposed on a flow path connecting the turbine 11 and the first cooler 14, and the other side connects the first pressure module 15 and the heater 16. It is disposed on the flow path.
  • the first cooler 14 cools the carbon dioxide that has passed through the regenerator 13 with cooling water.
  • the first pressurizing module pressurizes the carbon dioxide passed through the first cooler 14.
  • the first pressure module is a first compressor for compressing the carbon dioxide.
  • the present invention is not limited thereto, and when the first working fluid is steam, a pump is used as the first pressurizing module and a condenser is used as the first cooler 14.
  • the ejector refrigeration unit 30, the second pressure module, the ejector 33, the second cooler 38, the expansion device 34 and the gas-liquid separator 35 is connected to the second flow path through which the second working fluid circulates. do.
  • the second working fluid is described with an example that a refrigerant is used.
  • a second compressor 31 for pressurizing the second working fluid is used as the second pressurizing module.
  • a motor is connected to the second compressor 31.
  • the ejector 33 sucks the refrigerant from the second compressor 31 and injects the refrigerant into the second cooler 38.
  • the ejector 33 sucks the refrigerant that has passed through the cooling heat exchanger 40 described later by using the refrigerant from the second compressor 31. That is, the ejector 33 sprays and supplies the refrigerant from the second compressor 31 and the refrigerant from the cooling heat exchanger 40 together with the second cooler 38.
  • the ejector 33 is formed with a main suction port, an auxiliary suction port, and a jet port.
  • An ejector main suction passage 33a is connected to the main suction port of the ejector 33, an ejector auxiliary suction channel 33b is connected to the auxiliary suction port, and an ejector injection passage 33c is connected to the injection hole.
  • the second cooler 38 may use a condenser that cools the refrigerant injected from the ejector 33 by the cooling water.
  • An expansion valve 34 is installed on a flow path connecting the second cooler 38 and the gas-liquid separator 35.
  • the gas-liquid separator 35 separates the refrigerant passing through the expansion valve 34 into the liquid phase and the gas phase.
  • the gas-liquid separator 35 is connected to the gas phase discharge passage 35a and the liquid discharge passage 35b.
  • the gas phase discharge passage 35a connects the gas-liquid separator 35 and the second compressor 31 to supply the refrigerant in the gas phase separated from the gas-liquid separator 35 to the second compressor 31.
  • the liquid discharge passage 35b connects the gas-liquid separator 35 and the cooling heat exchanger 40 to connect the liquid refrigerant separated from the gas-liquid separator 35 to the cooling heat exchanger 40. do.
  • the cooling unit advances the liquid phase refrigerant separated from the gas-liquid separator 35 to the power generation unit 10 to cool the carbon dioxide sucked into the first compressor 15 of the power generation unit 10.
  • the cooling unit includes a cooling heat exchanger 40 and a cooling passage 36.
  • the cooling heat exchanger 40 is provided in the suction side flow path 15a of the first compressor 15.
  • the cooling heat exchanger 40 exchanges the carbon dioxide sucked out of the first cooler 14 and sucked into the first compressor 15 and the liquid refrigerant separated from the gas-liquid separator 35, and the first heat exchanger.
  • the carbon dioxide sucked by the compressor 15 is cooled.
  • the cooling heat exchanger 40 and the ejector 33 are connected to the ejector auxiliary suction passage 33b.
  • the refrigerant that has been heat-exchanged in the cooling heat exchanger 40 is sucked back into the ejector 33 through the ejector auxiliary suction passage 33b.
  • the cooling passage 36 is connected to the liquid discharge passage 35b of the gas-liquid separator 35 to supply the liquid refrigerant separated in the gas-liquid separator 35 to the cooling heat exchanger 40.
  • the power generation system further includes a heat source supply unit for supplying the remaining heat source after heating the carbon dioxide in the heater 16 to the suction side of the ejector 33.
  • the heat source supply unit includes a heating heat exchanger 32 and a heating flow path 18.
  • the heating heat exchanger (32) is provided between the ejector main suction passage (33a) and the heating passage (18) to cool the refrigerant from the first compressor (31) and the carbon dioxide in the heater (16). Heat exchange with the heated combustion gases.
  • the heating flow path 18 connects the heater 16 and the heating heat exchanger 32 to supply the combustion gas from the heater 16 to the heating heat exchanger 32.
  • the first working fluid is carbon dioxide
  • the second working fluid is a refrigerant
  • the present invention is not limited thereto, and steam or air may be used as the first working fluid.
  • carbon dioxide is heated in the heater 16 and then supplied to the turbine 11.
  • the heater 16 heats the carbon dioxide using a heat source such as a combustion gas generated from the outside.
  • the heat source from which the carbon dioxide is heated in the heater 16 is supplied to the heating heat exchanger 32 through the heating passage 18.
  • the heating heat exchanger 32 heats the refrigerant discharged from the heat source and the second compressor 31 to heat the refrigerant sucked into the ejector 33.
  • a heat source such as the combustion gas can be sufficiently utilized.
  • the turbine 11 is driven by the carbon dioxide from the heater 16 to generate work.
  • Carbon dioxide from the turbine 11 is recovered part of the heat passing through the regenerator (13).
  • the carbon dioxide passed through the regenerator 13 is cooled while passing through the first cooler 14.
  • the carbon dioxide passed through the first cooler 14 passes through the cooling heat exchanger 40. Heat exchange between the carbon dioxide and the liquid refrigerant separated from the gas-liquid separator 35 is performed in the cooling heat exchanger 40, and thus the carbon dioxide may be cooled.
  • the temperature of the suction side of the first compressor 15 may be lowered, thereby reducing the compression work of the first compressor 15.
  • the efficiency of the entire system can be improved.
  • the density of carbon dioxide at the compressor inlet is increased, the mass flow rate is increased compared to the compressor of the same size, so that the output of the turbine 11 can be improved.
  • the carbon dioxide passing through the cooling heat exchanger 40 is compressed in the first compressor 15.
  • the carbon dioxide compressed by the first compressor 15 passes through the regenerator 13.
  • heat exchange is performed between the carbon dioxide discharged from the first compressor 15 and the carbon dioxide discharged from the turbine 11.
  • the carbon dioxide which has recovered heat while passing through the regenerator 13 is supplied to the heater 16 again.
  • the refrigerant that cooled the carbon dioxide through heat exchange with the carbon dioxide in the cooling heat exchanger 40 is sucked back into the ejector 33 through the ejector auxiliary suction passage 33b.
  • the refrigerant sucked into the ejector 33 passes through the second cooler 38 and the expansion valve 34 in sequence, and is separated into the gas phase and the liquid phase in the gas-liquid separator 35.
  • the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator 35 may be supplied to the cooling heat exchanger 40 to cool carbon dioxide sucked into the first compressor 15 from the cooling heat exchanger 40. .
  • the power generation system configured as described above drives the ejector refrigeration unit 30 using waste heat such as the combustion gas, and the suction unit of the first compressor 15 using the ejector refrigeration unit 30. Since the work of the first compressor 15 can be reduced by cooling, the efficiency of the overall system can be improved.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a power generation system according to another embodiment of the present invention.
  • 4 is a view showing an operating state of the power generation system shown in FIG.
