KR102116815B1 - Supercritical cycle system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초임계 사이클 시스템에 관한 것으로서, 펌프와, 제1분기부와, 제2분기부와, 제1합류부와, 제1열교환기와, 파워 터빈과, 드라이브 터빈과, 제2합류부와, 냉각기를 포함한다. 펌프는 임계조건 이상에서 유지되는 작동유체 회로 전반에 작동유체를 순환시키도록 작동유체를 가압한다. 제1분기부는 펌프와 유동상 연결되고, 펌프로부터 방출된 작동유체를 제1질량유동과 제2질량유동으로 분기한다. 제2분기부는 제1분기부와 유동상 연결되고, 제2질량유동을 받아들여 제3질량유동과 제4질량유동으로 분기한다. 제1합류부는 제1분기부 및 제2분기부와 유동상 연결되고, 제1분기부에서 분기된 제1질량유동 및 제2분기부에서 분기된 제3질량유동이 합류된다. 제1열교환기는 제1합류부와 유동상 연결되고, 열원과 열교환하며, 제1질량유동과 제3질량유동을 받아들이고 열원의 열에너지를 제1질량유동과 제3질량유동으로 전달한다. 파워 터빈은 제1열교환기와 유동상 연결되고, 제1열교환기를 경유한 제1질량유동과 제3질량유동을 팽창시킨다. 드라이브 터빈은 제2분기부와 유동상 연결되고, 제2분기부에서 분기된 제4질량유동을 팽창시켜 펌프를 구동한다. 제2합류부는 파워 터빈 및 드라이브 터빈과 유동상 연결되고, 파워 터빈에서 방출된 제1질량유동, 제3질량유동 및 드라이브 터빈에서 방출된 제4질량유동이 합류된다. 냉각기는 제2합류부와 유동상 연결되고, 제2합류부에서 방출된 작동유체를 냉각시킨다.The present invention relates to a supercritical cycle system, comprising a pump, a first branch, a second branch, a first confluence, a first heat exchanger, a power turbine, a drive turbine, and a second confluence. , Includes cooler. The pump pressurizes the working fluid to circulate the working fluid throughout the working fluid circuit maintained above the critical condition. The first branch part is connected to the fluidized bed with the pump, and branches the working fluid discharged from the pump into a first mass flow and a second mass flow. The second branch part is connected to the first branch part in a fluidized bed, and receives the second mass flow and branches into the third mass flow and the fourth mass flow. The first confluence portion is fluidizedly connected to the first branch portion and the second branch portion, and the first mass flow branched from the first branch portion and the third mass flow branched from the second branch portion are joined. The first heat exchanger is fluidized with the first confluence, heat exchanges with the heat source, accepts the first mass flow and the third mass flow, and transfers the heat energy of the heat source to the first mass flow and the third mass flow. The power turbine is fluidized in connection with the first heat exchanger and expands the first mass flow and the third mass flow via the first heat exchanger. The drive turbine is fluidly connected to the second branch, and expands the fourth mass flow branched from the second branch to drive the pump. The second confluence unit is fluidizedly connected to the power turbine and the drive turbine, and the first mass flow, the third mass flow, and the fourth mass flow, emitted from the drive turbine, are joined. The cooler is fluidized to the second confluence and cools the working fluid discharged from the second confluence.

Figure R1020160088835
Figure R1020160088835

Description

초임계 사이클 시스템{Supercritical cycle system}Supercritical cycle system

본 발명은 초임계 사이클 시스템에 관한 것으로서, 임계조건 이상의 압력으로 압축된 작동유체(예를 들어, 이산화탄소)를 임계조건보다 높은 온도로 가열하여 터빈을 구동하는 초임계 사이클 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a supercritical cycle system, and relates to a supercritical cycle system that drives a turbine by heating a working fluid (eg, carbon dioxide) compressed at a pressure above a critical condition to a temperature higher than the critical condition.

초임계 이산화탄소를 이용한 발전기술은 임계조건 이상의 압력 및 온도 조건으로 가압, 가열된 이산화탄소를 이용하여 터빈을 구동하는 가스 브레이튼 사이클 방식의 발전기술이다. 21세기 초반 미국 MIT는 차세대 원자력 발전기술을 개발하는 과정 중에 초임계 이산화탄소를 이용한 발전기술이 기존의 다른 원자력 발전 방식에 비해 효율이 높고 단순한 구성과 핵심기기의 소형화가 가능하다는 것을 이론적으로 증명하였다. 그 후 10 여년이 지난 현재 미국을 중심으로 관련 기술의 실증연구가 진행되고 있다.Power generation technology using supercritical carbon dioxide is a gas Brayton cycle power generation technology that drives a turbine using carbon dioxide heated under pressure and temperature conditions above a critical condition. At the beginning of the 21st century, MIT in the United States theoretically proved that supercritical carbon dioxide power generation technology is more efficient than other existing nuclear power generation methods, and is capable of simpler configuration and miniaturization of core equipment. Now, more than 10 years later, empirical research on related technologies has been conducted mainly in the United States.

초임계 이산화탄소 발전 사이클은 현재 사용되고 있는 대다수의 열원(원자력, 화력, 태양열 등)에 적용할 수 있어 대형 발전플랜트는 물론 소규모 분산전원이나 해상 플랜트용 전원으로도 적용될 수 있다. 여기서 초임계(Supercritical) 조건이라고 함은 액체-기체의 상변화를 하는 일반적인 물질상태에서 특이점인 임계점(Critical point)을 넘는 온도, 압력 조건을 말하며, 초임계 이산화탄소 발전 사이클에 포함된 대부분의 구성부는 작동 온도와 압력이 32℃, 74 기압 이상인 초임계조건에서 운전된다.The supercritical carbon dioxide power generation cycle can be applied to the majority of heat sources (nuclear power, thermal power, solar power, etc.) that are currently in use, so it can be applied not only to large-scale power plants, but also to small-scale distributed power plants or power sources for offshore plants. Here, the term “supercritical” refers to the temperature and pressure conditions exceeding the critical point, which is a singular point, in the general state of a substance that changes the liquid-gas phase. Most components included in the supercritical carbon dioxide generation cycle It is operated under supercritical conditions with an operating temperature and pressure of 32 ° C or higher and 74 atm.

초임계 상태의 이산화탄소는 액체와 기체의 특성을 동시에 가지고 있으며, 액체와 같은 작은 압축일과 기체와 같은 작은 유동저항이라는 장점을 모두 가지고 있다. 초임계 상태의 이산화탄소는 액체와 유사한 높은 밀도에 기체와 비슷한 점성을 나타내고 있어 초임계 이산화탄소 사이클의 터빈과 펌프 및 열교환기의 크기를 소형화할 수 있으며 이로 인하여 초임계 이산화탄소 발전플랜트의 건설공기 및 제작단가를 낮춰 높은 경제성을 확보할 수 있다.Supercritical carbon dioxide has the characteristics of liquid and gas at the same time, and has both the advantages of small compression work like liquid and small flow resistance like gas. The supercritical carbon dioxide has a high density similar to liquid and has a gas-like viscosity, so the size of the supercritical carbon dioxide cycle turbine, pump, and heat exchanger can be miniaturized. By lowering, high economic efficiency can be secured.

