KR101294885B1 - Apparatus for Converting Thermal Energy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 열원 또는 냉각 유체의 온도나 유량, 특히 냉각 유체의 온도가 변화더라도 균일한 출력을 제공할 수 있는 열에너지를 전환하는 장치를 제공하기 위하여, 2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동 유체를 가열 유체로 가열하여, 상기 작동 유체는 작동 유체의 적어도 일부가 증발된 증발 작동 유체로, 상기 가열 유체는 유입 온도보다 저온의 저온 가열 유체로 만드는 증발기; 상기 증발기에 연결되며, 증발 작동 유체를 받아 농후류와 희박류로 분리하는 분리기; 상기 분리기의 농후류 출구에 연결되며, 상기 농후류를 팽창시켜 유용한 에너지를 생성하는 에너지 전환 수단; 상기 에너지 전환 수단에 연결되며, 상기 에너지 전환 수단을 통과하여 에너지가 소모된 농후류와 상기 희박류가 혼합된 작동 유체를 외부의 냉각 유체와 열교환 시켜 상기 혼합된 작동 유체를 응축하는 응축기; 상기 응축기 및 상기 증발기 사이에 위치하며 상기 응축기를 통과한 작동 유체를 가압하는 펌핑 수단; 및 상기 분리기와 상기 응축기 사이에 상기 작동 유체의 농도를 조절하는 농도 조절부;를 포함하는 열에너지를 전환하는 장치를 제공한다. The present invention provides an apparatus for converting thermal energy that can provide a uniform output even when the temperature or flow rate of an external heat source or cooling fluid, in particular, the temperature of the cooling fluid changes, in which two or more different boiling fluids are mixed in operation. An evaporator that heats the fluid with a heating fluid such that the working fluid is an evaporative working fluid in which at least a portion of the working fluid is evaporated and the heating fluid is a low temperature heating fluid having a lower temperature than the inlet temperature; A separator connected to the evaporator for receiving an evaporation working fluid and separating the thick and the lean flows; Energy conversion means connected to the enrichment outlet of the separator and expanding the enrichment to produce useful energy; A condenser connected to the energy conversion means and condensing the mixed working fluid by heat-exchanging the working fluid mixed with the energy-rich and the lean flows with an external cooling fluid through the energy conversion means; Pumping means positioned between the condenser and the evaporator and for pressurizing a working fluid passing through the condenser; And a concentration adjusting unit for adjusting the concentration of the working fluid between the separator and the condenser.

Description

열에너지를 전환하는 장치{Apparatus for Converting Thermal Energy}Apparatus for Converting Thermal Energy

본 발명은 팽창되어 재생되는 작동 유체를 사용하여 열원으로부터의 열에너지를 전환하는 장치에 대한 것으로, 구체적으로는, 2 이상의 혼합 작동 유체를 사용하여 저온의 열에너지를 전환하는 열역학 사이클로서 고온 열원 또는 냉각 유체의 온도가 변화하는 경우에도 효율을 유지할 수 있는 열에너지를 전환하는 장치에 대한 것이다.
The present invention relates to a device for converting thermal energy from a heat source using a working fluid that is expanded and regenerated, and specifically, a high temperature heat source or cooling fluid as a thermodynamic cycle of converting low temperature thermal energy using two or more mixed working fluids. It is about a device for converting thermal energy that can maintain the efficiency even if the temperature of.

석탄, 오일 또는 가스를 연료로 하는 화력발전은 통상적으로 물을 작동 유체로 이용한다. LNG 복합발전의 경우에도 가스터빈에서 나온 배가스가 500~600℃로 상당히 높기 때문에 그 열로 물을 스팀으로 상전환시켜 스팀 터빈을 구동시켜 발전을 하게 된다. Thermal power plants using coal, oil or gas as fuel typically use water as the working fluid. In the case of LNG combined cycle, the exhaust gas from the gas turbine is very high, 500 ~ 600 ℃, so the water is converted into steam to drive the steam turbine to generate electricity.

100~500℃로 기존의 스팀발전보다 낮은 온도의 배열원을 이용하여 발전하기 위한 중저온 배열발전기술이 점차 개발, 확대되고 있다. 낮은 온도에서 발전하기 위해서는 낮은 온도에서 끓는 점(boiling point)을 갖는 작동 유체, 즉 냉매 또는 탄화수소계 연료가 이용된다. 작동 유체의 특성 또는 시스템 구성에 따라 유기랭킨사이클 시스템(organic rankine cycle system), 카리나 사이클시스템(kalina cycle), 그리고 우에하라 사이클 시스템(uehara cycle system) 등으로 크게 구별된다. 유기랭킨사이클은 하나의 작동 유체를 이용하고 카리나와 우에하라 사이클시스템은 암모니아와 물을 혼합한 혼합물을 이용한다.The low-temperature thermal power generation technology for generating power using the heat source of lower temperature than the existing steam power generation at 100-500 ℃ is being developed and expanded. To generate power at low temperatures, a working fluid with a boiling point at low temperatures, ie refrigerants or hydrocarbon-based fuels, is used. Depending on the nature of the working fluid or the system configuration, it is classified into an organic rankine cycle system, a kalina cycle, and a uehara cycle system. The organic Rankine cycle uses one working fluid, while the Karina and Uehara cycle systems use a mixture of ammonia and water.

유기랭킨사이클은 통상의 랭킨사이클인 도 1 과 같이 증발기(40), 터빈(50), 응축기(20), 펌프(30)의 기본 요소로 구성되어 있으며, 상기 터빈(50)에는 발전기(50)가 연결되어 터빈(50)에서 변환된 기계적 에너지를 전기 에너지로 전환한다. 증발기(40)는 작동 유체가 열을 받아 기체로 상변화되는 곳이고 터빈(50)은 증발기(40)와 응축기(20) 간의 압력차이를 일로 바꾸어 주는 역할을 하며, 응축기(20)는 터빈(50)에서 나온 저온 저압의 작동 유체를 액체로 상변화해주는 역할을 한다. 펌프(30)는 응축기 내 저압의 작동 유체를 증발기로 공급하기 위한 역할을 한다. The organic Rankine cycle is constituted by basic elements of an evaporator 40, a turbine 50, a condenser 20 and a pump 30 as shown in FIG. 1 which is a typical Rankine cycle. The turbine 50 is connected to a generator 50, And converts the mechanical energy converted by the turbine 50 into electric energy. The evaporator 40 is a place where the working fluid is changed into a gas by receiving heat, the turbine 50 serves to change the pressure difference between the evaporator 40 and the condenser 20 to work, the condenser 20 is a turbine ( It is a function to change the low temperature low pressure working fluid from 50) into liquid. The pump 30 serves to supply the low pressure working fluid in the condenser to the evaporator.

이 랭킨 사이클에서 저온 저압의 작동 유체(1)는 펌프(30)를 통과하며 저온 고압의 작동 유체(2)가 되며, 증발기(40)를 통과하면서 고온고압의 작동 유체(3)가 되었다가, 터빈(50)을 통과한 후 저압의 작동 유체(4)가 된 후, 응축기(20)를 거치면서 다시 저온 저압의 작동 유체(1)가 되며, 이러한 사이클을 작동 유체가 순환함으로써 유용한 에너지를 생성한다. In this Rankine cycle, the low temperature low pressure working fluid 1 passes through the pump 30 and becomes the low temperature high pressure working fluid 2, and passes through the evaporator 40 to become the high temperature high pressure working fluid 3. After passing through the turbine 50, it becomes a low pressure working fluid 4, and then passes through the condenser 20 to become a low temperature low pressure working fluid 1, which circulates the cycle to generate useful energy. do.

유기랭킨사이클이 랭킨사이클과 다른 것은 물보다 끓는 점이 낮은 유기물질을 이용하여 저온에서 증발되는 작동 유체에 있다. 유기랭킨 사이클은 작동 유체가 하나의 성분으로 구성된 유기물질이 이용된다. The difference between the organic Rankine cycle and the Rankine cycle is in working fluids that evaporate at low temperatures using organic materials that have a lower boiling point than water. The organic Rankine cycle utilizes organic materials in which the working fluid consists of one component.

