KR101696822B1 - 바이너리 랭킨사이클 시스템 - Google Patents

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KR101696822B1
KR101696822B1 KR1020150093310A KR20150093310A KR101696822B1 KR 101696822 B1 KR101696822 B1 KR 101696822B1 KR 1020150093310 A KR1020150093310 A KR 1020150093310A KR 20150093310 A KR20150093310 A KR 20150093310A KR 101696822 B1 KR101696822 B1 KR 101696822B1
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Abstract

본 발명은 바이너리 랭킨사이클 시스템에 관한 것으로 지반을 굴착하여 형성되는 지열정, 상기 지열정의 내부에 상기 지열정의 내면과 이격되어 배치되는 파이프모듈, 상기 지열정 및 상기 파이프모듈의 사이 공간을 통해 상기 지열정 내부로 열전달매체를 주입하고, 상기 파이프모듈의 내부를 통해 상기 열전달매체를 지상으로 회수하는 펌프모듈 및 바이너리 랭킨사이클 터빈의 후단에 구비되어, 상기 펌프모듈에서 회수된 상기 열전달매체 및 상기 바이너리 랭킨사이클의 작동유체를 열교환하여 상기 작동유체를 응축시키는 열교환모듈을 포함한다.

Description

바이너리 랭킨사이클 시스템{BINARY RANKINE CYCLE SYSTEM}
본 발명은 바이너리 랭킨사이클 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천부지열을 이용하여 랭킨사이클의 작동유체를 냉각하여 응축시킬 수 있는 바이너리 랭킨사이클 시스템에 관한 것이다.
바이너리 랭킨사이클은 끓는점이 낮은 물질을 이용하는 열기관 사이클로, 대표적으로는 유기랭킨사이클(ORC) 및 지열 및 태양열 등을 이용한 랭킨사이클이 있다.
이러한 바이너리 랭킨사이클은 환경오염 문제가 대두되면서 대체에너지를 활용한 발전 시스템 등에 주로 이용되고 있다.
이러한 대체에너지 중의 하나인 지열은, 지반의 내부에 보유되어 있는 열로, 지구 내부 맨틀의 대류 또는 지각 속의 방사성 물질의 붕괴 또는 화산지역의 마그마 등에 의한 열을 그 열원으로 한다.
이러한 지열을 에너지원으로 이용하기 위하여 온천개발 등 다양한 방법이 적용되고 있고, 그 중에서도 지반의 내부에 지열정을 시추하고, 지열정의 내부에 파이프를 삽입하여 지열정을 따라 열전달매체가 유동하도록 구성하는 방법이 널리 이용되고 있다.
즉, 지열정에 하나 이상의 파이프를 삽입하여 지열정 내부의 공간을 구획하고, 구획된 공간의 일부를 통하여 열전달매체가 주입정 내부로 주입되어 지열을 공급받고, 다른 구획된 공간을 통하여 지상으로 회수되어 열 에너지를 이용하는 구성이다.
지열은 회수 깊이에 따라 천부지열 및 심부지열로 나뉘는데, 그 중 천부지열은 지표로부터 상대적으로 낮은 깊이까지의 열로 계절에 상관없이 약 12도에서 25도로 상대적으로 낮은 온도의 열이 일정하게 유지되며, 심부지열은 상대적으로 깊은 깊이에서 약 40도에서 150도 정도의 상대적으로 높은 온도의 열을 회수할 수 있다.
일반적으로 지열을 이용하는 바이너리 랭킨사이클의 경우, 심부지열을 이용하여 랭킨사이클의 작동유체를 가열하고, 별도의 냉각탑 등을 설치하여 작동유체를 냉각하는 방식으로 주로 적용된다.
