KR20030076503A - 증기 동력 발생 사이클 구성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명 시스템은 증기 동력사이클 기관에 있어서 물과 증기의 상변화로 이루어지는 사이클과 달리 기본적으로 증기만의 사이클이 되도록 구성하여 동력을 창출 시킬려는 장치구성이며 이의 시스템은 최초 증기 생성을 위한 에너지원이 필요하고 동력의 발생시는 외부주입 에너지원을 줄여 열기관의 열효율이 매우 높게 되도록 고안된 증기 동력 발생 사이클 기관이다. 사이클의 구성은 동력을 발생시키는 주증기 계통과 주증기를 효과적으로 압축 및 팽창시키기 위한 보조증기 계통, 주증기 과열을 위한 에너지원 주입장치 등으로 구성된다.

기존의 랭킨 사이클은 팽창된 증기를 응축시키기 위해 복수기에서 많은 응축잠열을 버리고 보일러에서 잠열을 재주입하는 방식을 채택하여 왔다. 그러므로 물을 증발시키기 위한 많은 잠열이 필요함과 동시에 복수기에서 많은 응축잠열을 뺏어야 하였다. 따라서 다량의 연료연소에 의한 환경오염과 복수기 냉각수의 온도상승으로 인한 수질오염등의 문제가 있었다. 이는 과거 증기 압축기의 제작 및 압축 냉각 기술이 부족할 시에 증기와 물의 부피차를 이용한 동력발생 시스템이었으므로 그러하였다. 본 시스템의 주된 원리는 랭킨 사이클에서 증기의 상변화 과정을 없애고 증기 압축기를 이용하여 압축시 냉각하여 압축동력을 줄이고 냉각 회수된 열량을 보조 압축기를 이용하여 열의 온도를 높여 팽창기 쪽에 공급함으로써 팽창기의 동력을 증대시키고 이의 효과를 높이기 위해 추가증기를 압축하여 주증기를 재열시켜 패창기의 동력을 더욱 증가시키도록 구성된다. 열역학적으로 압축기에서 뺏은압축열을 팽창쪽에 공급하기위해 압축쪽과 팽창쪽의 직접 열교환 또는 보조 매체를 사용하여 열전달하여 팽창쪽에 공급할 경우, 열의 이동의 특성상 팽창쪽의 증기 온도를 압축쪽보다 더 높힐수 없다. 따라서 증기 팽창기의 발생동력을 크게 할 수가 없으나 본 사이클의 시스템은 이를 해결하기 위해 주증기압축 냉각시 증발된 보조증기의 압축 응축잠열을 이용함으로써 보조증기 압축소요동력에 비해 훨씬 많은 열량을 팽창기 쪽에 전달 할 수가 있다. 그러므로 열기관에서의 열효율의 대폭적인 상승과 함께 연료의 감소로 인한 대기오염의 방지, 복수기 냉각수를 대폭적인 감소 또는 없앰으로써 냉각수 온도상승에 의한 수질오염의 방지 등에 기여된다. 팽창 주증기는 보조증기의 포화압력에 따른 응축잠열의 크기에 따라 수회 재열팽창하는 사이클로 구성된다.

Description

증기 동력 발생 사이클 구성 방법{Steam Cycle System For Composition Power Plant}

열 공학(기술분야)

랭킨 사이클에서는 응축수의 잠열 및 가열열량 공급이 필수적이고 공기압축기와 팽창기로 구성된 열기관에서는 공기압축 발생열을 동력으로 이용하지 못함과 함께 다량의 연료에 의한 대기오염의 증대, 복수기에서의 냉각수 온도상승으로 인한 수질 오염등의 문제가 있었다.

증기 압축기의 제작 및 압축 냉각 기술을 개발 및 발전 시켜야 함.

