KR20240076494A - Multiple power generation system and multiple power generation method using a reciprocating engine - Google Patents

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최재준
강새별
윤영직
이동현
이현희
위덕재
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명은 왕복동식 엔진을 이용한 CO2 free 다중발전시스템 및 다중발전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료와 산화제가 공급되어 파워를 생산하고, 가열된 냉각수와 배기가스를 배출하는 왕복동엔진을 이용한 다중발전시스템으로서, 상기 파워로 발전기를 통해 전기를 생산하고, 압축기를 구동하여 히트펌프를 구동하는 파워이용부; 및 상기 배기가스로부터 흡수식 냉동기를 구동시켜 냉방열을 생산하는 배기가스이용부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a CO 2 free multiple power generation system and multiple power generation method using a reciprocating engine. More specifically, the present invention relates to a CO 2 free multiple power generation system and multiple power generation method using a reciprocating engine that supplies fuel and oxidizer to produce power and discharges heated coolant and exhaust gas. A multiple power generation system, comprising: a power utilization unit that produces electricity through a generator with the power and drives a compressor to drive a heat pump; and an exhaust gas utilization unit that produces cooling heat by driving an absorption refrigerator from the exhaust gas.

Figure P1020220157197
Figure P1020220157197

Description

왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템 및 다중발전방법{Multiple power generation system and multiple power generation method using a reciprocating engine}{Multiple power generation system and multiple power generation method using a reciprocating engine}

본 발명은 왕복동식 엔진을 이용한 CO2 free 다중발전시스템 및 다중발전방법에 관한 것이다. The present invention relates to a CO 2 free multiple power generation system and multiple power generation method using a reciprocating engine.

왕복동식 엔진은 하나의 에너지원으로부터 파워와, 가열된 냉각수, 배기가스 열을 동시에 발생시킨다. 발전에 수반하여 발생되는 배열 또는 폐열을 회수 이용하여 1차 에너지에서 연속적으로 2종류 이상의 2차 에너지를 발생시키는 고효율 에너지 이용하고자 하는 연구가 지속되고 있다. Reciprocating engines simultaneously generate power, heated coolant, and exhaust gas heat from a single energy source. Research is continuing to use highly efficient energy that continuously generates two or more types of secondary energy from primary energy by recovering and using waste heat or waste heat generated during power generation.

또한 현재 지구 온난화는 이산화탄소 (CO2) 및 메탄 (CH4)과 같은 온실 가스의 배출 때문이라고 여겨지고 있다. 전세계적으로 사람-유래의 CO2 배출의 약 1/4은 이동 오염원, 즉, 내연기관 (ICE)에 의해 동력이 공급되는 자동차, 트럭, 버스 및 기차로부터 발생된다고 현재 추정된다. 이러한 비율적인 기여는 개발도상국에서 자동차 및 트럭 소유의 계획된 급상승으로 가까운 장래에 빠르게 성장할 것이다.It is also currently believed that global warming is due to the emissions of greenhouse gases such as carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ). It is currently estimated that approximately one quarter of global human-derived CO 2 emissions come from mobile sources, namely cars, trucks, buses and trains powered by internal combustion engines (ICE). This proportional contribution will grow rapidly in the near future with the planned surge in car and truck ownership in developing countries.

현재, 운송 업종(transportation sector)이 원유에 대한 주시장이고, CO2 배출의 제어는 대안 기술, 예를 들면, 전기 모터 및 저장 배터리에 의해 동력이 공급되는 차량과 같은 대안 기술로부터의 도전에 직면하여 상기 운송 업종에서 원유시장의 생존력을 유지시키기 위한 환경적인 의무이고 원하는 목표이다.Currently, the transportation sector is the main market for crude oil, and control of CO2 emissions faces challenges from alternative technologies, such as vehicles powered by electric motors and storage batteries. It is an environmental imperative and desired goal to maintain the viability of the crude oil market in the transportation industry.

이동 오염원으로부터의 이산화탄소 관리는 공간 및 중량 제한, 어떤 규모의 경제의 부족 및 이동 오염원에 동력을 공급하는 ICE의 운전의 동적 특성을 포함하는 많은 어려운 문제들이 존재한다.Management of carbon dioxide from mobile sources presents many difficult challenges, including space and weight limitations, lack of any economies of scale, and the dynamic nature of the operation of ICEs that power mobile sources.