한편, 카리나 사이클은 순수물질을 작동 유체로 사용하는 유기랭킨사이클과 달리 물과 암모니아가 혼합된 암모니아수를 작동 유체로 사용한다. 구체적으로는 도 2 와 같이 저온 저압의 작동 유체(1)는 펌프(30)를 통해 고압의 작동 유체(2)로 토출되며, 예열기 혹은 재생기(45)에서 예열되어 중온의 작동 유체(5)가 된다. 이후 증발기(40)를 통해 증기화되어 고온고압의 작동 유체(3)가 되며, 이 작동 유체(3)는 기액분리기(60)에 유입된다. 이곳에서 물이 많이 포함된 포화액으로 암모니아가 적은 희박류(7)와 암모니아가 주성분인 포화증기인 농후류(6)로 분리되며, 농후류(6)는 터빈(50)으로 공급되어 소모된 농후류(11)로 변환되는데, 터빈(50)은 화학에너지를 기계적 에너지로 전환하고 그 기계적 에너지는 발전기(미도시)를 통해 전기를 생산한 후 농후류(6)는 소모된 농후류(11)가 된다. On the other hand, the carina cycle uses ammonia water mixed with water and ammonia as the working fluid, unlike the organic Rankine cycle, which uses pure materials as the working fluid. Specifically, as shown in FIG. 2, the low temperature low pressure working fluid 1 is discharged into the high pressure working fluid 2 through the pump 30, and is preheated in the preheater or regenerator 45 so that the medium temperature working fluid 5 is discharged. do. It is then vaporized through the evaporator 40 to become a high-temperature, high-pressure working fluid 3, which is introduced into the gas-liquid separator 60. Here, a saturated solution containing a lot of water is separated into a lean stream (7) having low ammonia and a thick stream (6), which is saturated steam having ammonia as its main component, and the thick stream (6) is supplied to the turbine (50) and consumed. It is converted into the rich (11), the turbine 50 converts chemical energy into mechanical energy and the mechanical energy is produced through a generator (not shown) and the rich (6) is consumed rich (11) )

고온상태인 희박류(7)는 예열기 혹은 재생기(45)로 보내져 작동 유체(2)를 예열하면서 열을 회수하여 열교환된 희박류(8)가 되며, 이 열교환된 희박류(8)는 스로틀 밸브와 같은 압력 제어기(70)를 통과하면서 압력이 터빈(50) 후단의 압력까지 낮아져 저압의 희박류(9)가 된다. 저압의 희박류(9)와 소모된 농후류(11)는 흡수기(80)에서 혼합되어 작동 유체(10)가 된다. 작동 유체(10)는 응축기(11)로 공급되고 여기에 저온의 냉각수에 의해 작동 유체(10)가 응축된 상태로 작동 유체(1)가 된다.The lean stream (7) at high temperature is sent to the preheater or regenerator (45) to recover heat while preheating the working fluid (2), and the heat exchanged lean stream (8) becomes a throttle valve. As it passes through the pressure controller 70, the pressure is lowered to the pressure at the rear end of the turbine 50, resulting in a low pressure lean flow 9. The low pressure lean 9 and spent thick 11 are mixed in the absorber 80 to form the working fluid 10. The working fluid 10 is supplied to the condenser 11 and becomes the working fluid 1 in a state where the working fluid 10 is condensed by low temperature cooling water.

증발기(40)에는 고온의 열원을 갖는 가열 유체가 공급 및 배출되고, 응축기 (20)에는 냉각수가 공급 및 배출된다. 카리나 사이클은 기액분리기(60)의 레벨을 조절하면서 압력제어기(70)의 개도를 조절할 수 있다.The evaporator 40 is supplied and discharged with a heating fluid having a high temperature heat source, and the cooling water is supplied and discharged with the condenser 20. The carina cycle may adjust the opening degree of the pressure controller 70 while adjusting the level of the gas-liquid separator 60.

이러한 카리나 사이클 설계에 있어 증발기(40)는 외부의 열원, 예를 들면 배가스와 열교환하는데, 계절에 따라서 배가스의 온도가 변화될 수 있다. 또한, 응축기(20)는 냉각 유체로서 일반적으로 해수를 사용하는데, 냉각 유체 역시 계절에 따라서 온도가 변화될 수 있으며, 그에 따라서 사이클의 효율이 변화된다는 문제가 있다.
In such a carina cycle design, the evaporator 40 exchanges heat with an external heat source, for example, flue gas, which may change in temperature depending on the season. In addition, the condenser 20 generally uses seawater as a cooling fluid, which also has a problem that the temperature of the cooling fluid may change depending on the season, and thus the efficiency of the cycle changes.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부 열원 또는 냉각 유체의 온도나 유량, 특히 냉각 유체의 온도가 변화더라도 균일한 출력을 제공할 수 있는 열에너지를 전환하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus for converting thermal energy capable of providing a uniform output even when the temperature or flow rate of an external heat source or cooling fluid, in particular, the temperature of the cooling fluid changes. .

또한, 본 발명은 열에너지를 전환하는 사이클에서 기액분리기를 통해 얻어진 희박류를 충분히 냉각시켜 응축기에서의 냉각수 사용량을 줄이는 것을 목적으로 한다.
In addition, the present invention aims to reduce the amount of cooling water used in the condenser by sufficiently cooling the lean flow obtained through the gas-liquid separator in the cycle of converting thermal energy.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 열에너지를 전환하는 장치를 제공한다The present invention provides a device for converting the following thermal energy to achieve the above object.

본 발명은 2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동 유체를 가열 유체로 가열하여, 상기 작동 유체는 작동 유체의 적어도 일부가 증발된 증발 작동 유체로, 상기 가열 유체는 유입 온도보다 저온의 저온 가열 유체로 만드는 증발기; 상기 증발기에 연결되며, 증발 작동 유체를 받아 농후류와 희박류로 분리하는 분리기; 상기 분리기의 농후류 출구에 연결되며, 상기 농후류를 팽창시켜 유용한 에너지를 생성하는 에너지 전환 수단; 상기 에너지 전환 수단에 연결되며, 상기 에너지 전환 수단을 통과하여 에너지가 소모된 농후류와 상기 희박류가 혼합된 작동 유체를 외부의 냉각 유체와 열교환 시켜 상기 혼합된 작동 유체를 응축하는 응축기; 상기 응축기 및 상기 증발기 사이에 위치하며 상기 응축기를 통과한 작동 유체를 가압하는 펌핑 수단; 및 상기 분리기와 상기 응축기 사이에 상기 작동 유체의 농도를 조절하는 농도 조절부;를 포함하는 열에너지를 전환하는 장치를 제공한다.The present invention heats a working fluid mixed with two or more boiling points with a heating fluid such that the working fluid is an evaporative working fluid in which at least a portion of the working fluid is evaporated, and the heating fluid is heated at a lower temperature than the inlet temperature. Evaporator made of fluid; A separator connected to the evaporator for receiving an evaporation working fluid and separating the thick and the lean flows; Energy conversion means connected to the enrichment outlet of the separator and expanding the enrichment to produce useful energy; A condenser connected to the energy conversion means and condensing the mixed working fluid by heat-exchanging the working fluid mixed with the energy-rich and the lean flows with an external cooling fluid through the energy conversion means; Pumping means positioned between the condenser and the evaporator and for pressurizing a working fluid passing through the condenser; And a concentration adjusting unit for adjusting the concentration of the working fluid between the separator and the condenser.

본 발명에서 농도 조절부는 상기 희박류가 분기되어 통과하며, 상기 작동 유체의 농도와 다른 농도의 작동 유체 혹은 상기 2 이상의 비등점이 다른 두 유체 중 하나 이상을 소정량 함유하는 농도 조절 탱크를 포함하며, 상기 농도 조절부를 통과한 조정 희박류는 다시 희박류와 합류될 수 있다.In the present invention, the concentration control unit includes a concentration control tank through which the lean flow branched, containing a predetermined amount of one or more of the working fluid of the concentration different from the concentration of the working fluid or the two or more boiling points, The adjusted lean flow that has passed through the concentration adjusting unit may again join the lean flow.

또, 상기 농도 조절부는 상기 농도 조절 탱크를 통과하는 작동 유체를 포집하도록 희박류의 유입을 차단하는 밸브 및 조정 희박류의 유출을 차단하는 밸브를 포함할 수 있다.In addition, the concentration control unit may include a valve for blocking the inflow of lean flow and a valve for blocking the outflow of the adjusted lean flow to capture the working fluid passing through the concentration control tank.

본 발명은 상기 증발기 및 상기 분리기에 연결되어 상기 분리기의 상기 희박류와 상기 증발기의 저온 가열 유체를 열교환시키는 제 1 열교환기를 포함할 수 있다.The present invention may include a first heat exchanger connected to the evaporator and the separator to heat exchange the lean flow of the separator and the low temperature heating fluid of the evaporator.

이때, 본 발명은 상기 가열 유체가 외부 열원으로부터 열을 받는 열교환부, 상기 증발기 및 제 1 열교환기를 순환하는 가열구조를 포함하는 것이 바람직하다.In this case, the present invention preferably includes a heating structure in which the heating fluid receives heat from an external heat source, circulating the evaporator and the first heat exchanger.

본 발명에서 상기 분리기의 희박류 측에 상기 제 1 열교환기로의 유로, 상기 농도 조절부로의 유로, 및 바이패스 유로로 분기되는 분기부를 포함하며, 상기 분기부는 냉각 유체의 온도 변화에 따라서 상기 제 1 열교환기로의 유로, 상기 농도 조절부로의 유로, 및 바이패스 유로로의 희박류의 유량을 제어할 수 있다.In the present invention, the lean flow side of the separator comprises a branch for branching to the flow path to the first heat exchanger, the flow path to the concentration control unit, and the bypass flow path, wherein the branching portion according to the temperature change of the cooling fluid The flow rate of the lean flow to the flow path to a heat exchanger, the flow path to the said concentration control part, and a bypass flow path can be controlled.

