KR20010010878A - Method and apparatus of converting heat to useful energy - Google Patents

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KR20010010878A
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알렉산더아이. 카리나
리차드아이. 펠레티어
로렌스비. 로드스
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액서지, 인코포레이티드
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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N5/02Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat

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Abstract

PURPOSE: A method for transforming a heat into a usable energy and an apparatus for performing the same are provided to transform a low temperature of heat into an electric power at a high transforming efficiency. CONSTITUTION: In the method for transforming a heat into a usable energy, an operating fluid(117-17) including a component having a high boiling point and a component having a low boiling point is heated by using an outer heating source(HE-5) in order to providing a heated gas flow. The heated gas flow(16) is separated within the first separator(S) in order to provide the heated gas rich flow including components having a relatively low boiling point and to provide the heated gas lean flow(30) including components having a relatively low boiling point. The heated gas rich flow is expanded in order to provide a consumptive gas rich flow. The expanded consumptive gas rich flow(34) is combined with the heated gas lean flow(30).

Description

열을 유용한 에너지로 변환하는 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS OF CONVERTING HEAT TO USEFUL ENERGY}METHOD AND APPARATUS OF CONVERTING HEAT TO USEFUL ENERGY}

본 발명은 열을 유용한 형태로 변환하기 위한 열역학 사이클을 실행하는 방법에 관련된다.The present invention relates to a method of executing a thermodynamic cycle for converting heat into a useful form.

열 에너지는 유용하게도 기계적, 그 후에 전기 형태로 변환된다. 저온 열원의 열 에너지를 전력으로 변환하는 방법은 에너지 생성의 중요한 영역을 제공한다. 저온 열을 전력으로 변환하는 효율성을 높일 필요가 있다.Thermal energy is usefully converted into mechanical and then electrical form. The method of converting thermal energy of a low temperature heat source into electric power provides an important area of energy generation. There is a need to increase the efficiency of converting low temperature heat into power.

열원으로부터 발생한 열 에너지는 열역학 사이클에서 작동하는 폐쇄 시스템에서 발생되고 팽창되는 동작 유체를 이용해 기계적, 그 후에 전기 형태로 변형될 수 있다. 이 동작 유체는 다른 끓음 온도를 가지는 성분을 포함하고 동작 유체의 조성은 조작 효율성을 개선시키기 위해서 시스템 내의 다른 곳에서 바꿀 수 있다. 저온 열을 전력으로 변환하는 시스템은 Alexander I. Kalina의 미국 특허 제 4,346,561; 4,489,563; 4,982,568 및 5,029,444에서 설명된다. 또, 다성분 동작 유체를 가지는 시스템은 Alexander I. Kalina의 미국 특허 제 4,548,043; 4,586,340; 4,604,867; 4,732,005; 4,763,480; 4,899,545; 5,095,708; 5,440,882; 5,572,871과 5,649,426에서 설명되는데 이것은 본원에 참고로 실려있다.The thermal energy generated from the heat source can be transformed into mechanical and then electrical form using a working fluid that is generated and expanded in a closed system operating in a thermodynamic cycle. This working fluid contains components having different boiling temperatures and the composition of the working fluid can be changed elsewhere in the system to improve the operating efficiency. Systems for converting low temperature heat into power are described in US Pat. No. 4,346,561 to Alexander I. Kalina; 4,489,563; 4,982,568 and 5,029,444. In addition, systems with multicomponent working fluids are described in US Pat. No. 4,548,043 to Alexander I. Kalina; 4,586,340; 4,604,867; 4,732,005; 4,763,480; 4,899,545; 5,095,708; 5,440,882; 5,572,871 and 5,649,426, which are incorporated herein by reference.

본 발명은 열역학 사이클을 실행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 낮은 끓는 점을 가지는 성분과 높은 끓는 점을 가지는 성분으로 구성된 동작 유체는 가열된 가스 작동 흐름을 제공하기 위해서 외부 열원(예, 저온 열원)으로 가열된다. 가열된 기체 동작 유체는 비교적 다량의 끓는 점이 낮은 성분을 가지는 가열된 기체 농후류와 비교적 소량의 끓는 점이 낮은 성분을 가지는 희박류를 제공하도록 제 1 분리기에서 분리된다. 가열된 가스 농후류는 농후류의 에너지를 유용한 형태로 바꾸고 팽창된, 소모 농후류를 제공하도록 팽창된다. 희박류와 팽창된 소모 농후류는 그 후에 결합되어서 동작 유체를 제공한다.The present invention provides a method and apparatus for executing a thermodynamic cycle. The working fluid, consisting of a low boiling point component and a high boiling point component, is heated by an external heat source (eg, a low temperature heat source) to provide a heated gas working flow. The heated gas working fluid is separated in the first separator to provide a heated gas enrichment having a relatively high boiling point component and a lean stream having a relatively small amount of low boiling component. The heated gas enrichment expands to convert the energy of the enrichment into a useful form and provide an expanded, consumed enrichment. The lean and expanded spent thickening are then combined to provide a working fluid.

