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KR102117764B1 - 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템 - Google Patents

팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템 Download PDF

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KR102117764B1
KR102117764B1 KR1020180115609A KR20180115609A KR102117764B1 KR 102117764 B1 KR102117764 B1 KR 102117764B1 KR 1020180115609 A KR1020180115609 A KR 1020180115609A KR 20180115609 A KR20180115609 A KR 20180115609A KR 102117764 B1 KR102117764 B1 KR 102117764B1
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expansion tank
tank
heating oil
sub
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Abstract

팽창탱크 내의 열매유 수위 조절을 통해 열매유를 냉각부와 접촉시켜 열매유의 온도를 조절할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템은, 발전시스템의 작동유체와 열매유를 열교환시키기 위해 상기 열매유를 순환시키는 열매유 순환부; 상기 열매유의 온도 변화에 따라 상기 열매유의 적어도 일부를 저장하거나 기 저장되어 있는 열매유를 상기 열매유 순환부로 공급하여 상기 열매유의 부피변화를 보상하는 팽창탱크; 상기 팽창탱크의 내부에 설치되고, 상기 팽창탱크 내의 열매유와 접촉하여 상기 열매유를 냉각시키는 냉각부; 상기 팽창탱크 내의 열매유를 상기 냉각부와 접촉시키기 위해 상기 팽창탱크로 추가 공급될 열매유가 저장되는 서브탱크; 및 상기 팽창탱크 내의 열매유 수위를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템{System for Controlling Temperature of Heat Transfer Oil Using Expansion Tank}
본 발명은 발전시스템에 관한 것이다.
기존의 고온 발전에 비해 낮은 온도의 열원을 이용하는 중저온 발전시스템이 개발 및 확대되고 있다. 낮은 온도에서 발전하기 위해서는 낮은 온도에서 끓는 점을 갖는 작동유체가 이용된다. 중저온 발전 시스템은 작동유체의 특성 또는 발전시스템의 구성에 따라 유기랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle:ORC), 카리나 사이클(Kalina Cycle), 우에하라 사이클(Uehara Cycle)로 구분된다.
상술한 바와 같은 중저온 발전 시스템은 배가스, 지열, 스팀 등과 같은 폐열을 이용하여 발전할 수 있다. 보다 구체적으로, 중저온 발전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같은 열매유 순환 시스템을 통해 순환되는 열매유를 폐열을 이용하여 가열시키고, 열매유와의 열교환을 통해 가열되는 작동유체를 이용하여 전기 에너지를 생산하게 된다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 열매유 순환 시스템에 대해 간략히 설명한다. 도 1은 일반적인 열매유 순환 시스템의 구성을 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 열매유 순환 시스템(100)은 순환펌프(110), 보일러(120), 증발기(130), 및 팽창탱크(140)를 포함한다.
순환펌프(110)는 열매유를 가압하여 보일러(120)로 토출한다. 보일러(120)는 순환펌프(110)로부터 토출되는 저온의 열매유를 폐열을 이용하여 가열한 후 증발기(120)로 공급한다. 증발기(130)는 보일러(120)에 의해 가열된 고온의 열매유와 중저온 발전 시스템에서 순환되는 저온의 작동유체를 열교환시켜 작동유체를 기화시킨다. 증발기(130)에서 열교환에 이용된 열매유는 팽창탱크(140)를 통해 순환펌프(110)로 다시 공급된다. 이때, 팽창탱크(140)는 열매유 순환 시스템(100) 내에서 순환되는 열매유의 유량을 조절하는 역할을 수행한다.