따라서 왕복동 엔진에서 발생되는 파워와, 냉각수, 배기가스 열을 효율적으로 다중발전이 가능하면서도, CO2를 용이하게 포집할 수 있는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템의 개발이 요구되었다. Therefore, there was a need to develop a multiplex power generation system using a reciprocating engine that could efficiently generate multiplexed power using the power generated by the reciprocating engine, coolant, and exhaust gas heat, while also easily capturing CO2 .

일본 등록특허 JP 4197005Japanese registered patent JP 4197005 대한민국 등록특허 KR 1606621Republic of Korea registered patent KR 1606621 일본 등록특허 JP 584129Japanese registered patent JP 584129 미국 등록특허 US 1109864US registered patent US 1109864

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 왕복동식엔진(내연기관엔진)에서 발생되는 배기가스, 엔진 Power, 냉각수에 대한 폐열을 회수하여 CO2 포집, 온수, 전기, 냉방열 생산등 다중발전이 가능한, 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템 및 다중발전방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was developed to solve the above-described conventional problems. According to an embodiment of the present invention, waste heat for exhaust gas, engine power, and coolant generated from a reciprocating engine (internal combustion engine) is recovered. The purpose is to provide a multiple power generation system and multiple power generation method using a reciprocating engine that enables multiple power generation such as CO 2 capture, hot water, electricity, and cooling heat production.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.

본 발명의 제1목적은 연료와 산화제가 공급되어 파워를 생산하고, 가열된 냉각수와 배기가스를 배출하는 왕복동엔진을 이용한 다중발전시스템으로서, 상기 파워로 발전기를 통해 전기를 생산하고, 압축기를 구동하여 히트펌프를 구동하는 파워이용부; 및 상기 배기가스로부터 흡수식 냉동기를 구동시켜 냉방열을 생산하는 배기가스이용부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템으로서 달성될 수 있다. The first object of the present invention is a multiple power generation system using a reciprocating engine that supplies fuel and oxidizer to produce power and discharges heated coolant and exhaust gas, and uses the power to produce electricity through a generator and drive a compressor. A power utilization unit that drives the heat pump; and an exhaust gas utilization unit that drives an absorption refrigerator from the exhaust gas to produce cooling heat. It can be achieved as a multiple power generation system using a reciprocating engine.

그리고 상기 냉각수를 열원으로 하여 흡수식 냉동기를 구동시켜 냉방열을 생산하는 냉각수이용부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And it may further include a cooling water use unit that produces cooling heat by driving an absorption refrigerator using the cooling water as a heat source.

또한 상기 연료가 암모니아, 수소인 경우 산화제로 공기가 공급되고, 상기 연료가 화석연료, 바이오가스인 경우 산화제로서 순산소가 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.Additionally, when the fuel is ammonia or hydrogen, air is supplied as an oxidizing agent, and when the fuel is fossil fuel or biogas, pure oxygen is supplied as an oxidizing agent.

그리고 상기 연료가 화석연료, 바이오가스이고, 산화제로서 순산소가 공급되는 경우, 배기가스에서 CO2를 포집하는 CO2 포집수단;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And when the fuel is fossil fuel or biogas, and pure oxygen is supplied as an oxidizing agent, it may further include a CO 2 collection means for capturing CO 2 from the exhaust gas.

또한 상기 히트펌프는 엔진 구동식 히트펌프(EHP)로서, 온수 또는 냉방열을 생산하는 것을 특징으로 할 수 있다.Additionally, the heat pump is an engine-driven heat pump (EHP) and may be characterized as producing hot water or cooling heat.

그리고 상기 냉각수와 상기 배기가스의 열에너지는 열교환기를 통해 온수 또는 증기를 생산하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the thermal energy of the cooling water and the exhaust gas may be used to produce hot water or steam through a heat exchanger.