도 1은 증기와 물의 혼합된 방법의 사이클 구성도

도 2는 도1에 대한 증기 T-S 선도

도 3은 도1에 대한 복수기를 없앴을 시의 사이클 구성도

도 4은 도3에 대한 증기 T-S 선도

도 5는 도1에 대한 증발기와 복수기를 없앴을 시의 사이클 구성도

도 6은 도5에 대한 증기 T-S 선도

도 7은 증기 단순 압축 사이클 구성도

도 8은 도 7에 대한 과열기가 없을시의 증기 T-S 선도

도 9은 랭킨 사이클의 증기 T-S 선도

도 10은 압축 열량의 표시를 위한 증기 T-S 선도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 주증기 발생기 2: 고압 주증기 압축기 3: 증압 주증기 압축기 4: 저압 주증기 압축기

5: 고압 팽창기 6: 재열 팽창기 7: 복수기 8: 복수 및 급수펌프

9: 저압 급수 가열기 10: 고압 급수 가열기 11: 보조 가열장치(시동 및 과열장치)

12: 추기증기 응축수 감압밸브 14: 주증기 응축 포화수 감압밸브 15,16,17: 방열기

18,19,20: 고압,증압,저압 보조증기 응축 포화수 감압밸브

21,22,23: 고압,중압,저압 보조증기 증발기 24: 고압 보조증기 압축기

25: 중앙 보조증기 압축기 26: 저압 보조증기 압축기 27: 주증기 재열기

28: 추기증기 압축기 29,30,31: 고압,중압,저압 보조 증기량 조절 밸브(주 압축증기 건도조절 밸브) 32,33: 냉각수 순환 펌프 34: 저압 보조증기 응축기

35: 저압 보조증기 응축 냉각수 공급펌프 36: 주증기 과열기

〈도면에 대한 간단한 설명〉

도면은 증기 동력 발생 사이클 구성 방법에 대한 주요 구성도이다. 도면은 시스템을 설명하기 위한 구성도이고 각각의 장치들은 일반적인 장치의 개념에 준한다.

다만 주증기 압축기(2,3,4)는 생성된 증기를 과열되지 않도록 압축하기 위하여 효과적인 냉각을 위한 압축 단수가 매우 많은 증기 압축기를 이용하여 각단과 단에서의 차압이 적은 형식을 선택하거나 시스템 전체의 크기, 초소형, 대형 등의 형식에 따라 적합한 피스톤식 등의 여러 가지 방식의 압축기를 구성할 수 있다. 각 장치들에 대한 효율 증대를 위해 용도에 따라 ,단열 또는 방열이 효과적으로 될 수 있도록 구성한다.

각각의 장치가 일반적인 장치들의 구성과 조합의 개념에 준하여 원리와 시스템을 크게 벗어나지 않는 범위에서 도면과 다르게 구성될 수도 있다. 주증기와 보조증기의 흐름은 도면의 화살표의 진행과 같다.

주증기의 과열을 위한 보조 가열장치(11)는 외부에서 에너지원이 시스템과 별도로 추가주입될 수 있도록 장치한다. 주증기 압축기(2,3,4)의 크기와 냉각 방법의 제한, 주압축증기의 건도조절 방법의 제한등이 고려되지 않는다면 도5와 같이 완전한 증기 사이클을 구성하고 그렇지 않을 경우 도1 또는 도3의 경우를 선택 할 수 있다. 주 압축증기의 건도 조절의 제한이 있을 경우 도3의 방법이 선택되고 주 압축기의 크기와 냉각 방법의 제한이 있을 경우 도1의 경우가 선택된다. 도 7은 실시 예를 보이기 위한 단순 구성도이며 도1 도3 도5 도7 는 증기 압축 동력 사이클의 구성에서 필수적 구성요소인 압축기, 팽창기, 증발기, 복수기, 재열기, 과열기, 등으로 조합된 구성도이고 본 시스템의 구성 방법에 따른 각장치의 설치 목적과 역할은 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명을 통하여 나열되어진다

1) 원리

본 시스템의 구성을 위한 기본적인 자연현상은 아래의 원리가 적용되어진다.

① 포화증기 또는 과열증기를 단열 압축하면 더욱 과열도가 높은 과열증기가 된다.(증기를 해당 온도의 포화압력보다 높은 압력으로 단열 압축할 경우, 증기는 응축 될려고 하나 단열되어 응축열을 뺏어주지 않으면 자신의 응축잠열 때문에 과열증기가 된다. 만약 열손실이 없다고 가정하면 팽창기에서 팽창된 증기를 다시 압축할 경우 팽창전의 상태로 되돌아갈 수 있다.냉매의 경우는 응축잠열이 작기 때문에 단열압축 할 시에 건도1의 포화증기 상태를 유지하면서 압축할 수 있으나 수증기는 응축잠열이 매우 크므로 건도1의 포화증기를 단열 압축시는 과열증기가 된다.)

