KR101461828B1 - Apparatus for Converting Thermal Energy - Google Patents
Apparatus for Converting Thermal Energy Download PDFInfo
- Publication number
- KR101461828B1 KR101461828B1 KR1020130141379A KR20130141379A KR101461828B1 KR 101461828 B1 KR101461828 B1 KR 101461828B1 KR 1020130141379 A KR1020130141379 A KR 1020130141379A KR 20130141379 A KR20130141379 A KR 20130141379A KR 101461828 B1 KR101461828 B1 KR 101461828B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- working fluid
- evaporator
- heat exchanger
- flow
- heat
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/08—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with working fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
Abstract
Description
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 열원으로부터 다량의 열을 뽑아내서 많은 출력을 얻는 것이 가능하며, 열원의 조건에 따라서 사이클 조절이 가능한 열에너지를 전환하는 장치에 대한 것이다.
The present invention relates to a device for converting thermal energy from a heat source using an expanded and regenerated working fluid and more specifically to a device for converting a thermal energy at a low temperature using two or more mixed working fluids, To extract a large amount of power and to convert the heat energy capable of controlling the cycle according to the condition of the heat source.
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 power generation, since the exhaust gas from the gas turbine is high at 500 to 600 ° C., the steam is converted into steam and the steam turbine is driven 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.A low-temperature and low-temperature array power generation technology is being developed and expanded at a temperature of 100 to 500 ° C for generating electricity using an array source having a temperature lower than that of a conventional steam generator. To develop at low temperatures, a working fluid with a boiling point at a low temperature, i.e. a refrigerant or a hydrocarbon-based fuel, is used. The organic rankine cycle system, the kalina cycle, and the uehara cycle system, depending on the characteristics of the working fluid or the system configuration. The organic Rankine cycle utilizes a single working fluid, while the Carina and Uehara cycle systems use a mixture of ammonia and water.
통상의 랭킨사이클인 유기랭킨사이클은 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, which is a normal Rankine cycle, is composed of basic elements of an
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 and low-
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 organic Rankine cycle differs from the Rankine cycle in that it is a working fluid that evaporates at low temperatures using organic materials with a lower boiling point than water. Organic Rankine cycle is an organic material 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 a working fluid, unlike the organic Rankine cycle which uses a pure substance as a working fluid. 2, the low-temperature and low-
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
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 heating fluid having a high temperature heat source is supplied to and discharged from the
이러한 카리나 사이클 설계에 있어 기액분리기(60)에서 농후류의 유량이 많아져야 발전량이 증대될 수 있으며, 그러기 위해서는 증발기(40) 전단에서 포화액 상태로 작동 유체를 공급하는 것이 필요하다. In this carina cycle design, it is necessary to increase the amount of rich flow in the gas-
한편, 지열 발전의 경우 일반 폐열발전과는 달리, 열원의 온도가 일정하지 않으며, 지열로 인하여 열원이 가열되는 것이기 때문에, 열역학적 효율보다는 열효율이 다소 떨어지더라도 발전량 자체가 중요하다. 열효율을 올리기 위하여 시스템을 구성하는 경우에 열효율 자체는 올라갈지 모르나, 열원으로부터 더 많은 열원을 흡수한 경우보다 얻어지는 발전량에서는 뒤쳐질 수 있다는 문제가 있다.
On the other hand, in the case of geothermal power generation, since the temperature of the heat source is not constant and the heat source is heated due to the geothermal heat, the generation amount itself is important even though the thermal efficiency is somewhat lower than the thermodynamic efficiency. When constructing a system to increase the thermal efficiency, the thermal efficiency itself may rise, but there is a problem that it may be lagged at a power generation amount that is obtained from the case where more heat sources are absorbed from the heat source.
