KR100309017B1 - 열 에너지를 유용한 형태로 변환하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따라 열역학 사이클을 실시하는 방법은, 에너지를 유용한 형태로 변형하고 팽창된 기류(34)를 생성하기 위해서 기체 작용류(30)를 팽창시키고(HPT), 팽창된 기류로부터 추출류(66)를 제거하며, 추출류 및 희박류(68)의 혼합류를 형성하기 위해서 추출류(66)에 포함된 것보다 끓는 점이 높은 다량의 성분을 가지는 희박류(40)로 추출류(66)를 흡수하고, 추출류 및 희박류(70)의 혼합류를 일부 응축하며, 혼합된 작용류(50)를 제공하기 위해서 추출류(66)에 포함된 것보다 끓는 점이 높은 소량의 성분을 가지는 고농도류를 포함하는 유입 작용류(29)와 함께 응축된 형태로 추출류 및 희박류의 혼합류(70) 일부를 결합하고, 기체 작용류(30)를 제공하기 위해서 외부 열(31)로 혼합 작용류(50)를 가열하는 과정을 포함한다.

Description

열 에너지를 유용한 형태로 변환하는 시스템 및 방법{METHOD AND SYSTEM OF CONVERTING THERMAL ENERGY INTO A USEFUL FORM}
노에서 기계 동력으로 발생된 후 대부분의 열 동력 플랜트에서 전기 동력으로 생성되는 높은 열 에너지의 변환은 랭킨 순환 과정(Rankine Cycle)을 따른다. 미국 특허 제 4,899,545 및 4,732,005는 다성분 작용 유체의 사용을 기초로 한 열역학 사이클 과정을 설명한다. 이 과정은 랭킨 순환 과정과 다르고, 효율성이 높다. 미국 특허 제 4,899,545에서 설명된 시스템은 동력 산업에서 널리 이용되지 않고 복잡한 구성 성분 및, 증류탑을 이용한다.
본 발명은 열 에너지를 유용한 형태로 변환하기 위해서 열역학 사이클을 실행하는 것에 관련된다.
도 1 은 증류 응축 부시스템을 나타낸 도면.
도 2 는 도 1의 부시스템, 복열장치, 흡열장치 및 터빈 팽창 부시스템으로 이루어진 열역학 사이클을 실시하기 위한 장치를 나타낸 도면.
도 3 은 열역학 사이클을 실시하기 위한 다른 실시예에 따른 장치를 나타낸 도면.
본 발명은 열역학 사이클을 실시하기 위한 장치 및 방법에 관련된다. 기체 작용류는 팽창되어서 그 에너지를 유용한 형태로 변형하고 팽창된 기류를 생성한다. 추출된 흐름은 팽창된 기체 흐름으로부터 제거되고 추출된 희박 혼합류를 형성하기 위해서 추출된 기류에 수용된 것보다 다량의 끓는 점이 높은 성분을 포함하는 희박류로 흡수된다. 추출된 희박 혼합류는 일부 응축된다. 응축된 형태의 추출된 희박 혼합류의 일부는 추출된 기류에 포함된 것보다 저량의 높은 끓는점을 가지는 성분으로 이루어진 풍부한 기류를 포함한 유입되는 작용류에 첨가된다. 유입된 작용류는, 팽창된 기체 작용류를 형성하기 전에 추출된 희박 혼합류를 응축할 때 방출되는 열로 가열된다.
본 발명의 실시예는 다음과 같은 한 가지 이상의 특징을 가진다. 본 발명의 실시예에서 유입되는 작용류는 기체 작용류를 제공하기 위해서 가열된 후 외부 열로 가열된다. 응축된 형태의 추출된 희박 혼합류는 유입되는 작용류로 첨가되기 전에 외부 열에 의해 가열되어서 증기 상태로 되고, 유입되는 작용류는 결합되었을 때 증기 상태가 된다. 응축되어 추출된 희박 혼합류의 일부와 유입되는 작용류는, 희박 혼합류가 작용류에 첨가되기 전에 액체 상태이다. 추출된 희박 혼합류의 제 1 부분은 액체 상태이고, 추출된 희박 혼합류의 제 2 부분은 가열되어서 증기 상태로 되고 기체 상태에서 유입되는 작용류로 첨가된다. 나머지 팽창된 기류는 유용한 작용을 위해서 1회 이상 재가열되고 팽창된다. 저농도 기류와 고농도 기류는 소비된 기류에서 생성된다. 외부 열로 유입되는 작용류를 가열하기 전에 유입하는 작용류에 열을 전달함으로써 희박류로 흡수하기 전에 추출된 흐름은 냉각된다. 추출된 혼합 희박류는 일부 응축된 후에, 유입되는 작용류로 첨가되기 전에 액체 성분과 증기 성분으로 나누어진다. 이 증기 성분은 응축된 증기 성분을 생성하기 위해서 유입하는 작용류로 열을 전달함으로써 응축되는데, 이것은 유입 작용류에 첨가된다. 액체 성분 일부는 추출된 희박 혼합류를 일부 응축할 때 발생되는 열에 의해 가열된다. 액체 성분 일부는 액체로서 유입 작용류로 첨가되고, 액체 성분일부는 기체로서 유입 작용류로 첨가된다. 유입 작용류는 추출된 희박 혼합류로부터 열을 전달함으로써 증기로 변환된다. 나머지 팽창된 기류로부터 발생된 열은 유입 작용류와 희박류를 가열하는데 이용된다. 추출된 기류로부터 발생한 열은 유입 작용류를 가열하는데 이용된다.
본 발명은 열역학 사이클을 실시하기 위한 다른 방법 및 장치를 제공한다. 작용 기류는 에너지를 유용한 형태로 변형하고 소모된 기류를 생성하기 위해서 팽창된다. 소모류는 소모류에 포함된 것보다 높은 끓는점을 가지는 다량의 성분으로 이루어진 희박류 및 나머지 소모류로 분리된다. 보충류는 보충류 및 나머지 소모류의 혼합액을 형성하기 위해서 나머지 소모류로 첨가된 후, 응축되어서 나머지 소모류를 응축시킨다. 응축된 나머지 소모류는 고농도류와 보충류로 분리되고, 고농도류는 소모류에 포함된 것보다 끓는 점이 높은 소량의 성분을 가지고, 보충류는 고농도류보다 끓는 점이 높은 다량의 성분을 가진다.
본 발명의 실시예는 다음과 같은 한 가지 이상의 특징을 가진다. 소모류는 액체 성분과 기체 성분으로 응축된 후 분리되는데 기체 성분은 나머지 소모류이다. 액체 성분은 일부 가열되고 초기 부분 응축 단계 이전에 소모류에 첨가된 증기류와 액체 형태의 희박류로 나누어진다.
제 2 보충류는 응축된 나머지 기류에서 추출되고 보충류 및 나머지 기류의 혼합액으로 첨가된다. 응축된 나머지 기류는 제 1, 제 2 기류로 나누어진다; 제 1 기류는 가열되어서 일부 끓게 된다; 그 후 액체 성분은 제 2 보충류를 제공하기 위해서 제 1 기류에서 분리된다. 제 1 기류에서 분리된 증기 성분은 제 2 기류로 첨가된다; 제 2 기류는 가열되어서 일부 끓게 된다; 그 후 제 2 기류의 액체 성분은 제 2 기류에서 분리되고 제 1 보충류를 제공하는데 사용된다. 제 2 기류의 액체 성분은 가열되어서 일부 끓게 된다; 그 후 다른 액체 성분은 제 2 기류 액체 성분에서 분리되고 제 1 보충류를 제공하는데 사용된다. 제 2 기류 액체 성분 및 다른 액체 성분으로부터 분리된 증기는 고농도류를 제공하기 위해서 결합된다.
