KR101403174B1 - 열에너지를 전환하는 방법 - Google Patents

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KR101403174B1 KR1020120134813A KR20120134813A KR101403174B1 KR 101403174 B1 KR101403174 B1 KR 101403174B1 KR 1020120134813 A KR1020120134813 A KR 1020120134813A KR 20120134813 A KR20120134813 A KR 20120134813A KR 101403174 B1 KR101403174 B1 KR 101403174B1
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오혁진
조한창
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재단법인 포항산업과학연구원
주식회사 포스코
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Abstract

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 증발단계; 상기 증발 작동 유체를 농후류와 희박류로 분리하는 분리단계; 상기 농후류를 팽창시켜, 유용한 에너지로 전환함으로써 소모 농후류를 만드는 팽창 단계; 상기 소모 농후류를 상기 희박류와 결합시켜 작동 유체를 형성하는 결합단계; 상기 작동 유체를 냉각 유체로 냉각시켜 응축시키는 응축 단계; 및 응축된 작동 유체를 승압하고, 다시 가열단계로 공급하는 펌핑 단계를 포함하며, 상기 소모 농후류와 상기 증발 단계로 유입되기 전의 작동 유체를 열교환시켜 상기 소모 농후류는 냉각 농후류로, 상기 작동 유체는 1차 승온 작동 유체로 만드는 제 1 열교환 단계를 포함하며, 상기 가열단계에서 상기 증발 작동 유체의 온도가 상기 저온 가열 유체의 온도보다 높도록 상기 작동 유체와 상기 가열 유체를 열교환 시키며, 상기 분리단계에서 분리된 희박류와 상기 저온 가열 유체와 열교환시키는 제 2 열교환 단계를 포함하는 열에너지를 전환하는 방법을 제공한다.

Description

열에너지를 전환하는 방법{Method for Converting Thermal Energy}
본 발명은 팽창되어 재생되는 작동유체를 사용하여 열원으로부터의 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 방법에 대한 것으로, 구체적으로는, 2 이상의 혼합 작동유체를 사용하여 저온의 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 열역학 사이클로서 열 이용 효율 향상이 가능한 열을 유용한 에너지로 전환하는 방법에 대한 것이다.
석탄, 오일 또는 가스를 연료로 하는 화력발전은 통상적으로 물을 작동유체로 이용한다. LNG 복합발전의 경우에도 가스터빈에서 나온 배가스가 500~600℃로 상당히 높기 때문에 그 열로 물을 스팀으로 상전환시켜 스팀 터빈을 구동시켜 발전을 하게 된다.
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 작동유체, 즉 냉매 또는 탄화수소계 연료가 이용된다. 작동유체의 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 작동유체를 이용하고 카리나와 우에하라 사이클시스템은 암모니아와 물을 혼합한 혼합물을 이용한다.
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 작동유체가 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 작동유체를 액체로 상변화해주는 역할을 한다. 펌프(30)는 응축기 내 저압의 작동유체를 증발기로 공급하기 위한 역할을 한다.
이 랭킨 사이클에서 저온 저압의 작동유체(1)는 펌프(30)를 통과하며 저온 고압의 작동유체(2)가 되며, 증발기(40)를 통과하면서 고온고압의 작동유체(3)가 되었다가, 터빈(50)을 통과한 후 저압의 작동유체(4)가 된 후, 응축기(20)를 거치면서 다시 저온 저압의 작동유체(1)가 되며, 이러한 사이클을 작동유체가 순환함으로써 유용한 에너지를 생성한다.
유기랭킨사이클이 랭킨사이클과 다른 것은 물보다 끓는 점이 낮은 유기물질을 이용하여 저온에서 증발되는 작동유체에 있다. 유기랭킨 사이클은 작동유체가 하나의 성분으로 구성된 유기물질이 이용된다.
한편, 카리나 사이클은 순수물질을 작동유체로 사용하는 유기랭킨사이클과 달리 물과 암모니아가 혼합된 암모니아수를 작동유체로 사용한다. 구체적으로는 도 2 와 같이 저온 저압의 작동유체(1)는 펌프(30)를 통해 고압의 작동유체(2)로 토출되며, 예열기 혹은 재생기(45)에서 예열되어 중온의 작동유체(5)가 된다. 이후 증발기(40)를 통해 증기화되어 고온고압의 작동유체(3)가 되며, 이 작동유체(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 저압의 작동유체(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(4)가 된다.