하지만, 냉각탑은 지역 및 날씨에 따라 그 효율이 크게 변하여 안정적인 성능을 기대하기 어려우며, 이러한 경우 별도의 다른 냉각장치를 사용해야 하기 때문에, 전체적인 랭킨사이클 시스템의 효율 및 생산성이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 배경기술에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 천부지열을 이용하여 랭킨사이클의 작동유체를 냉각하여 응축시킬 수 있는 바이너리 랭킨사이클 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 지반을 굴착하여 형성되는 지열정, 상기 지열정의 내부에 상기 지열정의 내면과 이격되어 배치되는 파이프모듈, 상기 지열정 및 상기 파이프모듈의 사이 공간을 통해 상기 지열정 내부로 열전달매체를 주입하고, 상기 파이프모듈의 내부를 통해 상기 열전달매체를 지상으로 회수하는 펌프모듈 및 바이너리 랭킨사이클 터빈의 후단에 구비되어, 상기 펌프모듈에서 회수된 상기 열전달매체 및 상기 바이너리 랭킨사이클의 작동유체를 열교환하여 상기 작동유체를 응축시키는 열교환모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 지열정은 300미터보다 상대적으로 작은 깊이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 파이프모듈은 상기 파이프모듈의 외부 및 내부간의 열교환 효율을 낮추기 위한 단열부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 바이너리 랭킨사이클은 심부지열 회수를 위한 깊이로 형성되는 지열정을 통해 회수되는 지열을 열원으로 이용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 지반을 굴착하여 형성되는 지열정 및 상기 지열정의 내부에 상기 지열정의 내면과 이격되어 배치되는 파이프모듈을 포함하고, 바이너리 랭킨사이클의 터빈에서 배출된 작동유체가 상기 지열정 및 상기 파이프모듈 사이의 공간을 통해 상기 지열정의 하부를 거쳐, 상기 파이프모듈의 내부를 통해 지상으로 회수될 수 있다.
여기서, 상기 지열정은 300미터보다 상대적으로 작은 깊이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 파이프모듈은 상기 파이프모듈의 외부 및 내부간의 열교환 효율을 낮추기 위한 단열부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 작동유체는 상기 지열정 및 상기 파이프모듈 사이의 공간을 따라 상기 지열정의 하부로 연장되고, 상기 지열정의 하부에서 상기 파이프모듈의 내부로 절곡되며, 상기 파이프모듈의 내부를 통해 상부로 연장되는 유로를 따라 유동할 수 있다.
이때, 상기 유로는 상기 지열정 및 상기 파이프모듈 사이의 공간에 삽입되는 유로가 복수개로 분기될 수 있다.
또한, 상기 유로는 상기 지열정 하부에 구비되는 부분이 다른 부분에 비하여 상대적으로 열전도율이 높게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 지열정 및 상기 파이프모듈 사이의 공간에는 열전달매체가 충전될 수 있다.
한편, 상기 바이너리 랭킨사이클은 심부지열 회수를 위한 깊이로 형성되는 지열정을 통해 회수되는 지열을 열원으로 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 지역 및 날씨의 영향에 관계없이 안정적으로 랭킨사이클 작동유체를 응축시킬 수 있다.
둘째, 바이너리 랭킨사이클 시스템의 제조 및 운용에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이러한 본 발명에 의한 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제1 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제1 실시예가 지열정을 이용한 심부지열을 열원으로 이용하는 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제2 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제2 실시예의 작동유체가 지열정과 연결되는 유로의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 전방/후방 또는 상측/하측과 같이 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.
<제1 실시예 >
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제1 실시예의 구성 및 효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 도 1은 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제1 실시예의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제1 실시예가 지열정을 이용한 심부지열을 열원으로 이용하는 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 지열정(100), 파이프모듈(200), 펌프모듈(300) 및 열교환모듈(400)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 일반적인 랭킨사이클과 마찬가지로 펌프(P)의 구동에 의하여 작동유체가 시스템을 따라 유동하며, 증발기(E)를 통해 열원(H)의 열을 작동유체와 열교환하여 작동유체가 가열될 수 있다.