한편, 특허문헌 1 에는 열원과 복수 회 열교환하는 구성이 개시되어 있다. 그러나 특허문헌 1 의 경우에 기액분리기를 통과한 후의 작동 유체와 열원이 열교환하는 것으로, 기액분리기에 의해서 분리되는 작동 유체의 양에는 영향을 주지 못하여, 사이클에 의해서 얻어지는 발전량의 증대에 큰 도움이 되지 못한다는 문제가 있다.
On the other hand,
(특허문헌 1) WO2004-102082 A
(Patent Document 1) WO 2004-102082 A
본 발명은 열원을 충분히 활용하기 위하여 작동 유체의 예열을 추가하고 순서를 변경하여 비록 열효율은 감소하더라도 열에너지를 더욱 많이 전환하는 것을 목적으로 한다.
The present invention aims to further convert the heat energy even though the thermal efficiency is reduced by adding preheating and changing the order of the working fluid to fully utilize the heat source.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로, 다음과 같은 열에너지를 전환하는 장치를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for converting heat energy as follows.
본 발명은 열원 유체와 작동 유체가 열교환하여 증발 작동 유체를 생성하는 증발기; 상기 증발기에 연결되며, 증발 작동 유체를 받아서 증발 작동 유체의 에너지를 기계적 에너지로 전환하는 에너지 전환 수단; 상기 에너지 전환 수단에 연결되며, 소모된 작동 유체를 응축하는 응축기; 상기 응축기에 연결되며, 응축된 작동 유체를 가압하여 승압시키는 펌핑 수단을 포함하며, 2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동 유체를 사용하는 열에너지를 전환하는 장치로서, 상기 증발기와 에너지 전환 수단 사이에서 증발 작동 유체를 받아서 농후류와 희박류로 분리하는 분리기; 상기 에너지 전환 수단을 통과한 소모된 농후류와 상기 희박류가 합류하는 합류부; 상기 희박류를 상기 에너지 전환 수단을 통과한 제 1 농후류와 동일한 압력으로 낮추도록 상기 합류부와 분리기 사이에 배치되는 스로틀 밸브; 상기 증발기 전단에 위치되며, 증발기를 통과한 열원 유체와 펌핑 수단을 통과한 작동 유체가 열교환하는 제 1 열교환기; 및 상기 제 1 열교환기와 상기 증발기 사이에 위치되며, 승온된 작동 유체와 상기 희박류가 열교환하는 제 2 열교환기;를 포함하는 열에너지를 전환하는 장치를 제공한다. The present invention relates to an evaporator, comprising: an evaporator for heat exchange with a heat source fluid and a working fluid to produce an evaporative working fluid; Energy conversion means connected to the evaporator for receiving an evaporation working fluid to convert the energy of the evaporation working fluid into mechanical energy; A condenser connected to the energy conversion means for condensing the spent working fluid; And a pumping means connected to the condenser for pumping and pressurizing the condensed working fluid, wherein the working fluid is mixed with two fluids having different boiling points of 2 or more, the apparatus comprising: A separator for receiving the evaporative working fluid and separating the evaporated working fluid into a rich stream and a lean stream; A merging portion in which the spent rich stream having passed through the energy conversion means and the lean flow are merged; A throttle valve disposed between the merging section and the separator to lower the lean flow to the same pressure as the first rich flow passing through the energy conversion section; A first heat exchanger located at a front end of the evaporator and performing heat exchange between the heat source fluid passing through the evaporator and the working fluid passing through the pumping means; And a second heat exchanger located between the first heat exchanger and the evaporator, the second heat exchanger performing heat exchange between the heated working fluid and the lean flow.
이때, 상기 제 2 열교환기를 통과한 작동 유체가 포화액이 되도록 상기 제 1 열교환기 및 상기 제 2 열교환기가 구성될 수 있다.At this time, the first heat exchanger and the second heat exchanger may be configured so that the working fluid that has passed through the second heat exchanger becomes a saturated liquid.