도 1에 도시된 바와 같은 열매유 순환 시스템(100)의 경우, 중저온 발전 시스템의 동작이 정지하게 되면 열매유를 작동유체와 열교환시킬 수 없게 되므로 열매유의 온도가 지속적으로 상승할 수 밖에 없고, 열매유의 온도 상승으로 인해 열매유의 온도가 최대온도를 초과하게 되면 열매유의 탄화가 발생하여 열매유 전체를 교체하여야 하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 팽창탱크 내의 열매유 수위 조절을 통해 열매유를 냉각부와 접촉시켜 열매유의 온도를 조절할 수 있는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템은, 발전시스템의 작동유체와 열매유를 열교환시키기 위해 상기 열매유를 순환시키는 열매유 순환부; 상기 열매유의 온도 변화에 따라 상기 열매유의 적어도 일부를 저장하거나 기 저장되어 있는 열매유를 상기 열매유 순환부로 공급하여 상기 열매유의 부피변화를 보상하는 팽창탱크; 상기 팽창탱크의 내부에 설치되고, 상기 팽창탱크 내의 열매유와 접촉하여 상기 열매유를 냉각시키는 냉각부; 상기 팽창탱크 내의 열매유를 상기 냉각부와 접촉시키기 위해 상기 팽창탱크로 추가 공급될 열매유가 저장되는 서브탱크; 및 상기 팽창탱크 내의 열매유 수위를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 발전시스템의 동작이 정지하거나 폐열의 온도가 상한치를 초과하는 경우 팽창탱크 내의 열매유 수위조절을 통해 열매유가 냉각부와 접촉되게 함으로써 열매유의 온도를 조절할 수 있기 때문에, 열매유의 온도상승 및 온도상승으로 인한 열매유의 탄화현상 발생을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 팽창탱크 내부에서 열매유의 온도조절이 수행되기 때문에 열매유의 온도조절을 위한 장치를 설치하기 위한 별도의 공간이 요구되지 않아 시스템을 소형화할 수 있음은 물론, 이를 통해 시스템의 설치공간을 최소화할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 열매유가 순환되는 팽창탱크 내에서 열매유를 냉각시킬 수 있기 때문에, 열매유의 냉각을 위한 별도의 장치를 이용하는 경우에 비하여 열매유를 지속적으로 순환시키면서 냉각시킬 수 있어 열매유의 경화현상이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 열매유의 경화 방지를 위해 별도의 냉각장치로 열매유를 공급할 필요가 없어 열 손실로 인한 시스템 효율 저하를 방지할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 열매유의 냉각을 위해 별도의 외기가 요구되지 않기 때문에 외기로 인한 배가스의 역류 및 유독성 물질(NOx, SOx) 발생을 미연에 방지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 열매유 순환 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3a는 도 2에 도시된 팽창탱크 내에 설치되는 냉각부의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3b는 도 2에 도시된 팽창탱크 내에 설치되는 냉각부의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 팽창탱크와 서브탱크 간의 용량관계를 보여주는 도면이다.
도 5는 정상운전모드에서 열매유 예열시 열매유의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 6은 정상운전모드에서 열매유 가열시 열매유의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 7은 긴급운전모드에서 열매유 추가공급시 열매유의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 8은 긴급운전모드에서 열매유 추가공급 완료시 열매유의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 9는 긴급운전모드에서 열매유의 냉각완료시 열매유의 흐름을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2에 도시된 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템(200, 이하, '열매유 온도조절시스템'이라 함)은 열매유와 발전시스템(미도시)의 작동유체를 열교환시켜 작동유체를 가열시킴으로써, 발전시스템이 작동유체를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있도록 한다.
일 실시예에 있어서, 발전시스템은 낮은 온도에서 끓는 점을 갖는 작동유체를 이용하는 중저온 발전시스템일 수 있다. 구체적으로, 발전시스템은 유기랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle:ORC), 카리나 사이클(Kalina Cycle), 또는 우에하라 사이클(Uehara Cycle) 중 어느 하나의 사이클을 이용하는 발전시스템일 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열매유 온도조절시스템(200)의 구성을 구체적으로 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열매유 온도조절시스템(200)은, 열매유 순환부(210), 팽창탱크(220), 냉각부(230), 서브탱크(240), 제1 내지 제4 밸브(250~280), 및 제어부(250)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 열매유 온도조절시스템(200)은 질소주입부(310)를 더 포함할 수 있다.
열매유 순환부(210)는 발전시스템의 작동유체와 열매유를 열교환시키기 위해 열매유를 순환시킨다. 이를 위해, 열매유 순환부(210)는 순환펌프(212), 보일러(214), 및 증발기(216)를 포함한다.
순환펌프(212)는 팽창탱크(220)로부터 공급되는 열매유를 가압하여 보일러(214)로 토출한다. 보일러(214)는 순환펌프(212)에서 토출되는 열매유를 폐열과 열교환시킴으로써 열매유를 가열한다. 보일러(214)는 가열된 열매유를 증발기(216)로 공급한다. 증발기(216)는 보일러(214)로부터 공급되는 가열된 열매유를 작동유체와 열교환시킴으로써 작동유체를 기화시킨다. 증발기(216)는 작동유체와의 열교환에 이용된 열매유를 팽창탱크(220) 또는 서브탱크(240)로 공급함으로써 열매유가 다시 순환될 수 있도록 한다.