한편 초임계 이산화탄소 발전 사이클은 전 발전 계통이 고온 고압으로 유지되어도 높은 에너지 밀도로 인하여 향상된 열효율을 나타내므로, 기존의 수냉식 쿨러는 물론이고 이와 더불어 공냉식 쿨러 방식의 적용도 가능하다는 장점이 있다. 즉, 초임계 이산화탄소 발전 사이클은 이산화탄소의 임계점 근처에서의 물성 변화를 최대한 이용하여 높은 열효율, 고출력 소형 시스템 구성, 복잡하지 않은 시스템 구성, 발전플랜트의 부지제한성 극복과 같은 특성이 있다.On the other hand, the supercritical carbon dioxide power generation cycle has an advantage in that it is possible to apply not only a conventional water-cooled cooler, but also an air-cooled cooler method, since the entire power generation system exhibits improved thermal efficiency due to high energy density even when maintained at high temperature and high pressure. That is, the supercritical carbon dioxide power generation cycle has characteristics such as high thermal efficiency, high power compact system configuration, uncomplicated system configuration, and overcoming site limitations of the power plant by making full use of changes in physical properties near the critical point of carbon dioxide.

최근 발전 운영의 측면에서 수 MW ~ 수백 MW의 발전 용량 및 연계 열원의 다양화로 신규 전력 비즈니스 모델이 도출될 전망이며, 초임계 이산화탄소 발전 사이클은 이러한 신규 전력 비즈니스 모델에서 활용되기 위하여 그 효율을 향상시키기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있는 실정이다.In terms of recent power generation operation, new power business models are expected to be derived by diversifying power generation capacity and associated heat sources from several MW to hundreds of MW, and the supercritical carbon dioxide power generation cycle is to improve its efficiency to be utilized in these new power business models. Various attempts are being made.

초임계 사이클 시스템의 성능을 높이기 위해서는 외부의 발전기 등과 연결되는 파워 터빈에 유입되는 작동유체의 유량을 증가시켜야 하는데, 작동유체 회로 내부에 순환하는 전체 유량을 증가시킬 경우 열교환기 등 기타 구성요소의 성능이 기존보다 높아져야 하므로, 전체 시스템의 대형화 및 비용의 상승 등의 문제점이 있다.In order to increase the performance of the supercritical cycle system, it is necessary to increase the flow rate of the working fluid flowing into the power turbine connected to an external generator, etc., and when increasing the total flow rate circulating inside the working fluid circuit, the performance of other components such as heat exchangers Since it has to be higher than the existing one, there are problems such as an increase in the overall system size and an increase in cost.

한국등록특허공보 제10-1138223호(2012.04.13 등록, 발명의 명칭 : 혼합 가스를 이용한 임계점 이동을 통한 초임계 브레이튼 사이클의 효율 향상 시스템)Korean Registered Patent Publication No. 10-1138223 (2012.04.13 registered, the name of the invention: supercritical Brayton cycle efficiency improvement system by moving the critical point using mixed gas)

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 작동유체의 복수 회 분기를 통해 파워 터빈과 드라이브 터빈의 구동에 필요한 작동유체의 유량을 효율적으로 분배함으로써, 작동유체의 정해진 유량을 가지고 전체 사이클의 열효율을 향상시킬 수 있는 초임계 사이클 시스템을 제공함에 있다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve this conventional problem, by efficiently distributing the flow rate of the working fluid required for driving the power turbine and the drive turbine through multiple branches of the working fluid, the working fluid It is to provide a supercritical cycle system that can improve the thermal efficiency of the entire cycle with a predetermined flow rate of.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 초임계 사이클 시스템은, 임계조건 이상에서 유지되는 작동유체 회로 전반에 작동유체를 순환시키도록 작동유체를 가압하는 펌프; 상기 펌프와 유동상 연결되고, 상기 펌프로부터 방출된 작동유체를 제1질량유동과 제2질량유동으로 분기하는 제1분기부; 상기 제1분기부와 유동상 연결되고, 상기 제2질량유동을 받아들여 제3질량유동과 제4질량유동으로 분기하는 제2분기부; 상기 제1분기부 및 상기 제2분기부와 유동상 연결되고, 상기 제1분기부에서 분기된 제1질량유동 및 상기 제2분기부에서 분기된 제3질량유동이 합류되는 제1합류부; 상기 제1합류부와 유동상 연결되고, 열원과 열교환하며, 상기 제1질량유동과 상기 제3질량유동을 받아들이고 상기 열원의 열에너지를 상기 제1질량유동과 상기 제3질량유동으로 전달하는 제1열교환기; 상기 제1열교환기와 유동상 연결되고, 상기 제1열교환기를 경유한 제1질량유동과 제3질량유동을 팽창시키는 파워 터빈; 상기 제2분기부와 유동상 연결되고, 상기 제2분기부에서 분기된 제4질량유동을 팽창시켜 상기 펌프를 구동하기 위한 드라이브 터빈; 상기 파워 터빈 및 상기 드라이브 터빈과 유동상 연결되고, 상기 파워 터빈에서 방출된 제1질량유동, 제3질량유동 및 상기 드라이브 터빈에서 방출된 제4질량유동이 합류되는 제2합류부; 및 상기 제2합류부와 유동상 연결되고, 상기 제2합류부에서 방출된 작동유체를 냉각시키는 냉각기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the supercritical cycle system of the present invention, a pump for pressurizing the working fluid to circulate the working fluid throughout the working fluid circuit maintained above the critical condition; A first branch unit connected to the pump in a fluidized bed and branching the working fluid discharged from the pump into a first mass flow and a second mass flow; A second branch portion connected to the first branch portion and fluidized, and receiving the second mass flow and branching into a third mass flow and a fourth mass flow; A first confluence unit connected to the first branch unit and the second branch unit in a fluidized bed, and in which a first mass flow branched from the first branch unit and a third mass flow branched from the second branch unit are joined; The first confluence is connected to the fluidized bed, heat exchanges with a heat source, receives the first mass flow and the third mass flow, and transfers the heat energy of the heat source to the first mass flow and the third mass flow. heat exchanger; A power turbine connected to the first heat exchanger in a fluidized bed and expanding the first mass flow and the third mass flow via the first heat exchanger; A drive turbine connected to the second branch portion to expand the fourth mass flow branched from the second branch portion to drive the pump; A second confluence unit connected to the power turbine and the drive turbine in a fluidized bed, wherein the first mass flow, the third mass flow, and the fourth mass flow, emitted from the drive turbine, are joined; And a cooler connected to the second confluence part in a fluidized bed and cooling a working fluid discharged from the second confluence part.

본 발명에 따른 초임계 사이클 시스템에 있어서, 상기 제1분기부 및 상기 제1합류부와 유동상 연결되고, 열원과 열교환하며, 상기 열원의 열에너지를 상기 제1분기부에서 상기 제1합류부로 유동되는 제1질량유동으로 전달하는 제2열교환기;를 더 포함할 수 있다.In the supercritical cycle system according to the present invention, the first branch portion and the first confluence portion are fluidizedly connected, heat exchanged with a heat source, and heat energy of the heat source flows from the first branch portion to the first confluence portion. It may further include a; second heat exchanger to transfer to the first mass flow.