본 발명의 실시예는 다음과 같은 한 가지 이상의 장점을 가진다. 증류탑 없이 노에서 발생된 열을 역학 에너지 및 전기 에너지로 변환하는 열역학 사이클의 효율성을 높인다. 추출된 기류와 희박류를 혼합하면 추출된 기류의 조성을 감소시켜서, 저농도로 만들고 유입 작용류의 고농도 부분을 가열하기에 충분히 높은 온도 범위 내에서 응축한다. 추출류는 유입 작용류로 첨가되고 순환하여 고압 터빈으로 되돌아가므로, 시스템 밖으로 열은 거의 손실되지 않으며 효율성을 높일 수 있다. 고농도류는 추출류를 응축할 때 방출되는 열에 의해 고압에서 증기로 변환된다. 결합된 추출류/희박류는 가열되고, 그 후 동일한 기류를 응축할 때 방출되는 열에 의해 응축 과정은 완료된다. 증류 응축 부시스템에서 소모류는, 이용 가능하다한 냉매에 의해 직접 응축될 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 응축되고, 소모류는 나누어지고 저농도류와 고농도류로 응축된다.
본 발명의 다른 장점과 특징들은 선호되는 실시예에 대한 하기 상세한 설명 및 청구항으로부터 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1과 2에서, 열역학 사이클을 실시하기 위한 시스템(300)은 도 1에 도시된 증류 응축 부시스템(DCSS)과 DCSS(312)와 함께 도 2에 도시된 터빈 팽창 부시스템(314), 흡열 장치 및 복열 장치로 이루어진다. 부시스템(314)은 끓음 응축열 회복 부시스템(316), 노 끓음 및 증기열 회복 부시스템(318)과, 과열 흡수 및 터빈 팽창 부시스템(320)으로 나누어진다.
끓음 응축열 회복 부시스템(316)은 회복열 교환기 HE-16, HE-17, HE-18, HE-19, HE-20, HE-21, HE-22, HE-23 및 HE-24를 포함한다. ('HE'는 도면에 나타내지 않았다.) 또 비중 분리기 S-6, 급수 펌프 P6 및, 펌프 P5, P7과 P8을 포함한다.
노 끓음 및 증기열 회복 부시스템(318)은 노 열 교환기 HE-34와 회복 열 교환기 HE-13, HE-14와 HE-15를 포함한다.
과열 열 흡수장치와 터빈 팽창 부시스템(320)은 과열기 열 교환기 HE-31, HE-32와 HE-33 및 터빈을 포함한다: 이 터빈으로는 고압 터빈(HPT), 중간 압력 터빈(IPT) 및 저압 터빈(LPT)이 있다.
시스템(300)은 작용류로서 둘 이상의 성분으로 이루어진 혼합물을 사용한다. 적절한 혼합물로는 물-암모니아, 물-이산화탄소 등이 있다. 본원의 상세한 설명은작용류로서 물-암모니아 혼합물의 사용을 기초로 한다; 이것은 전술한 특허에서 설명된 작용류와 동일하다. DCSS 312는 도 1과 표 1을 참고로 설명되는데, 이것은 플로우 차아트로 표시된 부분에서 기류의 상태를 설명한다.
증류 응축 부시스템 312
소모된 작동류는 38에서 매개변수를 가지는 건조 포화된 증기 상태에 해당하는 매개변수로 완전히 팽창되고 냉각된 DCSS(312)(도 1과 2 참고)로 유입된다. 도 1에서, 156의 매개변수를 가지는 포화된 증기의 흐름은 38의 매개변수를 가지는 소모류와 혼합되고 157의 매개변수를 가지는 증기의 흐름을 만든다. 그 후 157의 매개변수를 가지는, 증기 흐름은 두 흐름으로 나누어지는데 이 두 흐름은 열 교환기 HE-1과 HE-2를 통과하고, 여기에서 이것은 냉각되고 부분적으로 응축되며 154와 153의 매개변수를 가진다. 그 후 153과 154의 매개변수를 가지는 흐름은 결합되어서, 비중 분리기 S-4로 보내어진 152의 매개변수를 가지는 흐름을 만든다. 비중 분리기 S-4에서, 액체는 증기와 분리된다. 151의 매개변수를 가지는, 비중 분리기 S-4로부터 나온 액체 흐름은 역류하여 흐름 157-154로 이동하고 이 흐름이 일부 가열되는 열 교환기 HE-1에 도달한다. 이 흐름은 155의 매개변수를 가지는 열 교환기 HE-1을 떠나서 비중 분리기 S-3으로 유입된다. 비중 분리기 S-3에서, 증기는 액체와 분리되고, 156의 매개변수를 가지는 증기는 38의 매개변수를 가지는, 유입된 소모류와 혼합되어서 157의 매개변수를 가지는 증기류를 형성한다. 40 부분의 매개변수를 가지는, 비중 분리기 S-3에서 분리된 액체는 DCSS 312를 떠나고 끓음응축 열 회복 부시스템(316)(도 2)으로 유입된다. 40에서 이 흐름은 희박류로서 언급되고 38에서 유입 소모류에 포함된 것보다 높은 끓는 점을 가지는 다량의 성분(물)을 포함한다.
비중 분리기 S-4에서 분리된 증기는 건조 포화 증기의 상태이다. 138의 매개변수를 가지고 나머지 소모류로서 언급된 증기류는, 열 교환기 HE-5를 통과하는데 이 열 교환기에서 냉각되고 부분적으로 응축되며 16 지점의 매개변수를 획득한다. 그 후에 16 부분의 매개변수를 가지는 나머지 소모류는 19의 매개변수를 가지는 액체류와 혼합되고 제 1 보충류로서 불려지며 17 부분의 매개변수를 가지는 일부 응축된 새로운 작용류가 생성된다. 이 합성류는 보충류 및 나머지 소모류의 혼합류로서 불려진다. 선호되는 실시예에서, 19 부분의 매개변수를 가지는 액체는 16 부분의 매개변수를 가지는 흐름과 열역학적으로 평형을 이루고, 이 평형 상태 때문에, 16,19 및 17에서 온도와 압력은 동일하다. 그 후, 17의 매개변수를 가지는 보충류 및 나머지 소모류의 혼합액은 두 작은 흐름으로 나누어지고, 이것은 열 교환기 HE-6, HE-7을 통과하며, 재결합하기 전에, 129와 128 부분의 매개변수를 각각 획득하게 된다. 상기 두 열 교환기에서, 17의 매개변수를 가지는 소흐름은 냉각되고 응축되며 열을 방출한다. 이 소흐름은 128과 129의 매개변수를 가지고, 보충류 및 나머지 소모류의 혼합액은 15 부분의 매개변수를 가진다. 그 후 110의 매개변수를 가지고 제 2 보충류로 언급되는 액체는 15 부분의 매개변수를 가지는 보충류 및 나머지 소모류의 혼합류로 첨가되어서, 18의 매개변수를 가지는 보충류 및 나머지 흐름을 혼합한다. 혼합으로 인해, 18 지점의 흐름 조성은 15 지점의 흐름조성에 비해 농도가 낮다; 즉 이것은 15 지점에서의 매개변수를 가지는 흐름보다 물의 함량이 높다. 그 후, 18지점의 매개변수를 가지는 흐름은 저압 응축기 HE-12를 통과하는데, 여기에서 이 흐름은 완전히 응축되고 1 지점의 매개변수를 획득하게 된다. 1 지점에서 흐름은 응축된 잉여 흐름으로서 언급된다. 응축열은 냉매(물 또는 공기)의 이동에 의해 제거되는데 이 냉매는 23 지점의 매개변수를 가지는 열 교환기 HE-12로 들어가고, 59 지점의 매개변수를 가지는 열 교환기에서 배출된다.
