복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템

申请号 KR1020120058078 申请日 2012-05-31 公开(公告)号 KR1020130134514A 公开(公告)日 2013-12-10
申请人 대우조선해양 주식회사; 发明人 김성안;
摘要 A power generation system by ocean temperature difference using solar heat and discharged water from a condenser is disclosed. The power generation system by ocean temperature difference using solar heat and discharged water from the condenser comprises: a solar heat storage unit which generates heated fluid by pressurizing and heating the fluid with the solar heat; and a desalinization unit for power generation which generates power by steam generated from heat exchanging with the heated fluid by vaporizing seawater discharged from the condenser of another power generation system in an offshore facility having thermal or nuclear energy and which generates fresh water by heat-exchanging the discharged steam with deep water. [Reference numerals] (AA) Power;(BB) Deep water
权利要求
  • 선박이나 해양플랜트를 포함한 해양 설비에 구비되는 발전 시스템에 있어서,
    유체를 가압하고, 태양열로 집열하여 가열함으로써 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부; 및
    화력 또는 원자력을 포함한 상기 해양 설비 내의 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 해수를 공급받아 증발시키고 상기 과열 유체와 열교환하여 생성된 수증기로 전력을 생산하고, 배출된 증기를 심층수와 열교환시켜 담수를 생산하는 발전 담수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템.
  • 제 1항에 있어서, 상기 발전 담수부는
    상기 해수로부터 저압에서 수증기를 형성시키는 증발기;
    상기 증발기에서 상기 수증기를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기; 및
    상기 터빈 발전기에서 배출되는 상기 수증기를 상기 심층수로 냉각시켜 물로 상변화시키는 복수기를 포함하되, 상기 수증기를 상변화시키는데 사용되어 온도가 상승된 상기 심층수의 적어도 일부가 상기 증발기에 도입되는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템.
  • 제 2항에 있어서, 상기 발전 담수부는
    상기 복수기에서 상변화된 물이 저장되는 원수 탱크를 더 포함하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템.
  • 제 2항에 있어서, 상기 발전 담수부는
    상기 증발기 내의 상기 해수의 염도를 감지하는 염도 센서;
    상기 해수가 설정된 농도 이상이 되면 상기 해수를 상기 증발기 외부로 배출시키는 배출 펌프; 및
    상기 복수기에서 상기 수증기를 상변화시키는데 사용되어 온도가 상승된 상기 심층수의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템.
  • 제 2항에 있어서, 상기 태양열 축열부는
    공급되는 유체의 압력을 상승시키는 가압 펌프;
    상기 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 상기 유체를 가열함으로써 상기 과열 유체를 형성시키는 태양열 가열기; 및
    상기 과열 유체와 열교환을 통해, 상기 수증기의 건도를 증가시키거나 습증기를 과열증기로 만드는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템.
  • 제 5항에 있어서, 상기 태양열 축열부는
    상기 열교환기의 내부에 설치되어 상기 과열 유체가 순환하여 흐르며 상기 수증기와 열교환 작용하는 열교환 튜브를 더 포함하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템.
  • 제 5항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 증발기와 상기 터빈 발전기를 연결하는 유로에 마련됨으로써, 상기 증발기로부터 배출되는 상기 수증기가 상기 열교환기에서 상기 과열 유체와 열교환을 통해 과열도를 가지거나 건도 및 엔탈피가 증가되어 상기 터빈 발전기로 공급되는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템.
  • 제 1항에 있어서,
    상기 유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템.
  • 선박을 포함한 해상 설비에서 복수기 배출수를 활용하는 발전 방법에 있어서,
    1) 해상 설비 내의 화력, 원자력을 포함한 다른 발전 시스템에서 배출되는 복수기 배출 해수를 공급받아 저압에서 증기를 형성시키는 단계;
    2) 태양광을 흡수 및 집열하여 유체를 가열하여 과열 유체를 형성하고, 상기 증기와 상기 과열 유체를 열교환시켜 상기 증기의 엔탈피를 증가시키는 단계; 및
    3) 엔탈피가 증가된 상기 증기를 증기터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계를 포함하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 방법.
  • 제 9항에 있어서,
    상기 과열 유체는 유체를 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성되며, 상기 과열 유체와의 열교환으로 상기 증기는 과열도를 가지거나 엔탈피가 증가하는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 방법.
  • 说明书全文