  • a power generation system includes a heater 56, a turbine 51, a regenerator 53, a cooler 54, and a first pressure module. 50 and first and second bypass passages 81 and 82, an ejector 73, a cooling heat exchanger 90, and a heat source supply unit, and using the ejector 73, the first pressurizing module. Cooling the first working fluid sucked into the same as the above embodiment, but the working fluid of the power generation unit 50 and the ejector 73 is the same, one compressor 55 and one cooler 54 ) Is different from the above embodiment, and will be described in detail based on different points.
  • the first working fluid may be any one of steam, carbon dioxide, and air.
  • the first working fluid is carbon dioxide.
  • the heater 56 is a heat exchanger that heats the carbon dioxide by using a heat source such as combustion gas from the turbine 51.
  • the turbine 51 is driven by the carbon dioxide heated by the heater 56 to generate work.
  • the turbine 52 is coaxially connected to the turbine 51.
  • the regenerator 53 also referred to as a recuperator or recoverer, recovers heat of carbon dioxide from the turbine 51 and serves to heat the carbon dioxide introduced into the heater 56.
  • One side of the regenerator 53 is disposed on a cooler suction passage 62 connecting the turbine 51 and the cooler 54, and the other side connects the compressor 55 and the heater 56, which will be described later. Is disposed on the compressor discharge passage 66.
  • the cooler 54 cools the carbon dioxide that has passed through the regenerator 53 with cooling water.
  • the cooler discharge passage 64 is connected to the cooler 54.
  • the first pressurizing module pressurizes the carbon dioxide passed through the first cooler 54. Since the first working fluid is described as an example in which carbon dioxide is used, the first pressurizing module is a compressor 55 for pressurizing the carbon dioxide. On the other hand, when the first working fluid is steam, the pump is used as the first pressure module, the cooler 54 may be used as a condenser.
  • the first bypass flow path 81 is branched from the cooler discharge flow path 64 so as to bypass some of the carbon dioxide emitted from the cooler 54.
  • the first bypass flow path 81 is provided with an expansion valve 74 for expanding the carbon dioxide bypassed to the first bypass flow path 81.
  • a first flow rate control valve 91 for controlling the flow rate of the carbon dioxide being bypassed may be installed in the first bypass flow path 81.
  • the cooling heat exchanger 90 is provided between the cooler discharge passage 64 and the first bypass flow passage 81.
  • the cooling heat exchanger (90) is bypassed through the first bypass passage (81) to heat exchange the carbon dioxide expanded by the expansion valve (74) with the carbon dioxide sucked into the compressor (55), and the compressor The carbon dioxide sucked into 55 is cooled.
  • the second bypass flow path 82 is branched from the compressor discharge flow path 66 so as to bypass a portion of the carbon dioxide compressed by the compressor 55 to the ejector 73.
  • the second bypass flow path 82 is provided with a second flow rate control valve 92 for controlling the flow rate of carbon dioxide bypassed.
  • the ejector 73 sucks carbon dioxide bypassed from the second bypass flow path 82 and injects the carbon dioxide to the suction side of the cooler 54.
  • the ejector 73 sucks the refrigerant that has passed through the cooling heat exchanger 90 by using carbon dioxide from the compressor 55. That is, the ejector 73 sprays and supplies the carbon dioxide bypassed from the compressor 55 and the carbon dioxide from the cooling heat exchanger 90 to the suction side of the cooler 54.
  • the ejector 73 is formed with a main suction port, an auxiliary suction port, and a jet port.
  • An ejector main suction channel 73a is connected to the main inlet port of the ejector 73, an ejector auxiliary suction channel 73b is connected to the auxiliary suction port, and an ejector injection channel 73c is connected to the injection port.
  • the ejector injection passage 73c may be provided with a third flow control valve 93 for controlling the flow rate of the carbon dioxide injected.
  • the power generation system further includes a heat source supply unit which supplies the remaining heat source after heating the carbon dioxide in the heater 56 to the suction side of the ejector 73.
  • the heat source supply unit includes a heating heat exchanger 72 and a heating flow path 58.
  • the heating heat exchanger (72) is installed between the ejector main suction passage (73a) and the heating passage (58), the carbon dioxide bypassed from the compressor (55) and the fruit from the heater (56). Heat exchange.
  • the heating flow path 58 connects the heater 56 and the heating heat exchanger 72, and supplies the fruit from the heater 56 to the heating heat exchanger 72.
  • the working fluid is described as an example of carbon dioxide.
  • the present invention is not limited thereto, and the working fluid may of course use steam or air.
  • carbon dioxide is heated in the heater 56 and then supplied to the turbine 51.
  • the heater 56 heats the carbon dioxide by using a heat source such as a combustion gas generated from the outside.
  • the fruit obtained by heating the carbon dioxide in the heater 56 is supplied to the heating heat exchanger 72 through the heating passage 58.
  • the heating heat exchanger (72) heats the carbon dioxide discharged from the fruit and the compressor (55) into the second bypass passage (82) to heat the carbon dioxide sucked into the ejector (73). By heating carbon dioxide sucked into the ejector 73, the waste heat of the combustion gas can be sufficiently utilized.
  • the turbine 51 is driven by the carbon dioxide heated in the heater 56 to generate work.
  • Carbon dioxide from the turbine 51 is recovered part of the heat passing through the regenerator (53).
  • the carbon dioxide passing through the regenerator 53 is cooled while passing through the cooler 54.
  • the carbon dioxide bypassed to the first bypass passage 81 is expanded by the expansion valve 74 and flows into the cooling heat exchanger 90.
  • the temperature of the carbon dioxide expanded in the expansion valve 74 is lower than the temperature of the carbon dioxide from the cooler 54. All of the carbon dioxide expanded by the expansion valve 74 is introduced into the cooling heat exchanger (90).
  • cooling heat exchanger (90) heat exchange between carbon dioxide on the cooler discharge passage (64) and carbon dioxide bypassed to the first bypass passage (81) is performed.
  • the carbon dioxide bypassed to the first bypass passage 81 and expanded at the expansion valve 74 cools the carbon dioxide sucked into the compressor 55 through the cooler discharge passage 64.
  • the entire carbon dioxide sucked into the compressor 55 is cooled in the cooling heat exchanger 90. Since the entire carbon dioxide sucked into the compressor 55 may be cooled in the cooling heat exchanger 90, the suction side temperature of the compressor 55 may be lowered, thereby reducing the compression work of the compressor 55.
  • the efficiency of the entire system can be improved.
  • the density of the carbon dioxide at the compressor inlet is increased, the mass flow rate is increased compared to the compressor of the same size, so that the output of the turbine 51 can be improved.
  • the carbon dioxide bypassed to the second bypass passage 92 is heated while passing through the heating heat exchanger 72, and is then sucked into the ejector 73 through the ejector main suction passage 73a.
  • the ejector 73 sucks carbon dioxide from the cooling heat exchanger 90 from the ejector auxiliary suction passage 73b by using carbon dioxide sucked through the ejector main suction passage 73a, and then ejects the ejector. Injection is supplied to the suction side of the cooler 54 through the flow path 73c.
  • the structure can be simplified.

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Abstract

본 발명은, 외부에서 발생된 연소 가스 등의 폐열을 이용하여 이젝터 냉동부를 구동하고, 이젝터 냉동부를 순환하는 작동유체를 이용하여 발전부내 압축기로 흡입되는 작동유체를 냉각시킴으로써, 압축기의 압축일이 감소되어 시스템의 효율이 향상될 수 있다.