본 발명의 특정 실시예는 다음과 같은 특징을 가진다. 동작 유체는 제 1 열 교환기에서 저온 열원으로 열을 전달함으로써 응축되고 그 후에 더 큰 압력으로 펌프 작용을 가한다. 제 1 팽창 단계와 제 2 팽창 단계에서 팽창되고, 부분적으로 팽창된 유체 흐름은 각 단계 사이에서 추출되고 희박류와 결합된다. 팽창 단계 사이의 분리기는 일부 팽창된 유체를 증기와 액체로 분리하고, 증기 일부 또는 전체는 제 2 단계로 이송되고, 증기 일부는 액체와 결합된 후 희박류와 결합된다. 제 2 열 교환기는 더 높은 압력하에서 응축하기 전에 재구성된 다성분 작동류로부터 응축된 다성분 작동류로 열을 전달한다. 제 3 열 교환기는 제 2 열 교환기 뒤에서 희박류로부터 작동류까지 열을 전달한다. 작동류는 두 개의 소흐름으로 나누어지는데, 이 중 하나는 외부 열로 가열되고, 다른 하나는 희박류로부터 발생한 열을 가지고 제 4 열 교환기에서 가열된다; 두 가지 흐름은 그 후에 결합되어서 분리기에서 분리된 가열된 가스 작동류를 제공한다.Certain embodiments of the present invention have the following features. The working fluid is condensed by transferring heat from the first heat exchanger to the low temperature heat source and then pumps to greater pressure. In the first and second expansion stages, the expanded, partially expanded fluid flow is extracted between each stage and combined with the lean flow. The separator between the expansion stages separates some expanded fluid into vapor and liquid, some or all of the vapor is transferred to the second stage, and some of the vapor is combined with the liquid and then with the lean. The second heat exchanger transfers heat from the reconstituted multicomponent working flow to the condensed multicomponent working flow before condensing under higher pressure. The third heat exchanger transfers heat from the lean to the working flow behind the second heat exchanger. The working flow is divided into two small streams, one of which is heated with external heat and the other is heated in a fourth heat exchanger with heat generated from lean flows; The two streams are then combined to provide a heated gas working stream that is separated in the separator.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 장점을 가진다. 본 발명의 실시예는 표준 랭킨 사이클(Rankine cycle)의 효율성을 초과하는 전력으로 저온 열을 변환할 수 있다.Embodiments of the present invention have the following advantages. Embodiments of the present invention can convert low temperature heat into power that exceeds the efficiency of a standard Rankine cycle.

본 발명의 다른 장점과 특징은 실시예에 대한 상세한 설명과 청구항으로부터 분명히 이해할 수 있다.Other advantages and features of the present invention can be clearly understood from the description and the claims.

도 1 은 저온 열원으로부터 생성된 열을 유용한 형태로 변환하기 위한 열역학 시스템을 나타낸 다이어그램.1 is a diagram illustrating a thermodynamic system for converting heat generated from a low temperature heat source into a useful form.

도 2 는 추출류와 완전히 소모류가 높은 압력을 받는 유체와 상이한 조성을 가지도록 허용하는 도 1의 시스템의 다른 실시예를 나타낸 다이어그램.FIG. 2 is a diagram illustrating another embodiment of the system of FIG. 1 allowing extracts and completely consumables to have different compositions than the fluids under high pressure.

도 3 은 어떠한 추출류도 존재하지 않는 실시예를 나타낸 다이어그램.3 is a diagram illustrating an embodiment in which no extracts are present.

도 4 는 또다른 실시예를 나타낸 다이어그램.4 is a diagram illustrating another embodiment.

도 1에서, 외부 열원으로부터 유용한 에너지(예, 기계 에너지와 전기 에너지)를 얻기 위해서 열역학 사이클을 실행하기 위한 시스템이 나타나 있다. 전술한 실시예에서, 외부 열원은 저온 폐열수의 흐름인데 이것은 열 교환기 HE-5를 통하여 25-26에 나타낸 경로에서 흐르고 폐쇄된 열역학 사이클의 작동류(117-17)를 가열한다. 표 1은 도 1에 나타낸 번호가 매겨진 위치에서 상태를 나타낸다. 시스템으로부터 전형적인 출력은 표 5에 나타나 있다.In FIG. 1, a system is shown for executing a thermodynamic cycle to obtain useful energy (eg, mechanical energy and electrical energy) from an external heat source. In the above embodiment, the external heat source is a low temperature waste heat stream which flows through the heat exchanger HE-5 in the path shown at 25-26 and heats the working flow 117-17 of the closed thermodynamic cycle. Table 1 shows the states at the numbered positions shown in FIG. Typical output from the system is shown in Table 5.