가열된 작동유체는 기화되어 후단의 터빈(T)으로 공급되어 터빈(T)을 회전시키며, 터빈(T)의 회전력은 발전기를 이용하여 발전을 하는 등의 용도로 사용될 수 있다.
터빈(T)에서 배출된 작동유체는 다시 응축되는 과정을 거치게 되는데, 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 지열정(100)을 이용하여 작동유체를 응축시킬 수 있다.
먼저, 지열정(100)은 지반을 굴착하여 형성되는 홀의 구성으로, 이용하고자 하는 온도의 지열이 발생되는 깊이까지 굴착하여 형성될 수 있다.
본 실시예에서 지열정(100)은 상대적으로 온도가 낮은 천부지열을 이용하여 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템의 작동유체를 응축시키는데 그 목적이 있으므로, 약 12도에서 30도 온도의 지열을 회수할 수 있는 깊이(D1)로 형성되는 것이 유리할 수 있다.
또한, 지열정(100)은 지열을 회수하기 위해 충분한 양의 열전달매체가 유동할 수 있는 폭으로 형성되는 것이 유리할 수 있다.
한편, 파이프모듈(200)은 전술한 지열정(100)의 내부공간을 구획하기 위한 구성으로, 지상에서 지열정(100)의 하부까지 연장되고, 지열정(100)의 내부에 지열정(100) 내주면과 서로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 파이프모듈(200)은 지열정(100)의 내부 하면에 접촉하지 않고 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 것이 유리할 수 있다.
즉, 파이프모듈(200)의 구성은 지열정(100) 내부의 공간을 파이프모듈(200)의 외부 및 내부 공간으로 구획하여, 지열을 회수하기 위한 열전달매체는 지열정(100) 및 파이프모듈(200) 사이의 공간으로 주입되어 지열에 의해 가열되고, 지열정(100)의 하부에서 파이프모듈(200)의 내부로 유입되어 파이프모듈(200)을 통하여 지상으로 회수될 수 있다.
이러한 파이프모듈(200)의 구성은 지반 내부의 압력 및 유동하는 열전달매체의 압력을 견딜 수 있는 충분한 강도로 형성되는 것이 유리할 수 있다.
그리고, 파이프모듈(200)은 파이프모듈(200)의 내부 및 외부간의 열교환 효율을 낮추기 위한 단열부(210)를 포함하여 형성될 수 있다.
지열정(100)의 상부에서, 지열정(100)으로 주입되는 열전달매체의 온도와 지열정(100)의 하부에서 지열을 전달받아 회수되는 열전달매체의 온도가 크게 차이가 나기 때문에, 파이프모듈(200)의 내부 및 외부간에 열교환이 일어나면 지열을 온전히 회수하지 못하게 되고, 따라서 지열 이용의 효율이 낮아질 수 있다.
따라서, 단열부(210)는 적어도 하나 이상의 단열소재가 파이프모듈(200)의 면을 따라 구비되어 형성될 수 있으며, 외관 및 내관을 포함하는 이중관 형태의 파이프모듈(200)의 외관 및 내관 사이의 공간에 구비되는 것이 유리할 수 있다.
이러한 단열부(210)는 발포 우레탄, 발포 고무 등과 같은 발포성 단열소재가 충전된 형태로 구성되어 있으나, 공기, 스티로폼, 유리섬유 등의 다양한 단열소재가 적용되는 등 그 소재 및 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.
한편, 펌프모듈(300)은 전술한 지열정(100) 및 파이프모듈(200) 사이의 공간을 통해 지열정(100)의 내부로 열전달매체를 주입하고, 파이프모듈(200)의 내부를 통해 열전달매체를 지상으로 회수하는 구성으로, 일반적으로 사용되는 펌프의 구성이 적용될 수 있다.
여기서 열전달매체는 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템의 작동유체와는 관계없이 동일한 유체 또는 서로 상이한 유체 등 열전도율이 높은 유체라면 제한되지 않고 다양할 수 있다.