또, 상기 응축기를 통과한 작동 유체를 제 1 유로와 제 2 유로로 분기하는 분기부; 상기 분기부의 제 1 유로에 연결되며, 상기 합류부의 합류된 작동 유체와 응축기를 통과한 작동 유체를 열교환하는 제 3 열교환기; 및 상기 제 3 열교환기를 통과한 작동 유체와 상기 제 2 유로를 통과한 작동 유체가 합류하는 제 2 합류부를 더 포함할 수 있다. A branching unit for branching the working fluid that has passed through the condenser into a first flow path and a second flow path; A third heat exchanger connected to the first flow path of the branch portion and performing heat exchange between the combined working fluid of the merging portion and the working fluid passing through the condenser; And a second merging portion in which a working fluid that has passed through the third heat exchanger and a working fluid that has passed through the second flow path join together.
또한, 본 발명은 상기 제 1 유로와 제 2 유로에 각각 배치되는 유량 조절 밸브; 상기 증발기로 유입되는 열원 유체의 온도를 측정하도록 증발기 유입측에 배치된 온도 센서; 및 상기 유량 조절 밸브 및 온도 센서와 연결된 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 온도 센서에서 측정된 열원 유체의 온도에 기반하여 상기 제 1 유로 및 제 2 유로를 통과하는 유량을 조절할 수 있다. In addition, the present invention is characterized by a flow control valve disposed in the first flow path and the second flow path, respectively; A temperature sensor disposed on an evaporator inlet side to measure a temperature of the heat source fluid flowing into the evaporator; And a controller connected to the flow rate control valve and the temperature sensor, wherein the controller can adjust the flow rate of the first flow path and the second flow path based on the temperature of the heat source fluid measured by the temperature sensor.
나아가, 상기 제어부는 상기 증발기로 공급되는 작동 유체가 포화액으로 공급되도록 상기 제 1 유로 및 제 2 유로를 통과하는 유량을 조절할 수 있다.
Further, the control unit may adjust the flow rate of the working fluid supplied to the evaporator through the first flow path and the second flow path so as to be supplied to the saturated liquid.
카리나 사이클 설계에 있어 암모니아농도가 낮으면, 물의 증발온도가 높아지기 때문에 증발온도가 상승하여 열원의 증발기 출구온도는 높아져야 한다. 즉 비록 열효율이 올라간다고 하여도 열원 유량은 증가되어야 할 수 있다.When the ammonia concentration is low in the carina cycle design, the evaporation temperature of the water increases, and the evaporator outlet temperature of the heat source must be increased. That is, even if the thermal efficiency is increased, the heat source flow rate may need to be increased.
본 발명은 위와 같은 점을 고려하여, 열원에서 추가 열원회수용 열교환기를 추가하고 예열순서를 변경하여 열원의 출구온도를 낮추는 등 열원을 충분히 활용하고 에너지전환량을 늘릴 수 있다. Considering the above points, the present invention can sufficiently utilize a heat source and increase the amount of energy conversion by adding an additional heat source recovery heat exchanger in a heat source and changing the preheating sequence to lower the outlet temperature of the heat source.
또한, 열원의 상황에 맞게 사이클을 조절하는 것이 가능하여, 증발기로 유입 되는 작동 유체를 포화액으로 제공하는 것이 가능하다.
In addition, it is possible to adjust the cycle according to the condition of the heat source, and it is possible to provide the working fluid introduced into the evaporator as the saturated liquid.
도 1 은 종래의 랭킨사이클의 구성도이다.
도 2 는 종래의 카리나사이클의 구성도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열에너지를 전환하는 장치의 개략도이다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열에너지를 전환하는 장치의 개략도이다. 1 is a block diagram of a conventional Rankine cycle.
2 is a configuration diagram of a conventional Carina cycle.
3 is a schematic diagram of an apparatus for converting heat energy according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of an apparatus for converting heat energy according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments 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 a working fluid. However, the present invention corresponds to the working fluid of the present invention when two or more fluids having different boiling points are mixed and used.