Description

이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템
본 발명은 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐열을 이용하여 이젝터 냉동 사이클을 구동하고 이젝터 냉동 사이클을 이용하여 압축기로 유입되는 작동유체를 냉각시켜, 효율을 향상시킬 수 있는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.
기존 에너지원의 활용성과 전력수급의 효율성을 향상시키기 위해 고효율 전력생산 기술의 향상에 대한 관심이 지속적으로 증대되고 있다. 고효율 전력생산 기술 향상을 위한 대안으로 재생 브레이튼 사이클에 대한 연구 개발이 활성화되고 있다.
그러나, 일반적인 재생 브레이튼 사이클(Brayton cycle)은, 터빈에서 배출되는 연소가스 등의 열원을 이용하여 가열기로 유입되는 작동유체를 가열시키는 구성이나, 폐열이 충분히 활용되지 못하고 외부로 버려지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 효율이 보다 향상될 수 있는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템은, 가열기에서 가열된 제1작동유체에 의해 구동되는 터빈과, 상기 터빈에서 나온 제1작동유체의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 제1작동유체에 전달하는 재생기와, 상기 재생기에서 나온 제1작동유체를 냉각시키는 제1냉각기와, 상기 제1냉각기에서 나온 제1작동유체를 가압하는 제1가압모듈이 제1유로로 연결된 발전부와; 제2가압모듈과, 상기 제2가압모듈에서 가압된 제2작동유체를 흡입하여 분사하는 이젝터와, 상기 이젝터에서 나온 제2작동유체를 냉각시키는 제2냉각기 및 상기 제2냉각기에서 나온 냉매를 액상과 기상으로 분리하는 기액 분리기가 상기 제2작동유체가 순환하는 제2유로로 연결되는 이젝터 냉동부와; 상기 기액 분리기에서 분리된 액상의 제2작동유체를 상기 제1가압모듈의 흡입측으로 공급하여, 상기 제1가압모듈로 흡입되는 상기 제1작동유체를 냉각시키는 냉각부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템은, 제1작동유체를 가열하는 가열기와; 상기 가열기에서 가열된 제1작동유체에 의해 구동되는 터빈과; 상기 터빈에서 나온 제1작동유체의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 제1작동유체에 전달하는 재생기와; 상기 재생기에서 나온 제1작동유체를 냉각하는 냉각기와; 상기 냉각기에서 나온 제1작동유체 중 적어도 일부를 가압하는 제1가압모듈과; 상기 냉각기에서 나온 제1작동유체 중 나머지를 바이패스시키도록 형성된 제1바이패스 유로와; 상기 제1바이패스 유로에 설치되어 상기 제1바이패스 유로로 바이패스된 제1작동유체를 팽창시키는 팽창장치와; 상기 냉각기와 상기 제1가압모듈을 연결하는 냉각기 토출유로와 상기 제1바이패스 유로 사이에 설치되어, 상기 냉각기에서 나와 상기 제1가압모듈로 흡입되는 제1작동유체와 상기 팽창장치에서 팽창된 제1작동유체 전체를 열교환시켜, 상기 제1가압모듈로 흡입되는 제1작동유체를 냉각시키는 냉각용 열교환기와; 상기 제1가압모듈에서 가압되어 나온 제1작동유체 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제2바이패스 유로와; 상기 제2바이패스 유로로 바이패스된 제1작동유체와 상기 냉각용 열교환기에서 냉각시키고 나온 제1작동유체를 함께 상기 냉각기의 흡입측으로 분사하는 이젝터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템은, 가열기에서 가열된 스팀에 의해 구동되는 터빈과, 상기 터빈에서 나온 스팀의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 스팀에 전달하는 재생기와, 상기 재생기에서 나온 스팀을 냉각수에 의해 냉각시키는 제1응축기와, 상기 제1응축기에서 응축되어 나온 물을 펌핑하는 펌프가 제1유로로 연결된 발전부와; 냉매를 가압하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 상기 가열기에서 상기 스팀을 가열하고 남은 열원과 열교환시키는 가열용 열교환기와, 상기 가열용 열교환기에서 가열된 냉매를 흡입하여 분사하는 이젝터와, 상기 이젝터에서 나온 냉매를 냉각수에 의해 냉각시키는 냉각기와, 상기 냉각기에서 나온 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 기액 분리기가 제2유로로 연결된 이젝터 냉동부와; 상기 기액 분리기에서 분리된 액상의 냉매를 상기 펌프의 흡입측으로 안내하는 냉각 유로와; 상기 펌프의 흡입측 유로와 상기 냉각 유로 사이에 설치되어, 상기 냉각 유로를 통과하는 액상의 냉매를 이용하여 상기 펌프로 흡입되는 물을 냉각시키는 냉각용 열교환기와; 상기 냉각용 열교환기와 상기 이젝터를 연결하여, 상기 냉각용 열교환기에서 나온 액상의 냉매가 상기 이젝터의 보조 흡입구로 흡입되도록 안내하는 이젝터 보조 유로를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템은, 가열기에서 가열된 이산화탄소에 의해 구동되는 터빈과, 상기 터빈에서 나온 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 이산화탄소에 전달하는 재생기와, 상기 재생기에서 나온 이산화탄소를 냉각수에 의해 냉각시키는 제1냉각기와, 상기 제1냉각기에서 냉각된 이산화탄소를 가압하는 제1압축기가 제1유로로 연결된 발전부와; 냉매를 가압하는 제2압축기와, 상기 가열기에서 상기 이산화탄소를 가열하고 남은 열원과 상기 제2압축기에서 나온 냉매를 열교환시키는 가열용 열교환기와, 상기 가열용 열교환기에서 가열된 냉매를 흡입하여 분사하는 이젝터와, 상기 이젝터에서 나온 냉매를 냉각수에 의해 냉각시키는 제2냉각기와, 상기 제2냉각기에서 나온 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 기액 분리기가 제2유로로 연결된 이젝터 냉동부와; 상기 기액 분리기에서 분리된 액상의 냉매를 상기 제1압축기의 흡입측으로 안내하는 냉각 유로와; 상기 제1압축기의 흡입측 유로와 상기 냉각 유로 사이에 설치되어, 상기 냉각 유로를 통과하는 액상의 냉매를 이용하여 상기 제1압축기로 흡입되는 이산화탄소를 냉각시키는 냉각용 열교환기와; 상기 냉각용 열교환기와 상기 이젝터를 연결하여, 상기 냉각용 열교환기에서 나온 액상의 냉매가 상기 이젝터의 보조 흡입구로 흡입되도록 안내하는 이젝터 보조 유로를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템은, 스팀을 가열하는 가열기와; 상기 가열기에서 가열된 스팀에 의해 구동되는 터빈과; 상기 터빈에서 나온 스팀의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 스팀에 전달하는 재생기와; 상기 재생기에서 나온 스팀을 냉각수에 의해 응축시키는 응축기와; 상기 응축기에서 나온 물을 펌핑하는 펌프와; 상기 응축기에서 나온 물 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제1바이패스 유로와; 상기 