도 1에 도시한 시스템의 작동류는 낮은 끓는 점을 가지는 성분과 높은 끓는 점을 가지는 성분을 포함하는 다성분 작동류이다. 이런 선호되는 작동류로는 암모니아수 혼합물, 두 가지 이상의 탄화수소, 두 가지 이상의 프레온, 탄화수소와 프레온 혼합물이 있다. 일반적으로, 작동류는 유리한 열역학적 특성과 용해성을 가지는 여러 가지 성분으로 이루어진 혼합물이다. 특히 선호되는 실시예에 의하면, 물과 암모니아 혼합물이 사용된다. 도 1에 도시된 시스템에서, 작동류는 13 내지 19까지 동일한 조성을 가진다.The working flow of the system shown in FIG. 1 is a multicomponent working flow comprising a component having a low boiling point and a component having a high boiling point. Such preferred working streams are ammonia water mixtures, two or more hydrocarbons, two or more Freons, hydrocarbons and Freon mixtures. In general, the working flow is a mixture of several components with advantageous thermodynamic properties and solubility. According to a particularly preferred embodiment, water and ammonia mixtures are used. In the system shown in FIG. 1, the working flow has the same composition from 13 to 19.

터빈 T의 배출구에서 도 1에 도시한 시스템을 기술하면, 34에서 흐름은 팽창된, 소모 농후류로서 언급된다. 이 흐름은 낮은 끓는 점을 가지는 성분에서 "풍부"한 것으로 간주된다. 이것은 낮은 압력하에 있고 13에서와 동일한 매개변수를 가지는 중간 조성물로 이루어진 작동류를 생성하도록 12에서와 동일한 매개변수를 가지는 저농도, 흡수류와 혼합될 것이다. 12에서 흐름은 끓는 점이 낮은 성분에서 "희박"한 것으로 간주된다.Referring to the system shown in FIG. 1 at the outlet of turbine T, at 34 the flow is referred to as an expanded, spent thickening. This stream is considered to be "rich" in components with low boiling points. This will be mixed with a low concentration, absorbent flow with the same parameters as in 12 to produce a working flow consisting of an intermediate composition under low pressure and with the same parameters as in 13. At 12 the flow is considered to be "lean" in low boiling components.

주어진 모든 온도에서, 13에서 중간 조성물의 작동류는 34에서 고농도류에 비해 낮은 압력하에서 응축될 수 있다. 이것은 터빈 T로부터 더 큰 동력을 끌어낼 수 있고 공정 효율성을 높인다.At all given temperatures, the working flow of the intermediate composition at 13 can condense under low pressure as compared to the high concentration flow at 34. This can draw more power from turbine T and increase process efficiency.

13 위치에서 작동류는 부분적으로 응축된다. 이 흐름은, 냉각이 이루어지는 열 교환기 HE-2로 들어가고 29에서와 동일한 매개변수를 가지는 열교환기 HE-2로 배출된다. 이것은 완전히 응축되는 것이 아니라 일부분만 응축된다. 이 흐름은 냉각수의 흐름 23-24에 의해 냉각되는 열 교환기 HE-1로 유입되고 완전히 응축되어서 14에서와 동일한 매개변수를 가지게 된다. 14에서와 동일한 매개변수를 가지는 작동류는 21의 매개변수를 얻기 위해 보다 큰 압력으로 펌프 작용을 받는다. 21 위치에서 작동류는, 13-29 위치에서 작동류에 의해 15의 매개변수를 가지는 지점으로 가열시키는 열 교환기 HE-2로 유입된다. 15의 매개변수를 가지는 작동류는, 가열되어서 16의 매개변수를 얻게 되는 열 교환기 HE-3으로 들어간다. 전형적인 구조에 따르면, 16 지점은 정확히 끓는 점에 있지만 꼭 그럴 필요는 없다. 16 위치에서 작동류는 두 가지 소흐름, 즉 제 1 작동 소흐름(117)과 제 2 작동 소흐름(118)으로 나누어진다. 117 지점의 매개변수를 가지는 제 1 작동 소흐름은 열 교환기 HE-5로 보내어지고, 17의 매개변수를 유지한다. 이것은 외부 열원, 흐름 25-26에 의해 가열된다. 다른 소흐름, 제 2 작동 소흐름(118)은, 가열되어서 18의 매개변수를 얻게 되는 열 교환기 HE-4로 유입된다. 열교환기 HE-4와 HE-5로 배출되는 두 가지 작동 소흐름(17,18)은 19의 매개변수를 가지는 가열된, 가스 작동류를 형성하도록 결합된다. 이 흐름은 일부 증기 상태이거나 완전히 증기 상태이다. 선호되는 실시예에 의하면, 19 지점은 일부만 기화된 지점이다. 19 지점에서 작동류는 13에서 발생되고 14에서 완전히 응축되며, 21에서 고압으로 펌프 작용을 받고, 15와 16으로 예열되는 동일한 중간 조성을 가진다. 이것은 분리기 S로 들어간다. 이것은 "가열된 가스 농후류"로 명명되고 30의 매개변수를 가지는 부 포화 증기와, "희박류"로 명명되고 7의 매개변수를 가지는 빈 포화 액체로 분리된다. 7에서 희박류(포화액체)는 작동류(118-18)를 가열하는 동안 냉각시키는 열 교환기 HE-4로 들어간다. 9에서 희박류는 8의 매개변수를 가지는 열 교환기 HE-4로 배출된다. 이것은 알맞게 선택된 압력으로 조절되고 9의 매개변수를 가지게 된다.In position 13 the working flow is partially condensed. This flow enters heat exchanger HE-2 where cooling takes place and exits to heat exchanger HE-2 having the same parameters as in 29. This does not fully condense, but only partially condenses. This flow enters the heat exchanger HE-1, which is cooled by flows 23-24 of the coolant and is fully condensed, with the same parameters as in 14. A working flow with the same parameters as in 14 is pumped at a higher pressure to obtain a parameter of 21. The working flow at the 21st position is introduced into the heat exchanger HE-2 which is heated by the working flow at the 13-29 position to a point with 15 parameters. The working flow with a parameter of 15 enters the heat exchanger HE-3 which is heated to obtain 16 parameters. According to a typical structure, the 16 points are exactly at the boiling point, but need not be. In the 16th position, the working flow is divided into two small flows, the first working flow 117 and the second working flow 118. The first working flow with a parameter of 117 points is sent to the heat exchanger HE-5 and maintains a parameter of 17. It is heated by an external heat source, flows 25-26. Another small flow, the second working small flow 118, is introduced into the heat exchanger HE-4 which is heated to obtain a parameter of 18. The two operating small flows 17, 18 exiting the heat exchangers HE-4 and HE-5 are combined to form a heated, gas working flow having a parameter of 19. This stream is partly or completely steamy. According to a preferred embodiment, the 19 points are only partially vaporized points. At point 19 the working flow occurs at 13 and fully condenses at 14, pumped at high pressure at 21, and has the same intermediate composition preheated to 15 and 16. This enters separator S. It is separated into a subsaturated vapor, named "heated gas enrichment" and having a parameter of 30, and an empty saturated liquid, named "rare" and having a parameter of 7. At 7, lean (saturated liquid) enters the heat exchanger HE-4, which cools the working stream 118-18 during heating. At 9 the lean is discharged to the heat exchanger HE-4 with a parameter of 8. It is adjusted to the appropriately selected pressure and has 9 parameters.