또한 생산된 상기 온수 또는 증기는, 유기랭킨사이클(ORC)의 구동열원으로 사용되어 전기를 생산하거나, 흡수식 냉동기에 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.Additionally, the produced hot water or steam may be used as a driving heat source for an organic Rankine cycle (ORC) to generate electricity, or may be used in an absorption refrigerator.

그리고 상기 냉각수이용부의 냉각수 열에너지는 중온수 흡수식 냉동기에 이용되고, 상기 배기가스이용부의 상기 배기가스 열에너지는 직화식 흡수식 냉동기에 이용되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the cooling water thermal energy of the cooling water using portion may be used in a medium-temperature water absorption refrigerator, and the exhaust gas thermal energy of the exhaust gas utilizing portion may be used in a direct-fired absorption refrigerator.

본 발명의 제2목적으로서, 연료와 산화제가 공급되어 파워를 생산하고, 가열된 냉각수와 배기가스를 배출하는 왕복동엔진을 이용한 다중발전방법으로서, 파워이용부가 상기 파워로 발전기를 통해 전기를 생산하고, 엔진 구동식 히트펌프(EHP)의 압축기를 구동하여 온수 또는 냉방열을 생산하는 제1단계; 배기가스이용부가 상기 배기가스로부터 흡수식 냉동기를 구동시켜 냉방열을 생산하는 제2단계; 및 냉각수이용부가 상기 냉각수를 열원으로 하여 흡수식 냉동기를 구동시켜 냉방열을 생산하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전방법으로서 달성될 수 있다. As a second object of the present invention, it is a multiple power generation method using a reciprocating engine that supplies fuel and oxidizer to produce power and discharges heated coolant and exhaust gas, wherein the power user produces electricity through a generator with the power and , a first step of producing hot water or cooling heat by driving the compressor of an engine-driven heat pump (EHP); A second step in which the exhaust gas utilization unit drives an absorption refrigerator from the exhaust gas to produce cooling heat; And a third step in which the cooling water use unit drives an absorption refrigerator using the cooling water as a heat source to produce cooling heat. It can be achieved as a multiple power generation method using a reciprocating engine, comprising a.

그리고 상기 제2단계와 제3단계에서, 상기 냉각수와 상기 배기가스의 열에너지는 열교환기를 통해 온수 또는 증기를 생산하고, 생산된 상기 온수 또는 증기는, 유기랭킨사이클(ORC)의 구동열원으로 사용되어 전기를 생산하거나, 흡수식 냉동기에 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.And in the second and third steps, the thermal energy of the cooling water and the exhaust gas produces hot water or steam through a heat exchanger, and the produced hot water or steam is used as a driving heat source for the organic Rankine cycle (ORC). It may be used to produce electricity or to be used in an absorption refrigerator.

또한 상기 연료가 화석연료, 바이오가스이고, 산화제로서 순산소가 공급되는 경우, CO2포집수단이 배기가스에서 CO2를 포집하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, when the fuel is fossil fuel or biogas, and pure oxygen is supplied as an oxidizing agent, the method may further include a step of the CO 2 collecting means capturing CO 2 from the exhaust gas.

그리고 상기 제3단계에서, 상기 냉각수이용부의 냉각수 열에너지는 중온수 흡수식 냉동기에 이용되고, 상기 제2단계에서, 상기 배기가스이용부의 상기 배기가스 열에너지는 직화식 흡수식 냉동기에 이용되는 것을 특징으로 할 수 있다.And in the third step, the coolant heat energy of the coolant using section is used in a medium-temperature water absorption refrigerator, and in the second step, the exhaust gas heat energy of the exhaust gas use section is used in a direct-fired absorption refrigerator. there is.

