KR20190007301A - Engine system linked to steam generation and power generation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an engine system in which generation and development of steam are linked.
일반적으로, 엔진에서 연료를 연소하여 발생하는 배기가스는 외부로 배출된다. Generally, the exhaust gas generated by burning fuel in the engine is discharged to the outside.
배출되는 열은 기관의 추진이나 발전 등에 유용한 형태로 전환되지 못하고 버려진다. 외부로 배출되는 폐열 중 일부라도 회수하여 이를 유용한 에너지로 재활용할 수 있다면 그만큼 연료의 절약을 도모할 수 있으므로 에너지를 절감하는 데 크게 기여할 수 있게 된다. The heat released is not converted into useful form for the propulsion or power generation of the engine and is abandoned. If some of the waste heat discharged to the outside is recovered and can be recycled as useful energy, it is possible to save fuel, thereby contributing to saving energy.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 배기가스를 분기하여, 배기가스의 일부는 발전에 활용하고, 나머지는 스팀의 생성에 활용할 수 있는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a steam generator capable of generating steam and generating steam which can be used to generate steam by branching exhaust gas, And to provide an associated engine system.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 배기가스의 일부가 터빈의 구동에 이용되는 작동유체인 초임계 이산화탄소를 가열하여, 터빈과 연결된 발전기를 구동시킴으로써, 전기를 생산할 수 있는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in order to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide a method of producing electricity by heating supercritical carbon dioxide, which is a working oil used for driving a turbine, And the engine system in which generation and development of steam can be linked.
본 발명의 과제는 배기가스를 분기하여 스팀의 생성에 활용할 수 있어, 별도의 보일러를 설치하지 않아도 되는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an engine system in which exhaust gas is branched and utilized for generating steam, and generation and power generation of steam, which do not require a separate boiler, are linked.
일 예에서 본 발명에 따른 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템은 엔진을 구비하여, 배기가스를 배출하는 폐열 배출유닛, 폐열 배출유닛에서 배출된 배기가스의 폐열을 이용하여, 스팀을 생성하는 스팀 생성유닛, 폐열 배출유닛에서 배출된 배기가스의 폐열을 이용하여, 터빈의 구동에 이용되는 작동유체를 가열하고, 터빈의 구동으로 발전하는 발전유닛을 포함한다. In one example, the engine system in which the generation and the power generation of steam according to the present invention are linked includes an engine, a waste heat discharging unit for discharging exhaust gas, and a waste heat generating unit for generating steam using waste heat of the exhaust gas discharged from the waste heat discharging unit And a power generation unit that heats the working fluid used for driving the turbine and generates power by driving the turbine by using waste heat of the exhaust gas discharged from the steam generation unit and the waste heat discharge unit.
이에 따라, 배기가스의 일부는 발전에 활용되고, 나머지는 스팀의 생성에 활용될 수 있어, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.Accordingly, a part of the exhaust gas can be utilized for power generation, and the remainder can be utilized for generating steam, so that energy can be efficiently used.
또한, 배기가스의 일부가 터빈의 구동에 이용되는 작동유체인 초임계 이산화탄소를 가열하여, 터빈과 연결된 발전기를 구동시킴으로써, 전기를 생산할 수 있다.Further, some of the exhaust gas can generate electricity by heating supercritical carbon dioxide, which is an operating oil used for driving the turbine, and driving a generator connected to the turbine.
또한, 배기가스를 분기하여 스팀의 생성에 활용할 수 있어, 스팀 생성을 위한 별도의 보일러를 설치하지 않아도 되어, 비용절감 및 장치의 부피가 커지지 않는 특징이 있다.In addition, since the exhaust gas can be branched to be used for generating steam, there is no need to provide a separate boiler for generating steam, so that the cost and the volume of the apparatus are not increased.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an engine system in which steam generation and power generation according to Embodiment 1 of the present invention are associated.
2 is a schematic diagram of an engine system in which generation and power generation of steam according to Embodiment 2 of the present invention are linked.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the difference that the embodiments of the present invention are not conclusive.
본 발명에 따른 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템은 선박 등 다양한 곳에서 발생되는 고온의 배기가스의 일부를 발전에 활용하여, 전력을 생산하고, 나머지는 스팀의 생성에 활용시킴으로써, 배기되는 폐열로, 재생 에너지를 두 번 활용할 수 있는 특징이 있다.The engine system in which the generation and the power generation of steam according to the present invention are linked is a system in which a part of high temperature exhaust gas generated in various places such as a ship is used for power generation to generate electric power and the remainder is used for generating steam, As waste heat, there is a feature that can utilize renewable energy twice.