또한, 열전달매체는 바이너리 랭킨사이클 시스템의 작동유체와 열교환하면서 기화되지 않는 유체로 적용되는 것이 유리할 수 있다.
그리고, 이러한 펌프모듈(300)에 의하여 열전달매체가 지열정(100)의 내부를 유동하는 과정에서는 별도의 유로가 형성되지 않고 지열정(100) 및 파이프모듈(200) 사이의 공간에 열전달매체가 주입되어 중력에 의해 지열정(100)의 하부로 유동하고, 펌프모듈(300)이 파이프모듈(200)의 상부에서 파이프모듈(200)의 내부를 흡입하여 지열정(100) 하부의 열전달매체를 회수하도록 적용될 수 있다.
이러한 경우, 지열정(100)의 내부에는 별도의 유로가 구비되지 않고, 지상에만 열전달매체의 순환을 위한 유로가 구비될 수 있다.
전술한 구성을 통하여, 열전달매체는 지열정(100)의 내부에서 지반으로부터 상대적으로 낮은 온도의 지열을 받아 냉각되어 지상으로 회수될 수 있다.
또한, 지열정(100)의 내면 및 파이프모듈(200)의 외면 사이의 공간에는 축열부가 더 구비될 수도 있다.
축열부는 축열재가 구비되는 구성으로, 지열정(100)의 내부로 주입되는 열전달매체가 통과할 수 있도록 형성될 수 있다.
축열부로 구성되는 축열재는 자갈, 모래 또는 콘크리트 등 큰 열용량을 가지는 소재가 적용될 수 있으며, 이외에도 지열을 품고 있다가 주변을 유동하는 열전달매체로 열을 전달하도록 마련된다면 그 구성은 제한되지 않고 다양할 수 있다.
이러한 구성은 열전달매체가 지열정(100)의 하부까지 유동하는 과정에서 열전달매체의 유속이 빨라지게 되어 난류가 형성되고, 이러한 난류는 지열정(100)으로부터 생산정으로의 열전달을 촉진시킬 수 있다.
또한, 열전달매체가 지열정(100)의 내주면을 통하여 지열을 전달받는 것과 동시에 지열에 의해 가열된 축열부의 열을 전달받을 수 있어, 생산정 내부의 열전도계수를 향상시켜 지열을 보다 효과적으로 흡수할 수 있다.
따라서, 열전달매체가 전달받게 되는 총 열량이 크게 증가하게 되어 보다 많은 지열을 회수할 수 있으며, 지열정 열회수의 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 열교환모듈(400)은 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템의 터빈(T) 후단에 구비되어, 터빈(T)에서 배출되는 바이너리 랭킨사이클 시스템의 작동유체와 전술한 펌프모듈(300)에 의해 지열정(100) 내부에서 회수된 열전달매체를 상호 열교환시킬 수 있다.
이때, 터빈(T)을 통과한 작동유체는 상대적으로 고온의 상태로 기화되어 있고, 지열정(100)에서 회수된 열전달매체는 상대적으로 저온의 상태로 냉각된 상태이기 때문에, 작동유체가 열전달매체에 의하여 냉각되며 액화되며 응축될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 작동유체의 응축을 위하여 지반의 천부지열을 회수하는 별도의 사이클을 하나 더 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
지하의 천부지열은 날씨와 같은 주변 상황에 영향을 받지 않고 항상 일정한 온도를 유지하고 있기 때문에, 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 이러한 구성을 통하여, 지역 및 날씨의 영향에 관계없이 안정적으로 랭킨사이클 작동유체를 응축시킬 수 있다.
또한, 별도로 대규모의 냉각탑이나 추가적인 냉각장치를 구비하지 않아도 되므로, 바이너리 랭킨사이클 시스템의 제조 및 운용에 소요되는 비용을 절감할 수 있고, 전체적인 바이너리 랭킨사이클 시스템의 효율을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 심부지열 회수를 위한 깊이(D2)로 형성되는 지열정(500)을 통해 회수되는 지열을 열원으로 이용할 수 있다.