30에서, 가열된 가스 농후류(포화된 증기)는 분리기 S로 배출된다. 이 흐름은 저압으로 팽창시키는 터빈 T로 들어가서, 전기를 발생시키는데 이용되는 터빈 T로 유용한 역학 에너지를 제공한다. 32의 매개변수를 가지는 일부 팽창된 흐름은 중간 압력(대략 9지점의 압력)에서 터빈 T로부터 추출되고 이 추출류(32)(일부 팽창된 농후류의 "제 2 부분", 추가적으로 팽창된 "제 1 부분"으로서 언급됨)는 10의 매개변수를 가지는 결합류를 생성하도록 9지점의 희박류와 혼합된다. 9지점의 매개변수를 가지는 희박류는 추출류(32)를 위한 흡수류로서 기능을 한다. 10의 매개변수를 가지는 최종 흐름(희박류와 제 2 부분)은 냉각이 이루어지는 열 교환기 HE-3으로 유입되고, 11의 매개변수를 가지는 지점으로 작동류 15-16을 가열한다. 11의 매개변수를 가지는 흐름은 그 후에 34의 압력으로 조절되어서, 12의 매개변수를 가지게 된다.At 30, the heated gas enrichment (saturated vapor) is discharged to separator S. This flow enters turbine T, which expands to low pressure, providing useful mechanical energy to turbine T, which is used to generate electricity. Some expanded streams with a parameter of 32 are extracted from turbine T at medium pressure (approximately 9 points of pressure) and this extract 32 (the "second part" of some expanded thickening, additionally expanded "agent" 1 part ") is mixed with 9 points of lean to produce a binding flow having a parameter of 10. The lean stream having a parameter of 9 points functions as an absorption stream for the extract stream 32. The final flow with 10 parameters (lean and second part) enters the heat exchanger HE-3 where cooling takes place and heats the working flows 15-16 to a point with 11 parameters. The 11 parameter flow is then regulated to 34 pressures, resulting in 12 parameters.

터빈 T로 되돌아가서, 터빈 유입량의 전체가 일부 팽창된 상태에서 32에서 추출되는 것은 아니다. 제 1 부분으로서 언급되는 나머지는 적절히 선택된 저압으로 팽창되고 34에서 터빈 T로 배출된다. 이 사이클은 종료된다.Returning to turbine T, not all of the turbine inflow is extracted at 32 with some expanded state. The remainder, referred to as the first part, is expanded to a properly selected low pressure and discharged to turbine T at 34. This cycle ends.