제1바이패스 유로에 설치되어 상기 제1바이패스 유로로 바이패스된 물을 팽창시키는 팽창장치와; 상기 제1바이패스 유로와 상기 펌프의 흡입측 유로 사이에 설치되어, 상기 팽창장치에서 나온 물을 이용하여 상기 펌프로 흡입되는 물을 냉각시키는 냉각용 열교환기와; 상기 펌프에서 펌핑된 물 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제2바이패스 유로와; 상기 제2바이패스 유로로 바이패스된 물과 상기 냉각용 열교환기에서 냉각시키고 나온 물을 함께 상기 응축기의 흡입측으로 분사하는 이젝터와; 상기 가열기에서 상기 스팀을 가열하고 남은 열원을 상기 이젝터의 흡입측으로 공급하는 가열유로와; 상기 가열유로와 상기 제2바이패스 유로 사이에 설치되어, 상기 가열유로의 열원을 상기 제2바이패스 유로를 통해 상기 이젝터의 흡입측으로 공급되는 물에 공급하는 가열용 열교환기를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템은, 이산화탄소를 가열하는 가열기와; 상기 가열기에서 가열된 이산화탄소에 의해 구동되는 터빈과; 상기 터빈에서 나온 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 이산화탄소에 전달하는 재생기와; 상기 재생기에서 나온 이산화탄소를 냉각수에 의해 냉각시키는 냉각기와; 상기 냉각기에서 나온 이산화탄소를 가압하는 압축기와; 상기 냉각기에서 나온 이산화탄소 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제1바이패스 유로와; 상기 제1바이패스 유로에 설치되어 상기 제1바이패스 유로로 바이패스된 이산화탄소를 팽창시키는 팽창장치와; 상기 제1바이패스 유로와 상기 압축기의 흡입측 유로 사이에 설치되어, 상기 팽창장치에서 나온 이산화탄소를 이용하여 상기 압축기로 흡입되는 이산화탄소를 냉각시키는 냉각용 열교환기와; 상기 압축기에서 가압된 이산화탄소 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제2바이패스 유로와; 상기 제2바이패스 유로로 바이패스된 이산화탄소와 상기 냉각용 열교환기에서 냉각시키고 나온 이산화탄소를 함께 상기 냉각기의 흡입측으로 분사하는 이젝터와; 상기 가열기에서 상기 이산화탄소를 가열하고 남은 열원을 상기 이젝터의 흡입측으로 공급하는 가열유로와; 상기 가열유로와 상기 제2바이패스 유로 사이에 설치되어, 상기 가열유로의 열원을 상기 제2바이패스 유로를 통해 상기 이젝터의 흡입측으로 공급되는 이산화탄소에 공급하는 가열용 열교환기를 포함한다.
본 발명은, 연소 가스 등의 폐열을 이용하여 이젝터 냉동부를 구동하고, 이젝터 냉동부를 순환하는 작동유체를 이용하여 발전부내 압축기로 흡입되는 작동유체를 냉각시킴으로써, 압축기의 압축일이 감소되어 시스템의 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발전 시스템의 작동 상태가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전 시스템의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 발전 시스템의 작동 상태가 도시된 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템의 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 발전 시스템의 작동 상태가 도시된 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이젝터 냉동 사이클을 적용한 발전 시스템은, 발전부(10), 이젝터 냉동부(30), 냉각부 및 열원 공급부를 포함한다.
상기 발전부(10)는, 가열기(16), 터빈(11), 재생기(13), 제1냉각기(14) 및 제1가압모듈이 제1작동유체가 순환하는 유로로 연결된다. 상기 제1작동유체는 스팀, 이산화탄소 및 공기 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 제1작동유체는 이산화탄소인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 가열기(16)는 외부에서 발생하는 연소가스 등의 열원을 이용하여 상기 이산화탄소를 가열하는 열교환기이다. 상기 연소가스는, 상기 가열기(16)를 통해 상기 발전부(10)의 열원으로 1차적으로 이용되고, 상기 가열기(16)를 통과한 연소가스의 열원은 후술하는 가열용 열교환기(32)를 통해 상기 이젝터 냉동부(30)의 열원으로 2차 이용된다. 따라서, 상기 연소가스의 열원이 최대한 활용될 수 있다.
상기 터빈(11)은, 상기 가열기(16)에서 가열되어 나온 상기 이산화탄소에 의해 구동되어 일을 생성한다. 상기 터빈(11)에는 발전기(12)가 동축으로 연결된다.
상기 재생기(13)는, 복열기 또는 열회수기(Recuperator)이라고도 하며, 상기 터빈(11)에서 나온 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 가열기(16)로 유입되는 이산화탄소를 가열하는 역할을 한다. 상기 재생기(13)의 일측은, 상기 터빈(11)과 상기 제1냉각기(14)를 연결하는 유로 상에 배치되고, 타측은 상기 제1가압모듈(15)과 상기 가열기(16)를 연결하는 유로 상에 배치된다.
상기 제1냉각기(14)는, 상기 재생기(13)를 통과한 이산화탄소를 냉각수에 의해 냉각시킨다.
상기 제1가압모듈은 상기 제1냉각기(14)를 통과한 이산화탄소를 가압한다. 본 실시예에서는 상기 제1작동유체가 이산화탄소가 사용되는 것으로 예를 들어 설명하므로, 상기 제1가압모듈은 상기 이산화탄소를 압축하는 제1압축기이다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1작동유체가 스팀인 경우 상기 제1가압모듈은 펌프가 사용되고, 상기 제1냉각기(14)는 응축기가 사용된다.
상기 이젝터 냉동부(30)는, 제2가압모듈, 이젝터(33), 제2냉각기(38), 팽창장치(34) 및 기액 분리기(35)가 제2작동유체가 순환하는 제2유로로 연결된다. 상기 제2작동유체는 냉매가 사용되는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제2가압모듈은, 상기 제2작동유체를 가압하는 제2압축기(31)가 사용된다. 상기 제2압축기(31)에는 모터가 연결된다.
상기 이젝터(33)는, 상기 제2압축기(31)에서 나온 냉매를 흡입하여 상기 제2냉각기(38)로 분사한다. 상기 이젝터(33)는, 상기 제2압축기(31)에서 나온 냉매를 이용해 후술하는 냉각용 열교환기(40)를 통과한 냉매를 흡인한다. 즉, 상기 이젝터(33)는 상기 제2압축기(31)에서 나온 냉매와 상기 냉각용 열교환기(40)에서 나온 냉매를 함께 상기 제2냉각기(38)로 분사 공급한다. 상기 이젝터(33)에는 메인 흡입구, 보조 흡입구 및 분사구가 형성된다. 상기 이젝터(33)의 메인 흡입구에는 이젝터 메인흡입유로(33a)가 연결되고, 상기 보조 흡입구에는 이젝터 보조흡입유로(33b)가 연결되고, 상기 분사구에는 이젝터 분사유로(33c)가 연결된다.
상기 제2냉각기(38)는, 상기 이젝터(33)에서 분사되는 냉매를 냉각수에 의해 냉각시키는 응축기가 사용될 수 있다.
상기 제2냉각기(38)와 상기 기액 분리기(35)를 연결하는 유로 상에는 팽창 밸브(34)가 설치된다.