② 증기를 압축과 동시에 냉각할 경우 냉각 방법의 제한이 없다면 압축증기를 과열증기 또는 포화증기가 되도록 조절할 수 있으며 과열도의 조절, 포화증기의 건도의 조절등을 용이하게 할 수 있다.

③ 증기를 압축과 동시에 냉각할 경우 압축기의 소요동력을 크게 줄일 수 있다.(만약 증기가 아닌 공기등의 기체는 비열비가 크므로 등온압축을 할지라도 압축 소요동력이 매우 많이 소요되기 때문에 초고효율의 열기관을 구성할 수 없다. 그렇지만 증기의 경우, 완전 압축후 냉각시는 소요동력을 줄일 수 없으나 냉각 방법이용이 하다면 압축과 동시에 냉각시는 소요동력을 크게 줄일 수 있다.

기존의 랭킨 사이클은 증기의 압축과 냉각의 기술이 발달되지 않았을 시 증기를 선 완전냉각 후 펌프로서 가압하는 방식으로써 잠열의 주입에 따른 소요 열량이 매우 많았다.

그렇지만 만약 증기 압축기의 크기와 냉각방법의 제한이 없다면 증기만의 사이클을 구성하여 선 압축, 후 냉각방식을 채택하여 잠열의 주입이 없는 매우 효율이 높은 열기관을 구성할 수가 있다.)

④ 증기를 포화증기 배출을 목적으로 압축 냉각할 경우, 냉각 없이 단열압축할 경우의 최고온도에 해당하는 증기 엔탈피와 압축 포화온도점의 증기엔탈피 차에 해당하는 냉각 열량을 얻을 수 있다.

(도 10 에서 g 점의 엔탈피와 i 점의 엔탈피 차는 각각의 등압선에서 단열압축후 냉각되는 열량의 총합의 엔탈피와 같다.

이는 적당한 예를 설정하여 구하면 결과를 알 수 있다. 그렇지만 높은 온도는 얻을 수 없다. 그러므로 열량의 온도를 높이기 위한 보조 압축기가 필요하고 단열 압축시의 크기에 상당하는 냉각열량을 얻을 수 있다. )

⑤ 주증기 압축기의 냉각시 발생되는 큰 열량을 이용하여 보조 증기를 증발시켜 증발된 보조증기를 또 다른 압축기에 의해서 다시 압축한다면 온도가 높은 열량을 만들 수 가 있다. 이때 소요되는 보조증기 압축동력은 보조증기의 증발잠열과 압축후 응축 잠열이 크기 때문에 적은량의 증기를 압축하여도 큰 잠열을 얻을 수 있다. 즉, 열량의 온도를 높이기 위한 열펌프의 소요동력에 비해 증기의 증발과 응축의 잠열이 큰 이유로 많은 열량을 전달할 수 있다.

⑥ 증기를 압축 냉각 할시에 최종적으로 초고압까지 압축된다면 임계점에 가까워 져서 물의 성질에 가까운 증기가 되며 이를 팽창할 경우 보유한 열량 만큼에 해당하는 량은 건도 1의 완전한 포화증기가 되고 나머지는 물이된다. 즉,일부 물이되고 일부 증기가 된다. 하지만 만약 저압까지 팽창하면 보유된 열량과 증발 잠열의 차가 커져서 모두 증기가 될 수 있다.(도 2 또는 도 4에서 i 점까지 압축후 감압 단열팽창하면 j 점의 상태가 된다. 이때

< i 점의 엔탈피- j 점의 엔탈피 = d 점의 엔탈피 - j 점의 엔탈피>가 완전하다면 압축증기 모두 100% 의 건도1의 완전한 포화증기를 얻을 수 있다. 이는 압축증기를 d 점까지 건도를 조절하여 압축하는 경우와 같다. 본 시스템은 주증기 압축기의 압축 소요동력의 감소, 압축기의 크기의 감소, 압축증기 건도 조절의 난점 등의 문제를 해결하기 위해 별도의 증발기(1)를 설치하여 주증기를 임계점 가까이 까지 압축후 감압 단열팽창하여 증발기에서 모두 건도1의 포화증기가 되는 현상을 이용하고 증발기 내에 최초 기동시 증기 생성 및 주증기 과열을 위한 보조 가열장치(11)의 설치를 추가하는 방법으로 구성한다.)