138과 16 지점의 조성을 가지는 잉여류 및 17과 15 지점의 조성을 가지는 보충류 및 잉여 소모류의 혼합류는 1 지점의 온도와 압력에서 완전히 응축될 수 없다. 110 지점의 매개변수를 가지는, 제 2 보충류와 최종 혼합한 후에만, 18 지점의 매개변수를 가지는 보충류 및 나머지 소모류의 최종 혼합류는, 1 지점에서처럼 잉여류를 완전히 응축시킬 수 있는 조성을 가지게 된다.
1 지점의 매개변수를 가지는, 응축된 잉여류는 두 소흐름으로 나누어진다. 두 소흐름 중 하나는 순환 펌프 P1으로 들어가고 펌프질되어 압력이 상승하며 2 지점과 동일한 매개변수를 가진다. 그 후에, 2 지점의 매개변수를 가지는 액체 흐름은 두 소흐름으로 나누어진다. 이 흐름 중 하나는 열 교환기 HE-6을 통과하여 흐름 17-129로 역류한다. 열 교환기 HE-6을 통과한 소흐름은 가열되고 포화된 액체 상태에 해당하는 3 지점의 매개변수를 가지며 그 후 일부 기화되어서 105 부분의 매개변수를 가지게 된다. 2 지점의 매개변수를 가지는 흐름이 나누어진 다른 소흐름은 8 지점의 매개변수를 가진다. 105 지점의 매개변수를 가지는 일부 끓여진 흐름은 비중 분리기 S-5로 들어가고, 여기에서 이것은 106의 매개변수를 가지는 증기 및 107의 매개변수를 가지는 액체로 분리된다. 106의 매개변수를 가지는 증기류는 8 지점의 매개변수를 가지는 액체류와 혼합되어서 73 지점의 매개변수를 가지는 흐름을 만든다. 73 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 중간 압력 응축기 HE-11로 들어가고, 여기에서 이것은 냉각되고 완전히 응축되며, 74 지점의 매개변수를 가지는 열 교환기로부터 배출된다. 23 지점의 초기 매개변수를 가지는 냉매에 의해 냉각되고, 이것은 열 교환기 HE-11을 통과하여 흐름 73-74로 역류하며 99 지점의 배출 매개변수를 가진다. 107 지점의 매개변수를 가지는 비중 분리기 S-5로부터 빠져나온 액체 흐름은 열 교환기 HE-8을 통과하는데, 여기에서 액체 흐름은 냉각되고 109 지점의 매개변수를 획득하게 된다. 그 후에 109 지점의 매개변수를 가지는 액체 흐름은 스로틀 밸브 TV-2를 통과하는데, 여기에서 압력은 감소되고 그 후 110과 111 지점의 매개변수를 가지는 두 소흐름으로 나누어진다. 109 지점의 매개변수를 가지는 흐름량을 나타내는, 110 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 보충류와 나머지 흐름의 혼합류로 혼합된 제 2 보충류이고, 15 지점의 매개변수를 가지며, 18 지점의 매개변수를 가지는 보충류 및 잉여류의 최종 혼합류를 만든다.
74 지점의 매개변수를 가지는, 완전히 응축된 흐름은 순환 펌프 P2에 의해 고압 응축되고 72 지점의 매개변수를 획득하게 된다. 그 후에, 72 지점의 매개변수를 가지는, 액체 흐름은 76과 115 지점의 매개변수를 가지는 두 소흐름으로 나누어진다. 1 지점의 매개변수를 가지는, 응축된 잉여류의 일부는 111 지점의 매개변수를 가지는 흐름과 혼합되고 133 지점의 매개변수를 가지는 액체 흐름을 만든다.그 후에, 133 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 순환 펌프 P-3으로 유입되는데, 여기에서 이것은 펌프 작용을 받아 고압 응축되고 7 지점의 매개변수를 가진다. 그 후에 7 지점의 매개변수를 가지는 액체 흐름은 9 지점과 112 지점의 매개변수를 가지는 두 소흐름으로 나누어진다. 76과 9 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 혼합되어서 75 지점의 매개변수를 가지는 흐름을 형성한다. 115와 112 지점의 매개변수를 가지는 흐름은, 이 흐름을 혼합함으로써 113 지점의 매개변수를 가지는 흐름을 만드는데 사용된다. 만일 113 지점의 매개변수를 가지는 흐름 조성이 1 지점의 매개변수를 가지는 흐름 조성에 비해 농도가 낮아야 한다면, 113 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 1과 111 지점의 매개변수를 가지는, 흐름을 혼합함으로써 형성된다. 115 지점의 매개변수를 가지는 흐름의 이동 속도는 영(0)이다. 113 지점의 매개변수를 가지는, 흐름 조성이 1 지점의 매개변수를 가지는 흐름 조성보다 농도가 높아야 한다면, 113 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 115와 112 지점의 매개변수를 가지는 흐름과 혼합함으로써 형성되고, 111 지점의 매개변수를 가지는 흐름의 이동 속도는 영(0)이 된다. 113 지점의 매개변수를 가지는 흐름은, 115 지점의 매개변수를 가지는 흐름 또는 111 지점의 매개변수를 가지는 흐름 중 한 흐름과 함께, 1 지점의 매개변수를 가지는 흐름과 혼합함으로써 형성된다.