    복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템{Electricity Generation System Of Ocean Thermal Energy Conversion Using Cooling Water Of Condenser And Solar Energy}

    본 발명은 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박이나 해양플랜트를 포함한 해양 설비의 화력 또는 복합화력을 포함한 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 해수를 저압에서 증발시켜 증기를 형성하고, 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체를 증기와 열교환시켜 증기의 엔탈피를 높여 발전 효율을 높인 해양 온도차 발전 시스템에 관한 것이다.

    발전 설비는 연료를 연소시킬 때 발생하는 연소열로 증기를 발생시켜 이를 이용해 발전한다. 발전 설비의 증기 사이클에서 발전기 구동 후 배출된 증기를 복수시키는 것은 증기 사이클 효율과 관련된 중요한 과정이다. 에너지 활용 측면에서 보면 화력 발전기의 경우 투입 연료의 40% 정도만 전기로 변환되고, 13% 정도는 연소과정과 발전기에서 손실되고, 47% 정도는 냉각수에 의해 손실되고 있다. 또한 증기의 복수 과정에서 사용된 냉각수는 온도가 상승된 상태로 배출되면 환경에 중대한 영향을 끼친다.

    도 1은 통상적인 발전 설비 시스템을 도시한 도면으로, 발전소의 운전을 도 1을 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

    보일러 드럼(12)에 전달된 급수는 튜브를 통해 보일러 내부로 공급되고, 연료의 연소열에 의해 증기로 변환되며, 다시 과열기(14)에서 상당한 고온으로 과열되어 고온 고압의 과열 증기로 된다. 과열된 증기는 고압 터빈(16)으로 공급되어 고압 터빈(16)을 회전시킨 후 재열기(18)로 보내진다. 재열기(18)에서는 고압 터빈(16)을 거친 저온 재열 증기를 과열도가 높은 고온의 재열 증기로 변환한다. 형성된 재열 증기는 중압 터빈(20)으로 유입된다. 중압 터빈(20)을 회전시키고 배출되는 증기는 최종적으로 저압 터빈(22)을 회전시킨 후에 복수기(2)로 전달된다.

    복수기(2)에서 냉각수에 의해 응축된 물(복수)은 복수 펌프(Condensate Extraction Pump, CEP: 4)에 의해 저압 급수 가열기(6)로 전달된다. 저압 급수 가열기(6)에서는 저압 터빈(22)에서 공급된 추기(Extraction Steam)에 의해 급수가 가열된다.

    저압 급수 가열기(6)에서 가열된 급수는 탈기기(Deaerator: 미도시)를 거치면서 용존 가스가 제거된다.

    탈기기를 거친 급수는 급수 펌프(Boiler Feedwater Pump, BFP: 8)에 의해 고압 급수 가열기(11)로 공급된다. 급수 펌프(8)에 의해 고압 급수 가열기(11)로 공급된 급수는 고압 또는 중압 터빈(20)에서 공급된 고온의 추기에 의해 추가로 가열된 후 보일러 드럼(12: 순환형 보일러에 해당)으로 공급되면서 순환 사이클이 이루어진다.

    이와 같은 종래의 발전 시스템은 증기의 복수 과정에서 사용된 냉각수가 온도가 상승된 상태로 배출됨으로써 생태계에 중대한 영향을 끼칠 수 있으며, 냉각수에 열교환으로 전달된 상당한 열에너지를 활용하지 못하고 배출하게 되는 문제점이 있다.

