KR20040111364A - 폐열 태양열 에너지 시스템 - Google Patents

폐열 태양열 에너지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20040111364A
KR20040111364A KR10-2004-7013183A KR20047013183A KR20040111364A KR 20040111364 A KR20040111364 A KR 20040111364A KR 20047013183 A KR20047013183 A KR 20047013183A KR 20040111364 A KR20040111364 A KR 20040111364A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
working fluid
inflator
temperature
pressure
gas
Prior art date
Application number
KR10-2004-7013183A
Other languages
English (en)
Inventor
한스 군터 혼
랄프 혼
마이크하일 바인버그
알폰스 윌랜드
리차드 에이. 아제베도
Original Assignee
아웃피터 에너지 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아웃피터 에너지 인크. filed Critical 아웃피터 에너지 인크.
Publication of KR20040111364A publication Critical patent/KR20040111364A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K16/00—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind
    • 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
    • F01K25/08—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 special vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K16/00—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind
    • B60K2016/003—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind solar power driven
    • 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
    • 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
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

저급의 폐열/태양열 에너지로부터의 전력 회수는, 폐사이클 충전 냉매 루프를 포함한다. 압축된 냉매 유체가 주위 온도에서 폐열원/태양열원에 연결된 열 교환기(14)를 통해 펌핑되어 고압 기체로의 변환 중에 열 에너지를 추출한다. 가열/압축된 냉매 기체는 상기 유체가 대략 0 psig에서 냉각 기체로 팽창되는 중에 출력 축(26)를 동력을 주도록 팽창기 내로 유입된다. 냉각된 기체 냉매는 저압 및 주위 온도에서 액체로 응축되며, 압력 하에 열 교환기로 재순환된다. 팽창기는 역배관된 기체 압축기이다. 압축된 고온의 냉매 기체는 통상적으로 배출부가 되는 곳에서 유입되며, 정상적인 유입부는 팽창기 단부가 된다. 냉매 기체 물질 유동 압력/온도 강하는 직접적인 기계적 동력 취출을 위해 팽창기 축을 회전시키거나 동기성 또는 유도성 발전기와 결합하여 전기를 생성한다.

Description

폐열 태양열 에너지 시스템 {WASTE HEAT SOLAR ENERGY SYSTEM}
관련 출원의 상호 참조
본원은 2002년 2월 25일자로 출원된 미국 가출원 제60/360,072호의 미국 및 PCT 정규 출원으로, 35 US Code 119조에 의거하여 우선권을 주장한다.
최근에, 방대한 양의 폐열이 다양한 산업 및 상업적 처리 과정 및 작업들에 의해 매일 발생한다. 이는 통상적으로 공간 난방 작업, 프로세스 증기 보일러 폐열, 기계적 및 전기적 시스템 냉각 등으로부터의 폐열의 범위에 이른다. 통상적으로, 폐열은 저급으로서, 즉 온도가 약 177 ℃(350 ℉) 이하이고 종종 약 121 ℃(250 ℉) 이하로서 종래의 열 회수 시스템이 이러한 열원으로부터 열 에너지를 경제적으로 회수하기에 충분한 효율로 작동하지 않을 만큼 낮은 값이다. 최종 결과는 대량의 폐열이 대기, 대지 또는 물로 단순히 폐기됨으로써 전체적인 온실 효과에 기여하고 작업 비용을 효과적으로 상승시킨다는 것이다.
저효율 광기전성 전지를 제외하고는, 태양열 에너지 시스템은 동력원으로서 기능하는 데에 필요한 범위보다 훨씬 아래의 최대 온도를 갖는 고온의 기체 또는 유체를 생성한다. 더욱이, 태양열 에너지는 공간 난방 및 온수 생성을 위해 주로 사용되는데, 그 이유는 이러한 용도들이 태양열 시스템 출력으로부터 추출될 수 있는 ΔH와 일치하기에 충분히 낮은 38 내지 66 ℃(100 내지 150 ℉) 정도의 전달 온도 값만을 요구하기 때문이다.
따라서, 저급의 폐열 및 태양열 에너지로부터 비용면에서 효율적으로 동력을 회수하는 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 강한 요구가 존재하여, 시스템은 고정식 발전에 적합하거나 스키드 장착식 모듈형 유닛으로서 휴대성을 갖도록 구성될 수 있는, 화석 연료 및 태양열 에너지를 포함한 에너지원으로부터의 전체적인 발전 효율을 향상시켰다.
본 발명은 폐열원으로부터 직접적인 기계식 및 전기식의 발전 분야에 관한 것으로, 특히 저급 폐기물 연소 또는 공정 열과 태양열 에너지원으로부터 발전하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 발전 시스템 및 방법은 모듈형 스키드 장착식 시스템과 같은 양호한 실시예로 구현되지만, 산업용 또는 상업용 설비와 관련하여 고정식 발전을 위한 영구 설비로도 적합할 수 있다. 본 발명의 시스템은 비제한적인 예로서 폐쇄형 루프 시스템 내에서의 작동 유체(냉매)의 순환에 의해 폐열원으로부터 에너지를 회수하는 방법을 채용하는데, 여기서 압력 강하는 동기식 또는 유도식 전기 발전기에 동력을 공급하거나 직접적인 기계적 동력 취출 장치(power take-off)로서 기능하는 동력 취출 장치를 갖는 팽창기 유닛을 통해 이루어진다. 양호한 팽창기는 고온의 압축 작동 유체에 의해 역방향으로 운전되도록 변형된 기체 압축기이다. 냉매 루프는 열 싱크(heat sink), 양호하게는 수냉식 또는 공랭식 냉각탑에 의해 냉각되는 응축기를 포함한다. 발전기의 적당한 선택에 의해, DC 및 AC(단상 또는 다상) 동력 모두를 얻을 수 있다. 이 시스템은 저급 폐열원으로부터 비용 효율적으로 동력을 회수할 수 있게 하며, 중요하게는 본 발명의 시스템의 작동 동력 조건은 생성된 동력의 적은 비율, 즉 통상적으로 생성된 동력의 10％ 미만이다.
본 발명은 다음의 도면을 참조하여 보다 상세하게 여러 가지 태양으로 설명하기로 한다.
도1은 폐쇄형 냉매 루프 내에서의 상, 유속, 온도 및 압력을 도시하는 시스템 성분들의 예시적인 블럭도이다.
도2는 제어기, 센서, 배관, 밸브, 펌프, 팽창기, 발전기, 오일 분리기, 응축기, 바이패스 및 리시버, 열 교환기와의 압축 냉매 유입 및 팽창기로의 배출부와의 연결을 위한 플랜지 및 응축기의 열 싱크와의 연결을 위한 플랜지를 포함하는, 유체 유입부/배출부 측면에서 도시한 본 발명의 시스템의 스키드 장착형 코어 유닛의 등각도이다.
도3은 발전기 측에서 도시한 도2의 스키드 장착형 코어 유닛의 등각도이다.
도4는 폐열원 또는 태양열 에너지원의 유입/유출 플랜지 및 냉매 루프의 유입/유출 플랜지를 갖는 스키드 장착형 주요 열 교환기 유닛의 등각도이다.
도5는 응축기로의 유입/유출을 위한 플랜지가 구비된 스키드 장착형 냉각탑의 등각도이다.
도6은 동력 생성 효율을 높이는 단계식 직렬 열 교환기를 채용한 제2의 대안적인 시스템 구성의 블럭도이다.
도7은 PLC 제어기의 통합을 도시하고 이하의 상업상 이용 가능성 부분에 검사 결과가 기록되어 있는 시스템 유닛의 상업적 구성을 나타내는 본 발명의 시스템의 블럭도이다.
도8은 시스템 작동 제어를 위한 소프트웨어, 하드웨어 및 논리 및 신호 흐름을 도시한, 예시적인 제어 시스템 전체 구조의 개략도이다.
본 발명은 저급의 폐열 및 태양열 에너지 장치로부터의 동력의 회수를 위한 작동 알고리즘(예컨대, PLC 엔에이블드 제어 알고리즘)이 포함된 컴퓨터 프로그램을 갖는 시스템 및 방법을 포함한다.