본 발명에 따른 초임계 사이클 시스템에 있어서, 상기 펌프 및 상기 제1분기부와 유동상 연결되고, 열원과 열교환하며, 상기 열원의 열에너지를 상기 펌프에서 상기 제1분기부로 유동되는 작동유체로 전달하는 제2열교환기;를 더 포함할 수 있다.In the supercritical cycle system according to the present invention, the pump and the first branch are fluidizedly connected, heat-exchanged with a heat source, and transferring heat energy of the heat source to the working fluid flowing from the pump to the first branch A second heat exchanger; may further include.

본 발명에 따른 초임계 사이클 시스템에 있어서, 상기 파워 터빈과 유동상 연결되고, 상기 파워 터빈으로부터 방출되는 제1질량유동 및 제3질량유동의 열에너지를 상기 제1분기부에서 상기 제2분기부로 유동되는 제2질량유동으로 전달하는 제1재생기;를 더 포함할 수 있다.In the supercritical cycle system according to the present invention, the thermal energy of the first mass flow and the third mass flow that are connected to the power turbine and fluidized from the power turbine and flow from the first branch to the second branch It may further include; a first regenerator to be delivered to the second mass flow.

본 발명에 따른 초임계 사이클 시스템에 있어서, 상기 제2합류부 및 상기 펌프와 유동상 연결되고, 상기 제2합류부에서 방출되는 작동유체의 열에너지를 상기 펌프에서 상기 제1분기부로 유동되는 작동유체로 전달하는 제2재생기;를 더 포함할 수 있다.In the supercritical cycle system according to the present invention, the working fluid is fluidized from the second confluence part and the pump, and the heat energy of the working fluid discharged from the second confluence part from the pump to the first branch It may further include; a second regenerator to deliver to.

본 발명에 따른 초임계 사이클 시스템에 있어서, 상기 제1분기부와 유동상 연결되고, 상기 드라이브 터빈의 입구 온도를 상승시키기 위하여 상기 제1분기부에서 분기되어 상기 드라이브 터빈 측으로 유동되는 제2질량유동의 유량을 조절하는 제1유량밸브;를 더 포함할 수 있다.In the supercritical cycle system according to the present invention, the second mass flow is fluidized to the first branch and flows toward the drive turbine by branching from the first branch to increase the inlet temperature of the drive turbine. It may further include; a first flow rate valve for adjusting the flow rate of.

본 발명에 따른 초임계 사이클 시스템에 있어서, 상기 제2분기부와 유동상 연결되고, 상기 드라이브 터빈의 출력과 상기 펌프의 소모동력이 실질적으로 동일해지도록 상기 제2분기부에서 분기되어 상기 드라이브 터빈으로 유동되는 제4질량유동의 유량을 조절하는 제2유량밸브;를 더 포함할 수 있다.In the supercritical cycle system according to the present invention, the drive turbine is branched from the second branch so that the second branch part is fluidly connected and the output of the drive turbine and the power consumption of the pump are substantially the same. It may further include a; a second flow rate valve for adjusting the flow rate of the fourth mass flow flowing to.

본 발명에 따른 초임계 사이클 시스템에 있어서, 상기 작동유체는 이산화탄소를 포함할 수 있다.In the supercritical cycle system according to the present invention, the working fluid may include carbon dioxide.

본 발명의 초임계 사이클 시스템에 따르면, 작동유체의 정해진 유량을 가지고 전체 사이클의 열효율을 향상시킬 수 있다.According to the supercritical cycle system of the present invention, it is possible to improve the thermal efficiency of the entire cycle with a predetermined flow rate of the working fluid.

또한, 본 발명의 초임계 사이클 시스템에 따르면, 파워 터빈의 출력을 향상시키고, 드라이브 터빈의 입구 온도를 높일 수 있다.Further, according to the supercritical cycle system of the present invention, it is possible to improve the output of the power turbine and increase the inlet temperature of the drive turbine.

또한, 본 발명의 초임계 사이클 시스템에 따르면, 전체적으로 열교환기의 소형화를 이룰 수 있다.Further, according to the supercritical cycle system of the present invention, it is possible to achieve miniaturization of the heat exchanger as a whole.

또한, 본 발명의 초임계 사이클 시스템에 따르면, 드라이브 터빈으로 유입되는 작동유체의 2차 가열을 통해 드라이브 터빈의 입구 온도를 더욱 높일 수 있다.In addition, according to the supercritical cycle system of the present invention, it is possible to further increase the inlet temperature of the drive turbine through secondary heating of the working fluid flowing into the drive turbine.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 사이클 시스템을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초임계 사이클 시스템을 도시한 도면이다.1 is a view showing a supercritical cycle system according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing a supercritical cycle system according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 초임계 사이클 시스템의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the supercritical cycle system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 초임계 사이클 시스템에서 유동하는 작동유체(m)는 이산화탄소(CO2)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.The working fluid (m) flowing in the supercritical cycle system of the present invention will be described as an example of including carbon dioxide (CO2).

우선, 본 발명의 초임계 사이클 시스템에서 유동하는 작동유체(m)가 이산화탄소(CO2)일 수 있으며, 어떤 특정한 유형, 순도, 또는 등급의 이산화탄소(CO2)로 제한되는 것은 아니다.First, the working fluid (m) flowing in the supercritical cycle system of the present invention may be carbon dioxide (CO2), and is not limited to carbon dioxide (CO2) of any particular type, purity, or grade.

또한, 작동유체(m)가 이산화탄소(CO2) 및 하나 이상의 다른 혼화성 유체의 조합일 수 있다. 예를 들어, 작동유체가 이산화탄소(CO2)와 프로판, 또는 이산화탄소(CO2)와 암모니아의 조합일 수 있다.In addition, the working fluid m may be a combination of carbon dioxide (CO2) and one or more other miscible fluids. For example, the working fluid may be carbon dioxide (CO2) and propane, or a combination of carbon dioxide (CO2) and ammonia.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 사이클 시스템을 도시한 도면이다.1 is a view showing a supercritical cycle system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 초임계 사이클 시스템(100)은 임계조건 이상의 압력으로 압축된 작동유체를 임계조건보다 높은 온도로 가열하여 터빈을 구동하는 것으로서, 펌프(110)와, 제1분기부(161)와, 제2열교환기(122)와, 제2분기부(162)와, 제1합류부(171)와, 제1열교환기(121)와, 파워 터빈(131)과, 드라이브 터빈(132)과, 제2합류부(172)와, 냉각기(140)와, 제1재생기(151)와, 제2재생기(152)와, 제1유량밸브(181)와, 제2유량밸브(182)를 포함한다.Referring to Figure 1, the supercritical cycle system 100 according to the present embodiment is to drive the turbine by heating the working fluid compressed to a pressure above the critical condition to a temperature higher than the critical condition, the pump 110, and The first branch part 161, the second heat exchanger 122, the second branch part 162, the first confluence part 171, the first heat exchanger 121, and the power turbine 131 , A drive turbine 132, a second confluence 172, a cooler 140, a first regenerator 151, a second regenerator 152, a first flow valve 181, and a second It includes a flow valve 182.

상기 펌프(110)는 임계조건 이상에서 유지되는 작동유체 회로 전반에 작동유체(m)를 순환시키도록 작동유체(m)를 가압한다.The pump 110 pressurizes the working fluid m to circulate the working fluid m throughout the working fluid circuit maintained above the critical condition.