본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템 및 다중발전방법에 따르면,왕복동식엔진(내연기관엔진)에서 발생되는 배기가스, 엔진 Power, 냉각수에 대한 폐열을 회수하여 CO2 포집, 온수, 전기, 냉방열 생산등 다중발전이 가능한 효과를 갖는다. According to the multiple power generation system and multiple power generation method using a reciprocating engine according to an embodiment of the present invention, waste heat for exhaust gas, engine power, and coolant generated from a reciprocating engine (internal combustion engine) is recovered, CO 2 is captured, It has the effect of enabling multiple power generation such as hot water, electricity, and cooling heat production.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전방법의 흐름도,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 암모니아, 수소를 연료로 공급하는 왕복동식 엔진의 구성도,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 화석연료, 바이오가스를 연료로 공급하고 순산소를 산화제로 공급하는 왕복동식 엔진의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파워이용부의 구성도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스이용부와 냉각수이용부의 구성도를 도시한 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings. It should not be interpreted as such.
1 is a configuration diagram of a multiple power generation system using a reciprocating engine according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a flow chart of a multiple power generation method using a reciprocating engine according to an embodiment of the present invention;
Figure 3a is a configuration diagram of a reciprocating engine supplying ammonia and hydrogen as fuel according to an embodiment of the present invention;
Figure 3b is a configuration diagram of a reciprocating engine that supplies fossil fuel and biogas as fuel and pure oxygen as an oxidizing agent according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a configuration diagram of a power use unit according to an embodiment of the present invention;
Figures 5a and 5b show the configuration of an exhaust gas use unit and a coolant use unit according to an embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Also, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective explanation of technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be explained with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Therefore, the shape of the illustration may be changed depending on manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process. For example, an area shown as a right angle may be rounded or have a shape with a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing specific embodiments below, various specific details have been written to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader with sufficient knowledge in the field to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that when describing the invention, parts that are commonly known but are not significantly related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in explaining the invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템의 구성, 기능 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration, function, and operating method of a multiple power generation system using a reciprocating engine according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템의 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전방법의 흐름도를 도시한 것이다. First, Figure 1 shows a configuration diagram of a multiple power generation system using a reciprocating engine according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 shows a flow chart of a multiple power generation method using a reciprocating engine according to an embodiment of the present invention. It was done.

본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템(100)은 왕복동식 엔진(1)에서 발생되는 파워와, 냉각수, 배기가스를 이용하여 전기생산, 온수, 냉방열, CO2 포집 등을 하기 위한 것이므로 전체적으로 파워이용부(10), 배기가스이용부(20), 냉각수이용부(30)를 포함한다. The multiple power generation system 100 using a reciprocating engine according to an embodiment of the present invention uses the power generated by the reciprocating engine 1, coolant, and exhaust gas to produce electricity, hot water, Since it is for cooling heat, CO 2 collection, etc., it generally includes a power use unit (10), an exhaust gas use unit (20), and a coolant use unit (30).

본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템(100)은 연료와 산화제가 공급되어 구동되며(S1) 파워를 생산하고, 가열된 냉각수와 배기가스를 배출한다(S2).The multiple power generation system 100 using a reciprocating engine according to an embodiment of the present invention is driven by supplying fuel and oxidizer (S1), produces power, and discharges heated coolant and exhaust gas. Do it (S2).

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 암모니아, 수소를 연료로 공급하는 왕복동식 엔진의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 화석연료, 바이오가스를 연료로 공급하고 순산소를 산화제로 공급하는 왕복동식 엔진의 구성도를 도시한 것이다. Figure 3a shows the configuration of a reciprocating engine supplying ammonia and hydrogen as fuel according to an embodiment of the present invention. And Figure 3b shows the configuration of a reciprocating engine that supplies fossil fuel and biogas as fuel and pure oxygen as an oxidizing agent according to an embodiment of the present invention.

먼저 연료로서 도시가스, 디젤 등의 화석연료와, 바이오가스, 또는 수소, 암모니아가 사용될 수 있다.First, fossil fuels such as city gas and diesel, biogas, hydrogen, and ammonia can be used as fuel.

연료가 암모니아, 수소일 경우에는 산화제로 공기(N2+O2)가 사용되며, 도시가스, 바이오가스, 디젤연료일 때에는 산화제로 순산소가 사용된다. When the fuel is ammonia or hydrogen, air (N 2 + O 2 ) is used as the oxidizing agent, and when the fuel is city gas, biogas, or diesel fuel, pure oxygen is used as the oxidizing agent.