본 지열정(500)은 전술한 천부지열용 지열정(100)과 기본적으로는 동일한 구성이며, 다만 상대적으로 높은 온도의 심부지열을 회수할 수 있는 깊이(D2)로 형성되어 본 발명의 랭킨사이클에 열을 공급하는 열원으로 이용될 수 있다.
이를 위하여 본 지열정(500) 역시 파이프모듈(600)이 구비되고, 파이프모듈(600)은 파이프모듈(600)의 내부 및 외부간의 열교환 효율을 낮추기 위한 단열부(610)를 포함하여 형성될 수 있다.
이러한 파이프모듈(600) 및 단열부(610)의 구성 역시, 전술한 천부지열용 파이프모듈(200) 및 단열부(210)의 구성과 동일하며, 다만 심부지열의 회수를 위해 보다 깊은 심도까지 연장될 수 있다.
이러한 구성을 통해, 상대적으로 높은 온도의 심부지열을 회수하는 동시에, 지열회수 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 지열정(500)에도 전술한 축열부의 구성 역시 적용될 수 있다.
이러한 경우, 랭킨사이클 시스템에 열원으로 공급되는 지열을 회수하는 효율도 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
<제2 실시예 >
이어서, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제2 실시예의 구성 및 효과에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 도 3은 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제2 실시예의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제2 실시예의 작동유체가 지열정과 연결되는 유로의 구성을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 지열정(500) 및 파이프모듈(600)을 포함할 수 있다.
지열정(500) 및 파이프모듈(600)의 구성은 전술한 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템 제1 실시예의 지열정(100) 및 파이프모듈(200)의 구성과 동일한 구성이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 펌프(P), 증발기(E) 및 터빈(T)의 구성도 전술한 제1 실시예의 구성과 동일할 수 있다.
다만, 본 실시예에 의한 바이너리 랭킨사이클 시스템은 전술한 제1 실시예와 같이 열전달매체 및 작동유체가 서로 열교환하지 않고, 바이너리 랭킨사이클 시스템의 작동유체가 직접 지열정(500)의 내부로 주입되어 냉각되도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템의 작동유체가 지열정(500) 및 파이프모듈(600) 사이의 공간을 통해 지열정(500)의 하부를 거쳐, 파이프모듈(600)의 내부를 통해 지상으로 회수되어 다시 바이너리 랭킨사이클 시스템으로 공급될 수 있다.
이때, 작동유체는 지열정(500)의 하부에서 냉각되어 응축된 상태로 회수되므로, 지열정(500) 및 파이프모듈(600)을 포함하는 구조 자체가 응축기가 되는 구성일 수 있다.
작동유체는 전술한 제1 실시예의 열전달매체와 같은 방식으로 주입 및 회수 될 수도 있으나, 바이너리 랭킨사이클 시스템의 작동유체가 지열정(500)의 내부를 유동하는 과정에서 오염되어 이물질이 혼입되지 않도록, 본 실시예와 같이 작동유체는 별도의 유로(700)를 통해 유동하는 것이 유리할 수 있다.
유로(710)는 지열정(500) 및 파이프모듈(600) 사이의 공간을 따라 지열정(500)의 하부로 연장되고, 유로의 하단부(730)는 지열정(500)의 하부에서 파이프모듈(600)의 내부로 절곡되며, 유로(720)는 파이프모듈(600)의 내부를 통해 상부로 연장되는 형태로 형성될 수 있다.
즉, 기존에 제1 실시예의 열전달매체 및 제2 실시예의 작동유체가 지열정(500)의 내부를 유동하는 방향을 따라 유로가 형성될 수 있다.
한편, 지열정(500)의 내부에서 작동유체는 지열정(500)의 내주면을 통해 지열을 전달받게 된다.