또한, 본 발명에서는 상기 분기부와 상기 응축기 사이에 상기 분기부에서 분기된 희박류가 합류하는 합류부를 포함하며, 상기 합류부에서 합류된 희박류와 상기 펌핑 수단과 상기 증발기 사이의 작동 유체가 열교환하는 제 2 열교환기를 더 포함할 수 있다.
In addition, the present invention includes a confluence of the lean flow branched from the branch between the branch and the condenser confluence, the lean flow joined in the confluence and the working fluid between the pumping means and the evaporator heat exchange. The second heat exchanger may further include.

본 발명은 위와 같은 구성을 통하여 외부 열원 또는 냉각 유체의 온도나 유량, 특히 냉각 유체의 온도가 변화더라도 균일한 출력을 제공할 수 있는 열에너지를 전환하는 장치를 제공할 수 있다..The present invention can provide a device for converting the thermal energy that can provide a uniform output even if the temperature or flow rate of the external heat source or cooling fluid, in particular the temperature of the cooling fluid changes through the above configuration.

또한, 본 발명은 열에너지를 전환하는 사이클에서 분리기를 통해 얻어진 희박류를 충분히 냉각시켜 응축기에서의 냉각 유체 사용량을 줄이거나, 냉각 유체의 온도가 올라서 응축이 완전히 이루어지지 않는 경우를 방지할 수 있다.
In addition, the present invention can sufficiently reduce the lean flow obtained through the separator in the cycle of converting the thermal energy to reduce the amount of cooling fluid used in the condenser, or it is possible to prevent the case that the condensation is not made completely due to the temperature of the cooling fluid rises.

도 1 은 종래의 랭킨사이클의 구성도이다.
도 2 는 종래의 카리나사이클의 구성도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 열에너지를 전환하는 사이클의 구성도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 열에너지를 전환하는 사이클의 다른 구성도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 열에너지를 전환하는 사이클의 또 다른 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional Rankine cycle.
2 is a configuration diagram of a conventional carina cycle.
3 is a configuration diagram of a cycle for converting thermal energy according to the present invention.
4 is another configuration diagram of a cycle for converting thermal energy according to the present invention.
5 is another configuration diagram of a cycle for converting thermal energy according to the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 살펴보도록 한다. Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에서는 물과 암모니아의 혼합물을 작동 유체로 사용하였으나, 본 발명은 비등점이 상이한 2 종 이상의 유체를 혼합하여 사용한다면, 본 발명의 작동 유체에 해당된다. In the embodiment of the present invention, a mixture of water and ammonia is used as the working fluid, but the present invention corresponds to the working fluid of the present invention when two or more kinds of fluids having different boiling points are mixed and used.

도 3 에는 본 발명의 열에너지를 전환하는 사이클의 구성도 가 도시되어 있다. 3 is a block diagram of a cycle for converting thermal energy of the present invention.

물과 암모니아의 혼합물인 작동 유체는 합류부(175)이후부터 응축기(110)를 지나서 분리기(150)에 들어가기 전까지는(P1~P4, P18) 동일한 농도를 가진다. The working fluid, which is a mixture of water and ammonia, has the same concentration from after the confluence 175 until it passes through the condenser 110 and enters the separator 150 (P1-P4, P18).

응축기(110)에서 응축된 작동 유체(P1)는 펌프(120)에 의해서 고압으로 펌핑되어, 고압 작동 유체(P2)를 생성한다. 고압 작동 유체(P2)는 제 1 열교환기(130)에서 합류된 합류 희박류(P13)와 열교환하여, 승온 작동 유체(P3)가 된다. 승온 작동 유체(P3)는 증발기(140)로 유입되며, 이 증발기(140)에서 작동 유체는 외부 열원과 열교환하면서 상변화하여 증발 작동 유체(P4)가 된다. 이때, 열에너지가 화학적 에너지로 전환된다.The working fluid P1 condensed in the condenser 110 is pumped to high pressure by the pump 120, producing a high pressure working fluid P2. The high pressure working fluid P2 exchanges heat with the joined lean flow P13 joined in the first heat exchanger 130 to become the elevated temperature working fluid P3. The elevated temperature working fluid P3 is introduced into the evaporator 140, in which the working fluid phase changes while exchanging heat with an external heat source to become the evaporating working fluid P4. At this time, the thermal energy is converted into chemical energy.

증발 작동 유체(P4)는 분리기(150)로 공급되며, 분리기(150)에서 증기 상태의 농후류(P5)와 액체 상태의 희박류(P11)로 분리된다. 여기서, 농후류(P5)란 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 높은 것을 의미하며, 희박류(P11)란 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 낮은 것을 의미하는 것으로, 분리기(150)에서 기체는 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 높으며, 액체는 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 낮다. The evaporation working fluid P4 is supplied to the separator 150, and is separated from the thickener P5 in the vapor state and the lean stream P11 in the liquid state in the separator 150. Here, the rich stream P5 means that the concentration of the low boiling point fluid such as ammonia is high, and the lean stream P11 means the concentration of the low boiling point fluid such as ammonia is low. The concentration of low boiling fluids such as ammonia is high and the liquids have low concentrations of low boiling fluids such as ammonia.

농후류(P5)는 분기부(191)에서 제 1 농도 조절부에 포함되는 제 1 농도 조절탱크(190)로 분기될 수 있으며, 제 1 농도 조절 탱크(190)로 흐름은 밸브(193)에 의해서 조절될 수 있다. 제 1 농도 조절 탱크(190)로 흐르지 않는 농후류(P6)는 제 1 농도 조절 탱크(190)를 통과한 조절 농후류(P8)와 합류부(192)에서 만나 합류 농후류(P9)가 된다. 이때, 제 1 농도 조절부는 제 1 농도 조절 탱크(190)와 이 제 1 농도 조절 탱크(190)로의 농후류의 흐름을 제어하는 밸브(193, 194)를 포함한다.The rich stream P5 may branch from the branch 191 to the first concentration adjusting tank 190 included in the first concentration adjusting unit, and the flow to the first concentration adjusting tank 190 flows to the valve 193. Can be adjusted by The rich rich P6 that does not flow to the first concentration adjusting tank 190 meets the adjusting rich P8 passing through the first concentration adjusting tank 190 at the confluence portion 192 and becomes the confluent rich P9. . In this case, the first concentration control unit includes a first concentration control tank 190 and valves 193 and 194 for controlling the flow of the rich stream to the first concentration control tank 190.

합류부(192)에서 생성된 합류 농후류(P9)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)으로 공급되며, 이 에너지 전환 수단(170)에서 합류 농후류(P9)는 압력이 하강하며, 그로 인하여 화학적 에너지가 기계적 에너지로 전환된다. 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)에는 발전기(180)가 연결되어 기계적 에너지로 전기를 생산할 수 있다. 합류 농후류(P9)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)을 통과하면서 에너지가 소모된 소모 농후류(P10)가 된다. 소모 농후류(P10)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(135)을 통과한 저압 희박류(P17)와 합류부(175)에서 합류하여 합류 작동 유체(P18)가 된다. The confluence enriched stream P9 generated by the confluence unit 192 is supplied to an energy converting means 170 such as a turbine, and in this energy converting means 170, the condensed rich stream P9 has a pressure drop, thereby Chemical energy is converted into mechanical energy. The generator 180 is connected to the energy conversion means 170 such as a turbine to produce electricity with mechanical energy. The confluence enrichment P9 becomes a spent enrichment P10 in which energy is consumed while passing through an energy conversion means 170 such as a turbine. The spent rich stream P10 is joined by the low pressure lean stream P17 that has passed through the pressure regulating means 135 such as the throttle valve at the confluence unit 175 to become the confluence working fluid P18.

한편, 희박류(P11)는 분기부(196)에서 제 2 농도 조절부로 향하는 희박류(P13)와 이를 바이패스하는 희박류(P12)로 분기한다. 제 2 농도 조절부로 향하는 희박류(P13)는 분기부(196)에서 분기한 후 제 2 농도 조절부의 제 2 농도 조절 탱크(195)를 통과한 후 합류부(197)에서 다시 희박류(P12)와 합류하여 합류 희박류(P15)가 된다. 이때, 제 2 농도 조절부는 상술한 제 1 농도 조절부와 유사하게 제 2 농도 조절 탱크(195)와 이 제 1 농도 조절 탱크(195)로의 희박류의 흐름을 제어하는 밸브(198, 199)를 포함한다.Meanwhile, the lean stream P11 branches into the lean stream P13 directed to the second concentration control unit from the branching unit 196 and the lean stream P12 bypassing it. The lean flow P13 directed to the second concentration adjusting unit branches from the branching unit 196 and then passes through the second concentration adjusting tank 195 of the second concentration adjusting unit, and then again from the confluence unit 197. It joins with and becomes a joining lean (P15). At this time, the second concentration control unit is similar to the first concentration control unit described above, the second concentration control tank 195 and the valve (198, 199) for controlling the flow of lean flow to the first concentration control tank 195. Include.