그 후 113 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 3가지 소흐름으로 나누어지는데, 이 소흐름은 열 교환기 HE-7, HE-8 및 HE-9를 통과한다. 이 흐름은 열 교환기에서 가열되고 125, 124 및 123 지점의 매개변수를 가지게 된다. 이 3가지 소흐름은 결합되어서 4 지점의 매개변수를 가지는 흐름을 형성한다. 4 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 16 지점의 매개변수를 가지는, 흐름의 온도보다 약간 낮은 온도를 가진다. 4 지점의 매개변수를 가지는 흐름 조성은 115와 1 지점의 조성을 가지는 흐름을 혼합하거나, 1과 111 지점의 조성을 가지는 흐름을 혼합함으로써 형성되므로, 4 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 포화 액체 상태이거나 이 상태에 가까운 상태가 된다. 이 흐름은 혼합되어서 4 지점의 매개변수를 가지는 필요한 조성을 취한다. 4 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 3가지 소흐름으로서 나누어지는데 이 3가지 소흐름은 열 교환기 HE-5, HE-4 및 HE-3으로 이동하고, 여기에서 이 흐름은 가열되고 일부는 끓게 되며, 132, 131 및 130 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그러고 나서, 상기 3가지 소흐름은 다시 결합되어서 5 지점의 매개변수를 가지는 흐름을 형성한다. 5 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 비중 분리기 S-2로 유입되는데, 여기에서 이것은 166 지점의 매개변수를 가지는 포화된 증기 및, 165 지점의 매개변수를 가지는 포화 액체로 나누어진다. 165 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 열 교환기 HE-2로 옮겨지고 174 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 174 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 열 교환기 HE-2를 통과하는데 여기에서 이 흐름은 흐름 157-153의 부분 응축 과정에서 방출된 열에 의해 가열되고 일부 끓게 되며 175 지점의 매개변수를 가지게 된다. 175 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 비중 분리기 S-1로 옮겨지고, 여기에서 이 흐름은 176 지점의 매개변수를 가지는 포화 증기 및 10 지점의 매개변수를 가지는 포화 액체로 나누어진다. 10 지점의 매개변수를 가지는 포화 액체는 열 교환기 HE-4를 통과하는데, 여기에서 이 액체는 냉각되고 4-131 공정에 열을 제공하고 12 지점의 매개변수를 가지게 된다. 12 지점의매개변수를 가지는, 냉각된 액체는 스로틀 밸브 TV-1을 통과하는데 여기에서 압력은 감소되고 19 지점의 매개변수를 가지게 된다. 제 1 보충류로서 불려지고 19 지점의 매개변수를 가지는 흐름은, 그 후 16 지점의 매개변수를 가지는, 나머지 소모류와 혼합되어서, 17 지점의 매개변수를 가지는 보충류 및 잉여 소모류의 초기 혼합류를 형성한다. 176 지점의 매개변수를 가지는 비중 분리기 S-1에서 발생한 증기의 흐름은 166 지점의 매개변수를 가지는 비중 분리기 S-2에서 발생한 증기 흐름과 혼합되고, 이 혼합에 의해 6 지점의 매개변수를 가지는 증기 흐름이 형성된다. 6 지점의 매개변수를 가지는 증기는 암모니아 함량이 높은 고농도 증기이다. 6 지점의 매개변수를 가지는 증기 흐름은 열 교환기 HE-3을 통과하는데 여기에서 이 흐름은 냉각되고 일부 응축되어서, 열을 방출하고 116 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 116 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 열 교환기 HE-9를 통과하는데, 여기에서 흐름은 냉각되고 응축되며 열을 방출하고 118 지점의 매개변수를 가지게 된다. 118 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 75 지점의 매개변수를 가지는 흐름과 혼합되어서, 13 지점의 매개변수를 가지는 고농도 흐름을 형성한다. 13 지점의 매개변수를 가지는 고농도 흐름은 고압 응축기 HE-10을 통과하는데, 여기에서 이것은 냉매에 의해 완전히 응축되고 14 지점의 매개변수를 가지는 열교환기 HE-10을 빠져나온다. 14 지점의 매개변수를 가지는 고농도 액체 흐름은 공급 펌프 P-4에 의해 원하는 높은 압력을 가지게 되고 21 지점의 매개변수를 가진다. 그 후에, 21 지점의 매개변수를 가지는 고농도 흐름은 HE-9를 통과하는데 여기에서 이 흐름은 가열되고 119 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 119 지점의 매개변수를가지는 흐름은 열 교환기 HE-3을 통과하고, 여기에서 이 흐름은 가열되어서 29 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 29 지점의 매개변수를 가지는 고농도 흐름은 DCSS 312를 빠져나와서 끓음 응축열 회복 부시스템(316)으로 들어간다.
DCSS 312는 두 가지 목표를 달성한다: a)138 지점의 매개변수를 가지는 기류는 활용 가능한 냉매에 의해 직접 응축될 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 응축된다. b)38 지점의 매개변수를 가지는 소모류는 두 가지 응축물 소흐름, 즉 저농도 액체인 40 지점의 매개변수를 가지는 희박류와, 고농도 액체인 29 지점의 매개변수를 가지는 고농도류로 나누어진다. 만일 40과 29 지점의 매개변수를 가지는 흐름이 혼합된다면, 이 흐름은 38 지점의 매개변수를 가지는 소모류의 중량, 이동 속도 및 조성을 가질 것이다.
끓임-응축 열 회복 부시스템(316), 노 끓임 증기열 회복 부시스템(318) 및, 과열 열 흡수-터빈 팽창 부시스템(320)
도 2에서, 29 지점의 매개변수를 가지는 고농도류와 40 지점의 매개변수를 가지는 희박류는 DCSS 312로부터 끓임-응축 열 회복 부시스템(316)으로 들어간다. DCSS(12)로부터 고농도류는 유입 작용류의 주성분을 형성하는데, 이것은 여러 가지 다른 흐름이 보충되고, 소흐름으로 나누어지는데 이 소흐름은 재결합되고 아래에서 설명되는 것처럼 고압 터빈 HPT로 이동할 때 발생하는 외부열로 복열된다. 29 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 공급 펌프 P-6으로 들어가고, 여기에서 펌프 작용을 받아 필요한 고압 상태가 되고 22 지점의 매개변수를 획득하게 된다. 그 후에 22 지점의 매개변수를 가지는, 유입 작용류는 두 가지 소흐름으로 나누어지고 70 지점의 매개변수를 가지는 액체의 흐름과 혼합된다. 70 지점의 흐름은 추출류와 희박류의 혼합류에서 분리된 응축된 고농도 증기-액체를 포함한다. 70 지점의 흐름 조성은 22 지점의 유입 작용류 조성과 상이하기 때문에, 196과 197 지점의 매개변수를 가지는 다른 조성으로 구성된 두 가지 소흐름을 형성할 수 있다. 그 후에 196과 197 지점의 조성을 가지는 흐름은 열 교환기 HE-21과 He-20을 통과하는데 여기에서 이 흐름은 가열되고 198과 199 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 198과 199 지점의 매개변수를 가지는 소흐름은 결합되고 50 지점의 매개변수를 가지는 재결합된 유입 작용류는 흐름 조성에 대해 임계 압력을 초과한 압력을 가진다. 50 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 두 소흐름으로 나누어지는데 이 두 소흐름은 열 교환기 HE-23과 HE-24를 통과하교, 여기에서 이 흐름은 가열되고 141과 142 지점의 매개변수를 획득하게 된다. 50 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 표준 이하로 냉각된 액체 상태인 반면에, 141과 142 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 과열된 증기 상태이다. 그 후에 141과 142 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 혼합되고, 유입 작용류는 143 지점의 매개변수를 가진다. 143 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 46 지점의 매개변수를 가지는 표준 이하로 냉각된 흐름과 혼합되고 144 지점의 매개변수를 가진다; 46 지점의 액체는 144 지점의 매개변수를 가진다; 46 지점의 액체는 아래에서 설명된 것처럼, 추출류와 희박류의 혼합류로부터 분리된 액체 성분이다. 