가장 넓은 범위의 실시에 있어서, 본 발명의 시스템은 폐열 및 태양열 장치 출력부가 연결된 열 교환기를 통해 주위 온도에 근접한 가압 유체로서 초기에 펌핑되는 냉매의 폐쇄형 루프 사이클을 포함한다. 냉매 유체는 고압 기체로 변환되는 과정 중에 열 교환기 내에서 열원으로부터 열 에너지를 추출한다. 가열, 압축된 냉매 기체는 대략 0 psig 이하에서 유체가 냉각된 기체 또는 기체/유체 혼합물로 팽창하는 중에 출력축에 동력을 공급하도록 팽창기로 유입된다. 냉각된 기체 냉매는 응축기 내에서 더욱 냉각되는데, 이 응축기는 기체 냉매를 저압 및 주위 온도 근처의 액체로 변환시킨다. 액체 냉매는 그런 다음 사이클을 반복하기 위해 열 교환기를 통해 가압 송출된다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 팽창기는 변경되어 본 발명의 시스템에 역으로 배관된 기체 압축기를 포함한다. 즉, 압축기는 일반적으로 압축기 출력 단부가 되는 유입구에서 고온의 압축 냉매 기체를 수용하도록 배관된다. 압축기의 일반적인 유입구는 본 발명의 시스템에서는 역전되어 기체 냉매 출구 단부가 된다.냉매 기체의 압력 및 온도 강하는 압축기 축을 회전시켜, 직접적인 기계적 동력 취출 장치로서 채용되거나 전기를 생성하기 위해 동기식 또는 유도식 발전기에 결합될 수 있다.
본 발명의 시스템에서 팽창기로서 기능하도록 구성되고 변형된 양호한 타입의 압축기는 이산된 다단을 갖는 압축기라기보다는 연속식 압축기이다. 이하의 예들에서 채용된 최상의 팽창기는 압축기 스크류들을 윤활하기 위해 오일 루프를 갖는 스크류 압축기일지라도, 오일 프리 타입의 압축기가 바람직하다. 본 발명의 시스템이 누설없는 충전식 냉매 시스템을 채용하므로, 베어링을 지나 대기 중으로 냉매 기체가 누출되는 것을 막기 위해서 바람직하게는 압축기 베어링들이 충분히 밀봉되어야 하고, 즉 베어링들이 대기 중으로 개방되지 않아야 한다.
베어링 윤활을 위해 오일 루프를 갖는 압축기가 사용되는 경우에, 팽창기로부터 빠져나가는 팽창된 냉각 기체가 팽창기 윤활 오일을 제거하기 위해 오일 분리기를 통과하는 것은 본 발명의 중요한 태양이다. 분리기 섬프(sump)는 팽창기 베어링 및 로터에 오일 윤활제를 공급하는 펌프용 저장원이다. 추가로, 팽창기 오일의 선택 및 사용은 냉매 특성 또는 시스템 작동에 화학적으로나 열역학적으로 영향을 미치지 않도록 냉매와 양립될 수 있어야 한다. 현재 양호한 작동 유체(냉매)들은 R123, 245FA, R134A, R22 등을 포함한다. 양호한 팽창기용 오일은 폴리올 에스테르 오일(RL 68H)과 같은 작동 유체와 양립가능한 합성 오일을 포함한다.
응축기는 냉매 기체를 주위 온도의 액체로 응축시키는 중에 냉매 기체로부터 열을 추출하는 열 교환기로서 기능한다. 응축기는 기체의 대량 유동의 충분한 응축에 필요한 ΔT를 제공하기 위한 크기로 된 수냉식 또는 공랭식 냉각탑에 의해 또는 다른 적당한 열 싱크에 의해 냉각된다. 응축기 액체 냉매 출구는 냉매 루프 펌프(작동 유체 펌프 또는 WFP)의 중력 수두(gravity head)를 제공하기 위한 보유 탱크 또는 섬프로서 기능하는 용기(receiver)에 연결된다.
냉매 WFP 펌프는 양호하게는 열 교환기의 유입측과 용기 사이에서 시스템 루프의 고압측 상에 위치된다. 이러한 위치에서 펌프는 액체 냉매를 주위 온도로 유지하면서 액체 냉매의 압력을 열 교환기 내로 유입되기 위한 설계 변수로 상승시킨다.
본 발명의 발전 시스템의 제어 시스템은 적당한 온도, 유동, 출력 및 조건 센서뿐만 아니라 펌프(들)용 PLC 제어기(들) 및 밸브와 시스템 시동, 정상 상태 작동, 정지 및 업셋 제어를 위한 하나 이상의 제어 알고리즘을 포함한다.
시스템 동력 출력은 작동 유체 펌프(WFP)의 유속에 의해 제어된다. WFP의 속도는 PLC에 의해 생성되는 아날로그 전압 신호로 가변 주파수 드라이브(VFD; Variable Frequency Drive)에 의해 제어된다. WFP는 팽창기를 가로질러 선택된 팽창기 입력 압력, 선택된 팽창기 입력 온도 및 선택된 온도차(ΔT)가 유지되도록 구동된다. 제어 시스템 내에는 3개의 루프가 있다. 제어 시스템 루프 1, 즉 팽창기 입력 온도 루프는 WFP 유속으로의 개략적인 조정을 제공한다. 제어 시스템 루프 2, 즉 팽창기 출력 온도 루프는 팽창기를 가로질러 온도차(ΔT)를 제공하기 위해 팽창기 입력 온도와 연계하여 팽창기 출력 온도를 사용한다. 이러한 온도차는 WFP 유속으로의 정밀한 조정을 제공한다. 제어 시스템 루프 3은 팽창기 입력 압력에따라 유속 명령 신호를 WFP로 변경한다. 몇몇 온도 및 압력 신호들은 PLC의 CPU에 의해 처리되며 열역학 방정식, 조견표 또는 그래프의 디지털 표시에 의해 조절될 수 있다. 동적인 신호 조절을 위해, 선택적인 PID 알고리즘이 적용될 수 있다. 적분기 작동은 전압 신호를 소정 수준에서 VFD로 유지하도록 적용된다. 긴급 정지를 포함한 업셋 조건들을 커버하는 표준 제한 블록은, 예를 들어 열원 또는 열 교환기 온도가 너무 낮거나, ΔT 요건이 만족되지 않거나, 작동 유체가 응축기를 거친 후에도 부분적으로 기체 상태로 남아 있거나, (본 발명의 유닛이 설치된 지역 내의 주위 온도, 압력 또는 습도의 조건으로 인해서와 같이) 냉각탑이 운전되지 않거나 비효율적이거나, 팽창기가 베어링 문제를 겪는 등의 경우에 필요에 따라 사용될 수 있다.
시동, (예를 들어, 그리드 부하 요건을 맞추기 위한) 팽창기 및/또는 발전기 출력의 조정, 정지, 또는 긴급 중단 또는 업셋 조건 방지 또는 해결 중에 이를 보조하기 위해서 열 교환기의 출력부(팽창기 상류의 고압측)와 응축기의 상류(팽창기의 저압측) 사이를 연결하는 솔레노이드 밸브를 포함한 기체 바이패스(gas bypass)를 채용하는 것이 바람직하다. 바이패스 루프 내의 솔레노이드 밸브는 N.O. 밸브이어서 긴급 차단 또는 동력의 손실 시에 개방된다. 공정 모듈레이터 솔레노이드 밸브는 양호하게는 바이패스 라인 연결부의 하류에서 열 교환기 출력부와 팽창기 유입부 사이의 라인 내에 위치된다. 제2의 반작용 긴급 차단 밸브가 모듈레이터 밸브의 하류(팽창기 유입부의 상류)에 위치된다. 이러한 밸브는 N.C.이어서 긴급 정지 중에 또는 동력 손실 시에 폐쇄되며 이와 동시에 바이패스 루프 긴급 밸브는개방된다.
예를 들어, 시동 중에 열 교환기의 출력측과 팽창기는 부압(negative pressure) 하에 있게 된다. 본 발명의 시스템은 루프 및 열원 내의 냉매의 열 교환기로의 열 및 질량 유동을 모니터하며, 적당한 피드백, 피드포워드나 적당한 표, 그래프 또는 작동 곡선을 따르는 제어 알고리즘을 포함할 수 있다.
팽창기의 입력축 속도에 적당한 임의의 종류 또는 크기의 동기식 또는 유도식 발전기가 채용될 수 있다. 예를 들어, DC 동력이 DC 발전기에 의해 생성될 수 있다. 단상 또는 3상 AC 동력이 적절한 AC 발전기에 의해 생성될 수 있다. 발전기 유닛은 생성된 동력이 제공되거나 판매되는 그리드가 국부적, 지역적 또는 광역적인가에 따라 수용 동력 그리드의 부하 요건을 맞추기 위해서 종래의 속도 제어 및 자동 게이트웨이 제어기를 포함한다. 원형(prototype) 검사를 통해 본 발명의 시스템에 의해 생성되는 동력은 극히 깨끗하며 스파이크가 없는 것으로 판명되었다.