실시예Example 1 One
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템의 개략도이다. 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템은 폐열 배출유닛(200), 스팀 생성유닛(300), 발전유닛(100)을 포함한다.1 is a schematic diagram of an engine system in which steam generation and power generation according to Embodiment 1 of the present invention are associated. The engine system in which the generation and development of steam are linked includes a waste
폐열 배출유닛(200)은 고온의 배기가스를 배출하도록 구성될 수 있다. 폐열 배출유닛(200)은 엔진(210)을 구비할 수 있으며, 배기가스는 엔진(210)에서 배출되는 배기가스일 수 있다. 스팀 생성유닛(300), 발전유닛(100)은 배기가스의 폐열을 효율적으로 활용하도록 구성될 수 있다.The waste
폐열 배출유닛(200)에서 배출된 배기가스의 폐열을 이용하여, 스팀 생성유닛(300)은 스팀을 생성하도록 구성될 수 있으며, 발전유닛(100)은 폐열 배출유닛(200)에서 배출된 배기가스의 폐열을 이용하여, 터빈(40)의 구동에 이용되는 작동유체를 가열하여, 터빈(40)의 구동으로 발전하도록 구성될 수 있다.The
발전유닛(100)은 작동유체를 압축하는 압축부(10)와, 압축부(10)에서 배출된 작동유체를 가열하고, 가열된 작동유체를 터빈(40)으로 공급하는 가열부(20)와, 터빈(40)에서 배출된 작동유체를 냉각하는 냉각부(50)를 포함할 수 있다. The
발전유닛(100)은 순환라인(101)을 더 포함할 수 있으며, 순환라인(101)에는 압축부(10), 가열부(20), 터빈(40), 냉각부(50)가 배치되어, 순환라인(101)을 따라, 유동하는 작동유체를 압축, 가열, 팽창, 냉각시키도록 구성될 수 있다. 여기에서의, 작동유체는 초임계 이산화탄소를 포함할 수 있다.The
발전유닛(100)의 작동유체는 초임계 이산화탄소일 수 있으며, 초임계 이산화탄소는 순환라인(101)을 따라 유동하여, 터빈(40)과 연결된 발전기(41)를 구동시킴으로써, 전기를 생산하도록 구성될 수 있다.The working fluid of the
일예로, 압축부(10)는 작동유체인 초임계 이산화탄소를 임계압력 이상의 초고압으로 압축시키도록 구성될 수 있다. 일예로, 압축부는 초임계 이산화탄소를 20~22 기압으로 이상으로 압축시키도록 구성될 수 있다.For example, the
이때, 작동유체인 초임계 이산화탄소를 기설정된 임계 온도 이상의 조건으로 형성시키기 위하여, 가열부(20)가 마련될 수 있다. 가열부(20)는 배기가스 및 후술할 공기 압축기(230)에 의하여, 온도가 높아진 압축공기를 통하여, 작동유체를 가열시키도록 구성될 수 있다. 일예로, 작동유체는 압축부(10)를 통과한 후, 가열부(20)로 공급되어, 고온고압의 초임계 상태가 되며, 작동유체가 터빈(40)을 구동시키도록 구성될 수 있다. 일예로, 작동유체인 초임계 이산화탄소의 기설정된 온도는 150~350℃ 범위 일 수 있다.At this time, the
가열부(20)는 제1 가열 열교환기(21)를 포함할 수 있다. 제1 가열 열교환기(21)는 폐열 배출유닛(200)에서 배출된 배기가스 중의 일부를 공급받아, 작동유체와의 열교환을 통해서, 작동유체를 가열시키도록 구성될 수 있다.The
폐열 배출유닛(200)은 터보차저(220)와, 공기 압축기(230)를 포함할 수 있다. 터보차저(220)는 폐열 배출유닛(200)에서 배출된 배기가스 중의 일부를 공급받아 작동할 수 있다. The waste
공기 압축기(230)는 터보차저(220)의 동력을 전달받아, 폐열 배출유닛(200)에 포함된 엔진(210)의 소기에 이용되는 공기를 압축시키도록 구성될 수 있다. 일예로, 공기 압축기(230)와, 터보차저(220)는 샤프트에 의하여 연결될 수 있으며, 배기가스에 의하여, 터보차저(220)는 구동될 수 있다. 터보차저(220)의 회전에 의하여, 공기 압축기(230)는 엔진(210)의 소기에 이용되는 공기를 압축시키도록 구성될 수 있다.The
일예로, 터보차저(220)의 회전력을 공기 압축에 사용하고, 압축에 의하여, 높아진 압축공기를 작동유체를 가열시키는데 사용시키기 위하여, 가열부(20)는 제2 가열 열교환기(22)를 더 포함할 수 있다.For example, in order to use the rotational force of the
제2 가열 열교환기(22)를 통해, 순환라인(101)을 유동하는 작동유체는 압축공기와 열교환되도록 구성될 수 있으며, 압축공기는 작동유체와 열교환 후에, 온도를 낮춘 후, 엔진(210)에 공급시키도록 구성될 수 있다. 공기 압축기(230)로부터 배출된 압축공기는 작동유체를 가열시키는데 사용됨으로써, 발전유닛(100)을 구동시키기 위한 열원으로 사용될 수 있다. 제2 가열 열교환기(22)는 순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체를, 공기 압축기(230)에서 배출된 압축공기와 열교환시키도록 구성될 수 있으며, 제2 가열 열교환기(22)는 작동유체가 순환하는 순환라인(101) 상에서 작동유체의 유동방향을 기준으로 제1 가열 열교환기(21)보다 상류 측에 구비될 수 있다.The working fluid flowing in the