일 실시예에 있어서, 열매유 순환부(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 보일러(214)에서 출력되는 열매유를 증발기(216)로 공급하지 않고 팽창탱크(220) 또는 서브탱크(240) 측으로 바이패스시키기 위한 바이패스부(218)를 더 포함할 수 있다.
바이패스부(218)는 보일러(214)의 출력단에 연결되어 보일러(214)로부터 출력되는 열매유를 팽창탱크(220) 또는 서브탱크(240) 측으로 바이패스시킨다. 이를 위해, 바이패스부(218)는 바이패스배관(218a) 및 바이패스밸브(218b)를 포함할 수 있다.
바이패스배관(218a)은 보일러(214)의 출력단을 서브탱크(240)의 입력단에 연결시킨다. 바이패스배관(218a)은 바이패스밸브(218b)가 바이패스배관(218a)측으로 개방되면 보일러(214)에서 출력되는 열매유가 팽창탱크(220) 또는 서브탱크(240) 측으로 공급되도록 한다.
바이패스밸브(218b)는 개폐동작을 통해 보일러(214)로부터 공급되는 열매유를 증발기(214)로 공급하거나 바이패스배관(218a)을 통해 팽창탱크(220) 또는 서브탱크(240) 측으로 바이패스시킨다.
구체적으로, 바이패스밸브(218b)는 정상운전모드에서 열매유의 예열이 필요한 경우 바이패스배관(218a)측으로 개방됨으로써 보일러(214)에서 출력되는 열매유가 팽창탱크(220) 또는 서브탱크(240) 측으로 공급되도록 한다. 이후, 열매유의 온도가 미리 정해진 제1 기준온도에 도달하면 바이패스밸브(218b)는 증발기(216)측으로 개방됨으로써 보일러(214)에서 출력되는 열매유가 증발기(216)로 공급되도록 한다.
또한, 바이패스밸브(218b)는 긴급운전모드인 경우 바이패스배관(218a)측으로 개방됨으로써 보일러(214)에서 출력되는 열매유 전부가 팽창탱크(220) 또는 서브탱크(240) 측으로 공급되도록 한다. 이를 통해, 바이패스밸브(218b)는 열매유가 팽창탱크(220) 내에서 냉각될 수 있도록 한다.
일 실시예에 있어서, 바이패스밸브(218b)는 보일러(214), 증발기(218), 및 바이패스배관(218a)에 연결되는 3-Way 밸브로 구현될 수 있다.
열매유 온도조절시스템(200)의 운전모드에 따른 바이패스밸브(218b)의 개폐동작은 제어부(290)에 의해 수행될 수 있다.
상술한 실시예에서, 정상운전모드란 열매유를 가열시켜 열매유와 작동유체를 열교환시키는 운전모드를 의미한다. 긴급운전모드란 발전시스템에 이상이 발생하거나 보일러(214)로 공급되는 폐열이 상한치를 초과하는 경우 열매유를 냉각시키기 위한 운전모드를 의미한다.
한편, 본 발명에 따르면 열매유 순환부(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 페열공급 조절부(300)를 더 포함할 수 있다.
폐열공급 조절부(300)는 운전모드에 따라 보일러(214)로 폐열을 공급하거나 보일러(214)로 폐열 공급을 차단하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 폐열공급 조절부(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 댐퍼(302~306)를 포함한다.
제1 댐퍼(302)는 정상운전모드시 개방되어 외부에서 공급되는 폐열을 보일러(214)로 공급하고, 긴급운전모드시 폐쇄되어 폐열이 보일러(214)로 공급되지 않도록 한다. 일 실시예에 있어서, 페열은 주공정에서 발생되는 배가스일 수 있다.
제2 댐퍼(304)는 외부에서 공급되는 폐열을 바이패스시키는 역할을 수행한다. 구체적으로, 제2 댐퍼(304)는 정상운전모드시 폐쇄되어 외부에서 공급되는 폐열이 바이패스되지 않도록 하고, 긴급운전모드시 개방되어 외부에서 공급되는 폐열이 외부로 바이패스되도록 한다.
제3 댐퍼(306)는 긴급운전모드시 폐쇄되어 제2 댐퍼(304)의 개방으로 인해 바이패스되는 폐열이 보일러(214)로 역류하는 것을 방지한다. 한편, 제3 댐퍼(306)는 정상운전모드시 개방되어 보일러(214)에서 열매유와의 열교환에 이용된 폐열이 외부로 배출될 수 있도록 한다.