도 1에 나타낸 실시예에서, 32 지점의 추출 과정은 30과 34 지점의 흐름과 동일한 조성을 가진다. 도 2에 나타낸 실시예에서, 터빈은 제 1 터빈 단계 T-1과 제 2 터빈 단계 T-2로 나타내었는데, 일부 팽창된 농후류는 31에서 터빈의 고압 단계 T-1을 빠져나온다. 도 2에 나타낸 번호 매긴 부분의 상태는 표 2에 나타나 있다. 도 2의 시스템으로부터 전형적인 출력은 표 6에 나타난 있다.In the embodiment shown in Fig. 1, the extraction process of 32 points has the same composition as the flow of 30 and 34 points. In the embodiment shown in FIG. 2, the turbine is represented by a first turbine stage T-1 and a second turbine stage T-2, with some expanded thickening exiting the turbine's high pressure stage T-1 at 31. The state of the numbered parts shown in FIG. 2 is shown in Table 2. Typical outputs from the system of FIG. 2 are shown in Table 6.

도 2에서, 제 1 터빈 단계 T-1로부터 일부 팽창된 농후류는 저압 터빈 단계 T-2에서 팽창된 33 지점의 제 1 부분과, 9에서 희박류와 결합되는 32에서 제 2 부분으로 나누어진다. 일부 팽창된 농후류는 분리기 S-2로 유입되는데, 여기에서 증기와 액체로 나누어진다. 32에서 제 2 부분의 조성은 9에서 증기와 혼합될 때 그 효율성을 최적화하도록 선택될 수 있다. 분리기 S-2는, 분리기 S-2에서 얻어진 압력과 온도에서 포화 액체만큼 흐름(32)이 희박해지도록 한다; 이 경우에, 흐름(33)은 분리기 S-2에서 얻어진 조건에서 포화 증기가 된다. 흐름(133)에서 혼합량을 선택함으로써, 증기(32)에서 포화 액체와 포화 증기의 양을 바꿀 수 있다.In FIG. 2, the partially enriched thickening from the first turbine stage T-1 is divided into a first portion of 33 points inflated in the low pressure turbine stage T-2 and a 32 to second portion combined with lean in 9. . Some expanded thickening enters separator S-2, where it is divided into steam and liquid. The composition of the second portion at 32 may be chosen to optimize its efficiency when mixed with steam at 9. Separator S-2 causes the flow 32 to dilute as saturated liquid at the pressure and temperature obtained in separator S-2; In this case, stream 33 becomes saturated steam under the conditions obtained in separator S-2. By selecting the amount of mixture in stream 133, the amount of saturated liquid and saturated vapor in steam 32 can be varied.

도 3의 실시예는, 열 교환기 HE-4가 생략되고, 터빈 단계로부터 일부 팽창된 흐름을 추출할 수 없다는 점에서, 도 1의 실시예와 상이하다. 도 3의 실시예에서, 분리기 S로 배출되는 고온 흐름은 열 교환기 HE-3으로 바로 이동한다. 도 3에 나타낸 지점에서 상태는 표 3에 나타나 있다. 이 시스템으로부터 전형적인 출력은 표 7에 나타나 있다.The embodiment of FIG. 3 differs from the embodiment of FIG. 1 in that the heat exchanger HE-4 is omitted and some expanded flow cannot be extracted from the turbine stage. In the embodiment of FIG. 3, the hot stream discharged to separator S goes directly to heat exchanger HE-3. The states at the points shown in FIG. 3 are shown in Table 3. Typical output from this system is shown in Table 7.

도 4의 실시예는, 열교환기 HE-2가 생략되었다는 점에서 도 3의 실시예와 상이하다. 도 4에 나타낸 번호 매겨진 부분에서 상태는 표 4에 나타나 있다. 이 시스템으로부터 전형적인 출력은 표 8에 나타나 있다. 열 교환기 HE-2를 생략하면 공정의 효율성을 떨어뜨릴 수 있지만, 증가된 전력이 열 교환기의 추가 비용을 발생시키지 않는 조건에서는 경제적으로 유리하다.The embodiment of FIG. 4 differs from the embodiment of FIG. 3 in that the heat exchanger HE-2 is omitted. The states in the numbered parts shown in FIG. 4 are shown in Table 4. Typical output from this system is shown in Table 8. Omitting the heat exchanger HE-2 may reduce the efficiency of the process, but it is economically advantageous under conditions where the increased power does not incur the additional cost of the heat exchanger.

일반적으로, 표준 장비는 본 발명에 따른 방법을 실시하는데 적용될 수 있다. 따라서, 열 교환기, 탱크, 펌프, 터빈, 밸브와 일반적인 랭킨 사이클에서 사용되는 형태의 끼워맞춤과 같은 장비는 본 발명에 따른 방법을 실시하는데 적용될 수 있다.In general, standard equipment can be applied to practice the method according to the invention. Thus, equipment such as heat exchangers, tanks, pumps, turbines, valves and fittings of the type used in common Rankine cycles can be applied to practice the method according to the invention.

본 발명의 실시예에서, 동작 유체는 공지된 유형의 터빈을 구동하기 위해서 팽창된다. 그러나, 에너지를 방출하도록 채워진 고압에서 소모된 저압으로 동작 유체를 팽창시키는 것은 당해 업자들에게 알려진 적절한 선행 기술에 따른 장치에 의해 이루어질 수 있다. 이렇게 배출된 에너지는 당해 업자들에게 공지된 여러 가지 방법에 의해 저장되거자 이용될 수 있다.In an embodiment of the invention, the working fluid is expanded to drive a turbine of known type. However, expanding the working fluid to the low pressure consumed at a high pressure filled to release energy can be accomplished by means of a device according to the prior art, which is known to those skilled in the art. The energy thus released can be stored and used by various methods known to those skilled in the art.