발전유닛(100)은 복열부(30)를 더 포함할 수 있다. 복열부(30)는 압축부(10)에서 배출되어 제2 가열 열교환기(22)로 유입되기 전의 작동유체와, 터빈(40)에서 배출되어 냉각부(50)로 유입되기 전의 작동유체를 서로 열교환시키도록 구성될 수 있다.The
순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체는 분기되어 일부는 복열부(30)로, 나머지는 제2 가열 열교환기(22)로 공급될 수 있다. 압축부(10)에서 배출된 작동유체의 일부인 제1 부분은, 복열부(30)로 공급될 수 있으며, 나머지인 제2 부분은 제2 가열 열교환기(22)로 공급되도록 구성될 수 있다. The working fluid flowing along the
제1 및 제2 부분은, 복열부(30)와 제2 가열 열교환기(22)에서 각각의 열교환 후에 합류되어, 제1 가열 열교환기(21)로 함께 공급되도록 구성될 수 있다. 순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체는 제2 가열 열교환기(22) 혹은 복열부(30)를 거친 후, 제1 가열 열교환기(21)로 공급됨으로써, 작동유체는 최고 온도에 도달할 수 있다.The first and second portions may be configured to be joined together after the respective heat exchanges in the
발전유닛(100)은, 유량분배밸브(119)를 더 포함할 수 있다. 유량분배밸브(119)는 압축부(10)에서 배출된 작동유체 중, 제1 부분으로서 복열부(30)로 공급될 작동유체의 양과, 제2 부분으로서 제2 가열 열교환기(22)로 공급될 작동유체의 양을 조절하도록 구성될 수 있다. 유량분배밸브(119)는 순환라인(101) 상의 복열부(30)와 제2 가열 열교환기(22)로 분기되는 지점에 마련될 수 있다.The
일예로, 순환라인(101) 상의 유량분배밸브(119)가 마련된 상류에, 제1 밸브(102)가 구비될 수 있다. 제1 밸브(102)는 순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체의 양을 조절하도록 구성될 수 있다. 제1 밸브(102)의 개방정도에 따라, 압축부(10)로부터 배출된 작동유체가 가열부(20) 및 복열부(30)로 공급되는 양을 조절하도록 구성될 수 있다.For example, a
일예로, 터빈(40), 엔진(210), 터보차저(220) 등이, 부하 변동, 과부하, 비상상황 중의 하나일 경우, 제1 밸브(102)는 폐쇄동작을 수행하도록 구성될 수 있다.For example, when the
일예로, 비상상황일 경우는, 제 2 열교환기(22)와 복열기(30)가 연결된 연결지점 부근의 순환라인(101)의 파단에 의한, 누수일 수 있다.For example, in an emergency situation, the leakage may be caused by the breakage of the
발전유닛(100)은, 작동유체의 유량 제어를 위하여, 제1 우회라인(111)과, 인벤토리 탱크(110)를 더 포함할 수 있다. 제1 우회라인(111)은 순환라인(101) 상의, 압축부(10)의 출구단과 냉각부(50)의 입구단을 연결하도록 구성될 수 있다. The
인벤토리 탱크(110)는 제1 우회라인(111) 상에 설치될 수 있으며, 작동유체의 일부는 인벤토리 탱크(110)로 공급되도록 구성될 수 있다. 인벤토리 탱크(110)는 순환라인(101)을 순환하는 작동유체의 온도, 압력, 유량 조절을 위하여, 마련될 수 있다. 인벤토리 탱크(110)는 작동유체를 일부 수용하도록 구성될 수 있다.The
일예로, 인벤토리 탱크(110)의 상단에 마련된 상단 밸브부(112)는 인벤토리 탱크(110)에 수용되기 위한 작동유체의 양을 조절하기 위해 마련될 수 있다.For example, the
일예로, 순환라인(101) 상의 압축부(10)의 출구측은 터빈(40)의 출구단에 비하여, 고압일 수 있다. 이때, 순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체의 온도 및 압력은 비교적 높아질 수 있다. 인벤토리 탱크(110)의 상단에 마련된 상단 밸브부(112)는 순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체의 온도 및 압력, 순환유량 등의 조절을 위하여 마련될 수 있다. 일예로, 작동유체의 온도나 유량이 조절될 경우, 작동유체의 압력은 변경될 수 있다. For example, the outlet side of the
순환라인(101) 상을 유동하는 작동유체의 압력을 높이기 위하여, 상단 밸브부(112)를 폐쇄시키고, 하단 밸브부(118)을 개방시켜, 인벤토리 탱크(110)에 수용되었던, 작동유체를 순환라인(101)상에 공급시키도록 구성될 수 있다. 순환라인(101) 상을 따라 유동하는 작동유체의 압력이 높아질 경우, 작동유체의 밀도가 높아지고, 질량유량도 높아질 수 있다. In order to increase the pressure of the working fluid flowing on the