합류 희박류(P15)는 제 1 열교환기(130)에서 고압 작동 유체(P2)를 승온시키면서 다시 한번 온도가 낮아진 희박류(P16)가 된다. 제 1 열교환기(130)를 통과한 희박류(P16)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(135)을 통과하면서 터빈 후단의 압력으로 떨어져 저압 희박류(P17)가 된다. 이때, 압력 조절 수단(135)은 분리기(150)의 액면에 따라서 개도가 조절될 수 있으며, 그로 인하여 저압 희박류(P17)는 합류부(175)에서 소모 농후류(P10)와 합류하여 합류 작동 유체(P18)가 되며, 이 합류 작동 유체(P18)는 응축기(110)로 제공된다. The confluent lean flow P15 becomes a lean flow P16 having the temperature lowered once again while raising the high pressure working fluid P2 in the first heat exchanger 130. The lean flow P16 passing through the first heat exchanger 130 falls to the pressure at the rear end of the turbine while passing through the pressure regulating means 135 such as the throttle valve, thereby becoming the low pressure lean flow P17. At this time, the pressure regulating means 135 may be adjusted according to the liquid level of the separator 150, whereby the low pressure lean flow (P17) joins the condensed thickening (P10) in the confluence unit 175 to join the operation Becomes a fluid P18, which is provided to the condenser 110.

응축기(110)에서는 합류 작동 유체(P18)는 냉각수와 같은 냉각 유체에 의해서 액상으로 모두 응축되며, 액상의 작동 유체(P1)가 된다. 이렇게 작동 유체는 1순환하면서 외부 열원으로부터 받은 열에너지를 전기에너지로 전환한다.In the condenser 110, the confluence working fluid P18 is all condensed into the liquid phase by a cooling fluid such as cooling water, and becomes the liquid working fluid P1. In this way, the working fluid converts thermal energy received from an external heat source into electrical energy in a single cycle.

이와 같은 열에너지를 전환하는 장치에서 물과 암모니아의 농도에 따라서 출력이 변동하게 된다. 이에 따라 고온의 외부 열원의 온도가 낮은 경우에는 제 1 혹은 제 2 농도 조절부를 통하여 암모니아의 농도를 높게 하고, 외부 열원의 온도가 높은 경우에는 제 1 혹은 제 2 농도 조절부를 통하여 물을 공급하여 암모니아의 농도를 낮게 하면 출력을 상향시켜 발전 출력 안정화에 유리하다. In such a device for converting thermal energy, the output varies depending on the concentration of water and ammonia. Accordingly, when the temperature of the high temperature external heat source is low, the concentration of ammonia is increased through the first or second concentration controller, and when the temperature of the external heat source is high, water is supplied through the first or second concentration controller. When the concentration of is lowered, the output is increased, which is advantageous for stabilizing the power generation output.

예를 들어, 제 1 농도 조절부의 제 1 농도 조절 탱크(190)에는 암모니아를 충전하며, 제 2 농도 조절부의 제 2 농도 조절 탱크(195)에는 물을 충전한 경우에, 초기 상황에서는 제 1 농도 조절부의 밸브(193, 194)를 차단하여 농도 조절을 하지 않으며, 마찬가지로 제 2 농도 조절부의 밸브(198, 199)를 차단하여 농도 조절을 하지 않는다. For example, when the first concentration control tank 190 of the first concentration control unit is filled with ammonia, and the second concentration control tank 195 of the second concentration control unit is filled with water, the first concentration in the initial situation. The concentration control is not performed by blocking the valves 193 and 194 of the control unit, and similarly, the concentration control is not controlled by blocking the valves 198 and 199 of the second concentration control unit.

하지만, 외부 열원의 온도가 상승하는 경우에, 농도 변화 없는 경우에 유입 열량은 증가하나 출력은 그렇지 못하여 장치의 효율이 상승하지 않으므로, 암모니아의 농도를 낮쳐줘야 고효율의 유지가 가능하다. 따라서, 이때는 제 2 농도 조절 부의 밸브(198, 199)를 개방하여, 물을 작동 유체에 공급하여 그에 따라서 전체적 작동 유체의 암모니아 농도가 낮아지게 된다. 따라서, 외부 열원의 온도가 상승하면 암모니아의 농도를 낮춰 고효율의 유지가 가능하다. 예를 들어 외부 열원의 온도가 5℃ 상승하는 경우에 효율을 유지하기 위하여는 제 2 농도 조절 탱크(195)에 장치를 순환하는 전체 4% 정도에 해당되는 용량의 물을 저장시키는 것이 바람직하다.However, in the case where the temperature of the external heat source rises, inflow heat quantity increases when there is no change in concentration, but the output does not increase so that the efficiency of the device does not increase. Therefore, at this time, the valves 198 and 199 of the second concentration control unit are opened to supply water to the working fluid, thereby lowering the ammonia concentration of the overall working fluid. Therefore, when the temperature of the external heat source increases, the concentration of ammonia can be lowered to maintain high efficiency. For example, in order to maintain efficiency when the temperature of the external heat source rises by 5 ° C., it is preferable to store water having a capacity corresponding to about 4% of the total circulation of the device in the second concentration control tank 195.

반대로, 높아진 외부 열원의 온도가 낮아진 경우에는 제 2 농도 조절부의 밸브(198, 199)를 차단하게 되며, 그에 따라서 제 2 농도 조절부의 제 2 농도 조절 탱크(195)를 통과하던 희박류(P13)는 제 2 농도 조절 탱크(195)에 포집된다. 본 발명에서 제 2 농도 조절 탱크(195)는 암모니아의 농도가 낮은 희박류(P13)를 포집하므로, 전체 작동 유체에서 물을 더 많이 포집하는 것이므로, 그에 따라서 전체 작동 유체의 암모니아 농도는 상승하게 된다. On the contrary, when the temperature of the increased external heat source is lowered, the valves 198 and 199 of the second concentration controller block the first and second lean flows P13 that have passed through the second concentration control tank 195 of the second concentration controller. Is collected in a second concentration control tank 195. In the present invention, since the second concentration control tank 195 captures the lean stream P13 having a low ammonia concentration, the second concentration control tank 195 collects more water in the whole working fluid, thereby increasing the ammonia concentration of the whole working fluid. .

이와 유사하게, 외부 열원의 온도가 초기보다 낮아진 경우에는 암모니아의 농도가 상승되어야 하므로, 제 1 농도 조절부의 제 1 농도 조절 탱크(190)와 연결된 밸브(193, 194)를 개방시키며, 그에 따라서, 제 1 농도 조절 탱크(190)에 함유된 암모니아가 작동 유체에 혼합되어 전체 작동 유체의 농도가 상승된다. 외부 열원이 5℃ 하락하는 경우에 동일 효율을 유지하기 위하여는 암모니아의 농도를 4%(질량분율) 향상시키는 것이 바람직하므로, 상기 제 1 농도 조절 탱크(190)는 해당 온도에 대응되는 용량의 암모니아를 함유하게 할 수 있다.Similarly, since the concentration of ammonia should be increased when the temperature of the external heat source is lower than the initial stage, the valves 193 and 194 connected to the first concentration control tank 190 of the first concentration control unit are opened, and accordingly, Ammonia contained in the first concentration control tank 190 is mixed with the working fluid to increase the concentration of the whole working fluid. In order to maintain the same efficiency when the external heat source drops by 5 ° C, it is preferable to increase the concentration of ammonia by 4% (mass fraction), so that the first concentration control tank 190 has ammonia of a capacity corresponding to the temperature. It can be made to contain.

외부 열원의 온도가 복귀되면, 암모니아의 농도를 다시 낮출 필요가 있으므로 제 1 농도 조절부의 밸브(193, 194)를 차단하게 되며, 그에 따라서 제 1 농도 조절부의 제 1 농도 조절 탱크(190)를 통과하던 농후류(P7)는 제 1 농도 조절 탱크(190)에 포집된다. 본 발명에서 제 1 농도 조절 탱크(190)는 암모니아의 농도가 높은 농후류(P7)를 포집하므로, 전체 작동 유체에서 암모니아를 더 많이 포집하는 것이므로, 그에 따라서 전체 작동 유체의 암모니아 농도는 상승하게 된다. When the temperature of the external heat source is restored, the concentration of ammonia needs to be lowered again, thereby blocking the valves 193 and 194 of the first concentration adjusting unit, and thus passing through the first concentration adjusting tank 190 of the first concentration adjusting unit. The rich stream P7 is collected in the first concentration control tank 190. In the present invention, since the first concentration control tank 190 collects the rich stream P7 having a high ammonia concentration, the first concentration control tank 190 collects more ammonia from the whole working fluid, and thus, the ammonia concentration of the whole working fluid is increased accordingly. .