상기 기액 분리기(35)는, 상기 팽창 밸브(34)를 통과한 냉매를 액상과 기상으로 분리한다. 상기 기액 분리기(35)에는 기상 토출유로(35a)와 액상 토출유로(35b)가 연결된다. 상기 기상 토출유로(35a)는 상기 기액 분리기(35)와 상기 제2압축기(31)를 연결하여, 상기 기액 분리기(35)에서 분리된 기상의 냉매를 상기 제2압축기(31)로 공급한다. 상기 액상 토출유로(35b)는 상기 기액 분리기(35)와 상기 냉각용 열교환기(40)를 연결하여, 상기 기액 분리기(35)에서 분리된 액상의 냉매를 상기 냉각용 열교환기(40)로 연결한다.
상기 냉각부는, 상기 기액 분리기(35)에서 분리된 액상의 냉매를 상기 발전부(10)로 고급하여, 상기 발전부(10)의 상기 제1압축기(15)로 흡입되는 상기 이산화탄소를 냉각시킨다.
상기 냉각부는, 냉각용 열교환기(40)와 냉각 유로(36)를 포함한다.
상기 냉각용 열교환기(40)는, 상기 제1압축기(15)의 흡입측 유로(15a)에 설치된다. 상기 냉각용 열교환기(40)는, 상기 제1냉각기(14)에서 나와 상기 제1압축기(15)로 흡입되는 이산화탄소와 상기 기액 분리기(35)에서 분리된 액상의 냉매를 열교환시켜, 상기 제1압축기(15)로 흡입되는 이산화탄소를 냉각시킨다.
상기 냉각용 열교환기(40)와 상기 이젝터(33)는 상기 이젝터 보조흡입유로(33b)로 연결된다. 상기 냉각용 열교환기(40)에서 열교환되어 나온 냉매는 상기 이젝터 보조흡입유로(33b)를 통해 상기 이젝터(33)로 다시 흡입된다.
상기 냉각 유로(36)는, 상기 기액 분리기(35)의 액상 토출유로(35b)와 연결되어, 상기 기액 분리기(35)에서 분리된 액상의 냉매를 상기 냉각용 열교환기(40)로 공급한다.
상기 발전 시스템은, 상기 가열기(16)에서 상기 이산화탄소를 가열하고 남은 열원을 상기 이젝터(33)의 흡입측으로 공급하는 열원 공급부를 더 포함한다.
상기 열원 공급부는, 가열용 열교환기(32)와 가열 유로(18)를 포함한다.
상기 가열용 열교환기(32)는, 상기 이젝터 메인흡입유로(33a)와 상기 가열 유로(18)사이에 설치되어, 상기 제1압축기(31)에서 나온 냉매와 상기 가열기(16)에서 상기 이산화탄소를 가열하고 나온 연소가스와 열교환시킨다.
상기 가열 유로(18)는, 상기 가열기(16)와 상기 가열용 열교환기(32)를 연결하여, 상기 가열기(16)에서 나온 연소가스를 상기 가열용 열교환기(32)로 공급한다.
도 2를 참조하여, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 작동을 설명하면, 다음과 같다.
본 실시예에서는, 상기 제1작동유체는 이산화탄소이고, 상기 제2작동유체는 냉매인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1작동유체는 스팀이나 공기 등이 사용되는 것도 물론 가능하다.
먼저, 상기 가열기(16)에서 이산화탄소가 가열된 후, 상기 터빈(11)으로 공급된다. 상기 가열기(16)에는 외부에서 발생된 연소가스 등 열원을 이용하여 상기 이산화탄소를 가열한다.
상기 가열기(16)에서 상기 이산화탄소를 가열하고 나온 열원을 상기 가열유로(18)를 통해 상기 가열용 열교환기(32)로 공급한다.
상기 가열용 열교환기(32)에서는 상기 열원과 상기 제2압축기(31)에서 토출되는 냉매를 열교환시켜, 상기 이젝터(33)로 흡입되는 냉매를 가열한다. 상기 이젝터(33)로 흡입되는 냉매를 가열함으로써, 상기 연소가스 등의 열원을 충분히 활용할 수 있다.
한편, 상기 터빈(11)은 상기 가열기(16)에서 나온 상기 이산화탄소에 의해 구동되어 일을 발생시킨다.
상기 터빈(11)에서 나온 이산화탄소는 상기 재생기(13)를 거치면서 열의 일부가 회수된다.
상기 재생기(13)를 통과한 이산화탄소는 상기 제1냉각기(14)를 거치면서 냉각된다.
상기 제1냉각기(14)를 통과한 이산화탄소는 상기 냉각용 열교환기(40)를 통과한다. 상기 냉각용 열교환기(40)에서 상기 이산화탄소와 상기 기액 분리기(35)에서 분리된 액상의 냉매와의 열교환이 이루어져, 상기 이산화탄소가 냉각될 수 있다.
상기 제1압축기(15)로 흡입되는 이산화탄소가 냉각될 수 있으므로, 상기 제1압축기(15)의 흡입측 온도가 낮아져서 상기 제1압축기(15)의 압축일이 감소될 수 있다.
따라서, 상기 제1압축기(15)의 압축일이 감소되면, 전체 시스템의 효율이 향상될 수 있다. 또한, 상기 압축기 입구의 이산화탄소의 밀도가 높아지게 되므로, 동일 크기의 압축기에 비해 질량 유량이 증가되므로, 상기 터빈(11)의 출력이 향상될 수 있다.
상기 냉각용 열교환기(40)를 통과한 이산화탄소는 상기 제1압축기(15)에서 압축된다.
상기 제1압축기(15)에서 압축된 이산화탄소는 상기 재생기(13)를 통과한다. 상기 재생기(13)에서 상기 제1압축기(15)에서 토출된 이산화탄소와 상기 터빈(11)에서 나온 이산화탄소의 열교환이 이루어진다. 상기 재생기(13)를 통과하면서 열을 회수한 이산화탄소는 상기 가열기(16)로 다시 공급된다.
한편, 상기 냉각용 열교환기(40)에서 상기 이산화탄소와의 열교환을 통해 상기 이산화탄소를 냉각시킨 냉매는 상기 이젝터 보조흡입유로(33b)를 통해 다시 상기 이젝터(33)로 흡입된다.
상기 이젝터(33)로 흡입된 냉매는, 상기 제2냉각기(38), 상기 팽창 밸브(34)를 차례로 거친 후, 상기 기액 분리기(35)에서 기상과 액상으로 분리된다.
상기 기액 분리기(35)에서 분리된 기상의 냉매만이 상기 제2압축기(31)로 공급될 수 있다. 따라서, 상기 제2압축기(31)의 손상이 방지될 수 있다.
상기 기액 분리기(35)에서 분리된 액상의 냉매는 상기 냉각용 열교환기(40)로 공급되어, 상기 냉각용 열교환기(40)에서 상기 제1압축기(15)로 흡입되는 이산화탄소를 냉각시킬 수 있다.