반대로, 순환라인(101) 상을 유동하는 작동유체의 압력을 낮출 시, 하단 밸브부(118)를 폐쇄시키고, 상단 밸브부(112)를 개방시켜, 인벤토리 탱크(110)에 작동유체를 공급시키도록 구성될 수 있다. 압력이 낮아질 경우, 작동유체의 밀도가 낮아지고, 질량유량이 낮아지도록 구성될 수 있다. 인벤토리 탱크(110)는 작동유체를 일부 수용하게 됨으로써, 순환라인(101)을 유동하는 작동유체의 온도, 유량 및 압력을 조절시키도록 구성될 수 있다.Conversely, when the pressure of the working fluid flowing on the
일예로, 배기가스의 온도가 기설정된 온도(200~400ºC)보다 높을 시, 엔진(210), 터보차저(220)는 부하가 변화되면서, 제1 가열 열교환기(21), 제2 가열 열교환기(22)의 열교환되는 온도에 영향을 줄 수 있다. 이에, 엔진(210), 터보차저(220)는 부하 변동이 심할 시, 제1 밸브(102)는 서서히 폐쇄동작을 수행하도록 구성될 수 있으며, 순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체는 후술할 제2 우회라인(113)으로 유동될 수 있다. 이후에, 제1 밸브(102)는 서서히 개방동작을 수행하도록 구성될 수 있다.For example, when the temperature of the exhaust gas is higher than a predetermined temperature (200 to 400 ° C), the
발전유닛(100)은 제2 우회라인(113)을 포함할 수 있다. 제2 우회라인(113)은 순환라인(101) 상의 압축부(10)의 출구단과, 냉각부(50)의 입구단을 연결하여, 순환라인(101)의 작동유체를 우회시키도록 구성될 수 있다. 제2 우회라인(113) 상에 제1 조절밸브(114)가 설치될 수 있다. 제1 조절밸브(114)의 조절에 따라, 압축부(10)로부터 배출된 작동유체가 제2 우회라인(113)으로 우회되는 양을 조절하도록 구성될 수 있다.The
일예로, 전술한, 제1 밸브(102)는 제1 조절밸브(114)와 함께 제2 가열 열교환기(22)나 혹은 복열부(30)로 공급되는 작동유체의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다. 일예로, 시스템의 시동 시, 승압 과정에서는 제1 밸브(102)가 폐쇄되고, 제1 조절밸브(114)의 개방동작을 통해, 제2 우회라인(113)으로, 작동유체가 순환될 수 있다. 이후에, 순환라인 상의 압력이 기설정된 압력으로 높아지게 되면, 제1 밸브(102)는 개방되고, 제1 조절밸브(114)는 폐쇄되도록 구성될 수 있다.For example, the
일예로, 엔진 시스템의 시동 시, 순환라인(101) 상에 유동하는 작동유체의 압력은 1 ~ 50 barA 범위 정도일 수 있으나, 압력을 70~250 barA 범위로 높이기 위하여, 제1 밸브(102), 제1 조절밸브(114)를 조절하도록 구성될 수 있다.For example, during starting of the engine system, the pressure of the working fluid flowing on the
발전유닛(100)은 제3 우회라인(115)과, 제2 조절밸브(116)를 더 포함할 수 있다. 제3 우회라인(115)은 순환라인(101) 상의 제1 가열 열교환기(21)의 입구단과, 터빈(40)의 출구단을 연결하도록 구성될 수 있다. 순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체 중의 일부는 제3 우회라인(115)을 통해 우회되도록 구성될 있다. The
제3 우회라인(115) 상에 제2 조절밸브(116)가 설치될 수 있으며, 제2 조절밸브(116)의 조절에 의하여, 제3 우회라인(115)을 통해 우회되는 작동유체의 양이 조절될 수 있다. 제2 조절밸브(116)의 조절에 의하여, 작동유체의 일부는 제1 가열 열교환기(21)로 공급되지 않고, 터빈(40) 출구단으로 우회될 수 있다. A
일예로, 순환라인(101) 상의 제1 가열 열교환기(21)로부터 배출된 작동유체가 터빈(40)으로 공급되는 양을 조절하기 위하여, 제2 밸브(103)가 구비될 수 있다For example, a
일예로, 제2 밸브(103)는 제2 조절밸브(116)와 함께 터빈(40)으로 유입되는 작동유체의 유량을 조절하도록 구성될 수 있다. 일예로, 갑자기, 고온의 작동유체가 터빈(40)으로 공급될 경우, 터빈(40)은 열에 의한 마모가 발생할 수 있으므로, 시동 시, 제2 밸브(103) 서서히 폐쇄 동작을 수행하고, 제2 조절밸브(116)는 서서히 개방시키도록 구성될 수 있다. 이후에, 제2 밸브(103)는 개방되고, 제2 조절밸브(116)는 서서히 폐쇄되도록 함으로써, 터빈(40)이 받는 열에 의한, 충격을 최소화 시키도록 구성될 수 있다. 일예로, 제1 밸브(102), 후술할 제2 밸브(103)는 스로틀 밸브일 수 있다.For example, the