제한적인 의미가 아닌 예로서, 현 설계 변수들은 104 ℃(220 ℉)의 기체, 증기 또는 물을 열 교환기에 제공하는 폐열원에 근거한 본 발명의 시스템은 시스템이 동기식 발전기를 통해서 열 교환기로의 862 ㎪(125 psig)의 ΔP 유입부에서 29 ℃(85 ℉), 4.2 gpm의 냉매 유동 속도, 8％ 시스템 동력 인출율(power draw)로 120 내지 50 내지 60 ㎐의 240 V AC, 단상 또는 3상, 15 ㎾ 동력을 생성하게 하는 것을 허용한다. 3상 동력은 대형 팽창기 및 발전기 유닛들이 시스템 루프 내에 구비된 상태에서 2300 V, 4160 V 또는 13.5 ㎸의 높은 전압으로 생성될 수 있다. 정상 상태 작동 중에 본 발명의 시스템이 생성된 동력의 일부를 시스템 작동(예를 들어, 제어기 및 펌프 작동)에 사용하는 것이 바람직하지만, 다른 동력원이 시동에 사용되며 일반적인 작동에 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
시스템은 팽창기의 입력측 상에서 저압, 통상적으로 689 내지 1034 ㎪(100 내지 150 psig) 및 팽창기의 출력측 상에서 4 내지 5" 진동에서 작동된다는 점에서 넌-랭킹 사이클 시스템(non-Rankin Cycle system)이다. 본 발명의 시스템은 열원에 맞는 크기로 될 수 있으며, 시스템이 간단한 설치 및 고객 위치에서 조립되기 위한 공장 제작식, 모듈형, 선적식 유닛으로서 제공될 수 있도록 편리하게 스키드 장착될 수 있다. 이와 같은 모듈형 유닛 형태에 있어서, 본 발명의 시스템 유닛은 PLC 또는 다른 종류의 제어기, 센서, 배관, 밸브, 펌프, 팽창기, 발전기, (오일 루프 윤활 팽창기에 필요하다면) 오일 분리기, 응축기, 바이패스 및 리시버, 열 교환기로의 압축 냉매 유입을 위한 연결 플랜지, 및 팽창기로의 출구 및 응축기용 열 싱크와의 연결을 위한 플랜지를 포함한다. 응축기 열 싱크는 양호하게는 별도의 스키드 상에 본 발명의 시스템의 일부로서 제공되는 냉각탑이거나, 국부적인 기존 냉각탑 또는 다른 열 싱크일 수 있다. 마찬가지로, 열 교환기는 열 교환기로의 폐열 또는 태양열 유체원 유입부 및 배출부와, 시스템 냉매 펌프로부터의 유입부 및 팽창기로의 배출부와의 연결을 위한 플랜지가 구비된 별도의 스키드 상에 제공될 수 있다. 따라서, 통상적으로 본 발명의 시스템은 간단한 현장 설비 및 작업 설치를 위해 정합식 연결부를 갖는 1개 내지 3개의 스키드 장착식 유닛들로 구성된 사전 제작된 모듈들로 제공된다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명의 시스템은 냉매 루프 내에 복수개의 열 교환기를 채용할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 실제로 채용될 수 있는 다수의 실현예가 있다. 예를 들어, 상이한 열원으로부터의 2개의 열 교환기들이 하나가 다른 하나의 상류에 위치되게 배치됨으로써, 팽창기의 유입측에 유입되기 전에 소정 압력에서 신속히 기체로 만들도록 냉매 온도를 상승시키는 제2 열 교환기를 통과하기 전에 제1 열 교환기는 냉매의 예열기(pre-heater)의 역할을 한다. 이러한 배열에 있어서, 예열기는 훨씬 낮은 등급의 폐열원으로부터도 가능하며 또는 예열기가 하류의 열 교환기로부터 배출부에 연결될 수도 있다. 후자의 경우에, 열 교환기들은 시스템 루프 중의 냉매 유동 방향에 대하여 역방향으로 직렬 배치된다.
따라서, 본 발명의 발전 시스템은 약 93 내지 121 ℃(200 내지 250 ℉)의 낮은 열원으로부터 폐열 및 태양열 에너지를 효율적으로 추출할 수 있게 되며, 전기 그리드 시스템에 사용 가능한 동력의 공급으로부터 시스템 또는 기계의 작동을 위해 현장에서 사용되는 전기적인 또는 기계적인 동력에 이르기까지 다양한 용도로 유용하게 전기적 동력 및 직접적인 축 동력의 생성을 가능하게 한다. 냉매 유체의 질량 유동 및 유체의 종류는 팽창기의 작업 출력을 특정 권선 인자를 갖는 선택된 유도식 또는 비동기식 발전기의 요건에 맞추도록 선택될 것이다. 유도식 발전기, 통상 1750 내지 1850 rpm 범위 내에서 작동하는 발전기의 경우에, 필드 권선이 그리드에 의해 설정되고 그 결과 출력 전력이 그리드 상으로 "푸시"(그리드에 공급)될 수 있다.
고정자측에서 다상 여기원(exciting source)에 연결된 유도 장치는, 그 로터가 동기 속도 이상으로 외부 수단에 의해 기계적으로 구동되고 모터 슬립이 음이 된다면 발전하도록 만들어질 수 있다(즉, 동력 유동은 모터와 비교해서 역전되게 된다). 즉, 유도 모터는, AC 동력원에 연결된 때 그 동기 속도를 초과하여 구동되면, 외부 회로에 동력을 다시 전달할 것이다. 다상 여기원은 유도 모터가 그 동력을 생성하게 되는 자기장을 생성하는 것이다. 즉, 유도 발전기는 전기 동력 시스템과 병렬로 또는 캐패시터들에 의해 부하가 보충되면서 독립적으로 작동되어야 한다. 독립적인 작동의 경우, 발전기의 속도는 일정한 진동수를 유지하기 위해서 부하에 따라 증가되어야 한다. 전압은 캐패시터들에 의해 제어된다.
병렬 환경은 오버홀링(overhauling) 부하에 의해 유도 모터 내에 생성된다. 이는 원동기(prime mover)에 의해 동기 속도 이상에서 로터를 구동함으로써 부과된다. 최대 약 500 hp의 범위에서, 유도 모터는 유도 발전기로서 사용되지만, 주요 동력원으로서는 아니다. 발전은 가용한 다상 공급원 없이는 불가능하다. 즉, 중첩된 유도 전류가 동력을 공급 시스템에 전달하더라도 공급원은 여기 전류 성분(그에 따라 동기성 플럭스)을 제공해야 한다.
유도 발전기는 로킹된 로터 임피던스(locked rotor imopedance)에 의해 나누어진 단자 전압과 동일한 순간 3상, R, S, T, 단락 전류를 전달한다. 감소율(rate of decay)은 서브트랜지언트(sub-transient) 시간 상수에 대응하여 동일한 정격의 동기식 발전기보다 훨씬 빠르다. 유도 발전기의 성질은 고정자 회로가 포저 시스템(poser system)으로 폐쇄된 때에 자기 동기화할 수 있는 능력이다. 유도 발전기는 또한 그 농형 로터 구조(squirrel-cage rotor construction) 때문에 고속, 고주파 발전기로서 사용되어 왔다.
다음의 상세한 설명은 본 발명을 예시적으로 설명하는 것으로서, 본 발명의 원리를 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 설명은 당해 분야의 숙련자라면 쉽게 본 발명을 제조 및 사용하게 할 것이며, 본 발명을 수행하는 최선의 모드라고 현재 여겨지고 있는 것을 포함하여, 몇 가지 실시예, 적용예, 변형예, 대안 및 본 발명의 용도를 기재한다.
본 발명은 몇 개의 도면으로 도시되었으며, 많은 부분들, 상호관계들, 및 하위 조합들이 하나의 특허 명세서 형태의 도면에서는 충분히 도시될 수 없는 충분히 복잡한 구성을 갖는다. 명확히 그리고 정확히 하기 위해서, 몇 개의 도면들은 개시된 발명의 특정한 특징, 태양 또는 원리를 설명함에 있어서 도면에서 필수적이지 않은 부분들은 개략적으로 도시하거나 생략하였다. 따라서, 하나의 특징을 갖는 최선 모드의 실시예는 하나의 도면에 도시되었으며, 다른 특징을 갖는 최선 모드는 다른 도면에 도시될 것이다. 재료 및 시험 데이터에 관해서는, 하나의 태양 또는 특징을 갖는 최선 모드 실시예는 하나의 예로 도시될 수 있으며 다른 태양의 최선 모드는 하나 이상의 다른 예, 검사, 구조, 식 또는 논의에서 거론될 것이다.