    본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체를 증기와 열교환시켜 증기의 엔탈피를 높임으로써, 종래의 해양 온도차 발전 시스템의 낮은 발전 효율과 이로 인한 화력 또는 전기 설비 설치에 따르는 문제점을 해결하고자 한다.

    또한 선박이나 해양플랜트를 포함한 해양 설비의 화력이나 원자력을 포함한 발전설비 복수기에서 배출되는 냉각수를 해양 온도차 발전에 활용함으로써, 고온 냉각수의 배출로 인한 환경적 영향을 줄이고, 냉각수에 열교환으로 전달된 열을 활용하고자 한다.

    본 발명의 일 측면에 의하면, 선박이나 해양플랜트를 포함한 해양 설비에 구비되는 발전 시스템에 있어서,

    유체를 가압하고, 태양열로 집열하여 가열함으로써 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부; 및

    화력 또는 원자력을 포함한 상기 해양 설비 내의 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 해수를 공급받아 증발시키고 상기 과열 유체와 열교환하여 생성된 수증기로 전력을 생산하고, 배출된 증기를 심층수와 열교환시켜 담수를 생산하는 발전 담수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템이 제공된다.

    상기 발전 담수부는 상기 해수로부터 저압에서 수증기를 형성시키는 증발기와, 상기 증발기에서 상기 수증기를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기와, 상기 터빈 발전기에서 배출되는 상기 수증기를 상기 심층수로 냉각시켜 물로 상변화시키는 복수기를 포함하되, 상기 수증기를 상변화시키는데 사용되어 온도가 상승된 상기 심층수의 적어도 일부가 상기 증발기에 도입될 수 있다.

    상기 발전 담수부는 상기 복수기에서 상변화된 물이 저장되는 원수 탱크를 더 포함할 수 있다.

    상기 발전 담수부는 상기 증발기 내의 상기 해수의 염도를 감지하는 염도 센서와, 상기 해수가 설정된 농도 이상이 되면 상기 해수를 상기 증발기 외부로 배출시키는 배출 펌프와, 상기 복수기에서 상기 수증기를 상변화시키는데 사용되어 온도가 상승된 상기 심층수의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

    상기 태양열 축열부는 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 가압 펌프와, 상기 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 상기 유체를 가열함으로써 상기 과열 유체를 형성시키는 태양열 가열기와, 상기 과열 유체와 열교환을 통해, 상기 수증기의 건도를 증가시키거나 습증기를 과열증기로 만드는 열교환기를 포함할 수 있다.

    상기 태양열 축열부는 상기 열교환기의 내부에 설치되어 상기 과열 유체가 순환하여 흐르며 상기 수증기와 열교환 작용하는 열교환 튜브를 더 포함할 수 있다.

    상기 열교환기는 상기 증발기와 상기 터빈 발전기를 연결하는 유로에 마련됨으로써, 상기 증발기로부터 배출되는 상기 수증기가 상기 열교환기에서 상기 과열 유체와 열교환을 통해 과열도를 가지거나 건도 및 엔탈피가 증가되어 상기 터빈 발전기로 공급될 수 있다.

    상기 유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택될 수 있다.

    본 발명의 다른 측면에 의하면, 선박을 포함한 해상 설비에서 복수기 배출수를 활용하는 발전 방법에 있어서,

    1) 해상 설비 내의 화력, 원자력을 포함한 다른 발전 시스템에서 배출되는 복수기 배출 해수를 공급받아 저압에서 증기를 형성시키는 단계;

    2) 태양광을 흡수 및 집열하여 유체를 가열하여 과열 유체를 형성하고, 상기 증기와 상기 과열 유체를 열교환시켜 상기 증기의 엔탈피를 증가시키는 단계; 및

    3) 엔탈피가 증가된 상기 증기를 증기터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계를 포함하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 방법이 제공된다.