따라서, 상기와 같이 구성된 발전 시스템은, 상기 연소가스 등의 폐열을 이용하여 상기 이젝터 냉동부(30)를 구동하고, 상기 이젝터 냉동부(30)를 이용하여 상기 제1압축기(15)의 흡입부를 냉각시켜 상기 제1압축기(15)의 일도 감소시킬 수 있으므로, 전체적인 시스템의 효율이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전 시스템의 구성도이다. 도 4는 도 3에 도시된 발전 시스템의 작동 상태가 도시된 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전 시스템은, 가열기(56), 터빈(51), 재생기(53), 냉각기(54) 및 제1가압모듈을 포함하는 발전부(50)와, 제1,2바이패스유로(81)(82), 이젝터(73), 냉각용 열교환기(90) 및 열원 공급부를 포함하고, 이젝터(73)를 이용하여 상기 제1가압모듈로 흡입되는 제1작동유체를 냉각시키는 것이 상기 일 실시예와 유사하나, 상기 발전부(50)와 상기 이젝터(73)의 작동유체가 동일하고, 1개의 압축기(55)와 1개의 냉각기(54)만이 사용되는 것이 상기 일 실시예와 상이하며, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 제1작동유체는 스팀, 이산화탄소 및 공기 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제1작동유체는 이산화탄소인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 가열기(56)는, 상기 터빈(51)에서 나온 연소가스 등의 열원을 이용하여 상기 이산화탄소를 가열하는 열교환기이다.
상기 터빈(51)은, 상기 가열기(56)에서 가열되어 나온 상기 이산화탄소에 의해 구동되어 일을 생성한다. 상기 터빈(51)에는 발전기(52)가 동축으로 연결된다.
상기 재생기(53)는, 복열기 또는 회수기라고도 하며, 상기 터빈(51)에서 나온 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 가열기(56)로 유입되는 이산화탄소를 가열하는 역할을 한다. 상기 재생기(53)의 일측은, 상기 터빈(51)과 상기 냉각기(54)를 연결하는 냉각기 흡입유로(62)상에 배치되고, 타측은 후술하는 압축기(55)와 상기 가열기(56)를 연결하는 압축기 토출유로(66)상에 배치된다.
상기 냉각기(54)는, 상기 재생기(53)를 통과한 이산화탄소를 냉각수에 의해 냉각시킨다. 상기 냉각기(54)에는 냉각기 토출유로(64)가 연결된다.
상기 제1가압모듈은, 상기 제1냉각기(54)를 통과한 이산화탄소를 가압한다. 상기 제1작동유체가 이산화탄소가 사용되는 것으로 예를 들어 설명하므로, 상기 제1가압모듈은 상기 이산화탄소를 가압하는 압축기(55)이다. 한편, 상기 제1작동유체가 스팀인 경우 상기 제1가압모듈은 펌프가 사용되고, 상기 냉각기(54)는 응축기가 사용될 수 있다.
상기 제1바이패스 유로(81)는, 상기 냉각기 토출유로(64)에서 분기되어, 상기 냉각기(54)에서 나온 이산화탄소 중 일부를 바이패스시키도록 형성된다.
상기 제1바이패스 유로(81)에는, 상기 제1바이패스 유로(81)로 바이패스된 이산화탄소를 팽창시키는 팽창밸브(74)가 설치된다. 상기 제1바이패스 유로(81)에는 바이패스되는 이산화탄소의 유량을 제어하기 위한 제1유량제어밸브(91)가 설치될 수 있다.
상기 냉각용 열교환기(90)는, 상기 냉각기 토출유로(64)와 상기 제1바이패스 유로(81) 사이에 설치된다. 상기 냉각용 열교환기(90)는, 상기 제1바이패스 유로(81)를 통해 바이패스되어 상기 팽창밸브(74)에서 팽창된 이산화탄소를 상기 압축기(55)로 흡입되는 이산화탄소와 열교환시켜, 상기 압축기(55)로 흡입되는 이산화탄소를 냉각시킨다.
상기 제2바이패스 유로(82)는, 상기 압축기 토출유로(66)에서 분기되어, 상기 압축기(55)에서 압축된 이산화탄소 중 일부를 상기 이젝터(73)로 바이패스하도록 형성된다. 상기 제2바이패스 유로(82)에는 바이패스되는 이산화탄소의 유량을 제어하기 위한 제2유량제어밸브(92)가 설치된다.
상기 이젝터(73)는, 상기 제2바이패스 유로(82)로부터 바이패스된 이산화탄소를 흡입하여 상기 냉각기(54)의 흡입측으로 분사한다. 상기 이젝터(73)는, 상기 압축기(55)에서 나온 이산화탄소를 이용해 상기 냉각용 열교환기(90)를 통과한 냉매를 흡인한다. 즉, 상기 이젝터(73)는, 상기 압축기(55)에서 나와 바이패스된 이산화탄소와 상기 냉각용 열교환기(90)에서 나온 이산화탄소를 함께 상기 냉각기(54)의 흡입측으로 분사 공급한다. 상기 이젝터(73)에는 메인 흡입구, 보조 흡입구 및 분사구가 형성된다. 상기 이젝터(73)의 메인 흡입구에는 이젝터 메인 흡입유로(73a)가 연결되고, 상기 보조 흡입구에는 이젝터 보조 흡입유로(73b)가 연결되고, 상기 분사구에는 이젝터 분사유로(73c)가 연결된다. 상기 이젝터 분사유로(73c)에는 분사되는 이산화탄소의 유량을 제어하기 위한 제3유량제어밸브(93)가 설치될 수 있다.
상기 발전 시스템은, 상기 가열기(56)에서 상기 이산화탄소를 가열하고 남은 열원을 상기 이젝터(73)의 흡입측으로 공급하는 열원 공급부를 더 포함한다.
상기 열원 공급부는, 가열용 열교환기(72)와 가열 유로(58)를 포함한다.
상기 가열용 열교환기(72)는, 상기 이젝터 메인흡입유로(73a)와 상기 가열 유로(58)사이에 설치되어, 상기 압축기(55)에서 나와 바이패스된 이산화탄소와 상기 가열기(56)에서 나온 열매를 열교환시킨다.
상기 가열 유로(58)는, 상기 가열기(56)와 상기 가열용 열교환기(72)를 연결하여, 상기 가열기(56)에서 나온 열매를 상기 가열용 열교환기(72)로 공급한다.
도 4를 참조하여, 상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 작동을 설명하면, 다음과 같다.
본 실시예에서는, 상기 작동유체는 이산화탄소인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 작동유체는 스팀이나 공기 등이 사용되는 것도 물론 가능하다.
먼저, 상기 가열기(56)에서 이산화탄소가 가열된 후, 상기 터빈(51)으로 공급된다. 상기 가열기(56)에는 외부에서 발생된 연소가스 등의 열원을 이용하여 상기 이산화탄소를 가열한다.
상기 가열기(56)에서 상기 이산화탄소를 가열하고 나온 열매를 상기 가열유로(58)를 통해 상기 가열용 열교환기(72)로 공급한다.
상기 가열용 열교환기(72)에서는 상기 열매와 상기 압축기(55)에서 나와 상기 제2바이패스유로(82)로 바이패스된 이산화탄소를 열교환시켜, 상기 이젝터(73)로 흡입되는 이산화탄소를 가열한다. 상기 이젝터(73)로 흡입되는 이산화탄소를 가열함으로써, 상기 연소가스의 폐열을 충분히 활용할 수 있다.
한편, 상기 터빈(51)은 상기 가열기(56)에서 가열된 이산화탄소에 의해 구동되어 일을 발생시킨다.
상기 터빈(51)에서 나온 이산화탄소는 상기 재생기(53)를 거치면서 열의 일부가 회수된다.
상기 재생기(53)를 통과한 이산화탄소는 상기 냉각기(54)를 거치면서 냉각된다.