본 명세서에 참조된 모든 출판물, 특허 및 출원은 각각의 개별 출판물, 특허 또는 출원이 참고로 수록된 것으로 명백히 언급한 것처럼 본문에 참고 자료로 합체되어 있다.
도1은 본 발명의 시스템 및 방법의 성분들의 예시적인 블럭도로서, 폐쇄형 냉매 루프 내에서의 상, 유속, 온도 및 압력, 바이패스 루프 및 오일 분리 루프를 도시하는 바, 여기서 오일을 필요로 하는 압축기(oil-requiring compressor)가 팽창기로서 사용된다. 전체 시스템(10)은 공급원(12)이 폐열 또는 태양열을 열 교환기(14)에 제공하는 배관된 폐쇄형 루프가며, 열 교환기에는 저온(예를 들어, 대체로 주위 온도)의 압축 액체 냉매가 라인(16)을 통해 유동하며 이로부터 가열된 압축 기체 냉매가 라인(18)을 통해 팽창기(20)로 유동한다. 작동 예로서, 공급원(12)으로부터의 폐열 입력, 예를 들어 배기 증기, 온수, 고온의 연도 가스, 태양열 에너지 또는 지열 에너지가 열 교환기(14)에 104 ℃(220 ℉)로 입력되고 104 ℃(220 ℉)로 배출되며, 반면에 라인(16) 내의 가압된 작동 유체(예를 들어, R123)는 열 교환기 내로 27 ℃(80 ℉), 862 ㎪(125 psig)로 입력되고 104 ℃(220 ℉), 862 ㎪(125 psig)로 배출되고, 이어서 오일 프리 팽창기(20)에 공급된다. 본 예에서, 응축기로부터 유출되는 액체 작동 유체는 4" W.C.(진공)이다. 폐열과 작동 유체 유동은 역류로 열 교환기를 통해 유동하며, 이 경우 27 ℃(80 ℉)의 저온 작동 유체는 열 교환기의 하부로 유입되고 862 ㎪(125 psig)의 최대 증기 압력 및 104 ℃(220 ℉)의 최대 온도에서 상부로부터 배출된다. 폐열 유체는 열 교환기의 상부로 유입되고 냉각된 유체는 하부로부터 배출된다.
본 발명의 최선의 모드에 있어서, 팽창기(20)는 정상 유출 단부가 고온의 가압 냉매 기체의 유입부(22)가 되도록 된 밀봉식 오일 윤활식 스크류 압축기이다.팽창기의 배출 단부(24)는 정상 유입 단부이다. 팽창기 출력축(26)은 도시되지 않은 동력 취출 장치 유닛(예를 들어, 풀리, 기어 시스템 등) 또는 동력이 선택적으로 그리드(20)에 공급되거나 필요에 따라서 국부적으로 사용되는 발전기(28)를 구동시킨다.
팽창기에 있어서, 고온 기체는 블레이드 또는 스크류를 회전시키고, 압력이 거의 0 psig까지 강하하고 온도는 유입 온도와 주위 온도 사이의 대략 중간쯤으로 떨어지면서 에너지를 잃는다. 부분적으로 냉각된 기체는 분리된 오일이 오일 루프 라인(38)을 통해 오일 분리기(34)로 펌핑되는 섬프로부터 라인(32)을 통해 오일 분리기(34)로 배출된다. 이제 오일이 여과된 냉매 기체는 라인(40)을 통해 응축기(42)로 통과하고, 응축기 내에서 주위 온도로 냉각되며 기본적으로 0 psig의 액체로 응축되어 라인(44)을 통해 응축기로부터 배출된다. 응축기는 배출 라인(45)과 유입 라인(47) 및 펌프(49)를 매개로 응축기(42)에 연결된 수냉식 또는 공랭식 냉각탑(46)과 같은 임의의 적당한 열 싱크에 의해 냉각될 수 있다. 라인(44)을 통해 응축기(42)로부터 배출되는 냉각된 액체 작동 유체/냉매는 라인(16)을 통해 열 교환기(14)의 냉매 루프 유입 측으로 액체 냉매를 압축시키고 다시 펌핑하는 고압 펌프(50)의 용기/섬프로서 작용하는 수용 용기(48)로 통과한다.
바이패스 루프(52)는 열 교환기의 냉매 루프 배출 측과 오일 분리기의 배출 측 사이에 연결되어 시동, 업셋 조건 개선 및 긴급 제어를 보조한다. 긴급 정지 솔레노이드 밸브(54A, 54B), 모듈레이터 밸브(56) 및 체크 밸브(57)는 작동을 보조한다. 밸브, 라인 내에 적당하게 위치된 센서(단부에 문자 "S"가 표시된 짧은 라인으로 도시됨), 열 교환기, 팽창기, 오일 분리기, 응축기, 냉각탑 및 리시버는 제어기(58)에 연결된다. 문자 S, F, L 및 R은 각각 압력 및 온도 센서 입력, 유량 계측 입력, 액체 수위 센서 입력, 축 회전 속도 센서 입력 등 다른 적당한 제어기 입력들을 나타낸다. 제어기(58)는 밸브(V), 펌프(P), 바이패스 조절 및 제어 밸브(B) 등과 같은 시스템으로의 출력을 위한 적당한 회로와 제어 알고리즘을 포함한다. 발전기 유닛(28)은 수용 동력 그리드의 부하 요건, 이러한 그리드가 국부적, 지역적 또는 광역적이냐에 맞도록 종래의 속도 제어 및 자동 게이트웨이 제어기 시스템(도시되지 않음)을 포함한다. 적당한 체크 밸브, 조절 밸브 및 안전 밸브가 최선의 실행을 회로에 지시하도록 채용된다.
본 발명은 시스템 및 성분(예를 들어, 팽창기, 발전기, 펌프, 오일 필터, 응축기, 열 교환기 및 냉각탑)의 상태 및 작동, 통신, 데이터베이스 작업, 히스토리 트랙킹 및 보고, 처리 및 과금의 관리를 위해 완비된 컴퓨터 시스템을 포함한다. 본 발명의 시스템은 유닛을 임대한 고객을 위한 작동 관리 작업을 용이하게 하기 위해 그리고 시스템 작동 및 동력 생성 및/또는 그리드로의 판매를 아카이빙(archiving)하기 위해 육상 통신선, 무선 또는 위성으로 원거리 호스트 사이트와 연결된다. 본 발명의 시스템의 컴퓨터는 시스템 작동, 하위 시스템 상태 및 동력 판매를 생성, 전송, 수신, 아카이브, 검색하기 위해 통신 툴을 포함한다.
사이트 작업, 통신, LAN, WAN 또는 인터넷 구현 관리 및 아카이브의 기초가 되는 프로세스들이 실행시에 몇몇 도면에 도시되고 본 명세서에서 설명된 작업을 수행하는 컴퓨터 실행 가능한 명령으로서 소프트웨어 내에 구현될 수 있다. 본 발명의 시스템의 서버(들)는 인터넷 상의 사이트에 머무르고(host) 정적이고 일반적으로 정보 웹 페이지를 공급하고 그리고 시스템의 선택된 성능 또는 상태를 도시하는 동적인 웹 페이지를 생성하여 공급하기 위한 서버 소프트웨어를 갖도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터로서 실시될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 동력 생성 및 분배 관리를 용이하게 하도록 쉽게 맞춰질 수 있다. 동적인 웹 페이지는 개별 고객들에 맞추어 만들어지며 고객들의 인터넷 연결된 접근 장치(데스크탑 및 랩탑 컴퓨터, 네트워크 컴퓨터 등)를 통한 고객들로부터 개별 주문에 따라 작동 중에 생성될 수 있다.
본 발명의 컴퓨터(들)는 예를 들어, 함께 시스템 및 보고 및 관리 네트워크를 구현하는 하나 이상의 PLC 제어기, 클라이언트 컴퓨터, 서버 컴퓨터(들), 데이터베이스(관계적 및 계층적 모두) 컴퓨터(들), 저장 컴퓨터(들), 라우터, 인터페이스 및 주변 입출력 장치로서 시스템 구조(architecture) 내에 구성될 수 있다. 본 발명의 시스템 내에 사용되는 컴퓨터는 통상적으로 버스에 결합된 적어도 하나의 프로세서와 메모리를 포함한다. 버스는 메모리 버스 또는 메모리 제어기, 주변 버스 및 프로세서를 포함하는 하나 이상의 임의의 적당한 버스 구조 또는 다양한 버스 구조 및 프로토콜을 사용하는 로컬 버스일 수 있다. 메모리는 통상적으로 휘발성 메모리(예를 들어, RAM)와 고정식 및/또는 제거 가능한 비휘발성 메모리를 포함한다. 비휘발성 메모리는 ROM, 플래쉬 카드, RAID 어레이, 플로피 디스크, 미니드라이브, 집 드라이브, 메모리 스틱, PCMCIA 카드, 테이프, CD-ROM 드라이브, WORM 드라이브, RW-CDROM 드라이브 등과 같은 광학 드라이브, DVD 드라이브, 광자기 드라이브 등을 포함하는 하드디스크 드라이브를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 다양한 메모리 종류는 컴퓨터 판독 가능한 명령, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 오퍼레이팅 시스템, 오퍼레이팅 알고리즘 및 컴퓨터(들)에 의해 사용되는 다른 데이터를 포함하는 정보 및 화상의 저장을 제공한다.