지열과 같이 열원이 개방형 사이클로 순환되는 경우에, 발전 사이클은 사이클 자체의 효율보다는 사이클에 의해서 얻어지는 발전량이 중요하다. 즉, 열원으로부터 많은 열량을 뽑아낼 수 있다면, 다소 효율이 떨어지더라도 더 많은 발전량을 얻을 수 있으므로, 발전 사이클의 효용성을 증대될 수 있다. 열원으로는 열원은 가열된 물이나 오일, 가스 등이 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 열원이 적용될 수 있음은 물론이다. When a heat source such as geothermal heat is circulated in an open cycle, the power generation cycle is more important than the efficiency of the cycle itself. That is, if a large amount of heat can be extracted from the heat source, the efficiency of the power generation cycle can be increased because more power can be obtained even if the efficiency is somewhat inferior. As the heat source, heated water, oil, gas, or the like may be applied to the heat source, but it is needless to say that various heat sources can be applied.
본 발명은 이러한 점에 착안한 것으로, 증발기를 통과한 열원을 다시 열교환하여 작동 유체를 가열하게 함으로써 많은 열량을 작동 유체로 전달하게 하여 얻어지는 발전량을 증대시킨다. The present invention is based on this point and increases the amount of generated power by transferring a large amount of heat to the working fluid by heating the working fluid again by heat-exchanging the heat source through the evaporator.
또한, 본 발명은 증발기를 통과한 작동 유체가 에너지 전환 수단인 터빈(50)으로 많이 공급될 수 있도록 증발기를 통과하기 전 작동 유체를 포화액 상태로 제공하며, 이를 위하여 증발기를 통과한 열원을 활용할 뿐만 아니라, 응축 전의 작동 유체를 활용하는 것을 기본으로 한다.
In addition, the present invention provides a working fluid in a saturated liquid state before passing through an evaporator so that a working fluid passing through an evaporator can be supplied to the
본 발명은 통상적인 카리나 사이클인 도 2 의 구성을 모두 포함하나, 열원으로부터 더 많은 열량을 전달받고, 증발기 이전에 작동 유체를 포화액 상태로 공급하기 위하여 증발기를 통과한 열원 유체와 작동 유체가 열교환하는 열교환기를 제공한다.
The present invention includes all the configurations of FIG. 2, which is a typical carina cycle. However, in order to supply a larger amount of heat from a heat source and to supply a working fluid in a saturated liquid state before the evaporator, To the heat exchanger.
도 3 에는 본 발명의 일실시예의 개략도가 도시되어 있다. Figure 3 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention.
냉각수가 유입(23) 및 유출(24)되는 응축기(20)를 통과한 작동 유체(P1)는 펌핑 수단(30)을 통과하여 작동 유체(P2)로 승압된다. 이렇게 승압된 작동 유체(P2)는 합류부(110)를 통하여 합류된 작동 유체(P16)와 열교환하는 제 3 열교환기(70)를 통과한다. 제 3 열교환기(70)를 통과하면서 승압된 작동 유체(P2)은 승온되어 승온 작동 유체(P3)가 된다. The working fluid P1 that has passed through the