본 실시예의 초임계 사이클 시스템(100)의 작동유체 회로 내에서 유동되는 작동유체(m)는 임계조건 이상의 상태를 유지하면서 작동유체 회로 내를 유동한다. 일반적으로 작동유체(m)로 이용되는 이산화탄소의 임계온도와 임계압력은 32도, 75기압 정도로 알려져 있다.The working fluid m flowing in the working fluid circuit of the supercritical cycle system 100 of this embodiment flows in the working fluid circuit while maintaining a state above a critical condition. In general, the critical temperature and critical pressure of carbon dioxide used as the working fluid (m) are known to be about 32 degrees and 75 atmospheres.

펌프(110)는 후술하는 냉각기(140)에서 방출된 저온저압의 작동유체(m)를 사이클 내에 설정된 최고 압력까지 가압함으로써, 작동유체 회로 전반에 작동유체(m)를 순환시킬 수 있다.The pump 110 may circulate the working fluid m throughout the working fluid circuit by pressing the working fluid m of low temperature and low pressure discharged from the cooler 140 to be described below to the maximum pressure set in the cycle.

상기 제1분기부(161)는 펌프(110)와 유동상 연결되고, 펌프(110)로부터 방출된 작동유체(m)를 제1질량유동(m1)과 제2질량유동(m2)으로 분기한다. 제1분기부(161)에서 분기된 제1질량유동(m1)은 파워 터빈(131) 측으로 유동되고, 제1분기부(161)에서 분기된 제2질량유동(m2)은 제2분기부(162) 측으로 유동된다.The first branch 161 is connected to the pump 110 in a fluidized bed, and branches the working fluid m discharged from the pump 110 into a first mass flow (m1) and a second mass flow (m2). . The first mass flow (m1) branched from the first branch 161 flows toward the power turbine 131, and the second mass flow (m2) branched from the first branch 161 is the second branch ( 162).

본 명세서에서 제1질량유동(m1)과 제2질량유동(m2)을 합산한 유량은 작동유체 회로 전반에서 순환하는 작동유체(m)의 유량과 실질적으로 동일하다.In this specification, the flow rate of the sum of the first mass flow (m1) and the second mass flow (m2) is substantially the same as the flow rate of the working fluid (m) circulating throughout the working fluid circuit.

상기 제2분기부(162)는 제1분기부(161)와 유동상 연결되고, 제2질량유동(m2)을 받아들여 제3질량유동(m3)과 제4질량유동(m4)으로 분기한다. 제2분기부(162)에서 분기된 제3질량유동(m3)은 다시 파워 터빈(131) 측으로 유동되고, 제2분기부(162)에서 분기된 제4질량유동(m4)은 드라이브 터빈(132) 측으로 유동된다.The second branch part 162 is connected to the first branch part 161 in a fluidized bed, and receives the second mass flow (m2) and branches into the third mass flow (m3) and the fourth mass flow (m4). . The third mass flow m3 branched from the second branch 162 flows back to the power turbine 131, and the fourth mass flow m4 branched from the second branch 162 is the drive turbine 132 ) Side.

본 명세서에서 제3질량유동(m3)과 제4질량유동(m3)을 합산한 유량은 제2질량유동(m2)의 유량과 실질적으로 동일하다.In this specification, the flow rate of the sum of the third mass flow (m3) and the fourth mass flow (m3) is substantially the same as the flow rate of the second mass flow (m2).

상기 제1합류부(171)는 제1분기부(161) 및 제2분기부(162)와 유동상 연결되고, 제1질량유동(m1)과 제3질량유동(m3)이 합류된다. 제1분기부(161)에서 분기되고 제2열교환기(122)를 경유한 제1질량유동(m1)과, 제2분기부(162)에서 분기된 제3질량유동(m3)은 제1합류부(171)에서 서로 합류되어, 파워 터빈(131) 측으로 유동된다.The first confluence portion 171 is fluidizedly connected to the first branch portion 161 and the second branch portion 162, and the first mass flow m1 and the third mass flow m3 are joined. The first mass flow (m1) branched from the first branch part 161 and passed through the second heat exchanger 122, and the third mass flow (m3) branched from the second branch part 162 are the first confluence. The unit 171 merges with each other and flows toward the power turbine 131.

상기 제1열교환기(121)는 제1합류부(171)와 유동상 연결되고, 열원(101)과 열교환하도록 구성된다.The first heat exchanger 121 is fluidizedly connected to the first confluence unit 171 and is configured to exchange heat with the heat source 101.

본 발명의 열원(101)은 다양한 고온 소스로부터 열에너지(Q1)를 끌어낼 수 있다. 예를 들어, 열원(101)은 기체 터빈 배기, 공정 스트림 배기, 노(furnace) 또는 보일러 배기 스트림과 같은 다른 연소 생산 배기 스트림과 같은 폐열 스트림일 수 있다. 따라서, 초임계 사이클 시스템(100)은 기체 터빈, 디젤 기관 발전 장치, 산업 폐열(예를 들어, 정유 공장 및 압축 공장 등에서의 폐열) 회수 장치, 핵분열 및 핵융합 등의 핵반응을 일으키는 원자로에서 폐열을 전기로 변환하도록 구성될 수 있다. 다른 한편으로 본 발명의 열원(101)은 태양열원 또는 지열원 등과 같은 재생 가능한 열원으로부터 열에너지(Q1)를 끌어낼 수도 있다.The heat source 101 of the present invention can extract thermal energy Q1 from various high temperature sources. For example, the heat source 101 can be a waste heat stream, such as a gas turbine exhaust, process stream exhaust, furnace or other combustion production exhaust stream, such as a boiler exhaust stream. Thus, the supercritical cycle system 100 generates electricity from nuclear reactors that cause nuclear reactions such as gas turbines, diesel engine power generation equipment, industrial waste heat (eg, waste heat from refineries and compression plants), nuclear fission and nuclear fusion. It can be configured to convert to. On the other hand, the heat source 101 of the present invention may draw heat energy Q1 from renewable heat sources such as a solar heat source or a geothermal source.

제1합류부(171)에서 합류된 제1질량유동(m1)과 제3질량유동(m3)은 제1열교환기(121)로 유입되고, 제1열교환기(121)는 열원(101)의 열에너지(Q1)를 제1합류부(171)를 경유한 제1질량유동(m1)과 제3질량유동(m3)으로 전달하여 사이클 내에 설정된 최고 온도까지 가열한다.The first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) joined by the first confluence unit (171) flow into the first heat exchanger (121), and the first heat exchanger (121) is a heat source (101). Heat energy (Q1) is transferred to the first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) via the first confluence unit 171 and heated to the highest temperature set in the cycle.

상기 제2열교환기(122)는 제1분기부(161) 및 제1합류부(171)와 유동상 연결되고, 열원(101)과 열교환하도록 구성된다.The second heat exchanger 122 is fluidizedly connected to the first branch unit 161 and the first confluence unit 171, and is configured to exchange heat with the heat source 101.

제1분기부(161)에서 분기된 제1질량유동(m1)은 제2열교환기(122)로 유입되고, 제2열교환기(122)에서는 열원(101)의 열에너지(Q1)의 일부를 제1분기부(161)에서 제1합류부(171)로 유동되는 제1질량유동(m1)으로 전달한다.The first mass flow (m1) branched from the first branch unit 161 flows into the second heat exchanger 122, and the second heat exchanger 122 removes part of the heat energy Q1 of the heat source 101. It is transferred to the first mass flow (m1) flowing from the first branch 161 to the first confluence 171.