이와 같이 본 발명의 열에너지를 전환하는 장치는 외부 열원의 온도의 변화에 농도를 조절함으로써 효율을 유지하는 것이 가능하다. Thus, the apparatus for converting heat energy of the present invention can maintain efficiency by adjusting the concentration to the change of the temperature of the external heat source.

다르게, 냉각 유체의 온도가 변화하는 경우에도 제 1 및 제 2 농도 조절부를 동작시킴으로써 대응 가능하다. 통상 냉각 유체의 온도가 6℃ 변화하는 경우에 출력이 10~15%정도 변화되며, 냉각 유체의 온도가 2℃ 상승하는 경우에 암모니아의 농도가 10%정도 떨어지도록 제 1 또는 제 2 농도 조절 탱크(190, 195)의 용량을 조절하면 된다. Alternatively, even when the temperature of the cooling fluid changes, it is possible to respond by operating the first and second concentration adjusting units. Usually, when the temperature of the cooling fluid changes by 6 ° C, the output changes by about 10 to 15%, and when the temperature of the cooling fluid rises by 2 ° C, the first or second concentration control tank so that the concentration of ammonia falls by about 10%. The dose of 190 and 195 may be adjusted.

특히 본 발명에서는, 제 1 농도 조절부가 농후류(P5)에 연결되어 있으며, 그에 따라서, 암모니아를 포집하는 것이 가능하여, 작동 유체의 농도를 조절하는데 유리하다. 또한, 제 1 농도 조절부와 제 2 농도 조절부를 병행하여 조절하는 경우에는 탱크의 용량이 커지지 않고서도 외부 온도 변화에도 출력을 유지할 수 있다.In particular, in the present invention, the first concentration adjusting unit is connected to the rich stream P5, and accordingly, it is possible to collect ammonia, which is advantageous for adjusting the concentration of the working fluid. In addition, in the case where the first concentration adjusting unit and the second concentration adjusting unit are adjusted in parallel, the output can be maintained even with an external temperature change without increasing the capacity of the tank.

또한, 농도 조절이 제 1 및 제 2 농도 조절 탱크(190, 195)를 밸브(193, 194, 198, 199)로 차단 혹은 연통시키는 것으로, 그 구성이 간단할 뿐만 아니라, 제어가 용이하다는 이점도 있다. In addition, the concentration control causes the first and second concentration control tanks 190 and 195 to shut off or communicate with the valves 193, 194, 198 and 199, which not only has a simple configuration but also an advantage of easy control. .

한편, 도 4 에는 본 발명의 다른 구성도가 도시되어 있다. 도 3 의 실시예에서는 희박류측 및 농후류측 모두에 농도 조절부가 구비되었으나, 도 4 에서는 구성을 보다 간소화하여 희박류 측에서만 농도 조절부가 구비된 것이다. On the other hand, Figure 4 shows another configuration of the present invention. In the embodiment of FIG. 3, the concentration control unit is provided on both the lean side and the rich side, but in FIG. 4, the concentration control unit is provided only on the lean side by simplifying the configuration.

구체적으로 도 3 의 실시예와 유사하게 도 4 의 실시예는 응축기(110)에서 응축된 작동 유체(P1)는 펌프(120)에 의해서 고압으로 펌핑되어, 고압 작동 유체(P2)를 생성한다. 고압 작동 유체(P2)는 제 1 열교환기(130)에서 합류된 합류 희박류(P13)과 열교환하여, 승온 작동 유체(P3)가 된다. 승온 작동 유체(P3)는 증발기(140)로 유입되며, 이 증발기(140)에서 작동 유체는 외부 열원과 열교환하면서 상변화하여 증발 작동 유체(P4)가 된다. Specifically, similar to the embodiment of FIG. 3, in the embodiment of FIG. 4, the working fluid P1 condensed in the condenser 110 is pumped to a high pressure by the pump 120, thereby generating a high pressure working fluid P2. The high pressure working fluid P2 exchanges heat with the joined lean flow P13 joined in the first heat exchanger 130, resulting in an elevated temperature working fluid P3. The elevated temperature working fluid P3 is introduced into the evaporator 140, in which the working fluid phase changes while exchanging heat with an external heat source to become the evaporating working fluid P4.

증발 작동 유체(P4)는 분리기(150)로 공급되며, 분리기(150)에서 증기 상태의 농후류(P5)와 액체 상태의 희박류(P11)로 분리된다. 농후류(P5)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)으로 공급되며, 이 에너지 전환 수단(170)에서 농후류(P5)는 압력이 하강하며, 그로 인하여 화학적 에너지가 기계적 에너지로 전환된다. 농후류(P5)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)을 통과하면서 에너지가 소모된 소모 농후류(P10)가 된다. 소모 농후류(P10)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(135)을 통과한 저압 희박류(P17)와 합류부(175)에서 합류하여 작동 유체(P18)가 된다.The evaporation working fluid P4 is supplied to the separator 150, and is separated from the thickener P5 in the vapor state and the lean stream P11 in the liquid state in the separator 150. The rich stream P5 is supplied to an energy converting means 170 such as a turbine, in which the rich stream P5 is depressurized, whereby the chemical energy is converted into mechanical energy. The rich stream P5 becomes a spent rich stream P10 in which energy is consumed while passing through an energy conversion unit 170 such as a turbine. The spent rich stream P10 joins in the confluence unit 175 with the low pressure lean flow P17 which has passed through the pressure regulating means 135 such as the throttle valve to become the working fluid P18.

한편, 희박류(P11)는 분기부(196)에서 제 2 농도 조절부로 향하는 희박류(P13)와 이를 바이패스하는 희박류(P12)로 분기한다. 제 2 농도 조절부로 향하는 희박류(P13)는 분기부(196)에서 분기하여 제 2 농도 조절부의 제 2 농도 조절 탱크(195)를 통과하며, 제 2 농도 조절 탱크(195)를 통과한 조정 희박류(P14)는 합류부(197)에서 다시 희박류(P12)와 합류하여 합류 희박류(P15)가 된다. 이때, 제 2 농도 조절부는 상술한 제 1 농도 조절부와 유사하게 제 2 농도 조절 탱크(195)와 이 제 1 농도 조절 탱크(195)로의 희박류의 흐름을 제어하는 밸브(198, 199)를 포함한다.Meanwhile, the lean stream P11 branches into the lean stream P13 directed to the second concentration control unit from the branching unit 196 and the lean stream P12 bypassing it. The lean flow P13 directed to the second concentration adjusting unit branches from the branch 196 and passes through the second concentration adjusting tank 195 of the second concentration adjusting unit, and passes through the second concentration adjusting tank 195. The stream P14 joins the lean stream P12 again at the confluence unit 197 to become the confluence lean stream P15. At this time, the second concentration control unit is similar to the first concentration control unit described above, the second concentration control tank 195 and the valve (198, 199) for controlling the flow of lean flow to the first concentration control tank 195. Include.

도 4 의 실시예에서는 도 3 의 구성도를 보다 단순화한 것으로, 암모니아가 저농도인 희박류를 포집 혹은 물을 공급함으로써, 냉각 유체의 온도에 따른 변화에 대응하는 것이다. 일반적으로 해수를 사용하는 냉각 유체의 경우에 계절에 의한 영향을 많이 받으므로, 겨울의 해수를 기준으로 작동 유체의 농도를 설정하며, 여름이 되어 해수의 온도가 상승, 즉 냉각 유체의 온도가 상승하면, 제 2 농도 조절 탱크(195)로 작동 유체가 통과할 수 있도록 밸브(198, 199)를 개방하여, 암모니아의 농도를 낮출 수 있다. 따라서, 냉각 유체의 온도 상승으로 인한 효율 저하는 회피될 수 있다. In the embodiment of FIG. 4, the configuration diagram of FIG. 3 is simplified, and the lean flow having low concentration of ammonia is collected or water is supplied to cope with the change according to the temperature of the cooling fluid. In general, the cooling fluid using sea water is affected by seasonality, so the concentration of the working fluid is set based on the sea water in winter, and the temperature of the sea water rises in summer, that is, the temperature of the cooling fluid rises. The valves 198 and 199 may be opened to lower the concentration of ammonia so that the working fluid may pass through the second concentration control tank 195. Therefore, the decrease in efficiency due to the temperature rise of the cooling fluid can be avoided.

도 5 에서는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. In Fig. 5 another embodiment of the present invention is shown.