고온상태인 희박류(7)는 예열기 혹은 재생기(45)로 보내져 작동유체(2)를 예열하면서 열을 회수하여 열교환된 작동유체(8)가 되며, 이 열교환된 작동유체(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(4)는 흡수기(80)에서 혼합되어 작동유체(10)가 된다. 작동유체(10)는 응축기(11)로 공급되고 여기에 저온의 냉각수에 의해 작동유체(10)가 응축된 상태로 작동유체(1)가 된다.
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.
이러한 카리나 사이클 설계에 있어 증발기(40)로 들어가는 작동유체(5)는 통상 작동압력에서 얻을 수 있는 포화액의 온도로 공급하게 된다. 이렇게 하면 증발기의 효율을 극대화할 수 있기 때문이다. 하지만, 작동유체(5)를 포화액의 온도로 공급하는 경우에, 기액분리기(60)에서 분리된 희박류(7)가 예열기(45)에서 펌프(30)를 통해 공급된 작동유체(2)를 예열하면서 열량(Q)을 소비하지만, 그 열량(Q)이 크지 않아서 작동유체(10)는 상대적으로 높은 온도를 유지하게 된다.
이에 따라 그 열은 응축기(20)에서 냉각수에 의해 모두 냉각을 시켜야 한다. 즉, 응축기(20)에 공급되는 냉각수량이 증가하여야 하며 응축기 자체도 커져야 한다. 이것은 공급 열량(Qin)에 대한 발전출력(Qout)으로 정의되는 발전효율이 낮아지는 영향을 주게 된다.
본 발명은 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클에서 기액분리기를 통해 얻어진 희박류를 충분히 냉각시켜 응축기에서의 냉각수 사용량을 줄이는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공급 열량(Qin)에 대한 발전출력(Qout)으로 정의되는 발전효율에서 발전 출력에는 영향 없이 공급 열량을 줄임으로써, 궁극적으로는 열효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 방법 및 장치를 제공한다.
2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동유체를 가열 유체로 가열하여, 상기 작동유체는 작동유체의 적어도 일부가 증발된 증발 작동유체로, 상기 가열 유체는 유입 온도보다 저온의 저온 가열 유체로 만드는 가열단계; 상기 증발 작동유체를 농후류와 희박류로 분리하는 분리단계; 상기 농후류를 팽창시켜, 기계적 에너지로 전환함으로써 소모 농후류를 만드는 팽창 단계; 상기 소모 농후류를 상기 희박류와 결합시켜 작동유체를 형성하는 결합단계; 상기 작동유체를 냉각 유체로 냉각시켜 응축시키는 응축 단계; 및 응축된 작동유체를 승압하고, 다시 가열단계로 공급하는 펌핑 단계를 포함하며, 상기 소모 농후류와 상기 증발 단계로 유입되기 전의 작동유체를 열교환시켜 상기 소모 농후류는 냉각 농후류로, 상기 작동유체는 1차 승온 작동유체로 만드는 제 1 열교환 단계를 포함하며, 상기 가열단계에서 상기 증발 작동유체의 온도가 상기 저온 가열 유체의 온도보다 높도록 상기 작동유체와 상기 가열 유체를 열교환 시키며, 상기 분리단계에서 분리된 희박류와 상기 저온 가열 유체와 열교환시키는 제 2 열교환 단계를 포함하는 열에너지를 전환하는 방법을 제공한다.
이때, 상기 가열 유체는 외부 열원으로부터 열을 받는 가열단계를 거친 후 상기 증발 단계로 공급되며, 상기 제 1 열교환 단계 후 다시 가열단계로 순환될 수 있다.
또, 상기 제 2 열교환 단계 후의 상기 희박류로 상기 1차 승온 작동유체를 가열하도록, 상기 제 2 열교환 후의 상기 희박류와 제 1 열교환 단계 후의 상기 1차 승온 작동유체와 열교환하는 제 3 열교환 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 3 열교환 단계에서는 상기 작동유체는 포화액 상태로 가열될 수 있다.
본 발명은 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클에서 기액분리기를 통해 얻어진 희박류를 충분히 냉각시켜 응축기에서의 냉각수 사용량을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 공급 열량에 대한 발전출력으로 정의되는 발전효율에서 발전 출력에는 영향 없이 공급 열량을 줄임으로써, 궁극적으로는 열효율을 높이는 것이 가능하다.
도 1 은 종래의 랭킨사이클의 구성도이다.
도 2 는 종래의 카리나사이클의 구성도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클의 구성도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적 실시예에 대하여 살펴보도록 한다.
본 발명의 실시예에서는 물과 암모니아의 혼합물을 작동유체로 사용하였으나, 본 발명은 비등점이 상이한 2 종 이상의 유체를 혼합하여 사용한다면, 본 발명의 작동유체에 해당된다.