네트워크 인터페이스는 버스에 결합되어 다양한 사이트 컴퓨터, 라우터, 고객 연산 장치, 열원 공급자 및 동력 소비자들 사이의 데이터 교환을 위해 데이터 통신 네트워크(LAN, WAN 및/또는 인터넷)와의 인터페이스를 제공한다. 시스템은 또한 키보드, 키패드, 터치 패드, 마우스 장치, 트랙볼, 스캐너, 프린터, 스피커, 마이크로폰, 메모리 매체 판독기, 기록 태블릿, 카메라, 모뎀, 네트워크 카드, RF, 광섬유 및 IR 송수신기 등과 같은 개별 주변 장치와의 통신을 제공하기 위해 버스와 결합되는 적어도 하나의 주변 인터페이스를 포함한다.
OS, 서버 시스템 프로그램, 시스템 오퍼레이팅 프로그램, 응용 프로그램 및 다른 프로그램 모듈 및 데이터를 포함한 다양한 프로그램 모듈이 메모리에 저장될 수 있다. 네트워크 연결된 환경에서, 프로그램 모듈은 네트워크에 결합된 몇몇의 연산 장치들 사이에 분포될 수 있으며, 필요에 따라 사용될 수 있다. 프로그램이 실행되면, 프로그램은 컴퓨터 메모리 내에 적어도 부분적으로 로딩되며, 본 명세서에 기재된 작업, 연산, 아카이브, 구분, 스크리닝, 분류, 포맷, 표현, 인쇄 및 통신 기능 및 프로세스를 실행하기 위한 명령을 포함한다.
고객, 작동 내역, 용도 및 다른 이와 같은 데이터는 하나 이상의 데이터 레코드 세트에 저장되며, 이는 데이터 레코드가 표로서 정리되어 있는 관계적 데이터베이스(계층적, 네트워크 또는 다른 종류의 데이터베이스는 물론)로서 구성될 수 있다. 이와 같은 레코드는 소정의 선택 가능한 관계들에 따라 서로 선택적으로 관련되고, 그 결과 한 테이블 내의 데이터 레코드들이 다른 표 내의 동력 고객 및/또는 열원 공급자들의 해당 레코드와 서로 관련되며, 상관 데이터 또는 개별 데이터는 본 명세서에 기재된 동력 생성 시스템의 본 발명에 따른 방법 태양에 따라 스크린 상에 표현, 인쇄 출력 또는 다른 활동을 위해 요청할 수 있다.
도2 및 도3은 도1에 일점 쇄선으로 그려진 본 발명의 시스템(10)의 스키트 장착형 코어 하위 시스템(60)의 등각도이다. 도2는 제어기, 센서, 배관, 밸브, 펌프, 팽창기, 발전기, 오일 분리기, 응축기, 바이패스 및 리시버, 열 교환기와의 압축 냉매 유입부 및 팽창기로의 배출부 연결을 위한 플랜지 및 응축기의 열 싱크와의 연결을 위한 플랜지를 포함하는 유체 유입부/배출부 측에서 본 것인 반면, 도3은 발전기 측에서 본 도2의 스키드 장착형 코어 유닛의 회전된 등각도이다.
도2 및 도3에 도시된 성분들의 도면 부호는 도1에서와 동일하다. 스키드(62)는 플로어 판(64)이 장착된 스틸 거더 프레임(62)과 성분들을 장착하기 위한 적당한 뼈대(66; framing)를 포함한다. 열 교환기(14)가 이 스키드 상에는 존재하지 않지만, 스키드(62, 64)의 좌측 지역(68)(점선으로 도시됨)과, 별도의 스키드(도4 참조) 또는 폐열원의 위치에 있는 패드 상에 장착될 수 있다.
작동 유체 유동 방향이 시스템 루프(18, 32, 40, 44, 16), 바이패스 루프(52) 및 윤활 오일 루프(38) 내의 배관 내의 화살표로 도시되었다. 추가로, 도2는 냉각탑(46)으로 가는 라인(45) 내의 온수의 배출을 도시한다. 냉각탑(46)으로부터의 냉수의 복귀는 라인(47)과 펌프(49)를 통해 응축기(42)로 간다. 냉각탑(46)은 도5에 도시되었다. 응축기(42)가 예로서 도시된 바와 같이 유입 작동 유체 라인(40)을 위한 적당한 매니폴드, 작동 유체 응축물(출구) 라인(44)(도3 참조) 및 냉각수 유입 라인(47)과 온수 출력 라인(45)(도2 참조)을 갖는 4개의 모듈을 갖는 다중 모듈 판 열 교환기로 도시되었다. 유사한 스키드 조립체는 열 교환기(14)와 냉각탑(46)을 보유할 수 있지만, 이들 중 하나 또는 모두는 현장에 있는 영구 패드에 장착될 수 있다. 성분들의 분포는 임의의 개수의 구성 및 스키드로 가능하거나 또는 전체 시스템은 열원(12)과 관련하여 영구적인 유닛으로서 플로어 장착될 수 있음을 이해해야 한다.
도4는 도1의 14, 도6의 14A 내지 14C와 같은 그리고 도1 및 도6의 응축기(42)일 수 있는 예시적인 열 교환기의 등각도이다. 유입 파이프(11)는 고온의 유체(기체 또는 액체)를 열원(12)(도시되지 않음)으로부터 모듈형 판 유닛(15a, 15b, 15c, 15d)에 분배하기 위한 매니폴드를 포함한다. 배출 파이프(13)는 냉각된 열원 유체를 열원으로 복귀시키거나 폐기한다. 도4의 대향 측면 상에, 고압 액체 작동 유체 공급 펌프(50)로부터의 유입 라인과 매니폴드 배관(16)이 판 열 교환기 유닛(15a, 15d)의 하부에 유입되고, 배출 기체 작동 유체 라인(18)이 상부에서 빠져나가는 것이 도시되었다. 각 유체 유동 라인은 온도에 따라 역류하도록 배열되는 것에 유의하여야 한다. 열 교환기 조립체는 별도의 스키드이거나 도2에 잘 도시된 바와 같이 메인 스키드(62)의 일체형 부분일 수 있는 스키드(68) 상에 장착된다.
도5는 적절한 종래의 냉각탑(46)의 도면으로서, 본 예에서는 하부에 공기 유입부(70)를 갖는 내부 팬(도시되지 않음)을 포함하며 고온의 공기(72)가 상부 원뿔체로부터 배기되는 공랭식 탑이다. 응축기(42)(도1 내지 도4 및 도6)로부터 물의 유입부(45) 및 냉각되어 복귀되는 물 배출구(47)용의 플랜지가 하부에 도시되어 있다. 관찰 포트(76)는 작동 중 감시를 가능하게 한다. 펌프(49)는 스키드(62) 상에 있다(도2).
도6은 동력 생성 효율을 높이는 다단식, 직렬 열 교환기를 채용한 본 발명의 시스템의 제2의 대체 구성의 블록도이다. 오일 프리 스크류 팽창기가 채용되고, 그 결과 오일 분리기 및 윤활 루프(도1의 34, 36, 38)가 제거되었음을 유의해야 한다. 도6에 있어서, 폐열 유체의 역류는 스테이지 1에서 열 교환기(14A)로 116 ℃(240 ℉)로 유입되고 스테이지 1로부터 배출되며, 열 교환기 스테이지 2(14B)로 104 ℃(220 ℉)로 유입되고 스테이지 2로부터 배출되며, 열 교환기 스테이지 3(14C)로 93 ℃(200 ℉)로 유입되고 82 ℃(180 ℉)로 스테이지 3으로부터 배출된다. 라인(16) 내로의 입력 작동 유체의 온도의 역 상승은 27 ℃(80 ℉), 862 ㎪(125 psig)(액체)로부터 팽창기(20)에 유입되는 작동 유체(기체)의 104 ℃(220 ℉)의 최대 온도와 862 ㎪(125 psig)의 최대 압력으로 된다.