따라서, 유로(710)는 지열정(500)의 내주면과 가능한 가깝게 배치되는 것이 유리할 수 있다.
또한, 지열정(500) 및 파이프모듈(600) 사이의 공간에 별도의 열전달매체(800)를 충전하는 것이 유리할 수 있다.
이러한 구성은 충전되는 열전달매체(800)가 지열정(500)의 내주면과 접촉하는 동시에 유로(710, 730)를 감싸도록 형성되므로, 지열정(500) 내주면에서 발생되는 지열이 열전달매체(800)를 통해 유로(710, 730)까지 높은 효율로 전달되는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 작동유체의 오염을 방지하는 동시에 지열회수의 효율도 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서도 전술한 제1 실시예의 축열부의 구성이 적용될 수 있다.
이러한 경우, 본 실시예의 지열정(500) 내부의 열전달매체가 지열정(500)의 내주면을 통하여 지열을 전달받는 것과 동시에 지열에 의해 가열된 축열부의 열을 전달받을 수 있어, 생산정 내부의 열전도계수를 향상시켜 지열을 보다 효과적으로 흡수할 수 있다.
따라서, 열전달매체가 전달받게 되는 총 열량이 크게 증가하게 되어 보다 많은 지열을 회수할 수 있으며, 지열정 열회수의 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 작동유체가 지열정(500)의 내부로 주입되는 지열정(500) 및 파이프모듈(600) 사이의 공간은 평면상에서 링의 형태로 형성되며, 지열정(500)의 내주면을 통하여 지열을 전달받는 구성이므로, 작동유체가 분산되어 지열정(500)의 내부에서 열교환되는 것이 유리할 수 있다.
따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 지열정(500) 및 파이프모듈(600) 사이의 공간으로 삽입되는 유로(710)가 복수개로 분기되어 형성될 수 있다.
분기된 유로(710)의 구성은 지열정(500)의 하부에서 파이프모듈(600)의 내부로 절곡되면서 다시 하나의 유로(720)로 합쳐질 수 있다.
이러한 경우, 작동유체가 지열을 전달받을 수 있는 유로(710, 730)의 표면적이 늘어나게 되어, 작동유체가 지열에 의해 냉각되는 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 유로(700)는 지열정(500)의 하부에 구비되는 부분이 다른 부분에 비하여 상대적으로 열전도율이 높게 형성되는 것이 유리할 수 있다.
실질적으로, 유로(700)의 내부에서 작동유체가 냉각되는 온도는 지열정(500)의 하부의 온도이므로, 지열정(500)의 하부에 구비되는 유로(730)의 소재를 열전도율이 높은 소재로 형성하여 지열정(500)의 하부에서 집중적으로 지열에 의해 작동유체가 냉각되도록 구성될 수 있다.
나아가, 지열정(500)의 하단부에 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템의 작동유체와 지열간의 보다 효율적인 열교환을 위한 별도의 열교환기를 설치하거나, 미처 액화되지 못한 작동유체를 걸러내기 위한 기액분리기 등이 더 구비되는 구성도 적용될 수 있다.
전술한 모든 구성에 의하여 본 발명에 따른 바이너리 랭킨사이클 시스템은 지역 및 날씨의 영향에 관계없이 안정적으로 랭킨사이클 작동유체를 응축시킬 수 있다.
또한, 별도로 대규모의 냉각탑이나 추가적인 냉각장치를 구비하지 않아도 되므로, 바이너리 랭킨사이클 시스템의 제조 및 운용에 소요되는 비용을 절감할 수 있고, 전체적인 바이너리 랭킨사이클 시스템의 효율을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 실시예 역시 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 심부지열 회수를 위한 깊이로 형성되는 지열정을 통해 회수되는 지열을 열원으로 이용할 수 있다.