전술한 실시예에 따른 분리기로는 종래 기술에 따른 플래시 탱크와 같은 비중 분리기가 사용될 수 있다. 단일 흐름으로부터 다른 조성을 가지는 둘 이상의 흐름을 형성하는데 사용되는 선행 기술에 따른 장치는 유체 작동류로부터 희박류와 농후류를 형성하는데 이용될 수 있다.As the separator according to the above-described embodiment, a specific gravity separator such as a flash tank according to the prior art may be used. The device according to the prior art used to form two or more streams of different composition from a single stream can be used to form lean and thick streams from fluid working flow.

응축기는 공지된 열 제거 장치의 일종일 수 있다. 예를 들어, 이 응축기는 물 냉각 시스템과 같은 열 교환기나 다른 종류의 응축 장치 형태를 취할 수 있다.The condenser may be a kind of known heat removal device. For example, the condenser may take the form of a heat exchanger such as a water cooling system or another type of condenser.

본 발명에 따른 사이클을 구동하는데 여러 가지 종류의 열원이 사용될 수 있다.Various types of heat sources can be used to drive the cycle according to the invention.

Claims (24)

가열된 가스 동작 흐름 제공하기 위해서 외부 열원으로 끓는 점이 높은 성분과 끓는 점이 낮은 성분을 포함하는 동작 유체를 가열하고,Heating a working fluid comprising a high boiling component and a low boiling component to an external heat source to provide a heated gas working flow, 비교적 다량의 끓는 점이 낮은 성분을 가지는 가열된 기체 농후류와 비교적 소량의 끓는 점이 낮은 성분을 가지는 희박류를 제공하기 위해서 제 1 분리기에서 가열된 가스 동작 흐름을 분리하며,Separating the heated gas working stream in the first separator to provide a heated gas enrichment having a relatively high boiling point component and a lean stream having a relatively low boiling point component, 유체 에너지를 이용할 수 있는 형태로 바꾸고 팽창된, 소모 농후류를 제공하도록 가열된 가스 농후류를 팽창시키고,Transform the fluid energy into a usable form and inflate the heated gas enrichment to provide an expanded, consumed enrichment, 동작 유체를 제공하도록 팽창된, 소모 농후류와 희박류를 결합하는 과정으로 이루어진 열역학 사이클을 실시하는 방법.A method of conducting a thermodynamic cycle consisting of combining a spent thick and a lean inflated to provide a working fluid. 제 1 항에 있어서, 결합한 후에 외부 열원으로 가열하기 전에, 동작 유체는 제 1 열 교환기에서 저온 열원으로 열을 전달함으로써 응축되고, 그 후에 더 큰 압력으로 펌프 작용을 받는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein after joining and before heating to an external heat source, the working fluid is condensed by transferring heat from the first heat exchanger to the cold heat source, and then pumped at a higher pressure. 제 1 항에 있어서, 제 1, 팽창 단계와 제 2 팽창 단계에서 팽창이 이루어지고,The method of claim 1, wherein expansion occurs in the first, expansion, and second expansion phases, 가열된 가스 농후류는 제 1 팽창 단계에서 일부 팽창된 농후류를 제공하도록 부분적으로 팽창되며,The heated gas enrichment is partially expanded to provide some expanded enrichment in the first expansion stage, 일부 팽창된 농후류를 제 1, 제 2 부분으로 나누는 과정을 포함하고,Dividing some of the expanded thickening into first and second portions, 상기 제 1 부분은 제 2 팽창 단계에서 팽창된, 소모 농후류를 제공하도록 팽창되며,The first portion is expanded to provide a spent thickening, which is expanded in a second expansion step, 희박류와 팽창된, 소모 농후류를 결합하기 전에 희박류의 제 2 부분을 결합하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Combining the second portion of the lean before combining the lean and the expanded, spent thickening. 제 2 항에 있어서, 동작 유체가 응축되기 전에 동작 유체로부터, 동작 유체가 고압으로 펌프 작용을 받은 후, 외부 열원으로 가열하기 전에 동작 유체까지 제 2 열 교환기에서 열을 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.3. The method of claim 2 including transferring heat from the working fluid before the working fluid is condensed, in the second heat exchanger to the working fluid after the working fluid is pumped to high pressure and before heating to an external heat source. How to feature. 제 2 항에 있어서, 제 3 열 교환기에서 희박류로부터 동작 유체가 고압으로 펌프 작용을 받은 후에 외부 열원으로 가열하기 전에 동작 유체까지 열을 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.3. The method of claim 2 including transferring heat from the lean to the working fluid after the working fluid is pumped to high pressure in a third heat exchanger before heating to an external heat source. 제 4 항에 있어서, 제 3 열 교환기에서, 희박류로부터 동작 유체가 제 2 열 교환기에서 열을 흡수한 후 외부 열원으로 가열하기 전에 동작 유체까지 열을 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.5. The method of claim 4, comprising transferring heat from the lean to the working fluid after the working fluid absorbs heat in the second heat exchanger and before heating to an external heat source. . 