이하 도7과 도8을 참조하면, 이들 관련 도면들은 각각 본 발명의 시스템으로의 PLC 제어기의 통합과 소프트웨어 및 하드웨어 성분들과 논리 및 신호 흐름 경로를 포함하는 시스템 제어의 전체적인 구조를 도시한다.
본 예에서, 시스템은 윤활식 팽창기, 예를 들어 팽창기로서 작동하도록 역전된 비쩌(Bitzer) 스크류 압축기를 채용하며, 윤활 오일 회로는 몇 개의 필터(33)와분리기(34)의 하류에 저장원(35)을 포함한다. 응축기 하류의 작동 유체 회로 리시버(48)는 관측 게이지(sight guage; 51)를 포함하다. 제어기(58)는 PLC 유닛으로, PLC CPU(78)와, 아날로그 입출력부(81)와, 디지털 I/O 블럭(82)을 포함한다. 점선은 도시된 바와 같이 시스템 성분들로의 다양한 제어 선들을 나타내면, 선 상의 화살표는 PLC(58) 및 각각의 성분으로부터의 입력, 출력 또는 이들 모두를 표시한다. 추가로, 점선은 제어 기능을 표시하기 위해 라벨이 붙어 있으며 이와 같이 도8의 구조 및 논리로 명료하게 맵핑 가능하다.
도7의 구성요소에 대한 참조 번호는 도1에 대응하여, 종래의 라인 밸브, 게이지, 스위치, 팬 및 필터의 다양한 기호는 다음과 같다:
기호:
압력 게이지
온도 게이지
필터
압력 제거기
체크 밸브
통상 개방된 솔레노이드 밸브
차단 밸브
통상 폐쇄된 솔레노이드 밸브
펌프
팬
모터
도7 및 도8을 모두 참조하면, PLC 프로그램(80)은 시스템의 출력 동력을 제어하는 알고리즘을 포함한다. 이는 압력 및 온도 신호의 부동 소수점 이진 표시를 사용한다. 이들 신호들은 샘플링되며 알고리즘은 주기적으로 연산된다. 언급한 "선택된" 값은 시스템 요건, 즉 본 시스템의 발전기 및 본 시스템의 열역학적 성질 전체와 작동 유체를 구동하는 데에 요구되는 팽창기 출력 작업에 기초하여 미리 선택된다. 다음의 설명에 있어서, 특정 블럭들을 구별하기 위한 참조 번호부터 시작한 다음 제어 논리 및 신호 흐름은 도면에 지시된 기능 기호에 의해 이어질 수 있다.
ㆍ 도7의 "A"에서(증발기(14)로부터의 기체 출력 라인(18)에서) 측정한 실제 팽창기 입력 온도(T1(u), 84)를 선택된 팽창기 입력 온도(86)로부터 제하여 오차 신호(c1)를 형성한다.
ㆍ 실제 팽창기 입력 온도(T1(u), 84)를 도7의 "B"(라인(40)의 응축기(42) 바로 상류)에서 측정한 실제 팽창기 출력 온도(T2(u), 88)로부터 제하여 팽창기를 가로지르는 실제 온도차(ActualΔT)를 형성한다.
ㆍ 팽창기를 가로지르는 실제 온도차(ActualΔT)를 선택된 팽창기(ΔT, 90)와 오차 신호(c1)로부터 제하여 오차 신호(c2)를 형성한다.
ㆍ 오차 신호(c2)는 보상을 위해 필요하므로 선택적으로 열역학 방정식, 조견표 또는 그래프(92)의 디지털 표현에 적용되고, 그 출력이 c3이다.
ㆍ 실제 팽창기 입력 압력(P(u), 106)이 열역학 방정식, 조견표 또는 그래프(108)의 디지털 표현에 적용되고, 그 출력이 p1이다.
ㆍ 그런 다음, 선택된 팽창기 압력(94)와 오차 신호(c3)로부터 p1을 제하여 오차 신호(c4)를 형성한다. c4는 선택적 PID(proportional integral derivative) 신호 조절 및 보상 알고리즘(96)에 적용되어 c5를 형성한다.
ㆍ c5는 적분기 알고리즘(98)에 적용되어 신호(c6)를 형성한다.
ㆍ c6는 VFD(100)로의 제어 신호의 부동 소수점 이진수 표현이다. VFD로 입력되는 이러한 제어 신호는 전압, 전류 또는 직렬 비트 스트림일 수 있다. 도시된 도면에서는 전압이다. 이진 형태의 제어 신호는 PLC 버스 상의 디지털-아날로그 변환 모듈에 적용된다. 이러한 모듈의 출력 전압 신호(c)는 VFD(100)의 입력부에 연결된다.
이어서, VFD(100)는 펌프 모터의 동력 입력을 조절함으로써 펌프(50)의 모터(102)를 구동한다(도7 참조). 펌프 모터의 속도는 VFD 출력에 의해 조절되며, 이는 펌프 모터 동력도 공급한다. 이러한 논의에서 중요한 것은, 도8에서 전압 신호(c)가 VFD 전달 함수(V(c))에 의해 펌프 속도(ω)로 변환된다는 점이다. 작동 유체의 유속은 u로 표시된다. 질량 유동은 임의의 소정 작동 유체의 유속으로부터 용이하게 계산될 수 있다. 유속은 전달 함수(U(ω), 104)에 의해 펌프 속도와 관련된다. 지점(A)에서의 작동 유체 유속과 압력의 관계는 전달 함수(P(u), 106)에의해 표시된다. 전압(P)은 전술한 바와 같은 열역학 방정식과 관련되며, 이러한 제3 제어 루프를 완료시킨다.
지점(A)에서의 작동 유체 유속과 압력 사이의 관계와, 지점(A, B)에서의 온도는 각각 전달 함수(P(u), T1(u), T2(u), 106, 84, 86)로 표시된다. 이들 전달 함수들의 엄밀한 특성은 꽤 복잡하고 넓은 범위에 걸쳐서 비선형일 수 있지만, 전달 함수가 제어 범위 내에서 구분적으로 선형이기만 하면 전달 함수의 엄밀한 특성을 알 필요가 없다.
지점(A)에서의 온도 및 압력과, 지점(B)에서의 온도는 도7에 도시된 온도 센서들을 사용하여 검지된다. 이들 센서들은 조절 회로 또는 독립형 트랜스듀서가 구비된 열전쌍(thermocouple)일 수 있다. 이들 센서/트랜스듀서의 출력은 측정한 온도에 비례하는 전압 또는 전류이거나 온도를 나타내는 직렬 비트 스트림일 수 있다. 도시된 도7 및 도8에 있어서, 이들 신호는 전압이다. 신호(T1, T2, P)들은 PLC CPU(78)의 LC 버스 섹션 상의 아날로그-디지털 변환 모듈을 사용하여 부동 소수점 이진수 표현으로 변환된다.
도8에 도시된 바와 같이, PLC 프로그램은 또한 다양한 펌프, 밸브, 모터 및 발전기의 제어부(112)를 위한 다른 디지털 또는 아날로그 입력과 함께, 언급한 신호들을 사용하여, 완성된 시스템을 위한 시동/중단 절차, 모니터링 및 보호 처리를 위한 논리 작업(110)을 수행한다.
본 발명의 동력 생성 시스템은 종래의 설비를 사용하여 당해 분야의 숙련자에 의해 용이하게 구현될 수 있으며 폐열, 특히 93 내지 121 ℃(200 내지 250 ℉) 정도로 낮은 온도의 저급 열 및 유사한 온도 값을 갖는 유체를 생성하는 태양열 시스템 또는 지열원을 갖는 산업 및 상업 시설에서 넓은 응용 가능성을 가짐이 분명하다. 대부분의 모든 산업 공정들과 많은 상업 설비들이 그 처리 및 작동을 위해 그리고 공간 난방을 위해 열을 생성하므로, 본 발명의 시스템이 특히 본 명세서에 개시된 스키드 장착형 인자로 사용할 수 있는 용이하게 입수 가능한 열원이 있게 된다.
본 발명의 시스템은 자동차에 적용하고자 하는 것은 아니다. 그러나, 모듈형 유닛 구성이고 용이하게 기존의 소매, 산업 또는 동력 생성 시스템으로 개조되므로, 본 발명의 시스템은 터빈으로부터 배출되는 기체, 일부 발전소 연도 가스 공급원, 핵 반응로 냉매 루프, 또는 함선 증기 보일러, 터빈 냉각 루프 또는 핵 반응로 폐열과 같은 함선 계통 열원으로부터의 폐열에 용이하게 적응될 수 있다.