⑦ 증기의 팽창일은 고압 팽창기보다 저압 팽창기에서의 팽창일이 훨씬 크다. 기존의 재생 방식을 갖춘 랭킨 사이클에서는 추기 증기의 응축잠열을 이용하여 급수를 가열하고 있으나 이는 효율적인 시스템이 못된다. 그 이유는 추기증기의 응축잠열이 주증기를 증발하기 위한 가열과 잠열에 소모되기 때문에 고압 팽창기에서 열량을 거의 소모하게되고 재열 팽창기에서의 큰 일량을 얻지 못한다. 그러므로 재열기에서 또한번의 열량을 주입해야 하고 추기증기의 응축잠열이 모두 일로 변환되어지지 못한다.

따라서 추기증기의 응축잠열을 직접 일 에너지에 보태기 위해 압축하여 재열증기를 가열할 경우 열의 저온으로의 이동이 양호하고 압축 소요동력에 비해 큰 응축잠열과 압축과열 열량이 재열증기를 가열하게 되므로 저압에서의 큰 팽창일을 얻을 수가 있다. 이럴 경우 공간 제약의 문제점과 주증기 증발 잠열을 추가로 더 넣어야 하는 문제점이 발생되어지나 공급열량에 따른 팽창일이 커져서 전체적으로 효율이 매우 높게 되어진다.

⑧이상과 같은 원리를 바탕으로 하여 도 9의 링킨 사이클에서 습포화증기와 물의 영역인 사선 부분을 모두 없애고 증기만의 사이클이 구성될 수 있다.

⑨ 열유동 매체를 이용한 사이클 기관은 일반적으로 순환 매체를 압축후 외부의 주입 열로서 가열하여 팽창시의 부피가 커짐으로 인한 압축시와 팽창시의 동력의 차를 이용하여 작동되는 원리를 보편으로 한다. 그러므로 압축기와 팽창기의 구성이 필수적이고 매체의 상변화를 이용하는 사이클의 경우 응축액의 공급을 위한 펌프가 반드시 필요하다. 매체의 상변화를 이용하는 열기관은 증기의 잠열 공급 또는 임계온도까지의 많은 주입열량이 필요하고 압축기와 팽창기로 구성되는 열기관의 경우에 차의 동력을 크게하기 위하여 압축시 유동 기체가 과열되는 열을 냉각하고 팽창기에서는 외부에서 다시 가열열량을 주입해야하는 문제점이 있다. 그러므로 지금까지의 열기관들은 많은 외부 주입열량이 필요하였다.

만약 압축기와 팽창기로 구성된 열기관에서 압축시 냉각시키는 열량을 모두회수하여 팽창기에 공급할 수만 있다면 외부에서 주입 열량이 적어도 열기관은 작동이 가능할 것이고 매우 열효율이 높은 열기관의 구성이 가능할 것이다. 그렇지만 열 이동의 특성상 저온에서 고온으로의 이동이 불가하므로 팽창기로의 열전달이 불가능하며 압축기와 팽창기의 매체 온도는 양쪽이 열평형이 되어 이론적으로 같은 동력이 발생되게 되어 마찰, 효율등을 고려하면 작동이 될 수 없고 또한 열의 고온으로의 이동을 목표로 장치를 구성할 경우 열펌프가 필요하며 열펌프의 구동동력이 오히려 많이 소요되어 실제적으로 불가할 수밖에 없었다. 하지만 만약 열펌프 구동방식을 이용하여 열전달을 하는 방식을 채택할 경우 열펌프 구동 소요동력을 줄이고 열펌프 소요동력 보다 훨씬 많은 열량을 팽창기쪽에 공급할 수 있다면 열기관의 효율은 크게 증가할 것이고 외부에서 적은 열량의 주입으로 작동이 가능할 것임은 물론 경우에 따라 외부 주입 열량이 없어도 작동이 가능할 것이다. 따라서 이러한 원리를 이룩하기 위해 증기의 응축잠열을 이용하여 증기를 압축후 과열되는 열량과 함께 큰 응축잠열을 주 작동매체의 팽창기에 공급할 경우 열펌프의 소요동력에 해당하는 열량 보다는 매우 큰 응축 잠열이 추가로 발생되어 팽창기에서 큰 동력을 발생시킬 수가 있다. 이럴 경우 압축을 하기위한 보조 증기의 증발잠열이 외부에서 추가로 필요하여지나 주 작동매체의 압축기의 발생열을 이용시 외부에서 주입하지 않아도 된다. 그러므로 보조 증기의 증발잠열을 이용하여 주 작동 매체 압축기에서의 압축열을 줄여 소요동력을 줄이며 보조증기의 압축과열 열량을 이용하여 작동매체를 팽창기 전에서 가열하고 증기의 응축잠열을 이용하여 작동매체를 재가열할 경우 팽창기에서 보조증기의 과열과 응축잠열이 주입되는 량만큼의 발생 동력을 증가시킬 수가 있다.