이러한 구성은 전술한 제1 실시예에서의 구성과 동일한 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 구성을 통해 본 실시예 역시 상대적으로 높은 온도의 심부지열을 회수하는 동시에, 지열회수 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이상 설명한 바와 같이 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 지열정
200 : 파이프모듈
300 : 펌프모듈
400 : 열교환모듈
500 : 지열정
600 : 파이프모듈
700 : 유로
800 : 열전달매체

Claims (12)

  1. 지반을 굴착하여 형성되는 지열정;
    상기 지열정의 내부에 상기 지열정의 내면과 이격되어 배치되는 파이프모듈;
    상기 지열정 및 상기 파이프모듈의 사이 공간을 통해 상기 지열정 내부로 열전달매체를 주입하고, 상기 파이프모듈의 내부를 통해 상기 열전달매체를 지상으로 회수하는 펌프모듈;
    바이너리 랭킨사이클 터빈의 후단에 구비되어, 상기 펌프모듈에서 회수된 상기 열전달매체 및 상기 바이너리 랭킨사이클의 작동유체를 열교환하여 상기 작동유체를 응축시키는 열교환모듈; 및
    상기 지열정의 내면 및 상기 파이프모듈의 외면 사이의 공간에 구비되어 지열을 저장하고, 상기 열전달매체가 상기 지열정의 내부로 주입되어 통과하는 과정에서 상기 지열정의 내면 및 상기 파이프모듈의 외면 사이의 공간으로 주입되는 상기 열전달매체의 유동에 난류를 발생시키도록 구비되어 지열을 전달하는 축열부;
    를 포함하는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지열정은,
    천부지열 회수를 위한 깊이로 형성되는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파이프모듈은,
    상기 파이프모듈의 외부 및 내부간의 열교환 효율을 낮추기 위한 단열부를 포함하는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이너리 랭킨사이클은,
    심부지열 회수를 위한 깊이로 형성되는 지열정을 통해 회수되는 지열을 열원으로 이용하는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  5. 지반을 굴착하여 형성되는 지열정;
    상기 지열정의 내부에 상기 지열정의 내면과 이격되어 배치되는 파이프모듈; 및
    상기 지열정의 내면 및 상기 파이프모듈의 외면 사이의 공간에 구비되어 지열을 저장하고, 열전달매체가 상기 지열정의 내부로 주입되어 통과하는 과정에서 상기 지열정의 내면 및 상기 파이프모듈의 외면 사이의 공간으로 주입되는 상기 열전달매체의 유동에 난류를 발생시키도록 구비되어 지열을 전달하는 축열부;
    를 포함하고,
    바이너리 랭킨사이클의 터빈에서 배출된 작동유체가 상기 지열정 및 상기 파이프모듈 사이의 공간을 통해 상기 지열정의 하부를 거쳐, 상기 파이프모듈의 내부를 통해 지상으로 회수되는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지열정은,
    천부지열 회수를 위한 깊이로 형성되는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 파이프모듈은,
    상기 파이프모듈의 외부 및 내부간의 열교환 효율을 낮추기 위한 단열부를 포함하는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 작동유체는,
    상기 지열정 및 상기 파이프모듈 사이의 공간을 따라 상기 지열정의 하부로 연장되고, 상기 지열정의 하부에서 상기 파이프모듈의 내부로 절곡되며, 상기 파이프모듈의 내부를 통해 상부로 연장되는 유로를 따라 유동하는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유로는,
    상기 지열정 및 상기 파이프모듈 사이의 공간에 삽입되는 유로가 복수개로 분기되는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 유로는,
    상기 지열정 하부에 구비되는 부분이 다른 부분에 비하여 상대적으로 열전도율이 높게 형성되는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 지열정 및 상기 파이프모듈 사이의 공간에는 열전달매체가 충전되는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 바이너리 랭킨사이클은,
    심부지열 회수를 위한 깊이로 형성되는 지열정을 통해 회수되는 지열을 열원으로 이용하는 바이너리 랭킨사이클 시스템.
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