도 5 에서는 외부 열원이 증발기를 통하여 작동 유체와 열교환하는 것이 아니라, 외부 열원이 중간에 순환하는 가열 유체를 통하여 작동 유체에 열을 전달하는 방식이며, 이와 같은 방식에서 냉각 유체의 온도 변화에 대응하는 방식을 개시하고 있다. In FIG. 5, the external heat source does not heat exchange with the working fluid through an evaporator, but the external heat source transfers heat to the working fluid through a heating fluid circulating in the middle, and in this manner, the external heat source corresponds to a temperature change of the cooling fluid. The method is disclosed.

응축기(210)에서 응축된 작동 유체(P21)는 펌프(220)에 의해서 고압으로 펌핑되어, 고압의 작동 유체(P22)를 생성한다. 고압 작동 유체(P22)는 제 1 열교환기(230)에서 합류된 합류 희박류(P33)과 열교환하여, 승온 작동 유체(P23)가 된다. 승온 작동 유체(P23)는 증발기(240)로 유입되며, 이 증발기(240)에서 작동 유체는 가열 유체와 열교환 하면서 상변화하여 증발 작동 유체(P24)가 된다. 이때, 열에너지가 화학적 에너지로 전환된다.The working fluid P21 condensed in the condenser 210 is pumped to a high pressure by the pump 220 to produce a high pressure working fluid P22. The high pressure working fluid P22 exchanges heat with the joined lean flow P33 joined in the first heat exchanger 230 to become the elevated temperature working fluid P23. The elevated temperature working fluid P23 flows into the evaporator 240, where the working fluid phase changes while exchanging heat with the heating fluid to become the evaporating working fluid P24. At this time, the thermal energy is converted into chemical energy.

증발 작동 유체(P24)는 분리기(150)로 공급되며, 분리기(250)에서 증기 상태의 농후류(P25)와 액체 상태의 희박류(P27)로 분리된다. The evaporation working fluid P24 is supplied to the separator 150, and separated from the thickener P25 in the vapor state and the lean stream P27 in the liquid state in the separator 250.

농후류(P25)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(270)으로 공급되며, 이 에너지 전환 수단(270)에서 농후류(P25)는 압력이 하강하며, 그로 인하여 화학적 에너지가 기계적 에너지로 전환되면서 에너지가 소모된 소모 농후류(P26)가 된다. 소모 농후류(P26)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(235)을 통과한 저압 희박류(P35)와 합류부(275)에서 합류하여 작동 유체(P36)가 된다. The rich stream P25 is supplied to an energy converting means 270 such as a turbine, and in the energy converting means 270, the rich stream P25 has a pressure drop, whereby the energy is converted into chemical energy as mechanical energy. It becomes the consumed thickening P26. The spent rich stream P26 joins the low pressure lean flow P35 passing through the pressure regulating means 235 such as the throttle valve at the confluence portion 275 to become the working fluid P36.

한편, 희박류(P27)는 분기부(296)에서 제 2 열교환기(260)로 향하는 제 1 희박류(P28)와 농도 조절부의 농도 조절 탱크(295)로 향하는 제 2 희박류(P30) 및 이 둘을 바이패스하는 제 3 희박류(P29)로 분기한다. 본 실시예에서는 하나의 분기점에서 3개의 희박류(P28, P29, P30)로 분기하나 복수의 분기부를 가질 수도 있다. 제 3 희박류(P29)는 분기부(296)에서 분기한 후 합류부(297)에서 다시 제 1 및 제 2 희박류(P31, 32)와 합류한다.On the other hand, the lean flow (P27) is the first lean flow (P28) to the second heat exchanger 260 in the branch portion 296 and the second lean flow (P30) toward the concentration control tank 295 of the concentration control unit and Branches are made to the third lean P29 which bypasses the two. In this embodiment, the branching may be divided into three lean species P28, P29, and P30 at one branching point, but may have a plurality of branching portions. The third lean flow P29 branches from the branch portion 296 and then joins the first and second lean flows P31 and 32 again at the confluence portion 297.

분기부(296)에서 분기된 제 1 희박류(P28)는 제 2 열교환기(260)로 공급되며, 제 2 열교환기(260)에서 가열 유체(H2)와 열교환 한다. 이때, 증발기(240)를 통과한 후의 가열 유체(H2)의 온도가 제 1 희박류(P28)보다 낮기 때문에, 제 1 희박류(P28)로부터 가열 유체(H2)로 열에너지가 전달된다. 따라서, 제 1 희박류(P28)는 제 2 열교환기(260)를 통과하면서 온도가 낮아진 제 1 희박류(P31)가 되는 반면에 가열 유체(H2)는 제 2 열교환기(260)를 통과하면서 온도가 올라간 가열 유체(H3)가 된다. The first lean flow P28 branched from the branch 296 is supplied to the second heat exchanger 260, and heat exchanges with the heating fluid H2 in the second heat exchanger 260. At this time, since the temperature of the heating fluid H2 after passing through the evaporator 240 is lower than the first lean flow P28, heat energy is transferred from the first lean flow P28 to the heating fluid H2. Accordingly, the first lean flow P28 becomes the first lean flow P31 having a lower temperature while passing through the second heat exchanger 260, while the heating fluid H2 passes through the second heat exchanger 260. It becomes the heating fluid H3 which temperature rose.

분기부(296)에서 농도 조절부로 향하는 제 2 희박류(P30)는 농도 조절부의 농도 조절 탱크(295)를 통과하며, 농도 조절 탱크(295)를 통과한 조정 희박류(P32)는 합류부(297)에서 제 1 및 제 3 희박류(P29, 31)와 합류하여 합류 희박류(P33)가 된다.  The second lean flow P30 from the branch 296 toward the concentration control unit passes through the concentration control tank 295 of the concentration control unit, and the adjusted lean flow P32 passing through the concentration control tank 295 is the confluence unit ( In 297, the first and third lean flows P29 and 31 are joined to form a joined lean flow P33.

이때, 상기 분기부(296)에서 분기된 제 1 내지 제 3 희박류(P28, P29, P30)가 흐르는 유로에는 유량 조절 혹은 유로 조절이 가능한 밸브(261, 232, 298)가 장착되어, 제 1 내지 제 3 희박류(P28, P29, P30)의 유량이 정해질 수 있다. 한편, 제 1 및 제 2 희박류(P31, 32)가 합류부(297)에 합류하기 전에도 밸브(262, 299)가 구비될 수 있다. 이 중 제 2 희박류(P30)가 통과하는 밸브(298, 299)는 농도 조절 탱크(295)와 함께 농도 조절부를 구성한다.In this case, valves 261, 232, and 298 capable of adjusting flow rates or adjusting flow paths are mounted in flow paths through which the first to third lean flows P28, P29, and P30 branched from the branching part 296 flow. The flow rate of the third lean flows P28, P29, and P30 may be determined. Meanwhile, the valves 262 and 299 may be provided even before the first and second lean flows P31 and 32 join the confluence 297. Among these, the valves 298 and 299 through which the second lean flow P30 passes form a concentration adjusting unit together with the concentration adjusting tank 295.

온도가 낮아진 제 1 희박류(P31)와 농도가 조정된 제 2 희박류(P32)는 제 3 희박류(P29)와 만나서 합류 희박류(P33)가 되며, 이 합류 희박류(P33)는 온도가 낮아진 제 1 희박류(P31)가 온도에는 변화가 없는 제 2 및 제 3 희박류(P29, P32)에 합류하는 것이어서 분기 전의 희박류(P27)보다 온도가 낮다. 이러한 합류 희박류(P33)는 제 2 열교환기(230)에서 고압 작동 유체(P22)를 승온시키면서 다시 한번 온도가 낮아진 희박류(P34)가 된다. The first lean stream P31 having a lower temperature and the second lean stream P32 whose concentration is adjusted meet with the third lean stream P29 to become a merged lean stream P33. The first lean stream P31 having a lower temperature is joined to the second and third lean streams P29 and P32 having no change in temperature, and thus the temperature is lower than that of the lean stream P27 before branching. The combined lean flow P33 becomes a lean flow P34 having the temperature lowered once again while raising the high-pressure working fluid P22 in the second heat exchanger 230.

제 1 열교환기(230)를 통과한 희박류(P34)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(235)을 통과하면서 터빈 후단의 압력으로 떨어져 저압 희박류(P35)가 된다. 이때, 압력 조절 수단(235)은 분리기(250)의 액면에 따라서 개도가 조절될 수 있으며, 그로 인하여 저압 희박류(P35)는 소모 농후류(P26)과 합류하는 합류부(275)에서 소모 농후류(P26)와 합류하여 작동 유체(P36)가 되며, 작동 유체(P36)는 응축기(210)로 제공된다. The lean flow P34 passing through the first heat exchanger 230 falls to the pressure at the rear end of the turbine while passing through a pressure regulating means 235 such as a throttle valve, thereby becoming a low pressure lean flow P35. At this time, the pressure control means 235 can be adjusted according to the liquid level of the separator 250, so that the low pressure lean flow (P35) is consumed rich in the confluence portion 275 joining the spent thickening (P26) Joins the flow P26 and becomes the working fluid P36, which is provided to the condenser 210.