선호되는 실시예에 따른 시스템에서, 143과 46 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 혼합되어서 144 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 143 지점의 매개변수를 가지는 흐름의 온도와 같거나 거의 비슷하게 된다. 144 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 두 가지 소흐름으로 나누어지는데 이 소흐름은 열 교환기 HE-17과 HE-18을 통과하고 147과 148 지점의 매개변수를 가지게 된다. 147과 148 지점의 매개변수를 가지는, 흐름은 결합되고 유입 작용류는 87 지점의 매개변수를 가진다. 필요하다면, 83 지점의 매개변수를 가지는 부가류는 87 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류에 첨가되어서, 유입 작용류는 81 지점의 매개변수를 가지게 된다. 선호되는 실시예에서, 144 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 포화 증기 상태이거나 이 상태에 가깝도록 선택된다. 81 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 포화 증기 상태이거나 83 지점의 매개변수를 가지는 흐름이 첨가된다면 증기-액체 혼합 상태이다. 그 후에 81 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 두 가지 소흐름으로 나누어지는데 이 소흐름은 열 교환기 HE-14 및 HE-15를 통과하고, 여기에서 이 흐름은 가열되어서 188과 88 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 188과 88 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 혼합되어서 유입 작용류는 80 지점의 매개변수를 획득하게 된다. 80 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 보일러 HE-34에서 생성된, 186 지점의 매개변수를 가지는 증기류와 혼합된다; 186 지점의 증기류는 추출류와 희박류의 혼합류에서 분리된 액체 성분이고, 이것은 아래에서 설명되는 것처럼, 보일러 HE-34에서 기화된다. 혼합한 후에, 유입 작용류는 63 지점의 매개변수를 가지는 증기 형태가 된다. 63 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 회복 열교환기 HE-13을 통과하는데 여기에서 이 작용류는 회복되고 62 지점의 매개변수를 획득하게 된다. 그 후에 62 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 과열기 HE-31을 통과하는데 여기에서 작용류는 노로부터 발생한 열에 의해 가열되고 30 지점의 매개변수를 가지게 된다. 30 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 기체 작용류로서 언급되고 고압 터빈(HPT)을 통과하는데 여기에서, 이 흐름은 팽창되어서, 310 지점의 매개변수를 가지는 팽창된 기류로서 터빈 밖으로 배출되고 동력을 발생시킨다. HPT 밖으로 배출되고 310 지점의 매개변수를 가지는 팽창된 기류는 31 지점의 매개변수를 가지는 추출류와 311 지점의 매개변수를 가지는 팽창된 잉여 기류로 나누어진다. 311의 매개변수를 가지는 팽창된 잉여 기류는 38의 매개변수를 가지는 소모류와 중량 및 이동 속도와 동일하다. 이 흐름은 더많이 팽창되고 복열된다. 31 지점의 매개변수를 가지는, 추출류는 초기 고압을 가지는 유입 작용류를 가열하도록 복열 과정에 의해 열을 제공하는데 사용된다. 추출류는 열 교환기 HE-13을 통과하여 흐름 63-62로 역류하고, 이 추출류는 63-62 공정에서 발열하여 냉각되며 84 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 84 지점의 매개변수를 가지는 추출류는 열교환기 HE-15를 통과하는데 이 추출류는 81-88 과정에서 발열하여 더 많이 냉각되며 34 지점의 매개변수를 가지게 된다.
끓임 응축열 회복 부시스템으로 들어온 40 지점의 매개변수를 가지는 희박류는 순환 펌프 P-5로 유입되는데, 이 흐름은 펌프 작용을 받아서 추출류의 압력과 거의 동일한 압력을 가지게 되고 41 지점의 매개변수를 가진다. 41 지점의 매개변수를 가지는 희박류는 열 교환기 HE-22를 통과하는데 이 열교환기에서 희박류는 가열되고 42 지점의 매개변수를 가지게 된다. 42 지점의 매개변수를 가지는 희박류는 열 교환기 HE-19를 통과하는데 이 열 교환기에서 희박류는 더많이 가열되고 44 지점의 매개변수를 가지게 된다. 44 지점의 매개변수를 가지는 희박류는 표준이하로 냉각된 액체 상태이다. 동시에 34 지점의 매개변수를 가지는 추출류는 과열된 증기 상태이다. 34와 43의 매개변수를 가지는 추출류와 희박류는 혼합되어서 45 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류를 만든다. 45 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류는 두 가지 소흐름으로 나누어진다. 한 가지 소흐름은 열 교환기 HE-17을 통과하고, 이 열 교환기에서 냉각되고 일부 응축되어서, 공정 144-147을 위해 열을 제공하고 49 지점의 매개변수를 가진다. 그 후에 49 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 열 교환기 HE-23을 통과하는데 이 열교환기에서 더 많이 냉각되고 과정 50-141에 대해 열을 제공하면서 응축되며 208 지점의 매개변수를 가진다. 45 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류가 나누어진 제 2 소흐름은 열 교환기 HE-16을 통과하고, 이 열 교환기에서 혼합류는 냉각되고 부분적으로 응축되며 207 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 208과 207 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 결합되어서, 추출류 및 희박류의 혼합류는 65 지점의 매개변수를 가지는 일부 응축된 혼합물이 된다. 65 지점의 매개변수를 가지는, 추출류 및 희박류의 혼합류는 비중 분리기 S-6으로 유입되는데 이 비중 분리기에서 66 지점의 매개변수를 가지는 포화 증기 성분과 67 지점의 매개변수를 가지는 포화 액체 성분으로 나누어진다. 67 지점의 매개변수를 가지는 포화 액체 성분은 64와 170 지점의 매개변수를 가지는, 두 소흐름으로 나누어진다. 64 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 66 지점의 매개변수를 가지는, 증기 성분과 혼합되어서, 68 지점의 매개변수를 가지는 고농도의 증기-액체 기류를 형성한다. 68 지점의 매개변수를 가지는 고농도의 증기-액체 기류는 열 교환기 HE-20을 통과하는데, 이 열 교환기에서 완전히 응축되고 공정 197-199를 위해 열을 제공하며 69 지점의 매개변수를 가지게 된다. 69 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 순환 펌프 P-7로 들어가는데, 이 펌프에서 압력은 증가되고 70 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 70 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 22 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류와 혼합되는데 이것은 DCSS 312로부터 고농도류만을 포함한다.
170 지점의 매개변수를 가지는 비중 분리기 S-6으로부터 배출된 희박 액체 흐름은 순환 펌프 P-8로 유입되고 여기에서 압력은 증가되며, 171 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 171 지점의 매개변수를 가지는 저농도 액체 흐름은 두 가지 소흐름으로 나누어진다. 이 소흐름 중 한 가지는 열 교환기 HE-16을 통과하고, 이 열교환기에서 응축 과정 45-207에서 방출된 열로 가열되며 71 지점의 매개변수를 가지게 된다. 46 지점의 매개변수를 가지는 다른 소흐름은 증기 형태로 유입 작용류와 혼합되고 143 지점의 매개변수를 가져서, 유입 작용류는 144 지점의 매개변수를 가지게 된다. 71 지점의 매개변수를 가지는 액체 흐름은, 82와 83 지점의 매개변수를 가지는 두 소흐름으로 나누어진다. 83 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 87 지점의 매개변수를 가지는 흐름에 첨가된다. 82 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 보일러 HE-34를 통과하는데, 여기에서 흐름은 가열되고 노로부터 전해진 열에 의해 완전히 기화되며 186 지점의 매개변수를 가지게 된다. 186 지점의 매개변수를 가지는 기류는 증기 형태로 유입 작용류와 혼합되고 80 지점의 매개변수를 가지므로, 유입 작용류는 63 지점의 매개변수를 가지게 된다.