따라서 도 3a에 도시된 바와 같이, 왕복동식 엔진(1)에서 발생하는 배기가스는 연료가 수소, 암모니아일 경우 물과 질소(N2)만 배출되며, 도 3b에 도시된 바와 같이, 연료가 도시가스, 디젤 등의 화석연료, 바이오가스일 때에는 산화제로 순산소를 사용하기 때문에 물과 이산화탄소만 배출된다. CO2 포집수단(50)은 배출된 이산화탄소를 포집하게 된다. 즉, 이렇게 배출된 이산화탄소는 바로 CO2 Capture가 가능하므로 CCS에 사용될 수 있으며, 또는 식물공장 등 순수 이산화탄소가 필요한 곳에 공급이 가능하다. Therefore, as shown in Figure 3a, the exhaust gas generated from the reciprocating engine 1 emits only water and nitrogen (N 2 ) when the fuel is hydrogen or ammonia, and as shown in Figure 3b, when the fuel is hydrogen or ammonia, only water and nitrogen (N 2 ) are emitted. Fossil fuels such as gas, diesel, and biogas use pure oxygen as an oxidizing agent, so only water and carbon dioxide are emitted. The CO 2 collection means 50 collects the emitted carbon dioxide. In other words, the carbon dioxide emitted in this way can be directly captured by CO2 , so it can be used for CCS, or it can be supplied to places where pure carbon dioxide is needed, such as plant factories.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파워이용부의 구성도를 도시한 것이다. Figure 4 shows a configuration diagram of a power use unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에서는 왕복동식 엔진(1)에서 발생되는 파워는 발전기(2)를 통하여 전기를 생산하거나(S10), 압축기(40)를 운전하여 엔진 구동식 히트펌프(EHP(Engine-driven Heat Pump))을 구성하여 온수 또는 냉수를 생산하는 데에 사용될 수 있음을 알 수 있다(S20). In an embodiment of the present invention, the power generated from the reciprocating engine 1 is generated by generating electricity through the generator 2 (S10) or by operating the compressor 40 to generate engine-driven heat pump (EHP). It can be seen that it can be used to produce hot or cold water by configuring a pump (S20).

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스이용부와 냉각수이용부의 구성도를 도시한 것이다. Figures 5a and 5b show the configuration of an exhaust gas use unit and a coolant use unit according to an embodiment of the present invention.

도 5a에 도시된 바와 같이, 왕복동식 엔진(1)의 열을 식혀주기 위한 냉각수 및 배기가스의 열에너지는 열교환기(60)를 통하여 온수 또는 증기를 만드는 데에 사용할 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 5A, it can be seen that the heat energy of the coolant and exhaust gas to cool the reciprocating engine 1 can be used to create hot water or steam through the heat exchanger 60.

또한, 생산된 온수 또는 증기는 그 본연의 형태로 사용되거나, 유기랭킨사이클(ORC(Organic Rankine Cycle))(70)를 구동하는 데에 사용될 수 있다. 즉, 유기랭킨사이클 구동 열원에 적용되어 전기를 생산하도록 구성될 수 있다. Additionally, the produced hot water or steam can be used in its original form or used to drive an organic Rankine cycle (ORC) 70. In other words, it can be configured to produce electricity by applying it to an organic Rankine cycle driven heat source.

또는 중온수 흡수식냉동기(약 95℃ 온수 사용)(81) 또는 직화식 흡수식냉동기(82)에 사용될 수 있다. ORC(70)를 이용한다면 전기가 생산되므로 생산된 전기는 계통에 연계를 시키거나 소내 전기에 활용할 수 있다. 흡수식 냉동기(80)에서는 냉수(7℃ 또는 그 이상)를 만들어 낼 수 있으므로 냉방기 역할을 수행하게 된다. Alternatively, it can be used in a medium-temperature water absorption refrigerator (using hot water at about 95°C) (81) or a direct-fired absorption refrigerator (82). If ORC (70) is used, electricity is produced, so the produced electricity can be connected to the grid or used for on-site electricity. The absorption refrigerator 80 can produce cold water (7°C or higher) and therefore functions as an air conditioner.