열원(101)의 열에너지(Q1)를 공급하는 별도의 유체는 제1열교환기(121)와, 제2열교환기(122)를 순차적으로 경유한 후 외부로 배출된다. 이러한 별도의 순환 유체의 흐름에 따라, 열원(101)의 열에너지(Q1)의 일부가 제1열교환기(121)에서 제1질량유동(m1)과 제3질량유동(m3)으로 우선 전달되고, 열원(101)의 열에너지(Q1)의 나머지 일부는 제2열교환기(122)에서 제1질량유동(m1)으로 전달된다.The separate fluid that supplies the heat energy Q1 of the heat source 101 is discharged to the outside after sequentially passing through the first heat exchanger 121 and the second heat exchanger 122. According to the flow of the separate circulating fluid, a part of the heat energy Q1 of the heat source 101 is first transferred from the first heat exchanger 121 to the first mass flow (m1) and the third mass flow (m3), The remaining part of the heat energy Q1 of the heat source 101 is transferred from the second heat exchanger 122 to the first mass flow (m1).

따라서, 제1열교환기(121)에서 전달되는 열에너지와 비교하여 제2열교환기(122)에서 전달되는 열에너지는 상대적으로 낮으므로, 제1열교환기(121)는 고온 열교환기에 해당하고, 제2열교환기(122)는 저온 열교환기에 해당한다.Therefore, since the heat energy transferred from the second heat exchanger 122 is relatively low compared to the heat energy transferred from the first heat exchanger 121, the first heat exchanger 121 corresponds to a high temperature heat exchanger, and the second heat exchange The group 122 corresponds to a low temperature heat exchanger.

제1질량유동(m1)은 제1열교환기(121)에 유입되기 전 제2열교환기(122)에 의해 1차적으로 예열될 수 있고, 이를 통해 제1열교환기(121)의 열적 부하를 줄일 수 있으므로, 전체적으로 열교환기의 소형화를 이룰 수 있다.The first mass flow (m1) may be preheated primarily by the second heat exchanger 122 before entering the first heat exchanger 121, thereby reducing the thermal load of the first heat exchanger 121. Therefore, the heat exchanger can be miniaturized as a whole.

본 실시예의 제1열교환기(121)와 제2열교환기(122)는 동일한 형태로 구성될 수 있다.The first heat exchanger 121 and the second heat exchanger 122 of this embodiment may be configured in the same form.

상기 파워 터빈(131)은 제1열교환기(121)와 유동상 연결되도록 구성된다.The power turbine 131 is configured to be connected to the first heat exchanger 121 in a fluidized bed.

제1열교환기(121)를 경유한 제1질량유동(m1)과 제3질량유동(m3)은 파워 터빈(131)으로 유입되고, 제1열교환기(121)의 하류에 배치된 파워 터빈(131)은 제1열교환기(121)를 경유한 제1질량유동(m1)과 제3질량유동(m3)을 받아들이고, 제1질량유동(m1)과 제3질량유동(m3)을 팽창시켜 외부의 발전기 등을 구동한다.The first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) passing through the first heat exchanger (121) flow into the power turbine (131) and are disposed downstream of the first heat exchanger (121). 131) accepts the first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) via the first heat exchanger 121, and expands the first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) to the outside. To drive generators, etc.

파워 터빈(131)은 발전기 또는 축 일(shaft work)을 받아들이도록 구성된 다른 장치 또는 시스템에 작동상 연결될 수 있으며, 발전기는 파워 터빈(131)에 의해 발생된 기계적 일을 유용한 전력으로 변환할 수 있다.The power turbine 131 can be operatively connected to a generator or other device or system configured to accept shaft work, and the generator can convert the mechanical work generated by the power turbine 131 into useful power. .

상기 드라이브 터빈(132)은 제2분기부(162)와 유동상 연결되도록 구성된다.The drive turbine 132 is configured to be connected to the second branch 162 in a fluidized bed.

드라이브 터빈(132)은 제2분기부(162)의 하류에 배치되어, 제2분기부(162)에서 분기된 제4질량유동(m4)을 받아들이고, 제4질량유동(m4)을 팽창시켜 펌프(110)를 구동한다.The drive turbine 132 is disposed downstream of the second branch portion 162, receives the fourth mass flow (m4) branched from the second branch portion 162, and expands the fourth mass flow (m4) to pump Drive 110.

이와 같이 드라이브 터빈(132)을 이용하여 펌프(110)를 구동함으로써, 펌프(110)를 구동하는데 소요되는 일을 줄일 수 있으며, 이를 통해 터빈 일과 펌프 일의 차이로 나타내지는 순일(net work)의 양을 증가시킬 수 있다.By driving the pump 110 using the drive turbine 132 as described above, it is possible to reduce the work required to drive the pump 110, and through this, the net work represented by the difference between the turbine work and the pump work is performed. You can increase the amount.

앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 작동유체(m)가 파워 터빈(131) 및 드라이브 터빈(132)으로 유입되기 전에 제1분기부(161)에서 제1질량유동(m1) 및 제2질량유동(m2)으로 분기되고, 제2질량유동(m2)은 다시 제2분기부(162)에서 제3질량유동(m3) 및 제4질량유동(m4)으로 분기된다. 제1질량유동(m1)과 제3질량유동(m3)은 제1합류부(171)에서 합류된 후 파워 터빈(131)으로 유입되어 팽창하고, 제2분기부(162)에서 분기된 제4질량유동(m4)은 드라이브 터빈(132)으로 유입되어 팽창한다.As described above, in this embodiment, the first mass flow (m1) and the second mass flow in the first branch 161 before the working fluid (m) flows into the power turbine 131 and the drive turbine 132 Branched to (m2), the second mass flow (m2) is again branched to the third mass flow (m3) and the fourth mass flow (m4) in the second branch (162). The first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) are joined by the first confluence unit 171 and then flown into the power turbine 131 to expand, and the fourth branch diverged from the second branch unit 162 The mass flow (m4) flows into the drive turbine 132 and expands.

한편, 파워 터빈(131)에서 팽창된 후 방출되는 제1질량유동(m1)과 제3질량유동(m3)은 후술할 제1재생기(151)로 유입된다.On the other hand, the first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) released after being expanded in the power turbine 131 flow into the first regenerator 151, which will be described later.

상기 제1재생기(151)는 파워 터빈(131)과 유동상 연결되도록 구성된다.The first regenerator 151 is configured to be connected to the power turbine 131 in a fluidized bed.

본 실시예의 제1재생기(151)는 직접 접촉 열교환기, 트림 냉각 장치, 기계적 냉각 장치 또는 그들의 조합과 같은 작동유체의 온도를 강하시키기에 적합한 어떤 장치든 될 수 있다. 제1재생기(151)에는 하나 이상의 인쇄회로 열교환 패널이 설치될 수 있으며, 이러한 열교환기 또는 패널들은 해당 기술분야에서 널리 알려져 있는 사항이므로, 상세한 설명은 생략한다.The first regenerator 151 of this embodiment may be any device suitable for lowering the temperature of the working fluid, such as a direct contact heat exchanger, trim cooling device, mechanical cooling device or a combination thereof. One or more printed circuit heat exchange panels may be installed in the first regenerator 151, and since such heat exchangers or panels are well known in the art, detailed descriptions thereof will be omitted.

본 실시예의 제1재생기(151)와 후술할 제2재생기(152)는 동일한 형태로 구성될 수 있다.The first player 151 of the present embodiment and the second player 152 to be described later may be configured in the same form.