압축부(10)로부터 배출된 작동유체의 압력, 온도, 유량조절을 위하여, 순환라인(101) 상에 제1 우회라인(111), 인벤토리 탱크(110), 밸브부(112,118)가 마련될 수 있으며, 터빈(40), 터보차저(220), 엔진(210) 등의 부하변동, 비상상황에 따라, 밸브(102,103,114,116), 우회라인(113,115)이 마련될 수 있다.The
터빈(40)은 발전기(41)와 연결될 수 있으며, 터빈(40)은 발전기(41)를 구동시키도록 구성될 수 있다. 발전유닛(100)은 폐열을 통하여, 작동유체를 가열시켜, 발전기(41)를 구동시키도록 구성될 수 있다. 발전기(41)로부터 생산한 전기에너지는 전력으로 사용될 수 있다. 이는, 배기가스를 발전유닛(100)에서 회수하여, 전력을 생산할 수 있는 특징이 있다.The
배기가스가 배출되는 배출라인은 끝단은 분기될 수 있으며, 배기가스 일부는 가열부(20)로, 나머지는 후술할 스팀 생성유닛(300)으로 공급될 수 있다. 배기가스는 제1 가열 열교환기(21)에 공급되거나, 후술할 증발기(330)에 공급되는 양을 조절하기 위하여, 제1 가열 열교환기(21), 후술할 증발기(330)의 입구단에 밸브부(212,213) 또는 댐퍼(미도시)가 각각 구비될 수 있으며, 밸브부(212,213) 또는 댐퍼(미도시)의 개방정도에 따라 배기가스의 공급량이 조절될 수 있다. The exhaust line through which the exhaust gas is exhausted may be branched at the end, a part of the exhaust gas may be supplied to the
도면에 도시된 바와 같이, 배기가스는 스팀의 생성에 활용되기 위하여, 스팀 생성유닛(300)은 드럼(320), 절탄기(310), 증발기(330)를 포함할 수 있다.As shown in the figure, the
드럼(320)은 액상의 물을 공급받도록 구성될 수 있다. 드럼(320)은 저장된 액상의 물과 기상의 물 중에서 기상의 물을 분리시켜 배출하도록 구성될 수 있다. The
절탄기(310)는 드럼(320)으로 공급될 액상의 물을 가열시키도록 구성될 수 있다. 절탄기(310)는 드럼으로 액상의 물을 공급하는 공급라인 상에 구비될 수 있다.The
증발기(330)는 드럼(320)에서 액상의 물을 유출시킨 후에 다시 드럼(320)으로 복귀시키는 유동라인(321) 상에 구비될 수 있다. 유동라인(321) 상에는 펌프(미도시)가 구비될 수 있으며, 펌프(미도시)의 작동에 의하여, 액상의 물은 강제로 순환되도록 구성될 수 있다. 증발기(330)는 드럼(320)에서 유출된 액상의 물 중의 적어도 일부를 증발시키도록 구성될 수 있다. The
일예로, 폐열 배출유닛(200)에서 배출된 배기가스가 배출되는 라인 상에 절탄기(310)보다, 증발기(330)가 상류에 배치됨으로써, 배기가스와, 열교환시키는 온도는 절탄기(310)에 비하여, 증발기(330)의 온도가 더 높을 수 있다. For example, the
폐열 배출유닛(200)에서 배출된 배기가스 중의 일부는 증발기(330)를 통해, 액상의 물과 열교환을 하여, 액상의 물을 가열시킬 수 있다. 이후에, 증발기(330)에서 열교환된 배기가스를 절탄기(310)가 전달받아, 다시 액상의 물을 가열시키도록 구성될 수 있다.Part of the exhaust gas discharged from the waste
일예로, 배기가스가 배출되는 라인상에, 드럼(320), 절탄기(310), 증발기(330)는 복수개 설치될 수 있으며, 기상의 물을 고압, 저압으로 분리하여 생산하는 것도 구성이 가능하다. For example, a plurality of
이는, 폐열 배출유닛(200)과 스팀 생성유닛(300)이 연계됨으로써, 별도의 보일러를 설치하지 않아도 되는 특징이 있다.This is because the waste
일예로, 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템은 선박에 적용될 수 있으며, 선박을 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 엔진(210)으로부터 배출되는 배기가스, 엔진(210)의 소기를 압축한 압축공기의 열원을 통해, 스팀 생성유닛(300), 발전유닛(100)에 활용될 수 있다.For example, the engine system in which the generation and development of steam are linked can be applied to a ship, and the exhaust gas discharged from the
실시예Example 2 2
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템의 개략도이다. 이하에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.2 is a schematic diagram of an engine system in which generation and power generation of steam according to Embodiment 2 of the present invention are linked. In the following, the same reference numerals are used for the same constituent elements, and redundant explanations are omitted.