    상기 과열 유체는 유체를 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성되며, 상기 과열 유체와의 열교환으로 상기 증기는 과열도를 가지거나 엔탈피가 증가할 수 있다.

    본 발명의 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템은 화력 또는 원자력을 포함한 해양 설비 내의 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 해수를 저압에서 증발시켜 증기를 형성하고, 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체와 열교환시켜 증기의 건도와 엔탈피를 높이거나 과열증기를 형성시켜 발전에 이용함으로써 발전기의 출력을 높일 수 있다.

    복수기에서 배출되는 냉각수를 해양 온도차 발전에 활용함으로써, 고온 냉각수의 배출로 인한 환경적 영향을 줄이고, 냉각수에 열교환으로 전달된 열과 태양열을 통해 발전 설비의 효율을 높이고 담수도 생산할 수 있다.

    도 1은 통상적인 발전 설비 시스템의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
    도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템의 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
    도 3은 도 2의 태양열 축열부 만을 개략적으로 도시한 도면이다.

    본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

    이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

    도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

    도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템은, 선박이나 해양플랜트를 포함한 해양 설비(S)에 구비되는 발전 시스템에 있어서, 유체를 가압하고, 태양열로 집열하여 가열함으로써 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부(100)와, 화력 또는 원자력을 포함한 해양 설비(S) 내의 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 해수(W)를 공급받아 증발시키고 과열 유체와 열교환하여 생성된 수증기로 전력을 생산하고, 배출된 증기를 심층수와 열교환시켜 담수를 생산하는 발전 담수부(200)를 포함한다.

    즉, 본 실시예는 기존 화력, 원자력 등의 다른 발전 시스템이 구비된 해양 설비(S)에서 발전 시스템의 가온되어 바다로 배출되는 복수기 냉각수(W)에 포함되어 버려지는 폐열을 효과적으로 활용하기 위한 시스템으로서, 기 설치된 발전시스템에 본 실시예의 시스템이 추가적으로 설치될 수 있다.

    발전 시스템의 복수기 냉각수로 사용된 해수(W)는, 증기에 포함된 열의 47% 정도를 흡수하므로 상당한 정도로 온도가 상승한다. 일반적인 화력 발전소에서 연소가스의 온도가 과열기에서 1300 ~ 1650 ℃, 재열기에서 800 ~ 1100 ℃, 절탄기에서 500 ~ 550 ℃, 예열기에서 350 ~ 450 ℃ 정도에 이르고, 연소가스가 배출되는 연돌에서도 계절에 따른 차이는 있지만 약 85 ~ 125 ℃의 상당한 고온이라는 점을 고려한다면, 발전 시스템의 증기나, 증기와 열 교환한 냉각수(W)가 상당한 고온에 이르게 됨을 알 수 있고, 이를 작동 유체로 증발기(210)에 도입시킬 수도 있으며, 이러한 경우 복수과정에서 냉각용 해수에 흡수되어 버려지던 폐열을 이용할 수 있게 된다.

    발전 담수부(200)는 해수로부터 저압에서 수증기를 형성시키는 증발기(210)와, 증발기(210)에서 수증기를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기(220)와, 터빈 발전기(220)의 증기터빈에서 배출되는 수증기를 심층수로 냉각시켜 물로 상변화시키는 복수기(230)를 포함하되, 수증기를 상변화시키는데 사용되어 온도가 상승된 심층수의 적어도 일부가 증발기(210)에 도입될 수 있다.

    복수기에서 심층수를 이용하는 것은, 다른 발전 시스템의 복수기 또는 본 실시예의 복수기(230)에서 증기의 냉각을 위해 저온 상태인 심층수를 이용하는 것이 효과적이기 때문이다. 그러나 심층수는 수심 200m 이상에 분포하므로, 심층수의 공급이 용이하지 않은 장소, 예를 들어 얕은 해안 지역에 본 실시예의 시스템을 적용한다면 심층수가 아닌 일반 해수를 이용하는 것도 가능하다. 이 또한 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.