상기 냉각기(54)를 통과한 이산화탄소 중 일부는 상기 제1바이패스 유로(81)를 통해 바이패스되고, 나머지는 상기 냉각용 열교환기(40)로 유입된다.
상기 제1바이패스 유로(81)로 바이패스된 이산화탄소는 상기 팽창 밸브(74)에서 팽창되어 상기 냉각용 열교환기(90)로 유입된다. 상기 팽창 밸브(74)에서 팽창된 이산화탄소의 온도는 상기 냉각기(54)에서 나온 이산화탄소의 온도보다 낮아지게 된다. 상기 팽창 밸브(74)에서 팽창된 이산화탄소는 전부 상기 냉각용 열교환기(90)로 유입된다.
상기 냉각용 열교환기(90)에서는, 상기 냉각기 토출유로(64)상의 이산화탄소와 상기 제1바이패스 유로(81)로 바이패스된 이산화탄소의 열교환이 이루어진다. 상기 제1바이패스 유로(81)로 바이패스되어 상기 팽창 밸브(74)에서 팽창된 이산화탄소는 상기 냉각기 토출유로(64)를 통해 상기 압축기(55)로 흡입되는 이산화탄소를 냉각시킨다.
따라서, 상기 압축기(55)로 흡입되는 이산화탄소 전체는 상기 냉각용 열교환기(90)에서 냉각된다. 상기 압축기(55)로 흡입되는 이산화탄소 전체가 상기 냉각용 열교환기(90)에서 냉각될 수 있으므로, 상기 압축기(55)의 흡입측 온도가 낮아져서 상기 압축기(55)의 압축일이 감소될 수 있다.
상기 압축기(55)의 압축일이 감소되면, 전체 시스템의 효율이 향상될 수 있다. 또한, 상기 압축기 입구의 이산화탄소의 밀도가 높아지게 되므로, 동일 크기의 압축기에 비해 질량 유량이 증가되므로, 상기 터빈(51)의 출력이 향상될 수 있다.
상기 냉각용 열교환기(90)에서 냉각된 이산화탄소는 상기 압축기(55)로 유입되어, 상기 압축기(55)에서 압축된다.
상기 압축기(55)에서 압축된 이산화탄소 중 일부는 상기 제2바이패스 유로(92)를 통해 바이패스되고, 나머지는 상기 재생기(53)로 유입된다.
상기 제2바이패스 유로(92)로 바이패스된 이산화탄소는 상기 가열용 열교환기(72)를 통과하면서 가열된 후, 상기 이젝터 메인흡입유로(73a)를 통해 상기 이젝터(73)로 흡입된다.
상기 이젝터(73)는, 상기 이젝터 메인흡입유로(73a)를 통해 흡입되는 이산화탄소를 이용해 상기 이젝터 보조흡입유로(73b)로부터 상기 냉각용 열교환기(90)에서 나온 이산화탄소를 흡입한 후, 상기 이젝터 분사유로(73c)를 통해 상기 냉각기(54)의 흡입측으로 분사 공급한다.
상기 이젝터 분사유로(73c)를 통해 상기 냉각기(54)의 흡입측으로 이산화탄소가 다시 공급됨으로써, 상기 압축기(55)로 흡입되는 이산화탄소의 유량 확보가 가능하다.
상기와 같이 구성된 발전 시스템은, 발전부와 이젝터 냉동부가 동일한 작동유체를 하고, 1개의 압축기(55)와 1개의 냉각기(54)만을 사용하기 때문에, 구조가 간단해질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른면, 압축기의 압축일이 감소되어 효율이 향상될 수 있는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템을 제조할 수 있다.

Claims (16)

  1. 가열기에서 가열된 제1작동유체에 의해 구동되는 터빈과, 상기 터빈에서 나온 제1작동유체의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 제1작동유체에 전달하는 재생기와, 상기 재생기에서 나온 제1작동유체를 냉각시키는 제1냉각기와, 상기 제1냉각기에서 나온 제1작동유체를 가압하는 제1가압모듈이 제1유로로 연결된 발전부와;
    제2가압모듈과, 상기 제2가압모듈에서 가압된 제2작동유체를 흡입하여 분사하는 이젝터와, 상기 이젝터에서 나온 제2작동유체를 냉각시키는 제2냉각기 및 상기 제2냉각기에서 나온 냉매를 액상과 기상으로 분리하는 기액 분리기가 상기 제2작동유체가 순환하는 제2유로로 연결되는 이젝터 냉동부와;
    상기 기액 분리기에서 분리된 액상의 제2작동유체를 상기 제1가압모듈의 흡입측으로 공급하여, 상기 제1가압모듈로 흡입되는 상기 제1작동유체를 냉각시키는 냉각부를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 제1가압모듈의 흡입측 유로에 설치된 냉각용 열교환기와,
    상기 기액 분리기와 상기 냉각용 열교환기를 연결하고, 상기 기액 분리기에서 나온 액상의 제2작동유체를 상기 냉각용 열교환기로 공급하여 상기 제1가압모듈로 흡입되는 제1작동유체를 냉각시키는 냉각 유로를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 냉각용 열교환기와 상기 이젝터를 연결하여, 상기 냉각용 열교환기에서 나온 상기 제2작동유체를 상기 이젝터로 안내하는 이젝터 보조흡입유로를 더 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열기는, 외부에서 발생된 연소가스의 폐열을 이용하여 상기 제1작동유체를 가열하고,
    상기 가열기에서 상기 제1작동유체를 가열하고 남은 열원을 상기 이젝터의 흡입측으로 공급하는 열원 공급부를 더 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 열원 공급부는,
    상기 제2가압모듈에서 나온 제2작동유체를 상기 이젝터로 안내하는 이젝터 메인흡입유로에 설치된 가열용 열교환기와,
    상기 가열기와 상기 가열용 열교환기를 연결하여, 상기 가열기에서 나온 열원을 상기 가열용 열교환기로 공급하는 가열 유로를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  6. 제1작동유체를 가열하는 가열기와;
    상기 가열기에서 가열된 제1작동유체에 의해 구동되는 터빈과;
    상기 터빈에서 나온 제1작동유체의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 제1작동유체에 전달하는 재생기와;
    상기 재생기에서 나온 제1작동유체를 냉각하는 냉각기와;
    상기 냉각기에서 나온 제1작동유체 중 적어도 일부를 가압하는 제1가압모듈과;
    상기 냉각기에서 나온 제1작동유체 중 나머지를 바이패스시키도록 형성된 제1바이패스 유로와;
    상기 제1바이패스 유로에 설치되어 상기 제1바이패스 유로로 바이패스된 제1작동유체를 팽창시키는 팽창장치와;
    상기 냉각기와 상기 제1가압모듈을 연결하는 냉각기 토출유로와 상기 제1바이패스 유로 사이에 설치되어, 상기 냉각기에서 나와 상기 제1가압모듈로 흡입되는 제1작동유체와 상기 팽창장치에서 팽창된 제1작동유체 전체를 열교환시켜, 상기 제1가압모듈로 흡입되는 제1작동유체 전체를 냉각시키는 냉각용 열교환기와;
    상기 제1가압모듈에서 가압되어 나온 제1작동유체 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제2바이패스 유로와;
    상기 제2바이패스 유로로 바이패스된 제1작동유체와 상기 냉각용 열교환기에서 냉각시키고 나온 제1작동유체를 함께 상기 냉각기의 흡입측으로 분사하는 이젝터를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가열기는, 외부에서 발생된 연소가스의 폐열을 이용하여 상기 제1작동유체를 가열하고,
    상기 가열기에서 상기 제1작동유체를 가열하고 남은 열원을 상기 이젝터의 흡입측으로 공급하는 열원 공급부를 더 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 열원 공급부는,
    상기 제2바이패스 유로상에 설치된 가열용 열교환기와,