또한 도 5b에 도시된 바와 같이, 엔진 냉각수는 100℃ 이하로 공급되기 때문에 이것으로는 중온수 흡수식 냉동기(81)를 운영하는 데에 사용하고(S11), 엔진 배기가스로는 직화식(배기가스형. 배기가스 300oC 이상) 흡수식 냉동기(82)를 운용하는 데에 사용할 수 있음을 알 수 있다(S12). In addition, as shown in FIG. 5b, since the engine coolant is supplied at 100°C or lower, it is used to operate the mid-temperature water absorption refrigerator 81 (S11), and the engine exhaust gas is used to operate the direct fire type (exhaust gas type). It can be seen that it can be used to operate the absorption refrigerator (82) (exhaust gas above 300oC) (S12).

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the apparatus and method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each embodiment can be selectively combined so that various modifications can be made. It may be composed.

1:왕복동식 엔진
2:발전기
10:파워이용부
20:배기가스이용부
30:냉각수이용부
40:EHP 압축기
50:CO2 포집수단
60:열교환기
70:ORC
80:흡수식냉동기
81:중온수 흡수식냉동기
82:직화식 흡수식냉동기
100:왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템1:Reciprocating engine
2:Generator
10: Power utilization department
20: Exhaust gas use department
30: Coolant usage part
40:EHP compressor
50: CO 2 capture means
60: Heat exchanger
70:ORC
80: Absorption refrigerator
81: Medium hot water absorption refrigerator
82: Direct fire absorption refrigerator
100: Multiple power generation system using reciprocating engine

Claims (12)