도 2에 도시된 바와 같이, 폐열 배출유닛(200)은 폐열 배출유닛(200)에서 배출된 배기가스 중의 일부를 공급받아 작동하는 터보차저(220)와, 터보차저(220)에 연계되어 터보차저(220)에 의해 작동하고, 폐열 배출유닛(200)에 포함된 엔진(210)의 소기에 이용되는 공기를 압축하는 공기 압축기(230)와, 공기 압축기(230)에서 배출된 압축 공기를 냉각하는 공기 냉각기(250)를 포함할 수 있다. 2, the waste
엔진(210)은 터보차저(220)와 연결된 공기 압축기(230)를 통해 압축된 공기를 공급받을 수 있다. 공기 압축기(230)는 공기를 압축하게 되는데, 공기는 압축된 과정에서 가열되어 온도가 상승한다. 공기 압축기(230)에서 압축된 공기는, 엔진(210)의 전단에 마련된 냉각기(250)에서 냉각된 후, 엔진(210)으로 공급될 수 있다.The
가열부(20)는 제2 가열 열교환기(23)를 포함할 수 있다. 제2 가열 열교환기(23)는 작동유체가 순환하는 순환라인(101) 상에서 작동유체의 유동방향을 기준으로 제1 가열 열교환기(21)보다 상류 측에 구비될 수 있다.The
제2 가열 열교환기(23)는 제1 가열 열교환기(21)에서 열교환 후의 배기가스를 공급받아, 작동유체를 가열시키도록 구성될 수 있다. The second heating heat exchanger (23) can be configured to receive the exhaust gas after heat exchange in the first heating heat exchanger (21) to heat the working fluid.
이는, 배기가스가 배기되는 배기라인(211) 상에, 복수개의 제1 및 2 가열 열교환기(21,23)가 배치됨으로써, 순환라인(101)을 유동하는 작동유체는 배기가스와의 열교환을 통해, 터빈(40)의 구동에 이용되는 작동유체를 가열하여, 발전기(41)를 구동시킴으로써, 전력을 생산하도록 구성될 수 있다.This is because a plurality of first and
순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체는 분기되어 일부는 복열부(30)로, 나머지는 제2 가열 열교환기(23)로 공급될 수 있다. The working fluid flowing along the
압축부(10)에서 배출된 작동유체의 일부인 제1 부분은, 복열부(30)로 공급될 수 있으며, 나머지인 제2 부분은 제2 가열 열교환기(23)로 공급되도록 구성될 수 있다. The first portion which is a part of the working fluid discharged from the
복열부(30)는 압축부(10)에서 배출되어 제2 가열 열교환기(23)로 유입되기 전의 작동유체와, 터빈(40)에서 배출되어 냉각기(250)로 유입되기 전의 작동유체를 서로 열교환시키도록 구성될 수 있다.The
제1 및 제2 부분은, 복열부(30)와 제2 가열 열교환기(23)에서 각각의 열교환 후에 합류되어, 제1 가열 열교환기(21)로 함께 공급되도록 구성될 수 있다. The first and second portions may be configured to be joined together after the respective heat exchanges in the
일예로, 배기가스가 공급되는 배기라인(211) 상의 제2 가열 열교환기(23) 보다 제1 가열 열교환기(21)가 상류에 배치됨으로써, 순환라인(101)을 따라 유동하는 작동유체는 제2 가열 열교환기(23) 혹은 복열부(30)를 거친 후, 제1 가열 열교환기(21)로 공급됨으로써, 최고 온도에 도달할 수 있다.For example, the first heating heat exchanger (21) is disposed upstream of the second heating heat exchanger (23) on the exhaust line (211) to which the exhaust gas is supplied, so that the working fluid flowing along the circulation line (101) 2
이는, 고온의 배기가스의 일부는 발전에 활용되어 전력을 생산하고, 나머지는 스팀의 생성에 활용됨으로써, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 특징이 있다.This is because some of the high temperature exhaust gas is utilized for power generation to generate electric power, and the remainder is used for generating steam, so that energy can be efficiently used.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
100: 발전유닛
200: 폐열 배출 유닛
300: 스팀 생성유닛100: power generation unit 200: waste heat discharge unit
300: steam generating unit
Claims (14)
상기 폐열 배출유닛에서 배출된 배기가스의 폐열을 이용하여, 스팀을 생성하는 스팀 생성유닛; 및
상기 폐열 배출유닛에서 배출된 배기가스의 폐열을 이용하여, 터빈의 구동에 이용되는 작동유체를 가열하고, 상기 터빈의 구동으로 발전하는 발전유닛;
을 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템.A waste heat discharging unit having an engine for discharging exhaust gas;
A steam generating unit for generating steam by using waste heat of the exhaust gas discharged from the waste heat discharging unit; And
A power generation unit that heats the working fluid used for driving the turbine using the waste heat of the exhaust gas discharged from the waste heat discharge unit and generates electricity by driving the turbine;
Wherein the engine is connected to the steam generator.