응축기(210)에서는 작동 유체(P36)는 해수를 사용하는 냉각 유체에 의해서 액상으로 모두 응축되며, 액상의 응축 작동 유체(P1)가 된다. 이렇게 작동 유체는 1순환하면서 가열 유체로부터 받은 열에너지를 전기에너지로 전환한다.In the condenser 210, the working fluid P36 is all condensed into the liquid phase by the cooling fluid using seawater, and becomes the liquid condensing working fluid P1. In this way, the working fluid converts thermal energy received from the heating fluid into electrical energy in a single cycle.

본 발명과 같은 열에너지를 유용한 에너지(예를 들면, 전기 에너지)로 전환하는 장치에서는 분리기(250)에서 분리된 희박류(P27)의 경우에 에너지 전환 수단(270)에 공급되지 않는다. 종래에서는 중간에 작동 유체(2; 도 2 참고)와 희박류(7; 도 2 참고)가 예열기(45; 도 2 참고)를 통과한 후 응축기(20; 도 2 참고)로 들어가기에, 예열기에서 희박류의 온도가 충분히 낮아지지 않는 경우에 응축기(20)에서 응축부하가 크게 걸리며, 이는 응축기를 크게 하여 장치 전체 사이즈를 증대시킬 뿐만 아니라, 냉각 유체를 많이 필요하게 되며, 특히 냉각 유체의 온도가 상승하여 응축기의 열교환 효율이 나빠지는 경우에는 더욱 문제될 수 있다. In the apparatus for converting thermal energy into useful energy (for example, electrical energy) such as the present invention, in the case of the lean flow P27 separated from the separator 250, it is not supplied to the energy conversion means 270. In the prior art, the working fluid 2 (see FIG. 2) and lean flow (7; FIG. 2) pass through the preheater 45 (see FIG. 2) and then enter the condenser 20 (see FIG. 2) in the preheater. If the temperature of the lean flow is not low enough, the condenser 20 takes a large condensation load, which not only increases the overall size of the apparatus by increasing the condenser, but also requires a lot of cooling fluid, and in particular, the temperature of the cooling fluid is increased. It may be more problematic if it rises and the heat exchange efficiency of the condenser is worsened.

이에 희박류(P27)가 합류부(275)에서 소모 농후류(P26)와 합류하기 전의 제 1 열교환기(230)의 열교환 양을 증대시켜 통하여 응축기(210)의 부하를 낮추는 것도 고려하여 볼 수 있으나, 증발기(240)의 열교환 효율을 상승시키기 위하여는 증발기(240)의 입구단에서 포화액으로 넣어야 하기 때문에, 제 1 열교환기(230)의 열교환 양은 제한될 수밖에 없다. The lean flow (P27) can also be considered to lower the load of the condenser 210 by increasing the heat exchange amount of the first heat exchanger 230 before the confluence rich (P26) in the confluence portion (275). However, in order to increase the heat exchange efficiency of the evaporator 240, the amount of heat exchange of the first heat exchanger 230 is inevitably limited because the evaporator 240 needs to be added as a saturated liquid at the inlet end of the evaporator 240.

본 발명에서는 희박류(P27)의 일부는 분기부(296)에서 분기하여 제 2 열교환기(260)로 공급되며, 제 2 열교환기(260)에서 열에너지의 일부를 다시 가열 유체(H2)로 반환한다. In the present invention, a part of the lean flow (P27) is branched from the branch portion 296 is supplied to the second heat exchanger 260, the second heat exchanger 260 returns a portion of the thermal energy back to the heating fluid (H2). do.

제 2 열교환기(260)는 에너지 전환 수단(270)으로 공급되지 않아서 응축기(210)를 통하여 버려져야 하는 에너지의 일부를 다시 가열 유체(H2)로 공급하는 것인데, 이는 에너지 전환 수단(170)에서 전환되는 에너지량(Qout)에는 영향을 주지 않으면서, 시스템으로 유입되는 에너지양(Qin)을 감소시킬 뿐만 아니라 응축기(210)의 부하를 감소시킬 수 있다.The second heat exchanger 260 is not supplied to the energy conversion means 270 to supply a portion of the energy that should be discarded through the condenser 210 to the heating fluid H2, which in the energy conversion means 170 It is possible to reduce the amount of energy Qin flowing into the system as well as reduce the load on the condenser 210 without affecting the amount of energy Qout to be converted.

특히, 발전 효율= 발전량(Qout)/유입 에너지량(Qin)이라는 점을 고려할 때, 발전량이 유지되면서, 유입 에너지량이 감소하는 것이므로, 사이클의 효율이 상승하는 것임을 알 수 있다. In particular, considering that power generation efficiency = power generation amount Qout / inflow energy amount Qin, it can be seen that the efficiency of the cycle is increased because the amount of inflow energy is reduced while the power generation amount is maintained.

2 이상의 작동 유체를 사용하는 본 발명과 같은 장치에서는 배가스나 폐열원을 열원으로 사용하는 경우인데, 배가스로 바로 증발기(240)로 공급하는 것이 아니라, 배가스가 발생하는 배가스 발생부(300)에서 열을 뽑아서 열교환기(310)를 통하여 가열 유체(H3)를 가열시키며, 가열 유체(H3)는 증발기(240), 제 2 열교환기(260) 및 열교환기(310)를 순환하면서 배가스와 같은 폐열원으로부터의 열을 증발기(240)를 통하여 작동 유체(P23)에 전달한다. 따라서, 가열 유체(H2)를 가열하는 것은 가열 유체(H3)가 열교환기를 통하여 받아들이는 열을 감소시키는 것이며, 가열 유체를 포함하는 전체 사이클에서 유입 에너지량(Qin)을 감소시키는 것이다.In an apparatus such as the present invention using two or more working fluids, the exhaust gas or the waste heat source is used as a heat source, and the exhaust gas is not directly supplied to the evaporator 240, but the heat is generated in the exhaust gas generator 300 in which exhaust gas is generated. The heating fluid H3 is heated through the heat exchanger 310, and the heating fluid H3 circulates the evaporator 240, the second heat exchanger 260, and the heat exchanger 310, and waste heat source such as exhaust gas. Heat from is transferred to working fluid P23 via evaporator 240. Thus, heating the heating fluid H2 reduces the heat that the heating fluid H3 receives through the heat exchanger, and reduces the amount of incoming energy Qin in the entire cycle including the heating fluid.

일실시예에서, 증발기(240)로 유입되는 가열 유체(H1)의 온도는 150℃이며, 작동 유체(P3)의 온도는 116℃이며, 증발기(240)를 빠져나가는 가열 유체(H2)의 온도는 120℃이며, 작동 유체(P24)의 온도는 142℃이다. 작동 유체(P24)는 분리기(250)에서 온도 변화없이 희박류(P27)와 농후류(P25)로 분리되므로, 제 2 열교환기(260)로 공급되는 제 1 희박류(P28)의 온도는 142℃이며, 제 2 열교환기(260)로 공급되는 가열 유체(H2)의 온도는 120℃여서, 제 2 열교환기(260)에서는 증발기(240)와는 반대로 제 1 희박류(P28)로부터 가열 유체(H2)로 열이 전달된다. In one embodiment, the temperature of the heating fluid H1 flowing into the evaporator 240 is 150 ° C., the temperature of the working fluid P3 is 116 ° C., and the temperature of the heating fluid H2 exiting the evaporator 240. Is 120 ° C and the temperature of the working fluid P24 is 142 ° C. Since the working fluid P24 is separated into the lean stream P27 and the rich stream P25 without changing the temperature in the separator 250, the temperature of the first lean stream P28 supplied to the second heat exchanger 260 is 142. And the temperature of the heating fluid H2 supplied to the second heat exchanger 260 is 120 ° C. In the second heat exchanger 260, the heating fluid (from the first lean flow P28) is opposite to the evaporator 240. Heat is transferred to H2).

제 2 열교환기(260)를 통과한 후 제 1 희박류(P31)의 온도는 125℃로 떨어졌으며, 가열 유체(H3)는 124℃로 상승하였다. After passing through the second heat exchanger 260, the temperature of the first lean flow P31 dropped to 125 ° C., and the heating fluid H3 rose to 124 ° C. FIG.

위 실시예와 같이 일부의 사용되지 않는 에너지를 다시 가열 유체(H2)에 반환함으로써, 제 2 열교환기(260) 없이 증발기(240) 후단 가열 유체(H2)를 증발기(240) 전단 가열 유체(P1)로 가열해야했던 열교환기(310)를 통하여 유입되는 열량이 제 1 열교환기를 통하여 대략 13.3%만큼 감소하는 것이 가능하며, 이를 통하여 사이클 전체의 효율향상이 가능하다.By returning some unused energy back to the heating fluid H2 as in the above embodiment, the heating fluid H2 after the evaporator 240 without the second heat exchanger 260 is transferred to the evaporator 240 shear heating fluid P1. It is possible to reduce the amount of heat introduced through the heat exchanger 310, which had to be heated by), by approximately 13.3% through the first heat exchanger, thereby improving the efficiency of the entire cycle.