    다른 발전 시스템의 복수기에서 배출된 해수(W)가 증발기(210)로 도입되면, 저압의 증발기(210) 내부 압력에 의해 상 변화하면서 수증기를 형성하게 된다. 예를 들어 증발기(210)로 도입되는 해수의 온도가 30℃ 정도라면, 증발기(210) 내부 압력을 약 0.041329 kgf/㎠ 내외로 설정하면 될 것이다.

    본 실시예는 이렇게 증발기(210) 내부의 압력을 낮출 수 있는 저압 설비(미도시), 예를 들어 진공 펌프나 에어 이젝터 등을 더 포함할 수 있다.

    발전 담수부(200)는 복수기(230)에서 상변화된 물이 저장되는 원수 탱크(240)를 더 포함할 수 있다.

    발전 담수부(200)에 공급되는 것은 심층수, 즉 해수인데, 복수기(230)에서 상변화를 통해 형성되는 물은 담수로 얻을 수 있어 본 실시예는 해수의 담수화 기능도 가지게 된다. 본 실시예는 이렇게 형성된 담수를 저장하기 위해 원수 탱크(240)를 마련하였다.

    발전 담수부(200)는 증발기(210) 내의 해수의 염도를 감지하는 염도 센서(250)와, 해수가 설정된 농도 이상이 되면 해수를 증발기(210) 외부로 배출시키는 배출 펌프(260)와, 복수기(230)에서 수증기를 상변화시키는데 사용되어 온도가 상승된 심층수의 온도를 감지하는 온도 센서(270)를 더 포함할 수 있다.

    증발기(210)에서 도입된 해수의 증발에 따라 습증기가 형성되면, 도입된 해수의 염도는 점점 높아지다가 결국 소금이 형성되는데, 이러한 소금 결정은 설비의 작동 이상을 초래할 수 있으므로, 적절히 제거되거나 사전에 소금 결정의 형성을 차단해야 한다. 이를 위해 본 실시예는 증발기(210)에 마련되어 증발기(210) 내의 해수 염도를 감지하는 염도 센서(250) 및 설정된 농도 이상으로 농축된 염수를 증발기(210) 외부로 배출시키는 배출 펌프(260)를 구비한다.

    한편, 본 실시예의 시스템이 해상 설비 내의 화력 또는 원자력 등의 기존 발전 시스템에 추가로 설치되는 경우, 기존 발전 시스템의 복수기 배출 냉각수(W)만으로 본 시스템에 충분한 해수가 공급될 수도 있다. 이러한 경우, 본 실시예 시스템의 복수기(230)에서 수증기를 상변화시켜 온도가 상승된 심층수는 바다로 배출될 수도 있는데, 이 경우 배출 온도가 표층수의 수온보다 높으면 해양 생태계에 영향을 줄 수 있으므로, 본 실시예는 이를 위해 온도 센서(270)를 구비하였다.

    기 설치된 발전 시스템에서 발생하는 복수기 냉각수(W)가 충분하지 않거나, 본 실시예의 발전 시스템에서 발생하는 복수기(230) 냉각 해수의 온도가 표층수보다 높은 경우에는, 본 실시예의 발전 시스템에서 발생하는 복수기(230) 냉각 해수를 증발기(210)에 도입시킬 수도 있다.

    태양열 축열부(100)는 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 가압 펌프(110)와, 가압 펌프(110)에 연결되며 태양열을 흡수하고 집열하여 유체를 가열함으로써 과열 유체를 형성시키는 태양열 가열기(120)와, 과열 유체와 열교환을 통해, 수증기의 건도를 증가시키거나 습증기를 과열증기로 만드는 열교환기(130)를 포함할 수 있다.

    본 실시예에 기재된 과열 유체란 과열 가스와 과열 액체를 포함하는 개념으로 사용된 것으로서, 여기서 과열 액체란 외부압력의 상승에 따라 끓는점 이상의 온도에 도달하였음에도 기화되지 않고 액체 상태를 유지하는 액체를 말한다.