상기 발전유닛은, 상기 작동유체를 압축하는 압축부, 상기 압축부에서 배출된 작동유체를 가열하고, 가열된 작동유체를 상기 터빈으로 공급하는 가열부, 및 상기 터빈에서 배출된 작동유체를 냉각하는 냉각부를 더 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템.The method according to claim 1,
The power generation unit includes a compression unit for compressing the working fluid, a heating unit for heating the working fluid discharged from the compression unit, for supplying a heated working fluid to the turbine, and a cooling unit for cooling the working fluid discharged from the turbine Wherein the generation and the power generation of the steam further include a cooling section.
상기 가열부는, 상기 폐열 배출유닛에서 배출된 배기가스 중의 일부를 공급받아, 열교환을 통해서, 상기 작동유체를 가열시키는 제1 가열 열교환기를 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템.The method of claim 2,
Wherein the heating unit includes a first heating heat exchanger that receives a part of the exhaust gas discharged from the waste heat discharging unit and heats the working fluid through heat exchange.
상기 폐열 배출유닛은, 상기 폐열 배출유닛에서 배출된 배기가스 중의 일부를 공급받아 작동하는 터보차저와, 상기 터보차저에 연계되어 상기 터보차저에 의해 작동하고, 상기 엔진의 소기에 이용되는 공기를 압축하는 공기 압축기를 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템.The method of claim 3,
Wherein the waste heat discharging unit includes a turbocharger that receives and operates a part of the exhaust gas discharged from the waste heat discharging unit, and a control unit that operates by the turbocharger in conjunction with the turbocharger, And an air compressor for generating steam.
상기 가열부는, 상기 작동유체가 순환하는 순환라인 상에서 상기 작동유체의 유동방향을 기준으로 상기 제1 가열 열교환기보다 상류 측에 구비되되, 상기 공기 압축기에서 배출된 압축 공기를 공급받아, 열교환을 통해서, 상기 작동유체를 가열시키는 제2 가열 열교환기를 더 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템 The method of claim 4,
Wherein the heating unit is provided on an upstream side of the first heating heat exchanger with respect to a flow direction of the working fluid on a circulation line through which the working fluid circulates, receives compressed air discharged from the air compressor, And a second heating heat exchanger for heating the working fluid,
상기 발전유닛은, 상기 압축부에서 배출되어 상기 제1 가열 열교환기로 유입되기 전의 작동유체와, 상기 터빈에서 배출되어 상기 냉각부로 유입되기 전의 작동유체를 서로 열교환시키는 복열부를 더 포함하고,
상기 압축부에서 배출된 작동유체의 일부인 제1 부분은 상기 복열부로 공급되고, 나머지인 제2 부분은 상기 제2 가열 열교환기로 공급되며,
상기 제1 및 제2 부분은, 상기 복열부와 상기 제2 가열 열교환기에서의 열교환 후에 상기 제1 가열 열교환기로 함께 공급되는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템.The method of claim 5,
The power generation unit may further include a recovery unit for exchanging heat between the working fluid before being discharged from the compression unit and flowing into the first heating heat exchanger and the working fluid discharged from the turbine before flowing into the cooling unit,
A first portion which is a part of the working fluid discharged from the compression portion is supplied to the recovery heat exchanger, and the remaining second portion is supplied to the second heating heat exchanger,
Wherein the first and second portions are associated with generation and power generation of steam supplied together with the first heat exchanger after heat exchange in the second heat exchanger and the second heat exchanger.
상기 발전유닛은, 상기 압축부에서 배출된 작동유체 중, 상기 제1 부분으로서 상기 복열부로 공급될 작동유체의 양과, 상기 제2 부분으로서 상기 제2 가열 열교환기로 공급될 작동유체의 양을 조절하는 유량분배밸브를 더 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템.The method of claim 6,
Wherein the power generation unit controls the amount of the working fluid to be supplied to the recovery unit as the first portion and the amount of the working fluid to be supplied to the second heating heat exchanger as the second portion among the working fluid discharged from the compression unit An engine system in which the generation and development of steam, further comprising a flow distribution valve, is associated.
상기 가열부는, 상기 작동유체가 순환하는 순환라인 상에서 상기 작동유체의 유동방향을 기준으로 상기 제1 가열 열교환기보다 상류 측에 구비되되, 상기 제1 가열 열교환기에서 열교환 후에 배출된 배기가스를 공급받아, 열교환을 통해서, 상기 작동유체를 가열시키는 제2 가열 열교환기를 더 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템The method of claim 3,
Wherein the heating unit is provided on an upstream side of the first heating heat exchanger with respect to a flow direction of the working fluid on a circulation line through which the working fluid is circulated and supplies the exhaust gas discharged after heat exchange in the first heating heat exchanger And a second heat exchanger for heating the working fluid through heat exchange,
상기 폐열 배출유닛은, 상기 폐열 배출유닛에서 배출된 배기가스 중의 일부를 공급받아 작동하는 터보차저와, 상기 터보차저에 연계되어 상기 터보차저에 의해 작동하고, 상기 엔진의 소기에 이용되는 공기를 압축하는 공기 압축기와, 상기 공기 압축기에서 배출된 압축 공기를 냉각하는 공기 냉각기를 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템The method of claim 8,
Wherein the waste heat discharging unit includes a turbocharger that receives and operates a part of the exhaust gas discharged from the waste heat discharging unit, and a control unit that operates by the turbocharger in conjunction with the turbocharger, And an air cooler for cooling the compressed air discharged from the air compressor.