열매유 온도조절시스템(200)의 운전모드에 따른 제1 내지 제3 댐퍼(302~306)의 개폐동작은 제어부(290)에 의해 수행될 수 있다.
팽창탱크(220)는 열매유 순환부(210)를 통해 순환되는 열매유의 온도 변화에 따라 열매유의 적어도 일부를 저장하거나, 기 저장되어 있는 열매유를 열매유 순환부(210)로 공급함으로써 열매유의 부피변화를 보상한다. 팽창탱크(220) 내의 열매유의 수위는 제어부(290)에 의해 조절된다.
일 실시예에 있어서 팽창탱크(220)는 팽창탱크(220) 내의 열매유 수위를 측정하기 위한 제1 레벨센서(미도시)를 포함할 수 있다. 제1 레벨센서는 미리 정해진 주기마다 또는 미리 정해진 이벤트가 발생하는 경우 팽창탱크(220) 내의 열매유 수위를 측정하여 제어부(290)로 전달한다.
냉각부(230)는 팽창탱크(220)의 내부에 설치되어 팽창탱크(220) 내의 열매유와 접촉함으로써 열매유를 냉각시킨다. 냉각부(230)는 팽창탱크(220) 내에서 열매유와 접촉하지 않는 높이, 즉 열매유의 수위보다 높은 위치에 설치된다. 이에 따라, 정상운전모드에서는 팽창탱크(220) 내의 열매유가 냉각부(230)와 접촉하지 않기 때문에 열매유가 냉각되지 않지만, 긴급운전모드에서는 팽창탱크(220) 내의 열매유 수위가 증가함에 따라 열매유가 냉각부(230)와 접촉함으로써 열매유가 냉각된다.
이때, 냉각부(230)는 열매유의 냉각을 위한 냉각수가 순환되는 냉각수배관으로 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 냉각부(230)는 코일 형태의 배관 또는 튜브 형태의 배관으로 구성될 수 있고, 냉각수는 순수(Demi-water)일 수 있다. 특히, 냉각부(230)는 방열되는 열량을 늘리기 위해 열매유와 접촉될 수 있는 면적이 증가하는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 냉각부(230)는 열매유의 잔열 방출 및 급작스런 열에 의한 냉각수의 기화로부터 냉각수 배관의 파손을 방지하기 위해 기준값 이상의 두께를 갖는 강관으로 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 냉각부(230)는 도 3a에 도시된 바와 같은 수직타입의 냉각부 또는 도 3b에 도시된 바와 같은 수평타입의 냉각부로 구현될 수 있다. 이때, 팽창탱크(220) 내의 압력이 기준값 이하인 열매유 온도조절시스템(200)에서는 도 3a에 도시된 수직타입의 냉각부를 이용하는 것이 바람직하고 팽창 탱크의 압력이 기준값을 초과하는 열매유 온도조절시스템(200)에서는 도 3b에 도시된 바와 같은 수평타입의 냉각부를 이용하는 것이 바람직하다.
서브탱브(240)는 팽창탱크(220) 내의 열매유를 냉각부(230)와 접촉시키기 위해 팽창탱크(230)로 추가 공급될 열매유가 저장된다. 즉, 서브탱크(240)는 긴급운전모드인 경우 팽창탱크(220) 내의 열매유가 냉각부(230)와 접촉할 때까지 열매유를 팽창탱크(230)로 추가 공급함으로써 팽창탱크(220) 내의 열매유 수위를 증가시킨다.
일 실시예에 있어서, 서브탱크(240)에서 팽창탱크(220)로의 열매유 공급을 원활하게 하기 위해 서브탱크(240)는 팽창탱크(220) 보다 높은 곳에 설치될 수 있다.
한편, 서브탱크(240)는 정상운전모드인 경우 열매유 순환부(210)를 통해 순환되는 열매유의 적어도 일부를 저장하거나 기 저장된 열매유를 열매유 순환부(210)로 공급함으로써 열매유의 온도변화에 따른 부피변화를 보상한다.
일 실시예에 있어서, 서브탱크(240)는 팽창탱크(220)와 동일한 재질로 구성될 수 있다. 이때, 서브탱크(240)의 최소용량은 도 4에 도시된 바와 같이 정상운전모드에서의 팽창탱크(220)의 열매유 수위인 기본수위에서 냉각부(230)가 열매유에 잠기는 높이까지의 부피(C)와 동일하게 설정된다.