    이는 다음의 원리에 의한 것이다.

    보일-샤를의 법칙(Boyle-Charles' Law)은 온도가 일정할 때 기체의 압력은 부피에 반비례한다는 보일의 법칙과 압력이 일정할 때 기체의 부피는 온도의 증가에 비례한다는 샤를의 법칙을 조합하여 만든 법칙으로 온도, 압력, 부피가 동시에 변화할 때 이들 사이의 관계를 나타낸다.

    이는 다음과 같은 수식으로 표현된다.

    위의 식에서 k는 일정하다.

    따라서 위의 식을 만족시키려면, 압력이 상승할 경우 이에 따른 온도도 상승해야 함을 알 수 있다.

    액체의 끓는점이란, 액체가 증발하면서 발생한 기체의 내부 압력과 외부 압력이 동일하게 되는 온도이고, 이를 위의 식에 적용해보면 외부 압력이 상승하는 경우, 액체의 끓는점도 상승해야 한다는 결론에 도달한다.

    본 발명은 이러한 압력 상승에 의한 끓는점 오름 원리를 이용한다. 즉 가압 펌프(110)를 통해 압력을 상승시켜 유체의 끓는점을 높이고, 태양열로 가열하여 유체를 원래의 끓는점 이상으로 가열된 과열 유체를 형성시킨 후 이를 증기와 열교환시켜 발전에 사용한다.

    증기는 열교환을 통해 건도가 높아지고, 과열 증기로 변환될 수 있다. 여기서 과열 증기란 다음과 같다. 압력이 일정한 상태에서 액체를 가열하면 온도가 올라가고, 일정온도에 달하면 증발하기 시작하고, 이를 다시 가열하더라도 전부가 증발할 때까지는 온도가 변하지 않고 액체와 증기가 공존한다. 이것을 습윤포화증기라 하고, 전부 증기로 상 변화된 것을 건조포화증기라 한다. 건조포화증기를 다시 가열하면 증기의 온도는 상승하는데, 이것을 과열증기라 하며, 과열 증기온도 및 포화 증기온도의 차를 과열도라 한다.

    이러한 과열 증기를 이용하면 터빈 등의 출력을 높일 수 있다.

    한편, 건도란 습포화 증기 중에서 건포화 증기의 중량비를 말한다. 건포화 증기란 수분을 전혀 포함하지 않은 상태의 포화증기를 말하며 이때 건도는 1이 된다. 즉, 건도는 습포화 증기에서 어느 정도로 수분을 포함하는지를 나타내는 수분함유율을 의미하는데, 습포화 증기 1 ㎏에 건포화 증기가 x ㎏ 포함되어 있다면, 수분 함량은 (1-x) ㎏이 되며, 이때 건도는 x가 된다. 건도는 잠열량 및 엔탈피와 정비례관계를 나타낸다.

    가압 펌프(110)에 의한 압력 상승의 정도는 원하는 끓는점 오름 효과를 고려하여 결정할 수 있는데, 도입된 유체의 임계점 이하의 압력 중에서 선택될 수 있다.

    일 예로, 도입된 유체가 물인 경우 임계점은 225.56 kgf/㎠, 374.15℃이고, 본 실시예의 가압 펌프(110) 및 태양열 가열기(120)를 이용하여 약 370℃까지의 고온수가 형성될 수 있다.

    태양열 축열부(100)는 열교환기(130)의 내부에 설치되어 과열 유체가 순환하여 흐르며 수증기와 열교환 작용하는 열교환 튜브(140)를 더 포함할 수 있다.