제 2 항에 있어서, 펌프 작용을 가한 후 외부 열원으로 가열하기 전에, 상기 동작 유체를 제 1 작용 서브흐름과 제 2 작용 서브흐름으로 나누고, 외부 열원으로 가열하는 과정은 가열된 제 1 작용 서브흐름을 제공하기 위해서 외부 열원으로 제 1 작용 서브흐름을 가열한 후 가열된 가스 동작 유체를 제공하기 위해서 가열된 제 1 작용 서브흐름을 제 2 작용 서브흐름과 결합하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.3. The process of claim 2, wherein after applying a pumping action and before heating to an external heat source, dividing the working fluid into a first working subflow and a second working subflow, wherein the heating with an external heat source comprises Heating the first working subflow with an external heat source to provide a thermally coupled first working subflow with a second working subflow to provide a heated gas working fluid. . 제 7 항에 있어서, 제 4 열 교환기에서 희박류로부터 제 2 작용 서브흐름까지 열을 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of claim 7, including transferring heat from the lean to the second working subflow in a fourth heat exchanger. 제 1 항에 있어서, 외부 열원으로 가열하는 과정은 제 5 열 교환기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein heating to an external heat source is performed in a fifth heat exchanger. 제 3 항에 있어서, 분배 과정은 일부 팽창된 농후류를 증기 부분과 액체 부분으로 나누는데, 제 1 부분은 증기 부분을 포함하고, 제 2 부분은 액체 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.4. The method of claim 3, wherein the dispensing process divides the portion of the expanded thickening into a vapor portion and a liquid portion, the first portion comprising a steam portion and the second portion comprising a liquid portion. 제 10 항에 있어서, 제 2 부분을 제공하기 위해서 액체와 일부 증기 부분을 결합하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 10 including combining the liquid and some vapor portions to provide a second portion. 제 3 항에 있어서, 동작 유체가 외부 열원으로 가열되기 전에 제 2 부분을 가지는 희박류로부터 동작 유체까지, 열 교환기에서 열을 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.4. A method according to claim 3, comprising transferring heat in a heat exchanger, from lean flow having a second portion to working fluid before the working fluid is heated to an external heat source. 가열된 가스 동작 유체를 제공하기 위해서 끓는 점이 낮은 성분과 끓는 점이 높은 성분을 포함하는 동작 유체를 외부 열원으로 가열하는 가열기,A heater for heating a working fluid comprising a low boiling point component and a high boiling point component to an external heat source to provide a heated gas working fluid, 가열된 가스 동작 유체를 받아들이고 다량의 끓는 점이 낮은 성분을 가지는 가열된 기체 농후류와 소량의 끓는 점이 낮은 성분을 가지는 희박류를 발생시키도록 연결된 제 1 분리기,A first separator connected to receive the heated gas working fluid and generate a heated gas enrichment having a high boiling point component and a lean having a small boiling point component, 가열된 기체 농후류를 받아들이고 유체 에너지를 이용할 수 있는 형태로 변형하며 팽창된, 소모 농후류를 발생시키도록 연결된 팽창기,An expander connected to receive the heated gas enrichment, transform it into a form that can utilize fluid energy, and generate an expanded, consumed enrichment, 희박류와 팽창된, 소모 농후류를 결합하고 동작 유체를 생성하도록 연결된 제 1 유체 혼합기로 구성되는데, 이 유체 혼합기의 출력부는 가열기의 입력부와 연결되는 열역학 사이클을 실행하기 위한 장치.And a first fluid mixer coupled to the lean and the expanded, spent thickening and producing a working fluid, the output of the fluid mixer being coupled to an input of the heater. 제 13 항에 있어서, 제 1 열 교환기와 제 1 유체 혼합기와 가열기 사이에 연결된 펌프를 포함하고, 상기 제 1 열 교환기는 저온 열원으로 열을 전달함으로써 동작 유체를 응축하며, 펌프는 고압으로 동작 유체에 작용하는 것을 특징으로 하는 장치.14. The apparatus of claim 13, comprising a pump connected between the first heat exchanger and the first fluid mixer and the heater, the first heat exchanger condensing the working fluid by transferring heat to a low temperature heat source, wherein the pump is operated at high pressure. Apparatus characterized in that acts on. 제 13 항에 있어서, 상기 팽창기는 제 1 팽창 단계와 제 2 팽창 단계를 포함하고,14. The inflator of claim 13, wherein the inflator comprises a first expansion step and a second expansion step, 제 1 팽창 단계는 가열된 기체 농후류를 받아들이고 부분적으로 팽창된 농후류를 발생시키도록 연결되며,The first expansion stage is connected to receive the heated gas enrichment and generate a partially expanded enrichment, 일부 팽창된 농후류를 받아들이고 이것을 제 1 부분과 제 2 부분으로 나누도록 연결된 유체 분배 장치를 포함하고,A fluid distribution device connected to receive some expanded thickening and divide it into first and second portions, 제 2 단계는 제 1 부분을 받아들이도록 연결되고 팽창된, 소모 농후류를 제공하도록 제 1 부분을 팽창시키며,The second step expands the first portion to provide a spent thickening that is connected and expanded to receive the first portion, 제 1 유체 혼합기에서 희박류가 팽창된, 소모 농후류와 결합되기 전에 제 2 부분을 희박류와 결합하도록 연결된 제 2 유체 혼합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a second fluid mixer connected to couple the second portion with the lean before the lean is expanded with the spent thickening in the first fluid mixer. 