그러므로 매우 효율이 높은 열기관을 구성할 수가 있다.

이러한 시스템을 구성하기 위하여는 유동매체의 특성상 수증기가 가장 유리하며 공기의 경우 압축열을 모두 뺏아 등온압축을 할지라도 비열비가 매우 크므로 소요동력이 많이 소요되어 불리하다.

본 시스템의 주된 원리는 주증기 압축기의 압축열을 뺏기 위해 온도가 상승되지 않고 증발되는 보조증기의 증발잠열로써 주증기 압축기를 냉각하여 압축 소요동력을 크게 줄이며 증발잠열에 의해 적은량이 증발되는 보조증기량으로써 보조증기 압축 소요동력을 크게 줄여 보조증기의 과열과 큰 응축잠열이 주증기의 팽창쪽에 전달되게 하여 주증기 압축기의 압축열을 모두 팽창기쪽으로 전달되도록 구성후 열기관의 효율이 대단히 높게되는 자연현상이 이용되어 진다.

2)구성

① 원리를 바탕으로 하여 효율적인 열기관의 구성을 위해 도1,도3,도5와 같이 주증기 압축기를 2단 또는 3단으로 나눠 각각의 냉각 압축열량에 의해 보조증기를 발생 시킨다. (도1,도3,도5 모두 주증기 압축기의 배출증기는 포화증기이다.)

그 이유는 열의 이동의 특성상 고온으로의 이동이 불가하기 때문에 전달하고자 하는 쪽의 포화압력 보다 높은 압력부터 발생되는 냉각열을 얻기 위해서이다. 또한 고압축으로 갈수록 냉각 매체와 증기의 온도가 너무 차가 클경우 압축증기가 응축될 우려가 있고 건도의 조절이 용이하지 않기 때문이다. 각각의 압축기(저압,중압,고압)에서 발생되는 보조증기는 보조증기 압축기(24,25,26)에서 압축되어 각각 급수 가열기(9,10)와 주증기 재열기(27), 주증기 증발기(1)에서 응축되어져 열전달을 한다.

도1은 주증기 압축기의 크기 및 냉각 방법의 제한이 고려되어 재열 팽창기(6)에서 배기되는 증기를 일부 주증기 압축기(2,3,4)로서 압축하고 일부는 복수기(7)에서 응축하여 사이클을 구성하는 시스템이다.

압축되는 주증기는 고압,저압,중압 주증기 압축기(2,3,4)로서 압축되어 마지막으로 원리 ⑥항이 적용되어 주증기 발생기(1)로 보내어 진다.

복수기(7)에서 응축된 나머지는 보조증기의 응축열에 의해 급수 가열기(9,10)를 거쳐 주증기 발생기(1)로 공급되어진다.