또한, 희박류(P33)의 온도가 낮아짐으로써, 응축기(210)에서 냉각 부하가 감소할 수 있으며, 이는 발전 전력으로 구동시키는 응축기(210)의 펌프(미도시)에 공급전력이 감소할 뿐만 아니라, 응축기(210) 자체의 크기도 감소시키는 것이 가능하다. In addition, by lowering the temperature of the lean flow (P33), the cooling load in the condenser 210 can be reduced, which not only reduces the power supply to the pump (not shown) of the condenser 210 to drive the generated power. In addition, it is possible to reduce the size of the condenser 210 itself.

한편, 본 발명에서는 분기부(296)를 통하여 희박류(P27)가 제 1 희박류 내지 제 3 희박류(P28, P29, P30)로 나뉘며, 제 3 희박류(P30)의 경우에 제 2 열교환기(260)를 안 거치고 바로 제 1 열교환기(230)로 공급되며, 제 2 희박류(P29)의 경우에도 농도 조절 탱크(295)를 통과할 뿐 열교환을 하는 것은 아니므로, 제 1 및 제 2 열교환기(230, 260)의 열교환 양을 조절하는 것이 가능하다. On the other hand, in the present invention, the lean flow (P27) is divided into the first lean to the third lean (P28, P29, P30) through the branch portion 296, the second heat exchange in the case of the third lean (P30) The first heat exchanger 230 is supplied directly to the first heat exchanger 230 without passing through the gas 260, and the second lean flow P29 also passes through the concentration control tank 295, but does not perform heat exchange. It is possible to adjust the heat exchange amount of the two heat exchangers (230, 260).

또한, 제 1 및 제 2 열교환기(230, 260)의 열교환양의 조절 뿐만 아니라, 응축기(210)로 공급되는 냉각 유체의 온도에 따라 농도 조절 탱크(295)로의 제 2 희박류(P30)의 양을 조절하여 작동 유체 전체의 농도를 조절할 수 있다.
Further, in addition to adjusting the heat exchange amounts of the first and second heat exchangers 230 and 260, the second lean flow P30 to the concentration control tank 295 according to the temperature of the cooling fluid supplied to the condenser 210. By adjusting the amount, the concentration of the whole working fluid can be adjusted.

110, 210: 응축기 120, 220: 펌프
130, 230: 제 1 열교환기 140, 240: 증발기
150, 250: 분리기 170, 270: 에너지 전환 수단
180, 280: 발전기 190, 290: 제 1 농도 조절 탱크
191, 291: 분기부 192, 292: 합류부
193, 194, 293, 294: 밸브 195: 제 2 농도 조절 탱크
196: 분기부 197: 합류부
198, 199: 밸브 232, 261, 262, 298, 299: 밸브
260: 제 2 열교환기 295: 농도 조절 탱크
296: 분기부 297: 합류부
300: 배가스 발생부 310: 열교환기110, 210: condenser 120, 220: pump
130, 230: first heat exchanger 140, 240: evaporator
150, 250: separator 170, 270: energy conversion means
180, 280: generator 190, 290: first concentration control tank
191, 291: branch portion 192, 292: joining portion
193, 194, 293, 294: valve 195: second concentration control tank
196: branch 197: confluence
198, 199: valves 232, 261, 262, 298, 299: valves
260: second heat exchanger 295: concentration control tank
296: branch 297: confluence
300: exhaust gas generating unit 310: heat exchanger

Claims (7)

2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동 유체를 가열 유체로 가열하여, 상기 작동 유체는 작동 유체의 적어도 일부가 증발된 증발 작동 유체로, 상기 가열 유체는 유입 온도보다 저온의 저온 가열 유체로 만드는 증발기;
상기 증발기에 연결되며, 증발 작동 유체를 받아 농후류와 희박류로 분리하는 분리기;
상기 분리기의 농후류 출구에 연결되며, 상기 농후류를 팽창시켜 유용한 에너지를 생성하는 에너지 전환 수단;
상기 에너지 전환 수단에 연결되며, 상기 에너지 전환 수단을 통과하여 에너지가 소모된 농후류와 상기 희박류가 혼합된 작동 유체를 외부의 냉각 유체와 열교환 시켜 상기 혼합된 작동 유체를 응축하는 응축기;
상기 응축기 및 상기 증발기 사이에 위치하며 상기 응축기를 통과한 작동 유체를 가압하는 펌핑 수단; 및
상기 분리기와 상기 응축기 사이에 상기 작동 유체의 농도를 조절하는 농도 조절부;를 포함하며,
상기 농도 조절부는 상기 분리기에서 분리된 희박류가 분기되어 통과하며,
상기 작동 유체의 농도와 다른 농도의 작동 유체 혹은 상기 2 이상의 비등점이 다른 두 유체 중 하나 이상을 소정량 함유하는 농도 조절 탱크를 포함하며,
상기 농도 조절부를 통과한 조정 희박류는 다시 희박류와 합류되고,
상기 분리기의 희박류 측에 상기 농도 조절부로의 유로 및 상기 농도 조절부를 바이패스하는 바이패스 유로로 분기되는 분기부를 포함하며,
상기 분기부는 냉각 유체의 온도 변화에 따라서 상기 농도 조절부로의 유로 및 바이패스 유로로의 희박류의 유량을 제어하는 열에너지를 전환하는 장치.A working fluid mixed with two or more different boiling points is heated with a heating fluid such that the working fluid is an evaporative working fluid in which at least a portion of the working fluid is evaporated and the heating fluid is a cold heating fluid having a lower temperature than the inlet temperature. evaporator;
A separator connected to the evaporator for receiving an evaporation working fluid and separating the thick and the lean flows;
Energy conversion means connected to the enrichment outlet of the separator and expanding the enrichment to produce useful energy;
A condenser connected to the energy conversion means and condensing the mixed working fluid by heat-exchanging the working fluid mixed with the energy-rich and the lean flows with an external cooling fluid through the energy conversion means;
Pumping means positioned between the condenser and the evaporator and for pressurizing a working fluid passing through the condenser; And
And a concentration controller configured to adjust a concentration of the working fluid between the separator and the condenser.
The concentration control unit is passed through the lean branch separated from the separator,
A concentration control tank containing a predetermined amount of at least one working fluid at a concentration different from the concentration of the working fluid or at least two fluids different from the boiling point,
Adjusted lean flow through the concentration control unit is again joined with the lean flow,
A branching portion branched to a lean flow side of the separator to a flow passage to the concentration adjusting portion and a bypass flow passage bypassing the concentration adjusting portion,
And the branching unit converts thermal energy for controlling the flow rate of the lean flows into the flow path and the bypass flow path to the concentration control unit according to the temperature change of the cooling fluid. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 증발기 및 상기 분리기에 연결되어 상기 분리기의 상기 희박류와 상기 증발기의 저온 가열 유체를 열교환 시키는 제 1 열교환기를 포함하는 열에너지를 전환하는 장치.The method of claim 1,
And a first heat exchanger coupled to the evaporator and the separator to heat exchange the lean flow of the separator and the low temperature heating fluid of the evaporator. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 농도 조절부는 상기 농도 조절 탱크를 통과하는 작동 유체를 포집하도록 희박류의 유입을 차단하는 밸브 및 조정 희박류의 유출을 차단하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 장치.The method of claim 1,
And the concentration controller comprises a valve to block the inflow of lean flow to trap the working fluid passing through the concentration control tank and a valve to block the outflow of the adjusted lean flow. 제 3 항에 있어서,
상기 분기부에서는 상기 제 1 열교환기로의 유로, 상기 농도 조절부로의 유로, 및 바이패스 유로로 분기되며,
상기 분기부는 냉각 유체의 온도 변화에 따라서 상기 제 1 열교환기로의 유로, 상기 농도 조절부로의 유로, 및 바이패스 유로로의 희박류의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 장치.The method of claim 3, wherein
The branch is branched into a flow path to the first heat exchanger, a flow path to the concentration control unit, and a bypass flow path,
And the branch part controls a flow rate of lean flow to the first heat exchanger, a flow path to the concentration control unit, and a bypass flow path according to a change in temperature of a cooling fluid. 제 6 항에 있어서,
상기 분기부와 상기 응축기 사이에 상기 분기부에서 분기된 희박류가 합류하는 합류부를 포함하며,
상기 합류부에서 합류된 희박류와 상기 펌핑 수단과 상기 증발기 사이의 작동 유체가 열교환하는 제 2 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 장치.The method according to claim 6,
A confluence between the branch and the condenser, the confluence of the lean branches branched from the branch;
And a second heat exchanger through which the lean flow joined at the confluence and the working fluid between the pumping means and the evaporator exchange heat.
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