제 3 열교환기(70)를 통과한 승온 작동 유체(P3)는 제 1 열교환기(80)로 공급되며, 제 1 열교환기(80)에서 증발기(40)를 통과한 열원 유체(26)와 열교환한다. 증발기(40)를 통과한 열원 유체(26)는 증발기(40) 투입 전의 열원 유체보다는 온도가 낮지만, 응축기(20)를 통과한 후 제 3 열교환기(70)만을 통과한 승온 작동 유체(P3)보다는 높은 온도를 가지고 있으며, 따라서, 제 1 열교환기(70)에서 승온 작동 유체(P3)는 열원 유체(26)으로부터 에너지를 전달받아 작동 유체(P8)가 된다. The temperature increasing working fluid P3 that has passed through the
작동 유체(P8)는 기액 분리기(60)에서 액체로 분리된 희박류(P11)과 열교환하도록 제 2 열교환기(90)로 공급된다. 기액 분리기(60)는 증발기 후단(40)에 배치되기 때문에 증발기(40) 출구 온도와 거의 동일한 온도를 가지게 되며, 따라서, 작동 유체(P8)보다는 높은 온도를 가져서 작동 유체(P8)를 승온시키는 것이 가능하다. 이때, 제 1 열교환기(80)와 제 2 열교환기(90)는 제 2 열교환기(90)를 통과한 작동 유체(P9)가 포화액이 되도록 그 용량이 조절되는 것이 바람직하다. The working fluid P8 is supplied to the
제 2 열교환기(90)를 통과한 작동 유체(P9)는 증발기(40)로 공급된다. 증발기에서, 증발기(40)에서 상기 작동 유체(P9)는 고온의 열원 유체(25)와 열교환하며, 다량의 작동 유체가 기화된 고온 작동 유체(P10)가 된다. 증발기(40)에는 고온 열원 유체가 유입(25), 유출(26)되며, 이 고온 열원 유체는 지열과 같은 개방형 사이클의 열원이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
The working fluid (P9) that has passed through the second heat exchanger (90) is supplied to the evaporator (40). In the evaporator, in the
증발기(40)를 통과한 고온 작동 유체(P10)는 기액 분리기(60)로 공급되며, 기액 분리기(60)에서 농후류(P12)와 희박류(P11)로 분리된다. 농후류(P12)는 에너지 전환 수단에 해당하는 터빈(50)으로 공급되며, 터빈(50)을 통과하면서 압력 및 온도가 떨어지면서 가지고 있던 화학적 에너지를 기계적 에너지로 전환하게 된다. 일반적으로, 터빈(50)에 의해 전환된 기계적 에너지는 발전기(미도시)를 통하여 전기적 에너지로 재차 전환되게 된다.
The high temperature working fluid P10 that has passed through the
한편, 기액 분리기(60)에서 암모니아의 농도가 낮은 희박류(P11)는 고압의 상태에서 제 2 열교환기(90)를 순차적으로 통과하면서, 가지고 있던 열에너지를 작동 유체(P8)에 전달한 후 온도가 낮아진 희박류(P13)가 된다. 제 2 열교환기(90)를 통과한 희박류(P13)는 스로틀 밸브(100)를 통과하면서, 펌핑 수단(30) 전의 압력으로 낮아져 희박류(P14)가 된다. 희박류(P14)는 에너지 전환 수단인 터빈(50)을 통과한 소모된 농후류(P15)와 합류부(110)에서 만나서 합류 희박류(P16)가 된다. On the other hand, in the gas-
합류 희박류(P16)는 제 3 열교환기(70)로 공급되며, 제 3 열교환기(70)를 통과하면서 가지고 있던 열에너지를 작동 유체(P2)에 전달한다. The combined lean sparge P16 is supplied to the
작동 유체(P17)는 응축기(20)로 공급되어 모두 액체로 응축되게 된다.
The working fluid P17 is supplied to the
한편, 도 4 에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. On the other hand, Fig. 4 shows another embodiment of the present invention.