    열교환기(130)는 증발기(210)와 터빈 발전기(220)를 연결하는 유로에 마련됨으로써, 증발기(210)로부터 배출되는 수증기가 열교환기(130)에서 과열 유체와 열교환을 통해 과열도를 가지거나 건도 및 엔탈피가 증가되어 터빈 발전기(220)로 공급될 수 있다. 터빈 발전기(220)에서는, 증기가 증기터빈에 도입됨에 따라 발전기를 구동시켜 전력을 생산한다.

    본 실시예는 가압 펌프(110) 및 태양열 가열기(120)로 형성된 과열 유체를 저장해 두기 위한 과열 유체 탱크(미도시)가 추가될 수 있다. 과열 유체 탱크를 추가로 설치하면, 태양열을 이용하여 과열 유체를 형성하기 어려운 상황, 예를 들어 야간이나 장마철 등 일조량이 충분치 않은 경우에도 안정적으로 과열 유체를 공급해 발전기 출력을 높이는 것이 가능해진다.

    유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택될 수 있다.

    본 발명의 다른 측면에 의하면, 선박을 포함한 해상 설비에서 복수기 배출수를 활용하는 발전 방법에 있어서,

    1) 해상 설비 내의 화력, 원자력을 포함한 다른 발전 시스템에서 배출되는 복수기 배출 해수(W)를 공급받아 저압에서 증기를 형성시키는 단계;

    2) 태양광을 흡수 및 집열하여 유체를 가열하여 과열 유체를 형성하고, 증기와 과열 유체를 열교환시켜 엔탈피를 증가시키는 단계; 및

    3) 엔탈피가 증가된 증기를 증기터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계를 포함하는 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 방법이 제공된다.

    과열 유체는 유체를 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성되며, 과열 유체와의 열교환으로 증기는 과열도를 가지거나 엔탈피가 증가할 수 있다.

    과열 유체와 열 교환된 증기는 건도가 증가하거나 과열 증기가 될 수 있다.

    본 실시예의 복수기 배출수 및 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템은, 화력 또는 원자력을 포함한 해양 설비(S) 내의 다른 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 해수를 공급받아 증발시키고, 가압 후 태양열로 가열하여 형성된 과열 유체를 증기와 열교환시켜 증기의 건도 및 엔탈피를 높임으로써, 과열 증기로 변환시켜 발전에 사용한다. 그리하여 전기나 화석 연료 등의 다른 에너지원을 사용한 설비를 설치하지 않고도 발전기 출력을 충분히 향상시킬 수 있다.

    그리고 해양 설비 내 화력 및 원자력 등 발전 시스템의 복수기에서 배출되는 냉각 해수를 발전에 활용함으로써, 가온된 냉각수의 배출로 인한 환경적 영향을 줄이고, 냉각수에 열교환으로 전달된 열을 효과적으로 활용할 수 있다. 가온된 냉각수를 발전 시스템의 작동 유체로 공급함으로써 가온되지 않은 작동 유체를 이용할 때에 비해 단시간에 증기 형성이 가능해지고, 이로 인해 발전 시스템의 가동 시간도 단축될 수 있다. 또한 화석 연료나 전기 에너지를 사용하지 않고 태양열과 해수 온도차만으로 가동되는 경제적이고 친환경적인 해양 온도차 발전 시스템을 제공할 수 있다.

    본 실시예를 통해 해양 설비의 발전 효율을 향상시키는 동시에 해양 설비에 필요한 담수를 공급할 수 있으며, 가열된 복수기 냉각수의 배출에 의해 해양 생태계가 받는 영향을 감소시킬 수 있다.

    이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

    S: 해양 설비
    W: 해양 설비 내 다른 발전 시스템에서의 복수기 배출 해수
    100: 태양열 축열부
    110: 가압 펌프
    120: 태양열 가열기
    130: 열교환기
    140: 열교환 튜브
    200: 발전 담수부
    210: 증발기
    220: 터빈 발전기
    230: 복수기
    240: 원수 탱크
    250: 염도 센서
    260: 배출 펌프
    270: 온도 센서

    QQ群二维码
    意见反馈