상기 발전유닛은,
상기 작동유체가 순환하는 순환라인과,
상기 순환라인 상의, 상기 압축부의 출구단과 상기 냉각부의 입구단을 연결하여, 상기 순환라인의 작동유체 중의 일부를 우회시키는 제1 우회라인과,
상기 제1 우회라인 상에 설치되어, 상기 순환라인을 순환하는 작동유체의 압력과 유량을 조절하는 인벤토리 탱크를 더 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템. The method of claim 2,
The power generation unit includes:
A circulation line through which the working fluid circulates,
A first bypass line connecting the outlet end of the compression unit and the inlet end of the cooling unit on the circulation line to bypass part of the working fluid of the circulation line,
Further comprising an inventory tank installed on the first bypass line for regulating the pressure and the flow rate of the working fluid circulating through the circulation line.
상기 발전유닛은,
상기 작동유체가 순환하는 순환라인과,
상기 순환라인 상의, 상기 압축부의 출구단과 상기 냉각부의 입구단을 연결하여, 상기 순환라인의 작동유체 중의 일부를 우회시키는 제2 우회라인과,
상기 제2 우회라인 상에 설치되어, 상기 제2 우회라인을 통해 우회되는 작동유체의 양을 조절하는 제1 조절밸브를 더 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템.The method of claim 2,
The power generation unit includes:
A circulation line through which the working fluid circulates,
A second bypass line connecting the outlet end of the compression unit and the inlet end of the cooling unit on the circulation line to bypass a part of the working fluid of the circulation line,
Further comprising a first control valve disposed on the second bypass line for regulating the amount of working fluid bypassed through the second bypass line.
상기 발전유닛은,
상기 작동유체가 순환하는 순환라인과,
상기 순환라인 상의, 상기 제1 가열 열교환기의 입구단과 상기 터빈의 출구단을 연결하여, 상기 순환라인의 작동유체 중의 일부를 상기 터빈으로 공급시키지 않도록 우회시키는 제3 우회라인과,
상기 제3 우회라인 상에 설치되어, 상기 제3 우회라인을 통해 우회되는 작동유체의 양을 조절하는 제2 조절밸브를 더 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템.The method of claim 3,
The power generation unit includes:
A circulation line through which the working fluid circulates,
A third bypass line connecting the inlet end of the first heat exchanger and the outlet end of the turbine on the circulation line to bypass some of the working fluid of the circulation line to the turbine,
Further comprising a second control valve provided on the third bypass line for regulating the amount of working fluid bypassed through the third bypass line.
상기 스팀 생성유닛은,
저장된 액상의 물과 기상의 물 중에서 기상의 물을 분리시켜 배출하는 드럼;
상기 드럼으로 액상의 물을 공급하는 공급라인 상에 구비되어, 상기 드럼으로 공급될 액상의 물을 가열하는 절탄기;
상기 드럼에서 액상의 물을 유출시킨 후에 다시 상기 드럼으로 복귀시키는 유동라인 상에 구비되어, 상기 드럼에서 유출된 액상의 물 중의 적어도 일부를 증발시키는 증발기를 포함하고,
상기 증발기는, 상기 폐열 배출유닛에서 배출된 배기가스 중의 일부를 공급받아, 열교환을 통해서, 상기 액상의 물을 가열시키고,
상기 절탄기는, 상기 증발기에서 열교환 후에 배출된 배기가스를 공급받아, 열교환을 통해서, 상기 액상의 물을 가열시키는, 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템. The method according to claim 1,
The steam generating unit includes:
A drum for separating the water of the liquid phase from the water phase of the stored liquid phase and the vapor phase water;
An archer provided on a supply line for supplying liquid water to the drum and heating the liquid water to be supplied to the drum;
And an evaporator provided on a flow line for allowing the liquid to flow out of the drum and then returning to the drum to evaporate at least a portion of the liquid water flowing out of the drum,
Wherein the evaporator receives a part of the exhaust gas discharged from the waste heat discharging unit and heats the liquid water through heat exchange,
Wherein the burner is connected to generation and power generation of steam, which is supplied with the exhaust gas discharged from the evaporator after heat exchange and which heats the liquid water through heat exchange.
상기 작동유체는 초임계 이산화탄소를 포함하는 스팀의 생성과 발전이 연계된 엔진 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the working fluid is associated with the generation and development of steam including supercritical carbon dioxide.
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