제1재생기(151)에서는 파워 터빈(131)에서 방출되는 제1질량유동(m1) 및 제3질량유동(m3)과, 제1분기부(161)에서 제2분기부(162)로 유동되는 제2질량유동(m2) 사이에서 열교환이 이루어진다.In the first regenerator 151, the first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) discharged from the power turbine 131 and the first branch 161 flow to the second branch 162. Heat exchange occurs between the second mass flows (m2).

즉, 제1재생기(151)에서는 파워 터빈(131)에서 방출되는 제1질량유동(m1) 및 제3질량유동(m3)의 열에너지를, 제1분기부(161)에서 제2분기부(162)로 유동되는 제2질량유동(m2)으로 전달함으로써, 제2질량유동(m2)의 일부인 제4질량유동(m4)이 드라이브 터빈(132)에서 원하는 입구 온도까지 가열될 수 있다.That is, in the first regenerator 151, the thermal energy of the first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) discharged from the power turbine 131, the second branch 162 from the first branch 161 ), The fourth mass flow (m4), which is part of the second mass flow (m2), can be heated to the desired inlet temperature in the drive turbine 132 by transferring it to the second mass flow (m2).

상기 제2합류부(172)는 파워 터빈(131) 및 드라이브 터빈(132)과 유동상 연결되고, 제1질량유동(m1), 제3질량유동(m3) 및 제4질량유동(m4)이 합류된다. 즉, 작동유체 회로에서 순환되는 전체 작동유체(m)가 합류된다.The second confluence unit 172 is fluidizedly connected to the power turbine 131 and the drive turbine 132, and the first mass flow (m1), the third mass flow (m3), and the fourth mass flow (m4) are To join. That is, the entire working fluid circulated in the working fluid circuit is joined.

파워 터빈(131)에서 방출되고 제1재생기(151)를 경유한 제1질량유동(m1) 및 제3질량유동(m3)과, 드라이브 터빈(132)에서 방출된 제4질량유동(m4)이 제2합류부(172)에서 합류되어, 냉각기(140) 측으로 유동된다.The first mass flow (m1) and the third mass flow (m3) discharged from the power turbine 131 and passed through the first regenerator 151, and the fourth mass flow (m4) discharged from the drive turbine 132 The second confluence unit 172 merges and flows toward the cooler 140.

상기 제2재생기(152)는 제2합류부(172) 및 펌프(110)와 유동상 연결되도록 구성된다.The second regenerator 152 is configured to be connected to the second confluence unit 172 and the pump 110 in a fluidized bed.

제2재생기(152)에서는 제2합류부(172)에서 방출되는 작동유체(m)와, 펌프(110)에서 제1분기부(161)로 유동되는 작동유체(m) 사이에서 열교환이 이루어진다.In the second regenerator 152, heat is exchanged between the working fluid m discharged from the second confluence unit 172 and the working fluid m flowing from the pump 110 to the first branch 161.

즉, 제2재생기(152)에서는 파워 터빈(131)과 드라이브 터빈(132)에서 방출되어 제2합류부(172)에 합류된 작동유체(m)의 열에너지를, 펌프(110)에서 제1분기부(161)로 유동되는 작동유체(m)로 전달함으로써, 작동유체(m)가 제2열교환기(122) 및 제1열교환기(121)를 경유하면서 최고 온도로 가열되기 전 미리 일정 온도까지 예열될 수 있다.That is, in the second regenerator 152, the thermal energy of the working fluid m discharged from the power turbine 131 and the drive turbine 132 and joined to the second confluence unit 172, is the first minute from the pump 110. By transferring to the working fluid (m) flowing to the base 161, the working fluid (m) passes through the second heat exchanger (122) and the first heat exchanger (121) to a predetermined temperature before being heated to the highest temperature. It can be preheated.

상기 냉각기(140)는 제2합류부(172)와 유동상 연결되도록 구성된다.The cooler 140 is configured to be connected to the second confluence unit 172 in a fluidized bed.

제1재생기(151) 및 제2재생기(152)와 마찬가지로 본 실시예의 냉각기(140)는 직접 접촉 열교환기, 트림 냉각 장치, 기계적 냉각 장치 또는 그들의 조합과 같은 작동유체의 온도를 강하시키기에 적합한 어떤 장치든 될 수 있다. 냉각기(140)에는 하나 이상의 인쇄회로 열교환 패널이 설치될 수 있으며, 이러한 열교환기 또는 패널들은 해당 기술분야에서 널리 알려져 있는 사항이므로, 상세한 설명은 생략한다.As with the first regenerator 151 and the second regenerator 152, the cooler 140 of this embodiment is any suitable for lowering the temperature of the working fluid, such as a direct contact heat exchanger, trim cooling device, mechanical cooling device or a combination thereof. It can be a device. The cooler 140 may be provided with one or more printed circuit heat exchange panels, and since these heat exchangers or panels are well known in the art, detailed descriptions thereof will be omitted.

냉각기(140)에서는 외부의 냉각수 등을 이용하여 제2합류부(172)를 거쳐 제2재생기(152)로부터 방출되는 작동유체(m)를 저온으로 냉각시키며, 냉각된 작동유체(m)는 다시 펌프(110)로 유동된 후 펌프(110) 내에서 가압됨으로써, 전체적으로 순환 사이클을 형성하게 된다.The cooler 140 cools the working fluid m discharged from the second regenerator 152 to the low temperature through the second confluence unit 172 using external cooling water or the like, and the cooled working fluid m again After being flowed to the pump 110, it is pressurized in the pump 110, thereby forming a circulation cycle as a whole.

상기 제1유량밸브(181)는 제1분기부(161)와 유동상 연결되도록 구성된다.The first flow valve 181 is configured to be connected to the first branch 161 and the fluidized bed.

제1재생기(151)에서 공급되는 열에너지의 양이 일정한 경우, 제1재생기(151)에서 방출되는 유체의 온도는 유입되는 유체의 유량에 의해 결정된다. 즉, 제1재생기(151)로 적은 유량의 유체가 유입될수록 열용량이 적어지므로 제1재생기(151)에서 방출되는 유체의 온도는 상승하게 된다.When the amount of thermal energy supplied from the first regenerator 151 is constant, the temperature of the fluid discharged from the first regenerator 151 is determined by the flow rate of the flowing fluid. That is, since the heat capacity decreases as the fluid of a small flow rate flows into the first regenerator 151, the temperature of the fluid discharged from the first regenerator 151 increases.

본 실시예의 작동유체 회로를 살펴보면, 제1재생기(151)의 출구 온도와 드라이브 터빈(132)의 입구 온도는 실질적으로 동일하므로, 제1재생기(151)로 유입되는 제2질량유동(m2)의 유량이 적을수록 드라이브 터빈(132)으로 유입되는 제4질량유동(m4)의 온도 즉, 드라이브 터빈(132)의 입구 온도가 상승하게 된다.Looking at the working fluid circuit of this embodiment, since the outlet temperature of the first regenerator 151 and the inlet temperature of the drive turbine 132 are substantially the same, the second mass flow (m2) flowing into the first regenerator 151 The smaller the flow rate, the higher the temperature of the fourth mass flow (m4) flowing into the drive turbine 132, that is, the inlet temperature of the drive turbine 132.