도 4 에서 보이듯이, 도 3 의 실시예와 제 1 내지 제 3 열교환기(70, 80, 90)의 구비 여부는 동일하나, 제 3 열교환기(70)로 공급되는 작동 유체(P2)가 분기된다는 점이 상이하다. 3, the first and
도 4 의 실시예는 제 3 열교환기(70)로 작동 유체(P2)가 공급되기 전에 분기부(120)를 포함하며, 상기 분기부(120)에서 작동 유체(P2)는 제 3 열교환기(70)로 공급되는 작동 유체(P3)와 제 3 열교환기(70)를 바이패스하는 작동 유체로 분기된다. The embodiment of Figure 4 includes a
제 3 열교환기(70)로 공급되는 작동 유체(P3)는 제 3 열교환기(70)에서 열교환한 후 승온 작동 유체(P4)가되며, 이는 제 3 열교환기(70)를 바이패스한 작동 유체와 합류부(130)에서 합류하여 합류 작동 유체(P5)가 된다. The working fluid P3 supplied to the
바이패스 작동 유체가 흐르는 라인 및 제 3 열교환기(70)로 작동 유체가 흐르는 라인 모두에는 각각 유량 조절 밸브(140, 150)가 구비된다. 이 유량 조절 밸브(140, 150)는 제어부(미도시)에 연결되어 각 라인을 흐르는 유량이 조절된다. 제어부(미도시)는 열원 유체(25)의 온도를 측정하는 온도 센서로부터 공급되는 열원 유체의 온도값을 받아서 증발기 직전의 작동 유체(P9)가 포화액이 될 수 있도록 조절한다. 이렇게 함으로써, 열교환기(70, 80, 90)의 용량 조절 없이도 용량을 조절하는 것과 사실상 동일한 효과를 얻을 수 있다.
종래(도 2)의 경우, 열원 입구온도 150℃ 에서 출구온도 110℃의 열원을 이용하고 암모니아 농도 70%에서 1000kW의 발전을 위한다면, 140℃, 3MPa의 터빈 입구조건을 만족하기 위하여는 204t/h의 열원이 필요하나, 본 발명의 일실시예에서 동일한 열원 조건(150 ℃, 204t/h)을 만족한다면, 터빈(50)에서 1350kW의 출력이 가능하고 이때 열원의 출구온도는 97℃이다. 즉 동일 유량의 열원에서 많은 열원을 회수하여 출력을 높일 수 있다. In the conventional case (FIG. 2), a heat source having an inlet temperature of 150 ° C. and an outlet temperature of 110 ° C. is used, and in order to meet the turbine inlet condition of 140 ° C. and 3 MPa, h heat source is required, but in one embodiment of the present invention the same
또, 하나의 방법은 암모니아 농도를 바꾸어 효율은 떨어져도 출력을 증가시킬 수 있다. 위의 조건(열원 유량 204t/h, 열원출구온도 97℃에서 암모니아 농도를 75%로 상향하면, 1250kW까지 출력을 상향할 수 있다.
One way is to change the ammonia concentration to increase the output even if the efficiency drops. If the above condition (the heat source flow rate is 204t / h, the ammonia concentration is increased to 75% at the heat source outlet temperature of 97 ° C, the output can be increased up to 1250kW.
20 : 응축기 30 : 펌핑 수단
40 : 증발기 50 : 터빈
60 : 기액 분리기 70 : 제 3 열교환기
80 : 제 1 열교환기 90 : 제 2 열교환기
100 : 스로틀 밸브 110, 130: 합류부
120: 분기부 140, 150: 유량 조절 밸브20: condenser 30: pumping means
40: Evaporator 50: Turbine
60: gas-liquid separator 70: third heat exchanger
80: first heat exchanger 90: second heat exchanger
100:
120:
Claims (5)
상기 증발기에 연결되며, 증발 작동 유체를 받아서 증발 작동 유체의 에너지를 기계적 에너지로 전환하는 에너지 전환 수단;
상기 에너지 전환 수단에 연결되며, 소모된 작동 유체를 응축하는 응축기;
상기 응축기에 연결되며, 응축된 작동 유체를 가압하여 승압시키는 펌핑 수단을 포함하며, 2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동 유체를 사용하는 열에너지를 전환하는 장치로서,
상기 증발기와 에너지 전환 수단 사이에서 증발 작동 유체를 받아서 농후류와 희박류로 분리하는 분리기;
상기 에너지 전환 수단을 통과한 소모된 농후류와 상기 희박류가 합류하는 합류부;
상기 희박류를 상기 에너지 전환 수단을 통과한 제 1 농후류와 동일한 압력으로 낮추도록 상기 합류부와 분리기 사이에 배치되는 스로틀 밸브;
상기 증발기 전단에 위치되며, 증발기를 통과한 열원 유체와 펌핑 수단을 통과한 작동 유체가 열교환하는 제 1 열교환기; 및
상기 제 1 열교환기와 상기 증발기 사이에 위치되며, 승온된 작동 유체와 상기 희박류가 열교환하는 제 2 열교환기;를 포함하는 열에너지를 전환하는 장치.