311 지점의 매개변수를 가지는, 나머지 팽창 기류는 재가열기 HE-32로 유입되고, 재가열기에서 잉여 팽창 기류는 노로부터 전달된 열에 의해 가열되고 35 지점의 매개변수를 가진다. 이 기류는 팽창이 이루어지는 중간 압력 터빈(IPT)으로 통과하여서, 동력을 일으키고 145 지점의 매개변수를 가지는 추가 팽창류를 생성한다. 145 지점의 매개변수를 가지는, 추가 팽창류는 노로부터 전달된 열에 의해 재가열되는 제 2 재가열기 HE-33으로 통과하고, 146 지점의 매개변수를 가지게 된다. 146 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 저압 터빈(LPT)으로 통과하는데 이 저압 터빈에서 더 많이 팽창되고 동력을 발생시키며 36 지점의 매개변수를 가지게 된다. 36 지점의 매개변수를 가지는 기류는 소모류로서 언급된다. 이것은 열 교환기 HE-14를 통과하는데 여기에서 냉각되고, 공정 81-188을 위해 열을 제공하며 33 지점의 매개변수를 가지게 된다. 33 지점의 매개변수를 가지는 소모류는 두 가지 소흐름으로 나누어진다. 제 1 소흐름은 열교환기 HE-19를 통과하고, 여기에서 추가로 냉각되며 42-43 공정을 위해 열을 제공하고 205 지점의 매개변수를 가지게 된다. 제 2 소흐름은 열 교환기 HE-18을 통과하고, 이 열 교환기에서 냉각되며 공정 144-148을 위해 열을 제공하고 149 지점의 매개변수를 가지게 된다. 149 지점의 매개변수를 가지는 소흐름은 열 교환기 HE-24를 통과하는데, 여기에서 추가로 냉각되고 공정 71-142를 위해 열을 제공하고 206 지점의 매개변수를 가지게 된다. 205와 206 지점의 매개변수를 가지는 소흐름은 그 후 혼합되어서, 이 소모류는 37 지점의 매개변수를 가지게 된다. 증기 형태이고 37 지점의 매개변수를 가지는 소모류는 그 후 두 가지 소흐름으로 나누어진다. 이 소흐름 중 하나는 열 교환기 HE-22를 통과하는데, 여기에서 냉각되고 공정 41-42를 위해 열을 제공하며 201 지점의 매개변수를 가지게 된다. 다른 소흐름은 열 교환기 HE-21을 통과하고, 이 열 교환기에서 냉각되고 공정 196-198을 위해 열을 제공하며 202 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 201과 202 지점의 매개변수를 가지는 소흐름은 혼합되어서, 소모류는 38 지점의 매개변수를 가지게 된다. 38 지점의 매개변수를 가지는 소모류는 DCSS 312로 유입된다. 이 공정은 종결된다.
상세한 설명에서 알 수 있듯이, 31 지점의 매개변수를 가지는 추출류는 복열 과정에 의해 냉각된 후 저농도의 작용류의 예열 흐름과 혼합되어서, 44 지점의 매개변수를 가지게 되고 추출류 및 희박류의 혼합류는 45 지점의 매개변수를 가지게 된다. 이 혼합 과정은 추출류의 조성을 감소시켜서, 농도를 더 묽게 하고 22 지점의 초기 매개변수를 가지는 작용 유체의 고농도 부분의 유입류를 가열하기에 충분히 높은 온도에서 응축될 것이다. 또 45 지점의 초기 매개변수를 가지는, 추출류 및 희박류의 혼합류를 응축할 때 방출되는 열의 온도는 22 지점의 초기 매개변수를 가지는 고농도 조성류를 처음 가열할 때 불필요할 정도로 높다. 이런 이유 때문에 170 지점의 매개변수를 가지는 액체 및 68 지점의 매개변수를 가지는 고농도 액체 증기 혼합물로 분리한 후, 고농도 혼합물을 완전히 응축하기 위해서 45 지점의 초기 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류를 일부 응축한 후에 22 지점의 매개변수를 가지는 고농도 조성을 가지는 작용 유체 일부를 초기 가열하기 위해 열을 부여한다. 고농도류의 응축에 의해 초기 가열이 이루어지므로, 펌프 P-7에서고압으로 고농도의 완전히 응축된 흐름을 펌프질하고 22 지점의 매개변수를 가지는 유입 고농도류와 혼합할 수 있다. 추출류는 유입 작용류로 첨가되어서 고압 터빈으로 순환하여 회수되므로, 시스템 밖으로 열 손실은 거의 없으며 효율도도 높다. 고농도류는 추출류의 응축시 방출된 열의 회복 과정에 의해 고압 하에서 증기로 변환된다. 또, 추출류 및 희박류의 혼합류 일부는 동일한 흐름의 응축 과정에서 방출된 열을 이용함으로써, 완전히 응축한 후에 가열된다. 또, 고농도 부분은 추출류 및 희박류의 혼합류로부터 분리되고 DCSS 312로부터 고농도의 유입류와 혼합된다.
기타 실시예
본 발명의 다른 실시예는 청구항의 범위 내에 있다. 예를 들어 단 1회만 재가열하거나 재가열 과정 없이 2 단계의 터빈을 통과하거나 단 하나의 터빈만을 통과할 수도 있다.
도 3은 도 3에서 316'로 나타낸 끓임 응축 열 회복 부시스템을 위한 다른 간단한 장치를 도시한다. 이 시스템은 동일한 DCSS 312, 노 끓임 및 증기 열 회복 부시스템(318)과 과열 열 흡수 및 터빈 팽창 부시스템(320)으로 구성된다. 도 2에 도시된 실시예에서처럼, DCSS 312는 40과 29의 매개변수를 각각 가지는 희박류와 고농도류를 생성한다. 그 후에, 29 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 공급 펌프 P6의 작용을 받아 고압으로 되고 도 2에 나타낸 실시예와 동일하게 22 지점의 매개변수를 가지게 된다. 40 지점의 매개변수를 가지는 희박류는 중간 압력으로순환 펌프 P5의 작용을 받고 도 2에 나타낸 실시예와 동일하게 41 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그후에, 41 지점의 매개변수를 가지는 희박류는 열 교환기 HE-20으로 유입되고, 이 열교환기에서 희박류는 추출류 및 희박류의 혼합류의 강하 소흐름에 의해 가열되고, 44 지점의 매개변수를 가지게 된다. 증기 형태이고 34 지점의 매개변수를 가지는 추출류는 끓임 응축 열 회복 부시스템(316)으로 유입되고 44 지점의 매개변수를 가지는 희박류와 혼합되어서, 45 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류를 생성한다. 그러고 나서, 45 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류는 3가지 소흐름으로 나누어진다. 