한편, 서브탱크(240)는 서브탱크(240) 내의 열매유 수위를 측정하기 위한 제2 레벨센서(미도시)를 포함할 수 있다. 제2 레벨센서는 미리 정해진 주기마다 또는 미리 정해진 이벤트가 발생하는 경우 서브탱크(240) 내의 열매유 수위를 측정하여 제어부(290)로 전달한다.
상술한 바와 같은 서브탱크(240)의 동작을 위해 본 발명에 따른 열매유 온도조절 시스템(200)은 제1 내지 제4 밸브(250~280)를 더 포함한다.
제1 밸브(250)는 팽창탱크(220)와 서브탱크(240)를 연결하는 배관 내에 설치되어 개폐동작에 따라 서브탱크(240)로부터 팽창탱크(220)로 열매유가 공급되게 하거나 열매유의 공급이 차단되도록 한다.
제2 밸브(260)는 열매유 순환부(210)와 서브탱크(240)를 연결하는 배관 내에 설치되어 개폐동작에 따라 열매유 순환부(210)로부터 서브탱크(240)로 열매유가 공급되게 하거나 열매유의 공급이 차단되도록 한다.
제3 밸브(270)는 서브탱크(240)를 열매유 순환부(210)를 통해 팽창탱크(220)에 연결시키는 배관 내에 설치되어 개폐동작에 따라 열매유가 서브탱크(240)로부터 열매유 순환부(210)를 통해 팽창탱크(220)로 공급되게 하거나 해당 경로를 통한 열매유의 공급이 차단되도록 한다.
제4 밸브(280)는 개폐동작에 따라 열매유 순환부(210)에서 순환되는 열매유가 서브탱크(240)를 바이패스하여 팽창탱크(220)로 공급되게 하거나, 열매유가 서브탱크(240)를 경유하여 팽창탱크(220)로 공급되게 한다.
제어부(290)는 열매유 온도조절시스템(200)의 운전모드에 따라 바이패스밸브(218b), 제1 내지 제4 밸브(250), 및 제1 내지 제3 댐퍼(302~306)의 개폐동작과, 질소주입부(310)의 동작을 제어한다. 이하, 제어부(290)에 의한 구체적인 제어동작을 도 5 내지 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 정상운전모드에서 열매유 예열시 제어부(290)의 제어에 따른 열매유의 흐름을 보여주는 도면이고, 도 6은 정상운전모드에서 열매유 가열시 제어부(290)의 제어에 따른 열매유의 흐름을 보여주는 도면이며, 도 7은 긴급운전모드에서 열매유 추가공급시 제어부(290)의 제어에 따른 열매유의 흐름을 보여주는 도면이고, 도 8은 긴급운전모드에서 열매유 추가공급 완료시 제어부(290)의 제어에 따른 열매유의 흐름을 보여주는 도면이며, 도 9는 긴급운전모드에서 열매유의 냉각완료시 제어부(290)의 제어에 따른 열매유의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(290)는 정상운전모드에서 열매유의 예열이 필요한 경우, 제1 및 제3 댐퍼(302, 306)는 개방시키고 제2 댐퍼(304)는 패쇄시킴으로써 폐열이 ①번 경로를 따라 흐르도록 함으로써 외부로부터 유입되는 폐열이 보일러(214)로 공급되게 한다. 또한, 제어부(290)는 바이패스밸브(218b)를 바이패스배관(218a)측으로 개방시키고, 제2 밸브(260) 및 제3 밸브(270)는 개방시키고 제1 밸브(250) 및 제4 밸브(260)는 패쇄시킴으로써 열매유가 ②번 경로를 따라 순환하도록 함으로써 열매유가 폐열과의 열교환을 통해 가열될 수 있도록 한다.
이후, 열매유의 온도가 제1 기준온도 이상이 되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(290)는 바이패스밸브(218b)를 증발기(216)측으로 개방시킴으로써 열매유가 ③번경로를 따라 순환하도록 함으로써 열매유가 발전시스템의 작동유체와 열교환될 수 있도록 한다. 이때, 바이패스밸브(218b)의 상태를 제외한 나머지 제1 내지 제4 밸브(250~280)과 제1 내지 제3 댐퍼(302~306)들의 상태는 도 5에 도시된 것과 동일하다.
한편, 발전시스템에 이상이 발생하거나 보일러(214)로 공급되는 폐열이 미리 정해진 상한치를 초과하는 경우 제어부(290)는 열매유 온도조절시스템(200)을 긴급운전모드로 동작시킨다.