An evaporator in which a heat source fluid and a working fluid exchange heat to generate an evaporative working fluid;
Energy conversion means connected to the evaporator for receiving an evaporation working fluid to convert the energy of the evaporation working fluid into mechanical energy;
A condenser connected to the energy conversion means for condensing the spent working fluid;
And a pumping means connected to the condenser for pressurizing and pressurizing the condensed working fluid and using a working fluid in which two fluids having two or more different boiling points are mixed,
A separator for receiving an evaporative working fluid between the evaporator and the energy conversion means and separating the evaporated working fluid into a rich stream and a lean stream;
A merging portion in which the spent rich stream having passed through the energy conversion means and the lean flow are merged;
A throttle valve disposed between the merging section and the separator to lower the lean flow to the same pressure as the first rich flow passing through the energy conversion section;
A first heat exchanger located at a front end of the evaporator and performing heat exchange between the heat source fluid passing through the evaporator and the working fluid passing through the pumping means; And
And a second heat exchanger located between the first heat exchanger and the evaporator, the second heat exchanger performing heat exchange between the heated working fluid and the lean flow.
상기 제 2 열교환기를 통과한 작동 유체가 포화액이 되도록 상기 제 1 열교환기 및 상기 제 2 열교환기가 구성되는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first heat exchanger and the second heat exchanger are configured so that the working fluid that has passed through the second heat exchanger becomes a saturated liquid.
상기 응축기를 통과한 작동 유체를 제 1 유로와 제 2 유로로 분기하는 분기부;
상기 분기부의 제 1 유로에 연결되며, 상기 합류부의 합류된 작동 유체와 응축기를 통과한 작동 유체를 열교환하는 제 3 열교환기; 및
상기 제 3 열교환기를 통과한 작동 유체와 상기 제 2 유로를 통과한 작동 유체가 합류하는 제 2 합류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 장치.
The method according to claim 1,
A branching portion for branching the working fluid that has passed through the condenser to the first flow path and the second flow path;
A third heat exchanger connected to the first flow path of the branch portion and performing heat exchange between the combined working fluid of the merging portion and the working fluid passing through the condenser; And
Further comprising: a second merging unit for merging a working fluid that has passed through the third heat exchanger and a working fluid that has passed through the second flow path.
상기 제 1 유로와 제 2 유로에 각각 배치되는 유량 조절 밸브;
상기 증발기로 유입되는 열원 유체의 온도를 측정하도록 증발기 유입측에 배치된 온도 센서; 및
상기 유량 조절 밸브 및 온도 센서와 연결된 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 온도 센서에서 측정된 열원 유체의 온도에 기반하여 상기 제 1 유로 및 제 2 유로를 통과하는 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 장치.
The method of claim 3,
A flow control valve disposed in the first flow path and the second flow path, respectively;
A temperature sensor disposed on an evaporator inlet side to measure a temperature of the heat source fluid flowing into the evaporator; And
And a controller connected to the flow rate control valve and the temperature sensor,
Wherein the controller controls the flow rate of the heat source fluid passing through the first flow path and the second flow path based on the temperature of the heat source fluid measured by the temperature sensor.