54 지점의 매개변수를 가지는 소흐름 중 하나는 열 교환기 HE-20을 통과하는데, 이 열 교환기에서 흐름은 완전히 응축되고 표준이하로 냉각되어, 공정 41-44에 열을 제공하고 64 지점의 매개변수를 가진다. 53 지점의 매개변수를 가지는 또다른 소흐름은, 열 교환기 HE-18을 통과하고 이 열 교환기에서 일부 응축되고 열을 방출하며 49 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에, 49 지점의 매개변수를 가지는 소흐름은 열 교환기 HE-19를 통과하는데 이 열 교환기에서 소흐름은 완전히 응축되고 표준 이하로 냉각되며, 열을 방출하고 52 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에, 64와 52 지점의 매개변수를 가지는 소흐름은 혼합되어서 66 지점의 매개변수를 가지는 흐름을 형성한다. 45 지점의 초기 매개변수를 가지는 흐름이 나누어진 세 가지 소흐름은 열 교환기 HE-21을 통과하는데 이 열 교환기에서 흐름은 일부 응축되고, 발열하며 161 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그러고 나서, 161 지점의 매개변수를 가지는 소흐름은 열 교환기 HE-22를 통과하는데 이 열 교환기에서 소흐름은 완전히 응축되고 표준 이하로 냉각되어서 67 지점의 매개변수를 가지게 된다. 67 지점의 매개변수를 가지는 소흐름은 66 지점의 매개변수를 가지는 흐름과 혼합되어서 추출류 및 희박류의 혼합류는 68 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에, 68 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류는 열 교환기 HE-25를 통과하고, 이 열 교환기에서 더 많이 냉각되고 열을 방출하며 69 지점의 매개변수를 가지게 된다. 68-69 공정에서 방출된 열은 22 지점의 초기 매개변수를 가지며, 유입 작용류를 가열하는데 사용되는데, 이 흐름은 열 교환기 HE-25를 통과하고 27 지점의 매개변수를 가지게 된다. 응축되고 표준 이하로 냉각된 액체 형태로, 69 지점의 매개변수를 가지는, 추출류 및 희박류의 혼합류는 고압으로 순환 펌프 P7의 작용을 받고 70 지점의 매개변수를 가지게 된다. 37 지점의 매개변수를 가지는 저압 증기의 소모류는 끓임 응축 열 회복 부시스템(316)으로 들어가서 열 교환기 HE-23을 통과하고, 이 열 교환기에서 냉각되며, 발열하고 159 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에, 159 지점의 매개변수를 가지는 소모류는 열 교환기 HE-24를 통과하고, 이 열교환기에서 추가로 냉각되며, 방열하고 38 지점의 매개변수를 가지게 된다. 38 지점의 매개변수를 가지는 소모류는 DCSS 312로 유입되는데 이것은 전술한 도 1에 나타낸 실시예와 동일하다. 액상이고 70 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류는 두 가지 소흐름으로 나누어지고, 이 소흐름은 열 교환기 HE-22 및 HE-24를 통과하고, 이 열교환기에서 흐름은 가열되고 각각 169 및 170 지점의 매개변수를 가지게 된다. 170 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 두 가지 소 흐름으로 나누어진다. 160 지점의 매개변수를 가지는 상기 소흐름 중 하나는 169 지점의 매개변수를 가지는 흐름과 혼합된 후 새로운 흐름은 열 교환기 HE-21을 통과하고, 이 열 교환기에서 가열되며 171 지점의 매개변수를 가지게 된다. 170 지점의 매개변수를 가지는 흐름이 나누어진, 다른 소흐름은 열 교환기 HE-23을 통과하고, 이 열 교환기에서 가열되고 172 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에, 171과 172 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 결합되어서, 추출류 및 희박류의 결합류는 71 지점의 매개변수를 가지게 된다. 71 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류는 포화 액체 상태이거나 표준 이하로 냉각된 상태이다. 그 후에 71 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류는 82와 46의 매개변수를 가지는 두 가지 소흐름으로 나누어진다. 82 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 노 끓임 및 증기 복열 부시스템(318)으로 유입된다. 이는 전술한 도 2에 도시된 실시예의 시스템과 동일하다.
27의 매개변수를 가지는, 고농도 액체를 포함한 유입 작용류는 열 교환기 HE-19를 통과하는데 이 열 교환기에서 49-52 공정에서 방출된 열에 의해 가열되고 50 지점의 매개변수를 가지는 과열된 증기로 변환된다. 그 후에, 50 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 액체 상태이며 46 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 결합류와 혼합되어서 유입 작용류는 증기-액체 혼합물 상태인, 51 지점의 매개변수를 가지게 된다. 50과 46 지점의 매개변수를 가지는 흐름은 혼합되어서 51 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류의 온도는 50 지점의 매개변수를 가지는 유입류의 온도와 동일하거나 거의 비슷하다. 그 후에, 51 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 열 교환기 HE-18을 통과하는데, 이 열 교환기에서 흐름은 가열되고 완전히 기화되며 87 지점의 매개변수를 가지게 된다. 그 후에 87 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 71 지점의 매개변수를 가지는 추출류 및 희박류의 혼합류의 소량과 혼합되어서 그 조성을 바꾼다. 87 지점의 매개변수를 가지는 흐름에 첨가된, 소량의 흐름은 83 지점의 매개변수를 가진다. 혼합한 후에, 유입 작용류는 81 지점의 매개변수를 가지는데, 이것은 포화 증기 상태와 일치한다. 그 후에, 81 지점의 매개변수를 가지는 유입 작용류는 노 끓임 및 증기 열 회복 부시스템(318)으로 옮겨진다.
그러므로, 본원에 제시된 시스템의 간단한 변형은 끓임 응축 열 회복 부시스템(316)의 다른 배치 때문에 도 2의 실시예와 다르다. 이런 간단한 끓임 응축 열 회복 부시스템(316)에서, 추출류 및 희박류의 결합류는 전술한 도 2에서 비중기 S6으로 나타낸 것처럼 고농도 부분과 저농도 부분으로 분리되지 않는다.
도 2와 도 3의 실시예에서 DCSS 312의 가장 중요한 매개변수는 동일하고 표 1에 나타내었다. 도 2에 나타낸 실시예의 나머지 중요한 매개변수는 표 2에 나타내었다. 도 3에 나타낸 실시예의 나머지 중요한 매개변수는 표 3에 나타내었다.
도 2의 시스템은 48.65%에 달하는 동력 사이클의 효율성과 44.08%에 달하는, 보일러 손실 및 보조 부분을 포함하는 전체 시스템의 효율성을 가진다. 간단한 끓임 응축 복열 부시스템(316')을 가지는 도 3에 도시된 시스템은 48.29%에 해당하는 동력 사이클의 효율성을 가지고, 보일러 손실 및 보조를 포함해, 시스템 전체 효율성은 43.8%에 이른다. 간단한 끓임 응축 복열 부시스템(316)을 가지는 도 3에 나타낸 시스템은 도 2에 나타낸 시스템에 비해 효율도가 낮다. 당해 업자들은 미국 특허 제 4, 899, 545에서 설명된 것과 같은 랭킨 사이클을 제안된 시스템에 첨가할 수 있고 이 경우에 효율성은 45%까지 올라간다. 본원에 기술된 시스템은 증류탑을 필요로 하지 않으므로, 경제적이고 단순화시킬 수 있다.