본 발명의 시스템은, 예를 들어 석탄, 기체 또는 오일 연소 발전소의 연도 가스 또는 핵 발전소로부터의 가열된 냉각수로부터의 저급 열을 활용하는 것을 포함한 병합 발전의 부속물의 일종으로서 발전소로부터 폐열을 활용하도록 된 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 산업상 이용가능성을 설명하기 위해, 도1에 도시된 바와 같이 연결된 도2 내지 도5의 스키드 장착형 시스템의 작동의 실제 예는 다음과 같다(모든 위치는 도1을 참조하고, 온도는 ℉, 표준 용도 유도 권선부를 구동시키기 위해 R123 냉매에 의해 구동되는 오일 윤활식 스크류 팽창기의 경우, 0.85 동력 인자,30 amp, 3상, 60 ㎐±2.5 ㎐에서 480 V±10 V의 출력을 제공하는 발전기(28)):
공급수 온도, 배출(12a에서) : 102 ℃(216 ℉)
공급수 복귀(12b에서) : 99 ℃(201 ℉) @ 179 kPa(26 psig)
증발기(열 교환기)(11에서) : 100 ℃(212 ℉)
증발기(열 교환기)(13에서) : 99 ℃(201 ℉), 75-85 gpm @ 76 kPa(11 psig)
팽창기로의 냉매 가스 온도(18 및 22에서) : 98 ℃(208 ℉), 510-634 kPa
(74-92 psig)
응축기 상류의 분리기(40에서) 후의 냉매 가스 온도 : 42 ℃(108 ℉) @ 0kPa
(0 psig)
WF 루프(16)에서의 냉매 유동 : 12-13 gpm
WFP(50)에서 나오는 냉매 액체 온도 : 17 ℃(62 ℉)
생성 동력(도1의 30에서) : 22 ㎾H @ 428 kPa(82 psig) (18 및 22에서)
생성 동력(도1의 30에서) : 27.5 ㎾H @ 634 kPa(92 psig) (18 및 22에서)
생성 동력은 실제 검사 데이터이며, 통상적인 인자를 통한 ㎾의 손실(예를 들어, 밀봉, 오염 등을 통한 냉매의 손실)을 반영한다. 명백히, 93 내지 121 ℃(200 내지 220 ℉)의 폐열, 통상적인 산업 또는 소매 작업 폐열 또는 발전소 폐열로부터 480 V/30 Amp의 25 ㎾H 정도의 출력은 특히 이와 같은 공급원의 개수를 고려하면 중요하다. 25 ㎾H는 8 내지 10 개의 가정 또는 상당한 소매 또는 산업 작업에 동력을 공급하게 될 것이다.
본 발명의 범위 내에서의 다양한 변형들을 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않으면서 실행될 수 있을 것으로 이해해야 한다. 그러므로, 본 발명은 종래 기술이 허용되는 것처럼 가능한 넓게 첨부된 청구의 범위의 범주에 의해 한정되기를 바라며, 필요하다면 본 명세서에 비추어 당해 기술 분야에서 인지되는 또는 인지될 균등물을 포함한다.

Claims (16)

  1. 저급 폐열원 및 태양열원으로부터 전기 또는 직접적인 축 동력을 생성하기 위한 시스템이며,
    a) 폐쇄형 작동 유체 회로와,
    b) 제어기를 작동적 조합으로 포함하며,
    상기 폐쇄형 작동 유체 회로는
    i) 작동 유체를 압력 하에서 액체에서 가열된 기체로 변환시키기 위해 저급 폐열원 또는 태양열원으로부터 열 에너지를 제공하는 적어도 하나의 열 교환기와,
    ⅱ) 축에 동력을 생성하도록 상기 가열된 작동 유체에 의해 구동되어, 그 결과 작동 유체의 압력이 감소되게 하는 팽창기와,
    ⅲ) 전기를 생성하도록 상기 팽창기의 축에 의해 구동되는 발전기와,
    ⅳ) 상기 압력이 저하된 기체 작동 유체 온도를 감소시킴으로써 상기 기체 작동 유체를 응축 온도 이하의 액체로 변환시키는 응축기와,
    ⅴ) 작동 유체를 상기 회로 내에서 순환시키기 위한 펌프를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 발전기와, 상기 회로 내의 액체 또는 기체 형태의 작동 유체의 선택된 온도 및 압력을 모니터하고, 상기 펌프, 팽창기 및 발전기를 제어하기 위해 제어 신호를 제공하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팽창기는 역으로 배관된 스크류 압축기인 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 발전기는 유도형 발전기와 동기형 발전기에서 선택되며, 상기 회로는 상기 팽창기 주위에 긴급 작동 유체 바이패스를 포함하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 팽창기는 오일 윤활식 베어링과 제2 윤활 오일 분리 및 재순환 루프를 포함하는 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 작동 유체 회로는 상기 팽창기의 배출부 측에 필터를 포함하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열 교환기는 다단식인 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 펌프는 상기 제어기에 의해 제어되는 가변 주파수 드라이브에 의해 구동되는 시스템.
  8. 제3항에 있어서, 상기 회로는 상기 작동 유체 펌프를 위한 수두를 제공하기 위해 상기 응축기의 하류에 리시버를 포함하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 응축기는 냉각탑과 냉각수 섬프 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 수냉식 열 교환기에 의해 냉각되는 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 적어도 하나의 제어 루프, 실제 팽창기 입력 압력 및 온도와 팽창기 배출 온도의 측정치를 나타내는 온도 및 압력 입력, 발전기 rpm과 동력 모니터링, 응축기 제어, 가변 주파수 드라이브로의 출력, 소정의 팽창기 입력 온도, 압력 및 ΔT를 포함하는 프로그램, 및 펌프 온/오프 제어, 바이패스 밸브 제어, 발전기 온/오프 라인 제어를 위한 출력을 갖는 PLC를 포함하는 시스템.
  11. 저급 폐열원 및 태양열원으로부터 직접적인 축 동력을 발생시키기 위한 시스템이며,
    a) 폐쇄형 작동 유체 회로와,
    b) 제어기를 작동적 조합으로 포함하며,
    상기 폐쇄형 작동 유체 회로는
    i) 작동 유체를 압력 하에서 액체에서 가열된 기체로 변환시키기 위해 저급 폐열원 또는 태양열원으로부터 열 에너지를 제공하는 적어도 하나의 열 교환기와,
    ⅱ) 일을 하도록 직접적인 동력 취출 장치를 부하에 제공하는 축과,
    ⅲ) 상기 축에 동력을 생성하도록 상기 가열된 작동 유체에 의해 구동되어, 그 결과 작동 유체의 압력이 감소되게 하는 팽창기와,
    ⅳ) 상기 압력이 저하된 기체 작동 유체 온도를 감소시킴으로써 상기 기체 작동 유체를 응축 온도 이하의 액체로 변환시키는 응축기와,
    ⅴ) 작동 유체를 상기 회로 내에서 순환시키기 위한 펌프를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 축과, 상기 회로 내의 액체 또는 기체 형태의 작동 유체의 선택된 온도 및 압력을 모니터하고, 상기 펌프 및 팽창기 동력 취출 장치를 제어하기 위해 제어 신호를 제공하는 시스템.