연료와 산화제가 공급되어 파워를 생산하고, 가열된 냉각수와 배기가스를 배출하는 왕복동엔진을 이용한 다중발전시스템으로서,
상기 파워로 발전기를 통해 전기를 생산하고, 압축기를 구동하여 히트펌프를 구동하는 파워이용부; 및
상기 배기가스로부터 흡수식 냉동기를 구동시켜 냉방열을 생산하는 배기가스이용부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템.
It is a multiple power generation system using a reciprocating engine that supplies fuel and oxidizer to produce power and discharges heated coolant and exhaust gas.
A power utilization unit that produces electricity through a generator with the power and drives a compressor to drive a heat pump; and
A multiple power generation system using a reciprocating engine, comprising: an exhaust gas utilization unit that drives an absorption refrigerator from the exhaust gas to produce cooling heat.
 제 1항에 있어서,
상기 냉각수를 열원으로 하여 흡수식 냉동기를 구동시켜 냉방열을 생산하는 냉각수이용부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템.
According to clause 1,
A multiple power generation system using a reciprocating engine, characterized in that it further comprises a cooling water use unit that drives an absorption refrigerator using the cooling water as a heat source to produce cooling heat.
 제 1항에 있어서,
상기 연료가 암모니아, 수소인 경우 산화제로 공기가 공급되고, 상기 연료가 화석연료, 바이오가스인 경우 산화제로서 순산소가 공급되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템.
According to clause 1,
A multiple power generation system using a reciprocating engine, characterized in that air is supplied as an oxidizing agent when the fuel is ammonia or hydrogen, and pure oxygen is supplied as an oxidizing agent when the fuel is fossil fuel or biogas.
 제 3항에 있어서,
상기 연료가 화석연료, 바이오가스이고, 산화제로서 순산소가 공급되는 경우, 배기가스에서 CO2를 포집하는 CO2 포집수단;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템.
According to clause 3,
When the fuel is fossil fuel or biogas, and pure oxygen is supplied as an oxidizing agent, a CO 2 collection means for collecting CO 2 from the exhaust gas. A multiple power generation system using a reciprocating engine, characterized in that it further includes.
 제 1항에 있어서,
상기 히트펌프는 엔진 구동식 히트펌프(EHP)로서, 온수 또는 냉방열을 생산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템.
According to clause 1,
The heat pump is an engine-driven heat pump (EHP), and is a multiple power generation system using a reciprocating engine, characterized in that it produces hot water or cooling heat.
 제 1항에 있어서,
상기 냉각수와 상기 배기가스의 열에너지는 열교환기를 통해 온수 또는 증기를 생산하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템.
According to clause 1,
A multiple power generation system using a reciprocating engine, characterized in that the thermal energy of the cooling water and the exhaust gas produces hot water or steam through a heat exchanger.
 제 6항에 있어서,
생산된 상기 온수 또는 증기는,
유기랭킨사이클(ORC)의 구동열원으로 사용되어 전기를 생산하거나, 흡수식 냉동기에 사용되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템.
According to clause 6,
The hot water or steam produced is,
A multiple power generation system using a reciprocating engine that is used as a driving heat source for an organic Rankine cycle (ORC) to produce electricity or used in an absorption refrigerator.
 제 2항에 있어서,
상기 냉각수이용부의 냉각수 열에너지는 중온수 흡수식 냉동기에 이용되고,
상기 배기가스이용부의 상기 배기가스 열에너지는 직화식 흡수식 냉동기에 이용되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전시스템.
According to clause 2,
The coolant heat energy of the coolant using section is used in a medium-temperature water absorption refrigerator,
A multiple power generation system using a reciprocating engine, characterized in that the exhaust gas heat energy of the exhaust gas utilization unit is used in a direct-fired absorption refrigerator.
 연료와 산화제가 공급되어 파워를 생산하고, 가열된 냉각수와 배기가스를 배출하는 왕복동엔진을 이용한 다중발전방법으로서,
파워이용부가 상기 파워로 발전기를 통해 전기를 생산하고, 엔진 구동식 히트펌프(EHP)의 압축기를 구동하여 온수 또는 냉방열을 생산하는 제1단계;
배기가스이용부가 상기 배기가스로부터 흡수식 냉동기를 구동시켜 냉방열을 생산하는 제2단계; 및
냉각수이용부가 상기 냉각수를 열원으로 하여 흡수식 냉동기를 구동시켜 냉방열을 생산하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전방법.
A multiple power generation method using a reciprocating engine that supplies fuel and oxidizer to produce power and discharges heated coolant and exhaust gas,
A first step in which the power use unit produces electricity through a generator with the power and drives a compressor of an engine-driven heat pump (EHP) to produce hot water or cooling heat;
A second step in which the exhaust gas utilization unit drives an absorption refrigerator from the exhaust gas to produce cooling heat; and
A third step in which the cooling water use unit drives an absorption refrigerator using the cooling water as a heat source to produce cooling heat. A multiple power generation method using a reciprocating engine, comprising a.
 제 9항에 있어서,
상기 제2단계와 제3단계에서,
상기 냉각수와 상기 배기가스의 열에너지는 열교환기를 통해 온수 또는 증기를 생산하고,
생산된 상기 온수 또는 증기는,
유기랭킨사이클(ORC)의 구동열원으로 사용되어 전기를 생산하거나, 흡수식 냉동기에 사용되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전방법.
According to clause 9,
In the second and third steps,
The thermal energy of the cooling water and the exhaust gas produces hot water or steam through a heat exchanger,
The hot water or steam produced is,
A multiple power generation method using a reciprocating engine, characterized in that it is used as a driving heat source for an organic Rankine cycle (ORC) to produce electricity, or is used in an absorption refrigerator.
 제 9항에 있어서,
상기 연료가 화석연료, 바이오가스이고, 산화제로서 순산소가 공급되는 경우, CO2포집수단이 배기가스에서 CO2를 포집하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전방법.
According to clause 9,
When the fuel is fossil fuel or biogas, and pure oxygen is supplied as an oxidizing agent, the CO 2 collection means captures CO 2 from the exhaust gas. A method of generating multiple power generation using a reciprocating engine, further comprising: .
 제 9항에 있어서,
상기 제3단계에서, 상기 냉각수이용부의 냉각수 열에너지는 중온수 흡수식 냉동기에 이용되고,
상기 제2단계에서, 상기 배기가스이용부의 상기 배기가스 열에너지는 직화식 흡수식 냉동기에 이용되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 엔진을 이용한 다중발전방법.
According to clause 9,
In the third step, the cooling water heat energy of the cooling water use unit is used in a medium-temperature water absorption refrigerator,
In the second step, the exhaust gas heat energy of the exhaust gas utilization unit is used in a direct-fired absorption refrigerator.
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