    상기 가열기와 상기 가열용 열교환기를 연결하여, 상기 가열기에서 나온 열원을 상기 가열용 열교환기로 공급하는 가열 유로를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  9. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제1작동유체는 스팀인 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  10. 청구항 9 있어서,
    상기 제1가압모듈은 펌프인 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  11. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제1작동유체는 이산화탄소나 공기를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  12. 청구항 11 있어서,
    상기 제1가압모듈은 압축기인 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  13. 가열기에서 가열된 스팀에 의해 구동되는 터빈과, 상기 터빈에서 나온 스팀의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 스팀에 전달하는 재생기와, 상기 재생기에서 나온 스팀을 냉각수에 의해 냉각시키는 제1응축기와, 상기 제1응축기에서 응축되어 나온 물을 펌핑하는 펌프가 제1유로로 연결된 발전부와,
    냉매를 가압하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 상기 가열기에서 상기 스팀을 가열하고 남은 열원과 열교환시키는 가열용 열교환기와, 상기 가열용 열교환기에서 가열된 냉매를 흡입하여 분사하는 이젝터와, 상기 이젝터에서 나온 냉매를 냉각수에 의해 냉각시키는 냉각기와, 상기 냉각기에서 나온 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 기액 분리기가 제2유로로 연결된 이젝터 냉동부와,
    상기 기액 분리기에서 분리된 액상의 냉매를 상기 펌프의 흡입측으로 안내하는 냉각 유로와,
    상기 펌프의 흡입측 유로와 상기 냉각 유로 사이에 설치되어, 상기 냉각 유로를 통과하는 액상의 냉매를 이용하여 상기 펌프로 흡입되는 물을 냉각시키는 냉각용 열교환기와,
    상기 냉각용 열교환기와 상기 이젝터를 연결하여, 상기 냉각용 열교환기에서 나온 액상의 냉매가 상기 이젝터의 보조 흡입구로 흡입되도록 안내하는 이젝터 보조 유로를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  14. 가열기에서 가열된 이산화탄소에 의해 구동되는 터빈과, 상기 터빈에서 나온 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 이산화탄소에 전달하는 재생기와, 상기 재생기에서 나온 이산화탄소를 냉각수에 의해 냉각시키는 제1냉각기와, 상기 제1냉각기에서 냉각된 이산화탄소를 가압하는 제1압축기가 제1유로로 연결된 발전부와,
    냉매를 가압하는 제2압축기와, 상기 가열기에서 상기 이산화탄소를 가열하고 남은 열원과 상기 제2압축기에서 나온 냉매를 열교환시키는 가열용 열교환기와, 상기 가열용 열교환기에서 가열된 냉매를 흡입하여 분사하는 이젝터와, 상기 이젝터에서 나온 냉매를 냉각수에 의해 냉각시키는 제2냉각기와, 상기 제2냉각기에서 나온 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 기액 분리기가 제2유로로 연결된 이젝터 냉동부와,
    상기 기액 분리기에서 분리된 액상의 냉매를 상기 제1압축기의 흡입측으로 안내하는 냉각 유로와,
    상기 제1압축기의 흡입측 유로와 상기 냉각 유로 사이에 설치되어, 상기 냉각 유로를 통과하는 액상의 냉매를 이용하여 상기 제1압축기로 흡입되는 이산화탄소를 냉각시키는 냉각용 열교환기와,
    상기 냉각용 열교환기와 상기 이젝터를 연결하여, 상기 냉각용 열교환기에서 나온 액상의 냉매가 상기 이젝터의 보조 흡입구로 흡입되도록 안내하는 이젝터 보조 유로를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  15. 스팀을 가열하는 가열기와;
    상기 가열기에서 가열된 스팀에 의해 구동되는 터빈과;
    상기 터빈에서 나온 스팀의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 스팀에 전달하는 재생기와;
    상기 재생기에서 나온 스팀을 냉각수에 의해 응축시키는 응축기와;
    상기 응축기에서 나온 물을 펌핑하는 펌프와;
    상기 응축기에서 나온 물 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제1바이패스 유로와;
    상기 제1바이패스 유로에 설치되어 상기 제1바이패스 유로로 바이패스된 물을 팽창시키는 팽창장치와;
    상기 제1바이패스 유로와 상기 펌프의 흡입측 유로 사이에 설치되어, 상기 팽창장치에서 나온 물을 이용하여 상기 펌프로 흡입되는 물을 냉각시키는 냉각용 열교환기와;
    상기 펌프에서 펌핑된 물 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제2바이패스 유로와;
    상기 제2바이패스 유로로 바이패스된 물과 상기 냉각용 열교환기에서 냉각시키고 나온 물을 함께 상기 응축기의 흡입측으로 분사하는 이젝터와;
    상기 가열기에서 상기 스팀을 가열하고 남은 열원을 상기 이젝터의 흡입측으로 공급하는 가열유로와;
    상기 가열유로와 상기 제2바이패스 유로 사이에 설치되어, 상기 가열유로의 열원을 상기 제2바이패스 유로를 통해 상기 이젝터의 흡입측으로 공급되는 물에 공급하는 가열용 열교환기를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
  16. 이산화탄소를 가열하는 가열기와;
    상기 가열기에서 가열된 이산화탄소에 의해 구동되는 터빈과;
    상기 터빈에서 나온 이산화탄소의 열을 회수하여 상기 가열기로 유입되는 이산화탄소에 전달하는 재생기와;
    상기 재생기에서 나온 이산화탄소를 냉각수에 의해 냉각시키는 냉각기와;
    상기 냉각기에서 나온 이산화탄소를 가압하는 압축기와;
    상기 냉각기에서 나온 이산화탄소 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제1바이패스 유로와;
    상기 제1바이패스 유로에 설치되어 상기 제1바이패스 유로로 바이패스된 이산화탄소를 팽창시키는 팽창장치와;
    상기 제1바이패스 유로와 상기 압축기의 흡입측 유로 사이에 설치되어, 상기 팽창장치에서 나온 이산화탄소를 이용하여 상기 압축기로 흡입되는 이산화탄소를 냉각시키는 냉각용 열교환기와;
    상기 압축기에서 가압된 이산화탄소 중 일부를 바이패스시키도록 형성된 제2바이패스 유로와;
    상기 제2바이패스 유로로 바이패스된 이산화탄소와 상기 냉각용 열교환기에서 냉각시키고 나온 이산화탄소를 함께 상기 냉각기의 흡입측으로 분사하는 이젝터와;
    상기 가열기에서 상기 이산화탄소를 가열하고 남은 열원을 상기 이젝터의 흡입측으로 공급하는 가열유로와;
    상기 가열유로와 상기 제2바이패스 유로 사이에 설치되어, 상기 가열유로의 열원을 상기 제2바이패스 유로를 통해 상기 이젝터의 흡입측으로 공급되는 이산화탄소에 공급하는 가열용 열교환기를 포함하는 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템.
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