구체적으로, 제어부(290)는 도 7에 도시된 바와 같이, 긴급운전모드시 제1 및 제3 댐퍼(302, 306)는 폐쇄시키고 제2 댐퍼(304)는 개방시킴으로써 폐열이 ④번 경로를 따라 흐르도록 함으로써 외부로부터 유입되는 폐열이 보일러(214)로 공급되지 않고 바이패스 되도록 한다. 또한, 제어부(290)는 바이패스밸브(218b)를 바이패스배관(218a)측으로 개방시키고, 제1 밸브(250), 제3 밸브(270), 및 제4 밸브(280)를 모두 개방시키며, 제2 밸브(260)는 패쇄시킴으로써 열매유가 ⑤번 경로를 따라 흐르도록 한다.
이러한 제어동작에 따라 서브탱크(240)에 저장되어 있는 열매유는 제1 밸브(250) 및 제3 밸브(270)를 통해 팽창탱크(220)로 공급되고(⑤-1) 열매유 순환부(210)를 통해 순환되는 열매유는 제4 밸브(280)를 통해 서브탱크(240)를 바이패스하여 팽창탱크(220)로 공급된다. 이를 통해, 팽창탱크(220) 내의 열매유 수위가 증가하게 되어 팽창탱크(220) 내의 열매유가 팽창탱크(220) 내에 설치된 냉각부(230)와 접촉함으로써 냉각되기 시작한다.
이후, 서브탱크(240)에 설치된 제2 레벨센서(미도시)에 의해 측정된 서브탱크(240) 내의 열매유 수위가 미리 정해진 하한치에 도달하면, 제어부(290)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 밸브(250) 및 제3 밸브(270)를 패쇄 상태로 변경시킴으로써 열매유가 ⑥번 경로를 따라 흐르도록 한다. 이를 통해, 열매유가 열매유 순환부(210) 및 팽창탱크(220)를 따라 순환함으로써 열매유의 냉각상태가 유지되게 된다. 제1 밸브 및 제3 밸브(250, 270)를 제외한 바이패스밸브(218b), 제2 및 제4 밸브(260, 280), 및 제1 내지 제3 댐퍼(302~306)의 상태는 도 6에 도시된 것과 동일하다.
이후, 열매유의 온도가 미리 정해진 제2 기준온도 이하가 되면, 제어부(290)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 및 제3 밸브(260, 270)를 개방상태로 변경시킴으로써 열매유가 ⑦번 경로를 따라 흐르도록 한다. 이를 통해, 열매유가 열매유 순환부(210), 서브탱크(240), 및 팽창탱크(220)를 따라 순환하게 된다. 제2 밸브 및 제3 밸브(260, 270)를 제외한 바이패스밸브(218b), 제1 및 제4 밸브(250, 280), 및 제1 내지 제3 댐퍼(302~306)의 상태는 도 7에 도시된 것과 동일하다.
이후, 발전시스템이 정상동작하게 되거거나 보일러(214)로 공급되는 폐열이 상한치 이하가 되면, 제어부(290)는 각 밸브들 및 댐퍼들의 상태를 도 5에 도시된 상태로 설정함으로써 열매유 온도조절시스템(200)을 정상운전모드로 동작시킨다.
다시 도 2를 참조하면, 질소주입부(310)는 팽창탱크(220) 및 서브탱크(240) 내의 압력을 조절하기 위해 팽창탱크(220) 및 서브탱크(240)로 주입되는 질소의 양을 조절한다. 이를 위해, 질소주입부(310)는 제1 질소주입밸브(312) 및 제2 질소주입밸브(314)를 포함한다.
제1 질소주입밸브(312)는 질소저장탱크(미도시)와 팽창탱크(220)를 연결하는 배관 내에 설치되어 질소저장탱크로부터 팽창탱크(220)로 주입되는 질소의 양을 조절한다. 제1 질소주입밸브(312)는 정상운전모드일 때에는 상술한 제어부(290)의 제어에 따라 개도율이 조절되어 팽창탱크(220) 내의 압력이 기준압력으로 유지될 수 있는 양의 질소가 팽창탱크(220) 내로 주입되게 한다. 또한, 제1 질소주입밸브(312)는 긴급운전모드일 때에는 제어부(290)의 제어에 따라 개도율이 조절되어 팽창탱크(220) 내의 압력이 기준압력 보다 낮은 압력이 되게 하는 양의 질소가 팽창탱크(220) 내로 주입되게 한다.