상기 제어부는 상기 증발기로 공급되는 작동 유체가 포화액으로 공급되도록 상기 제 1 유로 및 제 2 유로를 통과하는 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 열에너지를 전환하는 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the controller controls the flow rate of the working fluid supplied to the evaporator through the first flow path and the second flow path so as to be supplied to the saturated liquid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130141379A KR101461828B1 (en) | 2013-11-20 | 2013-11-20 | Apparatus for Converting Thermal Energy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130141379A KR101461828B1 (en) | 2013-11-20 | 2013-11-20 | Apparatus for Converting Thermal Energy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101461828B1 true KR101461828B1 (en) | 2014-11-14 |
Family
ID=52290357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020130141379A KR101461828B1 (en) | 2013-11-20 | 2013-11-20 | Apparatus for Converting Thermal Energy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101461828B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180046702A (en) * | 2016-10-28 | 2018-05-09 | 한국수력원자력 주식회사 | Modularized geothermal power generation system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09209716A (en) * | 1996-02-07 | 1997-08-12 | Toshiba Corp | Power plant |
KR20130074467A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-04 | 주식회사 포스코 | Power system and the control method of the working fluid in the same |
KR20130074094A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-04 | 주식회사 포스코 | Apparatus for converting thermal energy |
KR20130074466A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-04 | 주식회사 포스코 | Power system for improved thermal and condensing efficiency |
-
2013
- 2013-11-20 KR KR1020130141379A patent/KR101461828B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09209716A (en) * | 1996-02-07 | 1997-08-12 | Toshiba Corp | Power plant |
KR20130074467A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-04 | 주식회사 포스코 | Power system and the control method of the working fluid in the same |
KR20130074094A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-04 | 주식회사 포스코 | Apparatus for converting thermal energy |
KR20130074466A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-04 | 주식회사 포스코 | Power system for improved thermal and condensing efficiency |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180046702A (en) * | 2016-10-28 | 2018-05-09 | 한국수력원자력 주식회사 | Modularized geothermal power generation system |
KR101940293B1 (en) * | 2016-10-28 | 2019-01-18 | 한국수력원자력 주식회사 | Modularized geothermal power generation system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7640746B2 (en) | Method and system integrating solar heat into a regenerative rankine steam cycle | |
CN102449271B (en) | Steam power cycle device | |
WO2013027604A1 (en) | Steam power cycle system | |
US9410535B2 (en) | Binary power generation system | |
Erickson et al. | Heat-Activated Dual-Function Absorption Cycle. | |
US20170275190A1 (en) | System using heat energy to produce power and pure water | |
CN103477150A (en) | Generation of steam for use in an industrial process | |
CN101929360A (en) | Medium-low temperature heat source generating set based on energy cascade utilization and thermal circulation method thereof | |
CN103089356A (en) | Flash evaporation-double work medium combined power generation device | |
KR101917430B1 (en) | Power generating apparatus | |
CN106194299A (en) | A kind of carbon trapping and supercritical CO2the electricity generation system of Brayton cycle coupling | |
KR101461828B1 (en) | Apparatus for Converting Thermal Energy | |
Li et al. | Component exergy analysis of solar powered transcritical CO 2 Rankine cycle system | |
AU2015201753A1 (en) | Oxy boiler power plant with a heat integrated air separation unit | |
CN105765179A (en) | Selective pressure kettle boiler for rotor air cooling applications | |
KR101294885B1 (en) | Apparatus for Converting Thermal Energy | |
KR101303811B1 (en) | Combined cycle power plant utilizing waste heat | |
KR101403174B1 (en) | Method for Converting Thermal Energy | |
CN109869205A (en) | It is a kind of for the heat accumulation of cogeneration units, power generation and heating system | |
KR101417627B1 (en) | Apparatus for Converting Thermal Energy | |
KR101417634B1 (en) | Apparatus for Converting Thermal Energy | |
Kaplan | Organic rankine cycle configurations | |
KR101289187B1 (en) | Apparatus for converting thermal energy | |
KR101294974B1 (en) | Method and Apparatus for Converting Thermal Energy | |
KR101304727B1 (en) | Method and apparatus for converting thermal energy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171107 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181107 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191106 Year of fee payment: 6 |