팽창되는 증기의 저압에서의 팽창일을 크게하기 위하여 추기증기 압축기(28)를 설치하고 압축된 추기증기의 응축잠열과 압축과열 열로서 주증기재열기(27)에서 재열증기를 가열한다. 재열되어 저압 팽창기(6)에서 팽창된 증기는 재순환된다. 한편 각각 잠열을 전달(고압 보조 증기는 주증기 발생기에서 응축되어 응축열을 주증기에 전달하고 중앙 저압보조증기는 고압,저압 급수 가열기에서 응축)하고 응축된 보조증기들은 각각 방열기(15,16,17)에서 포화온도에 해당되는 온도(각각 주증기 압축기의 최초단압력의 포화온도)까지 방열되고 감압밸브(18,19,20)를 거쳐 주증기 압축기에서 압축열을 받아 주 압축증기 건도 조절밸브(29,30,31)를 거쳐 보조증기 증발기(21,22,23)를 거쳐 보조증기 압축기(24,25,26)로 유입되어 순환된다. 주증기 발생기(1)는 최초 증기 생성을 위한 보조 가열장치(11)가 설치되어 최초 기동과 함께 필요시 추가의 열을 공급한다.

② 각각의 도면에는 제시되지 않았으나 주증기 압축기에서 압축시 압축증기의 효과적인 건도의 조절을 위하여 별도의 응축수를 주입할 수 있는 펌프를 설치한 다음, 각 압축단에서 물을 분사하여 압축증기의 건도를 조절하도록 한다.

③ 도 3은 주증기 압축기의 크기가 고려되지 않아도 무방할 시에 복수기를 없앤 도 1과 같은 시스템이다. 보조증기는 주증기 계열증기를 가열하고 응축되는 방식으로 구성된다.

④ 도 5는 주증기 압축기의 크기 및 주 압축증기의 건도조절의 문제가 고려되지 않아도 무방할시 완전한 증기 압축 사이클의 구성이며 도 3의 시스템에서 주증기 발생기를 없애고 고압 보조증기 응축열을 주증기 과열기(36)에 열전달후 응축되는 구성이다.

3) 원리에 따른 실시예.

완전한 증기 사이클이 구성된 도 7의 단순한 증기 압축 사이클에서 과열기가 없는 경우를 예를 들어 가능한 조건에서의 실시 예를 구성해 보기로 한다.

1〉 주증기량 : 5kgf/sec (임의 설정) --------------------A

2〉 주증기 조건( i ) :

압력 50 kgf/㎠(abs) , 포화온도 262.7 ℃, 건도 1 ,

엔탈피 667.5 kcal/kgf(증기표) -------------------------B

3〉 고압 팽창기 증기 배출조건 ( e ) :

압력 30 kgf/㎠(abs), 온도 232.7 ℃ 포화증기 , 건도 0.95 (TS선도 이용),

엔탈피 648 kcal/kgf (TS 선도 이용) ----------------------C

4〉 고압 팽창기 발생동력 --------------------------------D

D = A * (B-C) * 427/102 = 408 [KW]

5〉 재열증기 조건 ( g ) :

압력 30 kgf/㎠(abs), 온도 400 ℃ 과열증기 ,

엔탈피 775 kcal/kgf (과열 증기표 이용) -------------------E

6〉 저압 팽창기 배기증기 조건( h ) :

압력 0.5 kgf/㎠(abs), 온도 80.9 ℃ 습포화증기 , 건도 0.9 (TS선도 이용)

엔탈피 580 kcal/kgf (TS 선도 이용) -----------------------F

7〉 저압 팽창기 발생동력 ---------------------------------G

G = A * (E-F) * 427/102 = 4082 [KW]

8〉 재열 필요열량 ----------------------------------------H

H = A * ( E -C ) = 635 kcal/sec

9〉 주 증기 압축 소요동력 --------------------------------I

(배기 증기를 주증기 조건에 맞춰 건도를 조절하면서 냉각과 동시 압축)

I = A * ( B-F ) * 427/102 = 1381 [KW]

10〉 배기증기를 50 kgf/㎠(abs) 까지 단열 압축시 발생되는 증기 조건:

최고 과열온도 480 ℃ (TS 선도 이용) ,

엔탈피 813 kcal/kgf ---------------------------------------J

11〉 주증기 압축시 냉각하여야 할 열량 ---------------------K

K = A * ( J - B) = 727.5 kcal/sec

12〉 압축 냉각에 의한 보조증기 증발량 ----------------------L

(보조증기 증발 포화압력 1 kgf/㎠(abs) , 100 ℃ , 잠열 540 kcal/kgf, 응축 포화수를 80 ℃ 까지 방열 )