제2 질소주입밸브(314)는 질소저장탱크와 서브탱크(240)를 연결하는 배관 내에 설치되어 질소저장탱크로부터 서브탱크(240)로 주입되는 질소의 양을 조절한다. 제2 질소주입밸브(314)는 정상운전모드일 때에는 제어부(290)의 제어에 따라 개도율이 조절되어 서브탱크(240) 내의 압력이 기준압력으로 유지될 수 있는 양의 질소가 서브탱크(240) 내로 주입되게 한다. 또한, 제2 질소주입밸브(314)는 긴급운전모드일 때에는 제어부(290)의 제어에 따라 개도율이 조절되어 서브탱크(240) 내의 압력이 기준압력 보다 높은 압력이 되게 하는 양의 질소가 서브탱크(240) 내로 주입되게 한다.
이와 같이, 긴급운전모드일 때, 팽창탱크(220)와 서브탱크(240) 내의 압력 차이로 인해 서브탱크(240) 내의 열매유가 팽창탱크(220)로 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 발전 시스템의 동작이 정지하거나 배가스의 온도가 상한치를 초과하는 이상상황이 발생하게 되면 팽창탱크(220) 내의 열매유를 팽창탱크(220) 내에 구비된 냉각부(230)를 이용하여 냉각시킬 수 있기 때문에, 열매유의 온도상승 및 열매유의 온도상승으로 인한 열매유의 탄화현상 발생을 방지할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 경우 냉각부(230)가 팽창탱크(220) 내부에 설치되기 때문에 응축기와 같은 열매유의 냉각을 위한 별도의 장치를 이용하는 경우에 비하여 열매유의 냉각을 위한 장치를 설치하기 위한 별도의 공간이 요구되지 않아 열매유 온도조절시스템(200)을 소형화할 수 있음은 물론, 이를 통해 열매유 온도조절시스템(200)의 설치공간을 최소화할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따르면 열매유가 순환되는 팽창탱크(220) 내에서 열매유를 냉각시킬 수 있기 때문에, 응축기와 같은 열매유의 냉각을 위한 별도의 장치를 이용하는 경우에 비하여 열매유를 지속적으로 순환시키면서 냉각시킬 수 있어 열매유의 경화현상이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 열매유의 경화 방지를 위해 별도의 냉각장치로 열매유를 공급할 필요가 없어 열 손실로 인한 시스템 효율 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 경우 열매유의 냉각을 위해 별도의 외기가 요구되지 않기 때문에 외기로 인한 배가스의 역류 및 유독성 물질(NOx, SOx) 발생을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200: 열매유 온도조절시스템 210: 열매유 순환부
220: 팽창탱크 230: 냉각부
240: 서브탱크 250: 제1 밸브
260: 제2 밸브 270: 제3 밸브
280: 제4 밸브 290: 제어부
300: 폐열공급 조절부 310: 질소 주입부

Claims (16)

  1. 발전시스템의 작동유체와 열매유를 열교환시키기 위해 상기 열매유를 순환시키는 열매유 순환부;
    상기 열매유의 온도 변화에 따라 상기 열매유의 적어도 일부를 저장하거나 기 저장되어 있는 열매유를 상기 열매유 순환부로 공급하여 상기 열매유의 부피변화를 보상하는 팽창탱크;
    상기 팽창탱크의 내부에 설치되고, 상기 팽창탱크 내의 열매유 수위가 증가되면 상기 팽창탱크 내의 열매유와 접촉하여 상기 열매유를 냉각시키는 냉각부;
    상기 팽창탱크 내의 열매유가 상기 냉각부와 접촉되도록 상기 팽창탱크 내의 열매유 수위를 증가시키기 위한 추가 열매유가 저장되는 서브탱크; 및
    상기 팽창탱크 내의 열매유 수위를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 발전시스템에 이상이 발생하거나 상기 열매유 순환부로 공급되는 폐열의 온도가 상한치를 초과하면 긴급운전모드로 동작하고,
    상기 긴급운전모드에서 상기 팽창탱크의 내의 열매유가 상기 냉각부와 접촉하도록 상기 서브탱크 내의 열매유를 상기 팽창탱크로 공급하여 상기 팽창탱크 내의 열매유 수위를 증가시키는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    개폐동작에 따라 상기 서브탱크로부터 상기 팽창탱크로 공급되는 상기 열매유의 유량을 조절하는 제1 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는 긴급운전모드일 때 상기 팽창탱크 내의 열매유 수위를 증가시키기 위해 상기 제1 밸브를 개방시켜 상기 서브탱크 내의 열매유가 상기 팽창탱크로 공급되게 하는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서브탱크 내의 열매유 수위를 측정하는 레벨센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 긴급운전모드에서 상기 레벨센서에 의해 측정된 열매유 수위가 미리 정해진 하한치인 것으로 판단되면, 상기 제1 밸브를 폐쇄시켜 상기 서브탱크에서 상기 팽창탱크로의 열매유 공급을 차단시키는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    개폐동작에 따라 상기 열매유 순환부로부터 상기 서브탱크로 공급되는 상기 열매유의 유량을 조절하는 제2 밸브;