도 3 에는 본 발명의 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클의 구성도 가 도시되어 있다.
물과 암모니아의 혼합물인 작동유체는 합류부(P13)이후부터 응축기(110)를 지나서 분리기(160)에 들어가기 전까지(P1~P5, P14)는 동일한 농도를 가진다.
응축기(110)에서 응축된 작동유체(P1)는 펌프(120)에 의해서 고압으로 펌핑되어, 고압의 작동유체(P2)를 생성한다(펌핑 단계). 고압 작동유체(P2)는 제 1 열교환기(130)에서 소모 농후류(P7)과 열교환 하여, 1차 승온 작동유체(P3)가 된다(제 1 열교환 단계).
1차 승온 작동유체(P3)는 제 2 열교환기(135)로 유입되며, 제 2 열교환기(135)에서 1차 냉각 희박류(P9)와 열교환한다(제 3 열교환 단계). 제 2 열교환기를 통과하면서, 1차 승온 작동유체(P3)는 1차 냉각 희박류(P9)로부터 열을 전달받아서 2차 승온 작동유체(P4)가 되며, 1차 냉각 희박류(P9)는 1차 승온 작동유체(P3)에 열을 뺏겨서 2차 냉각 희박류(P10)가 된다. 이때, 2차 승온 작동유체(P4)는 상변화 직전인 포화액 상태인 것이 바람직하다.
2차 승온 작동유체(P4)는 증발기(150)로 유입되며, 증발기(150)에서 2차 승온 작동유체(P4)는 가열 유체(H1)와 열교환 하면서 상변화하여 증발 작동유체(P5)가 된다. 이때, 열에너지가 화학적 에너지로 전환된다(증발 단계).
증발 작동유체(P5)는 분리기(160)로 공급되며, 분리기(160)에서 증기 상태의 농후류(P6)와 액체 상태의 희박류(P8)로 분리된다(분리 단계). 여기서, 농후류(P6)란 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 높은 것을 의미하며, 희박류(P8)란 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 낮은 것을 의미하는 것으로, 분리기(160)에서 기체는 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 높으며, 액체는 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 낮다.
농후류(P6)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)으로 공급되며, 이 에너지 전환 수단(170)에서 농후류(P6)는 압력이 하강하며, 그로 인하여 화학적 에너지가 기계적 에너지로 전환된다(팽창 단계). 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)에는 발전기(180)가 연결되어 기계적 에너지로 전기를 생산할 수 있다. 농후류(P6)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)을 통과하면서 에너지가 소모된 소모 농후류(P7)가 된다.
소모 농후류(P7)는 제 1 열교환기(130)를 통과하면서 고압 작동유체(P2)에 열을 전달하여 냉각 농후류(P12)가 되며, 이 냉각 농후류(P12)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(185)을 통과한 저압 희박류(P11)와 합류부(P13)에서 합류하여 작동유체(P14)가 된다.
한편, 희박류(P8)는 제 3 열교환기(140)로 공급되며, 제 3 열교환기(140)에서 증발기(150)를 통과한 가열 유체(H2)와 열교환 한다(제 2 열교환 단계). 이때, 희박류(P8)의 경우에 증발기(150)를 통과한 증발 작동유체(P5)와 온도가 사실상 동일하며, 증발기(150)를 통과하면서 증발 작동유체(P5)는 증발기(150) 유입측 가열 유체(H1) 온도와 비슷하여지나, 가열 유체(H1)는 증발기(150)를 통과하면서 온도가 낮아져 증발기(150)를 통과한 후에는 증발 작동유체(P5)보다 낮은 온도를 가지게 된다.
따라서, 증발기(150)를 통과한 후의 가열 유체(H2)의 온도가 희박류(P8)보다 낮기 때문에, 희박류(P8로부터 가열 유체(H2)로 열에너지가 전달된다. 희박류(P8)는 제 3 열교환기(140)를 통과하면서 온도가 낮아진 1차 냉각 희박류(P9)가 되는 반면에 가열 유체(H2)는 제 3 열교환기(140)를 통과하면서 온도가 올라간 가열 유체(H3)가 된다.
이렇게 온도가 낮아진 1차 냉각 희박류(P9)는 제 2 열교환기(135)에서 1차 승온 작동유체(P3)를 승온시키면서 다시 한번 온도가 낮아져 2차 냉각 희박류(P10)가 된다.