제 14 항에 있어서, 동작 유체가 응축되기 전에 동작 유체로부터, 펌프에서 동작 유체가 고압으로 펌프 작용을 받은 후 가열기에서 외부 열원으로 가열하기 전에 동작 유체까지 열을 전달하도록 연결된 제 2 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.15. The apparatus of claim 14, further comprising a second heat exchanger coupled to transfer heat from the working fluid prior to condensation of the working fluid to the working fluid after the working fluid is pumped at high pressure in the pump and before heating from the heater to an external heat source. Device characterized in that. 제 14 항에 있어서, 동작 유체가 펌프에서 고압으로 펌프 작용을 받은 후에 가열기에서 외부 열원으로 가열하기 전에 희박류로부터 동작 유체까지 열을 전달하도록 연결된 제 3 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.15. The apparatus of claim 14, comprising a third heat exchanger coupled to transfer heat from the lean to the working fluid after the working fluid is pumped to high pressure at the pump but before heating from the heater to an external heat source. 제 16 항에 있어서, 동작 유체가 제 2 열 교환기에서 열을 받아들인 후 가열기에서 외부 열원으로 가열하기 전에 희박류로부터 동작 유체까지 열을 전달하도록 연결된 제 3 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.17. The apparatus of claim 16, wherein the working fluid comprises a third heat exchanger coupled to transfer heat from the lean to the working fluid after receiving heat in the second heat exchanger and before heating from the heater to an external heat source. . 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 펌프에서 펌프 작용을 가한 후 가열기에서 외부 열원으로 가열하기 전에 동작 유체를 제 1 동작 서브흐름과 제 2 동작 서브흐름으로 나누도록 연결되고, 가열기는 가열된 제 1 동작 서브흐름을 제공하도록 제 1 동작 서브흐름을 가열하며,The pump is connected to divide the working fluid into a first operating subflow and a second operating subflow after applying the pump action in the pump and before heating from the heater to an external heat source, the heater operating to provide a heated first operating subflow. Heating the subflow, 가열된 가스 동작 유체를 제공하기 위해서 가열된 제 1 동작 서브흐름을 제 2 동작 서브흐름과 결합하도록 연결된 제 3 유체 혼합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.And a third fluid mixer coupled to couple the heated first operating subflow with the second operating subflow to provide a heated gas working fluid. 제 19 항에 있어서, 희박류로부터 제 2 동작 서브흐름으로 열을 전달하기 위해서 연결된 제 4 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.20. The apparatus of claim 19, comprising a fourth heat exchanger coupled to transfer heat from the lean to the second operating subflow. 제 13 항에 있어서, 가열기는 제 5 열 교환기인 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 13 wherein the heater is a fifth heat exchanger. 제 15 항에 있어서, 흐름 분배 장치는 제 2 분리기를 포함하는데 이 제 2 분리기는 일부 팽창된 농후류를 받아들이고 이를 증기 부분과 액체 부분으로 분리하도록 연결되며, 제 1 부분은 증기 부분의 일부를 포함하고, 제 2 부분은 액체 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The flow distribution apparatus of claim 15, wherein the flow distribution device comprises a second separator, the second separator being connected to receive some expanded thickening and to separate it into a vapor portion and a liquid portion, the first portion comprising a portion of the steam portion. And the second portion comprises a liquid portion. 제 22 항에 있어서, 흐름 분배 장치는 제 2 부분을 제공하기 위해서 제 2 분리기로부터 공급된 액체 부분과 제 2 분리기로부터 공급된 증기 부분을 결합하도록 연결된 제 4 유체 혼합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.23. The device of claim 22, wherein the flow distribution device comprises a fourth fluid mixer connected to join the liquid portion supplied from the second separator and the steam portion supplied from the second separator to provide a second portion. . 제 15 항에 있어서, 가열기에서 동작 유체가 외부 열원으로 가열되기 전에 제 2 부분을 가지는 희박류로부터 동작 유체까지 열을 전달하도록 연결된 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 15 comprising a heat exchanger connected to transfer heat from the lean to the working fluid having a second portion before the working fluid is heated to an external heat source in the heater.
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KR20180046698A (en) * 2016-10-28 2018-05-09 한국수력원자력 주식회사 Kalina cycle system for power generation using geothermal energy

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