잘 알려진 바와 같이, 터빈의 입구 온도가 상승할수록 터빈의 출력은 향상되므로, 제1유량밸브(181)를 이용하여 제1분기부(161)에서 분기되어 드라이브 터빈(132) 측으로 유동되는 제2질량유동(m2)의 유량이 과다하지 않도록 조절함으로써, 드라이브 터빈(132)의 입구 온도를 높일 수 있다.As is well known, the output of the turbine improves as the inlet temperature of the turbine increases, so the second mass flows toward the drive turbine 132 by branching from the first branch 161 using the first flow valve 181 The inlet temperature of the drive turbine 132 can be increased by adjusting so that the flow rate of the flow m2 is not excessive.

도 1에서 제1유량밸브(181)는 제2질량유동(m2)이 유동되는 라인에 설치되는 것으로 도시하였으나, 제2질량유동(m2)의 유량을 조절하는 기능을 수행하는 것이라면 제1질량유동(m1)이 유동되는 라인에 설치되어도 무방하다.In FIG. 1, the first flow valve 181 is illustrated as being installed on a line through which the second mass flow (m2) flows, but the first mass flow is provided to perform a function of adjusting the flow rate of the second mass flow (m2). (m1) may be installed on the flow line.

상기 제2유량밸브(182)는 제2분기부(162)와 유동상 연결되도록 구성된다.The second flow valve 182 is configured to be connected to the second branch 162 and the fluidized bed.

파워 터빈(131)의 출력은 향상시키기 위해서는 파워 터빈(131)으로 유입되는 유체의 유량이 많은 것이 바람직하다. 또한, 드라이브 터빈(132)에 유입되는 유량은 과다한 유량은 필요치 않고, 드라이브 터빈(132)의 출력과 펌프(110)의 소모동력이 실질적으로 동일해질 정도의 유량만 필요하다.In order to improve the output of the power turbine 131, it is preferable that the flow rate of the fluid flowing into the power turbine 131 is large. In addition, the flow rate flowing into the drive turbine 132 does not require an excessive flow rate, and only the flow rate such that the output of the drive turbine 132 and the power consumption of the pump 110 are substantially the same.

따라서, 제2분기부(162)에서 제2유량밸브(182)를 이용하여 드라이브 터빈(132)으로 유동되는 제4질량유동(m4)의 유량을, 드라이브 터빈(132)의 출력과 펌프(110)의 소모동력이 실질적으로 동일해질 정도의 유량으로 조절하고, 그 외 나머지 유량은 제3질량유동(m3)으로 하여 파워 터빈(131) 측으로 유동시킴으로써, 전체적으로 파워 터빈(131)의 출력을 향상시킬 수 있다.Therefore, the flow rate of the fourth mass flow (m4) flowing from the second branch unit 162 to the drive turbine 132 using the second flow valve 182, the output of the drive turbine 132 and the pump 110 ) To control the consumption power of substantially equal to the flow rate, and the other flow rate as the third mass flow (m3) to flow toward the power turbine 131, thereby improving the output of the power turbine 131 as a whole. Can be.

도 1에서 제2유량밸브(182)는 제4질량유동(m4)이 유동되는 라인에 설치되는 것으로 도시하였으나, 제4질량유동(m4)의 유량을 조절하는 기능을 수행하는 것이라면 제3질량유동(m3)이 유동되는 라인에 설치되어도 무방하다.In FIG. 1, the second flow valve 182 is illustrated as being installed on a line through which the fourth mass flow (m4) flows, but the third mass flow if it performs a function of adjusting the flow rate of the fourth mass flow (m4). (m3) may be installed in the flow line.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초임계 사이클 시스템을 도시한 도면이다.2 is a view showing a supercritical cycle system according to another embodiment of the present invention.

도 2에 있어서, 도 1에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.In FIG. 2, members indicated by the same member numbers as those shown in FIG. 1 have the same configuration and function, and a detailed description of each of them will be omitted.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 초임계 사이클 시스템(200)은 제2열교환기(222)의 설치 위치에 있어서 도 1에 도시된 실시예와 차이가 있을 뿐 나머지 구성요소는 도 1에 도시된 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 2, the supercritical cycle system 200 of the present embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in the installation position of the second heat exchanger 222, and the remaining components are shown in FIG. It is substantially the same as the components of the embodiment.

상기 제2열교환기(222)는 펌프(110) 및 제1분기부(161)와 유동상 연결되고, 열원(101)과 열교환하도록 구성된다.The second heat exchanger 222 is connected to the pump 110 and the first branch 161 in a fluidized bed, and is configured to exchange heat with the heat source 101.

펌프(110)에서 방출된 작동유체(m)는 제2재생기(152)를 경유하여 제2열교환기(222)로 유입되고, 제2열교환기(222)에서는 열원(101)의 열에너지(Q1)를 펌프(110)에서 제1분기부(161)로 유동되는 작동유체(m)로 전달한다.The working fluid (m) discharged from the pump 110 flows into the second heat exchanger 222 via the second regenerator 152, and in the second heat exchanger 222, the heat energy of the heat source 101 (Q1) To the working fluid (m) flowing from the pump 110 to the first branch 161.

도 1에 도시된 실시예와 달리, 드라이브 터빈(132)으로 유입되는 유체를 제2열교환기(222)를 통해 1차 가열하고, 제1재생기(151)를 통해 2차 가열하므로, 드라이브 터빈(132)의 입구 온도를 더욱 높일 수 있다.Unlike the embodiment illustrated in FIG. 1, since the fluid flowing into the drive turbine 132 is primarily heated through the second heat exchanger 222 and secondly heated through the first regenerator 151, the drive turbine ( It is possible to further increase the inlet temperature of 132).

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 초임계 사이클 시스템은, 작동유체의 복수 회 분기를 통해 파워 터빈과 드라이브 터빈에 필요한 작동유체의 유량을 효율적으로 분배함으로써, 작동유체의 정해진 유량을 가지고 전체 사이클의 열효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The supercritical cycle system of the present invention configured as described above, by efficiently distributing the flow rate of the working fluid required for the power turbine and the drive turbine through multiple branches of the working fluid, has a predetermined flow rate of the working fluid and thermal efficiency of the entire cycle Can improve the effect.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 초임계 사이클 시스템은, 제1유량밸브와 제2유량밸브를 이용하여 파워 터빈 및 드라이브 터빈으로 유입되는 유량을 조절함으로써, 파워 터빈의 출력을 향상시키고, 드라이브 터빈의 입구 온도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the supercritical cycle system of the present invention configured as described above, by using the first flow valve and the second flow valve to adjust the flow rate to the power turbine and the drive turbine, improve the output of the power turbine, drive The effect of increasing the inlet temperature of the turbine can be obtained.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 초임계 사이클 시스템은, 파워 터빈으로 유입되는 제1질량유동을 제2열교환기를 통해 1차적으로 예열하고, 이후 제1열교환기을 통해 터빈 입구 온도로 가열함으로써, 전체적으로 열교환기의 소형화를 이룰 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the supercritical cycle system of the present invention configured as described above, by first preheating the first mass flow flowing into the power turbine through the second heat exchanger, and then heating the turbine inlet temperature through the first heat exchanger, Overall, it is possible to obtain an effect of miniaturizing the heat exchanger.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 초임계 사이클 시스템은, 드라이브 터빈으로 유입되는 작동유체를 2차에 걸쳐 가열함으로써, 드라이브 터빈의 입구 온도를 더욱 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the supercritical cycle system of the present invention configured as described above can obtain an effect of further increasing the inlet temperature of the drive turbine by heating the working fluid flowing into the drive turbine over a second time.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Any person skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims is deemed to be within the scope of the claims of the present invention to a wide range that can be modified.