제 2 열교환기(135)를 통과한 희박류(P10)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(185)을 통과하면서 터빈 후단의 압력으로 떨어져 저압 희박류(P11)가 된다. 이때, 압력 조절 수단(185)은 분리기(160)의 액면에 따라서 개도가 조절될 수 있으며, 그로 인하여 저압 희박류(P11)는 합류부(P13)에서 냉각 농후류(P12)와 합류하여 작동유체(P13)가 되며(결합 단계), 작동유체(P13)는 응축기(110)로 제공된다.
응축기(110)에서는 작동유체(P13)는 냉각수와 같은 냉각 유체에 의해서 액상으로 모두 응축되며, 액상의 응축 작동유체(P1)가 된다(응축 단계). 이렇게 작동유체는 1순환하면서 가열 유체로부터 받은 열에너지를 전기에너지로 전환한다.
본 발명과 같은 열에너지를 유용한 에너지(예를 들면, 전기 에너지)로 전환하는 장치에서는 분리기(160)에서 분리된 희박류(P8)의 경우에 에너지 전환 수단(170)에 공급되지 않는다. 종래에서는 중간에 작동유체(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, 응축수를 많이 필요하게 된다.
이에 희박류(P8)가 합류부(P13)에서 냉각 농후류(P12)와 합류하기 전의 제 2 열교환기(135)의 열교환 양을 증대시켜 통하여 응축기(110)의 부하를 낮추는 것도 고려하여 볼 수 있으나, 배경기술에서 언급한 바와 같이 증발기(150)의 열교환 효율을 상승시키기 위하여는 증발기(150)의 입구단에서 포화액으로 넣어야 하기 때문에, 제 2 열교환기(135)의 열교환 양은 제한될 수밖에 없다.
본 발명에서는 희박류(P8)는 제 3 열교환기(140)로 공급되며, 제 3 열교환기(140)에서 열에너지의 일부를 다시 가열 유체(H2)로 반환한다.
제 3 열교환기(140)는 에너지 전환 수단(170)으로 공급되지 않아서 응축기(110)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 감소시키는 것이다.
이는, 발전 효율= 발전량(Qout)/유입 에너지량(Qin)이라는 점을 고려할 때, 발전량이 유지되면서, 유입 에너지량이 감소하는 것이므로, 사이클의 효율이 상승하는 것임을 알 수 있다.
특히, 2 이상의 작동유체를 사용하는 본 발명과 같은 장치에서는 배가스나 폐열원을 열원으로 사용하는 경우인데, 배가스로 바로 증발기(150)로 공급하는 것이 아니라, 배가스가 발생하는 배가스 발생부(200)에서 열을 뽑아서 열교환기(210)를 통하여 가열 유체(H3)를 가열시키며, 가열 유체(H3)는 증발기(150), 제 1 열교환기(140) 및 열교환기(210)를 순환하면서 배가스와 같은 폐열원으로부터의 열을 증발기(150)를 통하여 작동유체(P3)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.
일실시예에서, 증발기(150)로 유입되는 가열 유체(H1)의 온도는 150℃이며, 작동유체(P4)의 온도는 116℃이며, 증발기(150)를 빠져나가는 가열 유체(H2)의 온도는 120℃이며, 증발 작동유체(P5)의 온도는 142℃이다. 작동유체(P5)는 분리기(160)에서 온도 변화없이 희박류(P8)와 농후류(P6)로 분리되므로, 제 1 열교환기(140)로 공급되는 작동유체(P10)의 온도는 142℃이며, 제 3 열교환기(140)로 공급되는 가열 유체(H2)의 온도는 120℃여서, 제 3 열교환기(140)에서는 증발기(150)와는 반대로 희박류(P8)로부터 가열 유체(H2)로 열이 전달된다.
제 3 열교환기(140)를 통과한 후 1차 냉각 희박류(P9)의 온도는 125℃로 떨어졌으며, 가열 유체(H3)는 124℃로 상승하였다.
위 실시예와 같이 일부의 사용되지 않는 에너지를 다시 가열 유체(H2)에 반환함으로써, 제 3 열교환기(140) 없이 증발기(150) 후단 가열 유체(H2)를 증발기(150) 전단 가열 유체(P1)로 가열해야했던 열교환기(210)를 통하여 유입되는 열량이 제 1 열교환기를 통하여 대략 13.3%만큼 감소하는 것이 가능하며, 이를 통하여 사이클 전체의 효율향상이 가능하다.
또한, 희박류(P11)의 온도가 낮아짐으로써, 응축기(110)에서 냉각 부하가 감소할 수 있으며, 이는 발전 전력으로 구동시키는 응축기(110)의 펌프(미도시)에 공급전력이 감소할 뿐만 아니라, 응축기(110) 자체의 크기도 감소시키는 것이 가능하다.