L = K / ((80-20)+540) = 13 kgf/sec

13〉 보조증기 압축시 과열 발생 열량 -------------------------M

(압축압력 150 kgf/㎠(abs)(임의설정) , 압축시 최고 과열온도 850 ℃ (TS 선도)

최고 온도점 엔탈피 1000 kcal/kgf ---------------------------N )

M = ( N - 1 kgf/㎠(abs) 포화증기 엔탈피) = 1000 - 639 = 361 kcal/kgf

14〉 보조증기 압축후 재열증기 가열에 의해 응축될 수 있는 보조증기량

------------------------------------------------- O

( 150 kgf/㎠(abs) 시 포화온도 340 ℃,잠열 244 kcal/kgf , 포하증기 엔탈피 625 kcal/kgf , 재열중기 압력 30 kgf/㎠(abs)시 정압비열 0.55 kcal/kgf ℃ 재열전 증기온도 232.7 ℃ )

O = A * ( 340 - 232.7 ) * 0.55 / 244 = 1.2 kgf/sec

=====> 보조증기 총 증발량은 1.3 kgf/sec , 응축될 수 있는 보조 증기량은 1.2 kgf/sec 이므로 나머지 0.1 kgf/sec 은 배출하여 버림.

15〉 재열증기 가열에 의한 보조증기 응축후 목표 재열증기 조건까지의 필요 재열 열량 (압축 보조 증기는 과열에 의해 재열증기를 가열후 응축 잠열로써 과열전의 재열증기를 가열)------------------------------------------------P

P = A * ( E - 30 kgf/㎠(abs) 340 ℃ 엔탈피 ) = A * (771-738) = 165 kcal/sec

16〉 보조증기 과열도에 의한 열량 ---------------------------- Q

Q = O * (N- 150 kgf/㎠ 포화증기 엔탈피) = O * (N-625 ) = 453 kcal/sec

# 15>,16>의 비교에서 보조증기 온도가 훨씬 높으므로 열전달이 가능하고 열량 또한 보조증기 쪽이 많으므로 재열증기를 충분히 가열할 수 있다.

453-165 = 288 의 열량은 버리는 것으로 간주 한다.

17〉 보조증기 압축 소요동력 ---------------------------------S

S = O * (N- 1kgf/㎠ 건도1 포화증기 엔탈피)

= O* (1000 - 639 )*427/102 = 1827 [KW]

18〉 검토

(주증기 고압 팽창동력 + 재열 팽창동력)

- (주증기 압축 소요동력 + 보조증기 압축 소요동력)

= D + G - I - S = 747 [KW]

실제의 상황에서는 효율을 고려하면 외부의 열량없이 출력이 발생될 수 없겠으나 증기만의 사이클을 형성 했을 때 물의 증방 잠열 및 포화온도까지의 가열 열량이 필요없기 때문에 즉, 증기의 과열기에 공급해야될 열량만 외부에서 필요하기 때문에 매우 효율이 높은 열기관을 구성할 수 가있다.

열기관의 발생 동력 및 효율 증대와 환경 오염의 대폭 감소

Claims (5)

1. 작동 매체의 압축 발생열의 냉각에 의해 증발된 보조증기의 압축과열과 응축잠열이 이용되어 열기관의 효율을 크게 높이고 환경오염을 대폭적으로 감소 시킬 수 있는 열 사이클 구성방법.
2. 증기의 압축과열 및 응축 잠열을 이용하여 열기관의 재열증기 및 급수를 가열하는 열 사이클 가열 방법.
3. 추기증기의 압축과열 및 응축 잠열을 이용하여 재열증기 및 급수를 가열하는 열 사이클 가열 방법.
4. 주증기를 임계점 가까이 까지 압축하여 저압으로 감압 팽창 함으로써 건도 1의 완전한 포화증기를 얻는 증기 생성 방법.
5. 증기 압축기의 각각의 압축단 사이에 필요시 물을 분사하여 압축 증기의 건도를 효과적으로 조절하는 증기 압축방법