Claims (28)

  1. 열역학 사이클을 실행하는 방법에 있어서,
    에너지를 유용한 형태로 변형하고 팽창된 기체 흐름을 생성하기 위해서 기체 작용류를 팽창하고,
    팽창된 기류로부터 추출류를 제거하고 잉여 팽창 기류를 생성하며,
    추출류 및 희박류의 혼합류를 생성하기 위해서 추출류에 포함된 것보다 높은 끓는 점을 가지는 다량의 성분으로 이루어진 희박류로 추출류를 흡수하고,
    추출류 및 희박류의 혼합류를 일부 응축하며,
    추출류에 수용된 것보다 끓는 점이 높은 소량의 성분으로 구성된 고농도류를 포함한 유입 작용류에 응축된 형태인 추출류 및 희박류의 혼합류 일부를 첨가하고,
    추출류 및 희박류의 혼합류를 일부 응축할 때 방출되는 열을 부가함으로써 유입 작용류에 복열 과정을 실시하며,
    복열 과정 이후에 유입 작용류는 기체 작용류로 되는, 열역학 사이클을 실시하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 유입작용류를 가열하고, 복열 과정 이후에 기체 작용류를 제공하기 위해서 외부 열을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 첨가 과정 이전에 상승된 압력에서 응축된 형태로 추출류및 희박류의 혼합류 일부에 펌프 작용을 적용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 응축된 형태의 추출류 및 희박류의 혼합류는 증기 상태인, 유입 작용류로 첨가하기 전에 외부 열에 의해 가열되어서 기체 상태가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 응축된 형태의 추출류 및 희박류의 혼합류와 유입 작용류는 첨가되었을 때 액체 상태인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가 과정은 액체 상태일 때 유입 작용류로 일부 응축한 후에 추출류 및 희박류의 혼합류 제 1 부분을 첨가하고, 유입 작용류가 기체 상태일 때 유입 작용류로 일부 응축하고 나서, 제 2 부분이 외부 열에 의해 가열되어서 기체 상태가 된 후에 추출류 및 희박류의 혼합류 제 2 부분을 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 에너지를 유용한 형태로 변형하고 더많이 팽창된 기류를 생성하기 위해서 가열한 후에 잉여 팽창 기류를 추가로 팽창시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 에너지를 유용한 형태로 변형하고 소모류를 생성하기 위해서 가열한 후 추가 팽창 기류를 더 많이 팽창시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 소모류로부터 희박류와 고농도류를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 외부 열로 유입 작용류를 가열하기 전에 유입 작용류로 열을 전달함으로써 흡수하기 이전에 추출류는 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 일부 응축한 후에 추출류 및 희박류의 혼합류는 첨가 과정 이전에 저농도의 액체 및 고농도의 증기-액체 혼합물로 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 고농도의 증기-액체 혼합물은 응축된 고농도 부분을 만들기 위해서 유입 작용류로 열을 전달함으로써 응축되고, 상기 첨가 과정은 열 전달 과정 이전에 유입 작용류로 응축된 고농도 부분을 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 추출류 및 희박류의 혼합류를 일부 응축하는 과정은 저농도의 액체 부분으로 열을 전달함으로써 추출류 및 희박류의 혼합류를 냉각하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 첨가 과정은 액체로서 유입 작용류에 저농도의 액체를 첨가하고, 외부 열로 가열함으로써 저농도 액체 일부를 기체로 변환하며 이것을 기체로서 유입 작용류에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 첨가 과정은 액체로서 유입 작용류에 저농도 액체 일부를 첨가한 후에, 추출류 및 희박류로부터 열을 전달함으로써 유입류를 기체로 변환하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 잉여 팽창 기류에서 발생한 열을 유입 작용류 및 희박류로 전달하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 추출류로부터 유입 작용류로 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 에너지를 유용한 형태로 변형하고 팽창된 기류를 생성하도록 고압 하에서 기체 형태로 작용류를 팽창시키고,
    에너지를 유용한 형태로 변형하고 소모류를 생성하도록 저압하에서 팽창된 기류 일부를 추가로 팽창시키며,
    소모류에 수용된 것보다 끓는 점이 높은 다량의 성분을 가지는 희박류를 소모류에서 분리하고 잉여 소모류를 생성하며,
    보충류 및 잉여 소모류를 만들기 위해서 제 1 보충류를 잉여 소모류에 첨가하고,
    응축된 잉여 소모류를 생성하기 위해서 보충류 및 소모류의 혼합류를 응축하며,
    응축된 잉여 소모류를 고농도류와 제 1 보충류로 분리하고, 고농도류는 소모류에 포함된 것보다 끓는 점이 높은 소량의 성분을 가지고, 보충류는 고농도류에 비해 끓는 점이 높은 다량의 성분을 가지는, 열역학 사이클을 실시하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 소모류로부터 분리 과정은 소모류를 액체 및 기체 성분으로 일부 응축하고 기체 성분으로부터 액체 성분을 분리하며, 기체 성분은 잉여 소모류인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 소모류에서 분리 과정은 액체 성분을 일부 끓이고 일부 응축하기 전에 소모류에 첨가된 기류 및 액상인 희박류로 분리하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 응축된 잉여 기류를 분리하는 과정은, 응축된 잉여 기류에서 제 2 보충류를 추출하고 보충류 및 잉여 기류의 혼합류로 제 2 보충류를 첨가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 응축된 잉여 기류를 분리하는 과정은 응축된 잉여 기류를 제 1, 제 2 기류로 나누고 제 1 기류에 복열과정을 실시해 부분적으로 끓도록 한 후 제 1 흐름에서 액체 성분을 분리하는 과정을 포함하고, 이 액체 성분은 제 2 보충류인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 응축된 잉여 기류를 분리하는 과정은 제 1 기류로부터 제 2 기류까지 분리된 증기 성분을 첨가하고, 제 2 기류에 복열 과정을 실시해 부분적으로 끓도록 한 후, 제 2 흐름에서 제 2 흐름 액체 성분을 분리하고, 제 2 흐름 액체 성분으로부터 제 1 보충류를 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 제 2 흐름 액체 성분을 가열하여 일부 끓도록 한 후, 제 2 흐름 액체 성분으로부터 추가 액체 성분을 분리하며, 이 추가 액체 성분은 제 1 보충류인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 제 2 흐름 액체 성분 및 추가 액체 성분으로부터 분리된 기체는 혼합되어서 고농도류를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 에너지를 유용한 형태로 변형하고 팽창된 기류를 생성하기 위해서 기체 작용류를 팽창하기 위한 터빈,
    팽창된 기류를 수용하고 팽창 기류로부터 추출된 흐름과 잉여 팽창 기류를 제거하기 위해서 연결된 분리기,
    추출류에 포함되고 추출류 및 희박류의 혼합류를 형성하는 끓는 점이 높은 다량의 성분을 포함한 추출류 및 희박류를 수용하는 흡수장치,
    추출류 및 희박류의 혼합류를 일부 응축시키는 하나 또는 그 이상의 열 교환기,
    하나 이상의 열 교환기로부터 공급된 추출류 및 희박류의 혼합류 일부를, 추출류에 포함된 끓는 점이 높은 소량의 성분을 가지는 고농도류를 포함하는 유입 작용류에 첨가하는 흐름 혼합기로 구성되고,
    흐름 혼합기로부터 공급된 유입 작용류는 하나 또는 그 이상의 열 교환기 중 하나에서 복열 작용을 받으며 기체 작용류를 제공하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 열역학 사이클을 실시하기 위한 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 복열 작용을 받은 후에 외부 열로 유입 작용류를 가열하는 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 에너지를 유용한 형태로 변형하고 팽창된 기류를 형성하기 위해서 기체 형태로 작용류를 팽창시키는 고압 터빈,
    에너지를 유용한 형태로 변형하고 소모류를 생성하기 위해서 팽창된 기류의일부를 팽창시키는 저압 터빈,
    소모류 및 잉여 소모류에 포함된 것보다 끓는 점이 높은 다량의 성분을 가지는 희박류를 소모류에서 제거하고 소모류를 수용하기 위해서 연결된 제 1 분리기,
    보충류 및 잉여 소모류의 혼합류를 생성하기 위해서 제 1 보충류가 잉여 소모류에 첨가되는 기류 결합기,
    보충류 및 소모류 혼합류가 응축되어서 응축된 잉여 소모류를 생성하는 응축기 및,
    응축된 잉여 소모류를 고농도류 및 제 1 보충류로 분리하는 제 2 분리기로 구성되고, 고농도류는 소모류에 포함된 끓는 점이 높은 소량의 성분을 가지며, 보충류는 고농도류에 비해 끓는 점이 높은 다량의 성분을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
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