    개폐동작에 따라 상기 서브탱크로부터 상기 열매유 순환부를 통해 상기 팽창탱크로 공급되는 상기 열매유의 유량을 조절하는 제3 밸브; 및
    개폐동작에 따라 상기 열매유 순환부에서 순환되는 열매유가 상기 서브탱크를 바이패스하여 상기 팽창탱크로 공급되게 하는 제4 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는 긴급운전모드일 때 상기 제2 밸브는 패쇄시키고 상기 제3 및 제4 밸브는 개방시켜 상기 열매유 순환부에서 순환되는 열매유 및 상기 서브탱크 내의 열매유가 상기 팽창탱크로 공급되게 하는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서브탱크 내의 열매유 수위를 측정하는 레벨센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 긴급운전모드에서 상기 레벨센서에 의해 측정된 열매유 수위가 미리 정해진 하한치인 것으로 판단되면, 상기 제3 밸브를 추가로 폐쇄시켜 상기 열매유가 상기 팽창탱크 및 열매유 순환부를 통해 순환되게 하는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 긴급운전모드에서 상기 열매유의 온도가 미리 정해진 기준온도 이하가 되면 상기 제2 및 제3 밸브는 개방시키고 상기 제4 밸브는 패쇄시켜 상기 열매유가 상기 서브탱크, 팽창탱크, 및 열매유 순환부를 통해 순환되게 하는 것을 특징으로 하는 열매유 온도조절시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 정상운전모드일 때 상기 열매유의 온도 변화에 따라 상기 열매유 순환부를 통해 순환되는 열매유의 적어도 일부가 상기 서브탱크에 저장되게 하거나 상기 서브탱크에 기 저장되어 있는 열매유가 상기 열매유 순환부로 공급되게 하여 상기 열매유의 부피변화를 보상하는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 서브탱크는 상기 팽창탱크 보다 높은 곳에 설치되는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 팽창탱크 및 상기 서브탱크 내의 압력을 조절하기 위해 상기 팽창탱크 및 상기 서브탱크로 주입되는 질소의 양을 조절하는 질소주입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 질소주입부는,
    긴급운전모드일 때 상기 팽창탱크 내의 압력은 기준압력보다 낮고 상기 서브탱크 내의 압력은 상기 기준압력보다 높아지도록 상기 팽창탱크 및 상기 서브탱크 내로 주입될 질소의 양을 조절하고,
    정상운전모드일 때 상기 팽창탱크 및 상기 서브탱크 내의 압력이 기준압력으로 유지되도록 상기 팽창탱크 및 상기 서브탱크 내로 주입될 질소의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 열매유의 냉각을 위한 냉각수가 순환되는 냉각수배관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는 코일 형태의 배관 또는 튜브 형태의 배관인 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 열매유 순환부는,
    상기 팽창탱크로부터 공급되는 열매유를 가압하는 순환펌프;
    상기 가압된 열매유를 폐열과 열교환시켜 가열하는 보일러; 및
    상기 가열된 열매유를 상기 작동유체와 열교환시키는 증발기를 포함하고,
    상기 작동유체와의 열교환에 이용된 열매유는 상기 서브탱크 및 상기 팽창탱크 중 적어도 하나를 경유하여 상기 순환펌프로 공급되는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열매유 순환부는,
    정상운전모드에서 상기 열매유의 예열이 필요하거나 긴급운전모드일 때 상기 보일러에 의해 가열된 열매유를 바이패스시켜 상기 서브탱크 및 상기 팽창탱크 중 적어도 하나로 공급하는 바이패스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 열매유 순환부는,
    긴급운전모드일 때 상기 보일러로 폐열 공급을 차단하고, 정상운전모드일 때 상기 보일러로 상기 폐열을 공급하는 폐열 공급 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창탱크를 이용한 열매유 온도조절시스템.
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