그에 더하여, 본 발명에서는 제 1 열교환기(130)에서 에너지 전환 수단(170)을 통과한 소모 농후류(P7)가 가지고 있는 열에너지를 고압 작동유체(P2)로 전달하여, 에너지를 재생하며, 응축기(110)로 유입되는 작동유체(P14)의 온도를 낮추어 응축 부하를 감소시킬 수 있다. 응축기(110)를 통하여 빠져나가는 에너지량(Qout)이 감소되게 되므로, 상기 제 1 열교환기(130)로 인하여 효율이 상승될 수 있다.
즉, 제 1 열교환기(130)를 지나 응축기(110)로 유입되는 유체의 온도가 낮아질수록 응축부하가 낮아지고, 결국 응축기(110)를 구성하는 냉각탑 팬 및 냉각수 펌프를 구동하는데 소모되는 동력이 감소시킬 수 있다. 이는 순발전량 관점에서 봤을 때, 동일한 발전이 되더라도 발전 시스템을 돌리는데 사용되는 전력이 감소하는 경우(응축에 소비되는 전력량 감소)에 순발전량이 증대된다고 할 수 있으며, 따라서, 순발전량으로 발전효율(net eff.)을 산출하면, 응축부하 감소를 통해 소모 전력이　감소하여　전체적인 효율이 증대될 수 있다. 예를 들면, 응축기(110)로 유입되는 작동유체가 가지는 에너지를 10% 낮추면 응축기(110)의 냉각탑 부분에서 소모 동력이 10% 감소되어 발전 효율(net eff.)이 상승한다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 사상 안에서 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
상술한 실시예에서, 상기 제 2 열교환기(135)는 선택적으로 채택될 수 있다. 즉, 희박류(P8)의 유량이 작고, 제 3 열교환기(140)에서의 열교환량이 충분하다면, 생략되고 수행될 수도 있다.
또한, 필요에 따라서, 제 2 열교환기(135)는 희박류(P8)의 일부가 분기하여 수행될 수도 있다. 즉 희박류(P8)의 일부는 제 3 열교환기(140)로 나머지는 제 2 열교환기(135)로 나눠져서 각각 가열 유체 및 작동유체와 열교환한 후 합류하는 것도 가능하다.
110: 응축기 120: 펌프
130: 제 1 열교환기 135: 제 2 열교환기
140: 제 3 열교환기 150: 증발기
160: 분리기 170: 에너지 전환 수단
180: 발전기 185: 압력 조절 수단
200: 배가스 발생부 210: 열교환기

Claims (4)

  1. 2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동유체를 가열 유체로 가열하여, 상기 작동유체는 작동유체의 적어도 일부가 증발된 증발 작동유체로, 상기 가열 유체는 유입 온도보다 저온의 저온 가열 유체로 만드는 가열단계;
    상기 증발 작동유체를 농후류와 희박류로 분리하는 분리단계;
    상기 농후류를 팽창시켜, 기계적 에너지로 전환함으로써 소모 농후류를 만드는 팽창 단계;
    상기 소모 농후류를 상기 희박류와 결합시켜 작동유체를 형성하는 결합단계;
    상기 작동유체를 냉각 유체로 냉각시켜 응축시키는 응축 단계; 및
    응축된 작동유체를 승압하고, 상기 가열단계로 공급하는 펌핑 단계를 포함하며,
    상기 소모 농후류와 상기 증발 단계로 유입되기 전의 작동유체를 열교환시켜 상기 소모 농후류는 냉각 농후류로, 상기 작동유체는 1차 승온 작동유체로 만드는 제 1 열교환 단계 및 상기 분리단계에서 분리된 희박류와 상기 저온 가열 유체와 열교환시키는 제 2 열교환 단계를 포함하며,
    상기 가열단계에서 상기 증발 작동유체의 온도가 상기 저온 가열 유체의 온도보다 높도록 상기 작동유체와 상기 가열 유체를 열교환시키는 열에너지를 전환하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 유체는 외부 열원으로부터 열을 받는 가열단계를 거친 후 상기 증발 단계로 공급되며, 상기 제 1 열교환 단계 후 다시 가열단계로 순환되는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환 단계 후의 상기 희박류로 상기 1차 승온 작동 유체를 가열하도록, 상기 제 2 열교환 후의 상기 희박류와 제 1 열교환 단계 후의 상기 1차 승온 작동 유체와 열교환하는 제 3 열교환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 열교환 단계에서는 상기 작동유체는 포화액 상태로 가열되는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 방법.
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