100 : 초임계 사이클 시스템
110 : 펌프
121 : 제1열교환기
131 : 파워 터빈
132 : 드라이브 터빈
140 : 냉각기
161 : 제1분기부
162 : 제2분기부
171 : 제1합류부
172 : 제2합류부100: supercritical cycle system
110: pump
121: first heat exchanger
131: power turbine
132: drive turbine
140: cooler
161: first quarter
162: 2nd quarter
171: first confluence
172: second confluence

Claims (8)

임계조건 이상에서 유지되는 작동유체 회로 전반에 작동유체를 순환시키도록 작동유체를 가압하는 펌프;
상기 펌프와 유동상 연결되고, 상기 펌프로부터 방출되어 하나의 유동경로를 따라 이동되는 작동유체를 제1질량유동과 제2질량유동으로 분기하는 제1분기부;
상기 제1분기부와 유동상 연결되고, 상기 제2질량유동을 받아들여 제3질량유동과 제4질량유동으로 분기하는 제2분기부;
상기 제1분기부 및 상기 제2분기부와 유동상 연결되고, 상기 제1분기부에서 분기된 제1질량유동 및 상기 제2분기부에서 분기된 제3질량유동이 합류되는 제1합류부;
상기 제1합류부와 유동상 연결되고, 열원과 열교환하며, 상기 제1질량유동과 상기 제3질량유동을 받아들이고 상기 열원의 열에너지를 상기 제1질량유동과 상기 제3질량유동으로 전달하는 제1열교환기;
상기 제1열교환기와 유동상 연결되고, 상기 제1열교환기를 경유한 제1질량유동과 제3질량유동을 팽창시키는 파워 터빈;
상기 제2분기부와 유동상 연결되고, 상기 제2분기부에서 분기된 제4질량유동을 팽창시켜 상기 펌프를 구동하기 위한 드라이브 터빈;
상기 파워 터빈 및 상기 드라이브 터빈과 유동상 연결되고, 상기 파워 터빈에서 방출된 제1질량유동, 제3질량유동 및 상기 드라이브 터빈에서 방출된 제4질량유동이 합류되는 제2합류부; 및
상기 제2합류부와 유동상 연결되고, 상기 제2합류부에서 방출된 작동유체를 냉각시키는 냉각기;
상기 제1분기부와 유동상 연결되고, 상기 드라이브 터빈의 입구 온도를 상승시키기 위하여 상기 제1분기부에서 분기되어 상기 드라이브 터빈 측으로 유동되는 제2질량유동의 유량을 조절하는 제1유량밸브; 및
상기 제2분기부와 유동상 연결되고, 상기 드라이브 터빈의 출력과 상기 펌프의 소모동력이 실질적으로 동일해지도록 하고, 상기 파워 터빈으로 이동되는 제3질량유동을 증가시키기 위하여 상기 제2분기부에서 분기되어 상기 드라이브 터빈으로 유동되는 제4질량유동의 유량을 조절하는 제2유량밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 사이클 시스템.A pump for pressurizing the working fluid to circulate the working fluid throughout the working fluid circuit maintained above the critical condition;
A first branch part which is connected to the pump in a fluidized bed, and which branches a working fluid discharged from the pump and moves along one flow path into a first mass flow and a second mass flow;
A second branch portion connected to the first branch portion and fluidized, and receiving the second mass flow and branching into a third mass flow and a fourth mass flow;
A first confluence unit connected to the first branch unit and the second branch unit in a fluidized bed, and in which a first mass flow branched from the first branch unit and a third mass flow branched from the second branch unit are joined;
The first confluence is connected to the fluidized bed, heat exchanges with a heat source, receives the first mass flow and the third mass flow, and transfers the heat energy of the heat source to the first mass flow and the third mass flow. heat exchanger;
A power turbine connected to the first heat exchanger in a fluidized bed and expanding the first mass flow and the third mass flow via the first heat exchanger;
A drive turbine connected to the second branch portion to expand the fourth mass flow branched from the second branch portion to drive the pump;
A second confluence unit connected to the power turbine and the drive turbine in a fluidized bed, wherein the first mass flow, the third mass flow, and the fourth mass flow, emitted from the drive turbine, are joined; And
A cooler connected to the second confluence part in a fluidized bed and cooling a working fluid discharged from the second confluence part;
A first flow valve connected to the first branch and fluidized to control the flow rate of the second mass flow which is branched from the first branch and flows toward the drive turbine to increase the inlet temperature of the drive turbine; And
The second branch part is fluidized in connection with the second branch part, and the output of the drive turbine and the power consumption of the pump are substantially equal, and the second branch part increases the third mass flow to the power turbine. And a second flow rate valve that regulates the flow rate of the fourth mass flow that is branched and flows to the drive turbine. 제1항에 있어서,
상기 제1분기부 및 상기 제1합류부와 유동상 연결되고, 열원과 열교환하며, 상기 열원의 열에너지를 상기 제1분기부에서 상기 제1합류부로 유동되는 제1질량유동으로 전달하는 제2열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 사이클 시스템.According to claim 1,
A second heat exchange connecting the first branch portion and the first confluence portion to a fluidized bed, exchanging heat with a heat source, and transferring heat energy of the heat source to a first mass flow flowing from the first branch portion to the first confluence portion Supercritical cycle system, characterized in that it further comprises a. 제1항에 있어서,
상기 펌프 및 상기 제1분기부와 유동상 연결되고, 열원과 열교환하며, 상기 열원의 열에너지를 상기 펌프에서 상기 제1분기부로 유동되는 작동유체로 전달하는 제2열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 사이클 시스템.According to claim 1,
And a second heat exchanger connected to the pump and the first branch, in a heat exchange with a heat source, and transferring heat energy of the heat source to a working fluid flowing from the pump to the first branch. Supercritical cycle system. 제1항에 있어서,
상기 파워 터빈과 유동상 연결되고, 상기 파워 터빈으로부터 방출되는 제1질량유동 및 제3질량유동의 열에너지를 상기 제1분기부에서 상기 제2분기부로 유동되는 제2질량유동으로 전달하는 제1재생기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 사이클 시스템.According to claim 1,
A first regenerator connected to the power turbine in a fluidized bed and transferring heat energy of the first mass flow and the third mass flow discharged from the power turbine to the second mass flow flowing from the first branch to the second branch Supercritical cycle system characterized in that it further comprises a. 제1항에 있어서,
상기 제2합류부 및 상기 펌프와 유동상 연결되고, 상기 제2합류부에서 방출되는 작동유체의 열에너지를 상기 펌프에서 상기 제1분기부로 유동되는 작동유체로 전달하는 제2재생기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 사이클 시스템.According to claim 1,
Further comprising; a second regenerator connected to the second confluence part and the pump in a fluidized bed and transferring heat energy of the working fluid discharged from the second confluence to the working fluid flowing from the pump to the first branch part; Supercritical cycle system, characterized in that. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 작동유체는 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 사이클 시스템.According to claim 1,
Supercritical cycle system, characterized in that the working fluid comprises carbon dioxide.
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