  12. 저급 폐열원 또는 태양열원으로부터 직접적인 축 동력 또는 전기를 생성하는 방법이며,
    a) 작동 유체를 더 높은 온도의 가압 기체로 가열시키기 위해 액체 작동 유체에 저급 폐열원을 제공하는 단계와,
    b) 상기 가열된 압축 기체로 출력 축를 갖는 팽창기를 구동함으로써 상기 기체의 압력을 감소시키는 단계와,
    c) 상기 기체 작동 유체를 응축 온도 이하의 액체로 응축시키는 단계와,
    d) 상기 액체 작동 유체를 폐쇄형 작동 유체 회로 내에서 저급 폐열원으로 재순환시키는 단계와,
    e) 상기 팽창기 출력 축으로부터 전기적인 또는 직접적인 동력을 생성하기 위해 액체 및 기체 작동 유체의 압력 및 온도를 모니터링 및 제어하는 단계를 작동 순서로서 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기체 작동 유체가 상기 압축기 출력 축을 구동하도록 상기 팽창기는 상기 회로 내에서 역으로 배향된 스크류 압축기를 포함하고, 상기 재순환 단계는 저급 폐열원으로부터 열을 얻기 위해 열 교환기를 통해 압력 하에서상기 액체 작동 유체를 펌핑하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 제어 가능한 가변 주파수 드라이브로 펌프를 구동하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 모니터링 및 제어 단계는 상기 축과 회로 내의 액체 및 기체 형태의 작동 유체의 선택된 온도 및 압력을 모니터링하고, 상기 펌프, 팽창기 및 발전기를 제어하기 위해 제어 신호를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 모니터링 및 제어 단계는,
    적어도 하나의 제어 루프, 실제 팽창기 입력 압력 및 온도와 팽창기 배출 온도의 측정치를 나타내는 온도 및 압력 입력, 발전기 또는 팽창기 출력 축 rpm 및 동력 모니터링, 팽창기 배출 기체의 액체로의 냉각 제어, 가변 주파수 드라이브로의 출력, 소정의 팽창기 입력 온도, 압력 및 ΔT를 포함하는 프로그램, 및 펌프 온/오프의 제어, 밸브의 제어 및 발전기 온/오프 라인 상태의 제어를 위한 출력을 갖는 PLC를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
KR10-2004-7013183A 2002-02-25 2003-02-25 폐열 태양열 에너지 시스템 KR20040111364A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US36007202P 2002-02-25 2002-02-25
US60/360,072 2002-02-25
US10/374,581 2003-02-24
US10/374,581 US6981377B2 (en) 2002-02-25 2003-02-24 System and method for generation of electricity and power from waste heat and solar sources
PCT/US2003/005899 WO2003072384A1 (en) 2002-02-25 2003-02-25 Waste heat solar energy system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040111364A true KR20040111364A (ko) 2004-12-31

Family

ID=27767591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2004-7013183A KR20040111364A (ko) 2002-02-25 2003-02-25 폐열 태양열 에너지 시스템

Country Status (12)

Country Link
US (1) US6981377B2 (ko)
EP (1) EP1478540A4 (ko)
JP (1) JP2005518493A (ko)
KR (1) KR20040111364A (ko)
CN (1) CN100408940C (ko)
AU (1) AU2003217755B2 (ko)
BR (1) BR0303324A (ko)
CA (1) CA2478160A1 (ko)
MX (1) MXPA04008234A (ko)
NZ (1) NZ534888A (ko)
PL (1) PL372240A1 (ko)
WO (1) WO2003072384A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101399932B1 (ko) * 2013-04-05 2014-05-30 (주)썬테크 저온의 열원을 이용한 발전 장치

Families Citing this family (174)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7158900B2 (en) * 2002-01-07 2007-01-02 Siemens Energy & Automation, Inc. Pulse output function for programmable logic controller
CN100392587C (zh) * 2002-06-03 2008-06-04 西门子能量及自动化公司 用于编程智能模块的向导
US20040261676A1 (en) * 2003-06-09 2004-12-30 Choi Donald H Utilization of exhaust heat for conversion of water to fuel
US7096925B2 (en) * 2003-06-19 2006-08-29 General Motors Corporation Modular electric HVAC systems for vehicles
AT414268B (de) * 2004-06-08 2006-10-15 Int Innovations Ltd Wärmekraftmaschine
WO2006022829A1 (en) * 2004-08-09 2006-03-02 Carrier Corporation Co2 refrigeration circuit with sub-cooling of the liquid refrigerant against the receiver flash gas and method for operating the same
US7340899B1 (en) 2004-10-26 2008-03-11 Solar Energy Production Corporation Solar power generation system
DE102005051428B4 (de) * 2004-10-29 2015-05-28 Denso Corporation Abwärmenutzungsvorrichtung
US20060236698A1 (en) * 2005-04-20 2006-10-26 Langson Richard K Waste heat recovery generator
WO2007006088A1 (en) * 2005-07-07 2007-01-18 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Solar power and thermal utilization system
CN100385169C (zh) * 2006-01-05 2008-04-30 河北农业大学 一种垃圾焚烧热气流发电装置
US20100192574A1 (en) 2006-01-19 2010-08-05 Langson Richard K Power compounder
CN100425925C (zh) * 2006-01-23 2008-10-15 杜培俭 利用天然工质以及太阳能或废热的发电、空调及供暖装置
GB2436129A (en) * 2006-03-13 2007-09-19 Univ City Vapour power system
US7559394B2 (en) * 2006-03-17 2009-07-14 Gm Global Technology Operations, Inc. Energy recovery system
US7260934B1 (en) * 2006-04-05 2007-08-28 John Hamlin Roberts External combustion engine
US20070266708A1 (en) * 2006-05-18 2007-11-22 Rapitis Marios K Self-contained refrigerant powered system
US7741727B2 (en) * 2006-12-22 2010-06-22 Genedics Clean Energy, Llc System and method for creating a networked infrastructure distribution platform of small fixed and vehicle based wind energy gathering devices along roadways
US20080149573A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Genedics Llc System and Method for Desalinating Water Using Alternative Energy
US7638891B2 (en) * 2006-12-22 2009-12-29 Genedics Clean Energy, Llc Wind turbine and solar gathering hybrid sheets
US20080154801A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Genedics Llc System and Method for Creating a Geothermal Roadway Utility with Alternative Energy Pumping Billing System
US7495351B2 (en) * 2006-12-22 2009-02-24 Genedics Llc System and method for creating a networked infrastructure distribution platform of solar energy gathering devices
US20080148732A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Genedics Llc System and Method for Creating a Geothermal Roadway Utility
US7525210B2 (en) * 2006-12-22 2009-04-28 Genedics Llc System and method for creating a networked infrastructure distribution platform of fixed and mobile solar and wind gathering devices
US7492053B2 (en) 2006-12-22 2009-02-17 Genedics Llc System and method for creating a networked vehicle infrastructure distribution platform of small wind gathering devices
US7566980B2 (en) * 2006-12-22 2009-07-28 Genedics Clean Energy, Llc System and method for creating a geothermal roadway utility with alternative energy pumping system
US7950143B2 (en) * 2006-12-22 2011-05-31 Genedics Clean Energy, Llc Method for creating micro/nano wind energy gathering devices
US7737571B2 (en) * 2006-12-22 2010-06-15 Genedics Clean Energy, Llc System and method for creating a networked infrastructure distribution platform of fixed hybrid solar wind energy generating devices
US20080154800A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Fein Gene S Reporting and billing system for clean energy infrastructure
US7501713B2 (en) * 2006-12-22 2009-03-10 Genedics Llc System and method for creating a networked infrastructure roadway distribution platform of solar energy gathering devices
US7498684B2 (en) * 2006-12-22 2009-03-03 Genedics Llc System and method for creating a portable networked vehicle infrastructure distribution platform of small wind gathering devices
US7937943B2 (en) * 2006-12-22 2011-05-10 Yiding Cao Heat engines
US7547984B2 (en) * 2006-12-22 2009-06-16 Genedics Llc System and method for creating a networked infrastructure distribution platform of small wind energy gathering devices
US20080149302A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Fein Gene S System and method for creating an open loop with optional closed loop riparian geothermal infrastructure
US20100252088A1 (en) * 2006-12-22 2010-10-07 Fein Gene S System and Method for Creating a Networked Vehicle Infrastructure Distribution Platform of Solar Energy Gathering Devices
WO2008118321A2 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Genedics Llc Reporting and billing system for clean energy infrastructure
US8839622B2 (en) * 2007-04-16 2014-09-23 General Electric Company Fluid flow in a fluid expansion system
WO2008154427A2 (en) * 2007-06-06 2008-12-18 Ausra, Inc. Convective/radiative cooling of condenser coolant
JP4875546B2 (ja) * 2007-06-13 2012-02-15 株式会社荏原製作所 排熱発電装置、排熱発電装置の作動媒体蒸気過熱度制御方法
US8561405B2 (en) * 2007-06-29 2013-10-22 General Electric Company System and method for recovering waste heat
US20090044529A1 (en) * 2007-08-17 2009-02-19 Yi-Tan Su Power cycle generator
US7516095B1 (en) * 2007-10-12 2009-04-07 Advisor Software, Inc. Stochastic control system and method for multi-period consumption
US20090113892A1 (en) * 2007-11-01 2009-05-07 Chris Chen Steam solar thermal collector generation system using solar power as a heating source
US20090179429A1 (en) * 2007-11-09 2009-07-16 Erik Ellis Efficient low temperature thermal energy storage
US8186161B2 (en) * 2007-12-14 2012-05-29 General Electric Company System and method for controlling an expansion system
EP2235332A4 (en) * 2007-12-21 2014-01-22 United Technologies Corp OPERATION OF A SUBMARINE ORGANIC RANKINE CYCLE (ORC) SYSTEM USING INDIVIDUAL PRESSURE CONTAINERS
US11569001B2 (en) 2008-04-29 2023-01-31 Holtec International Autonomous self-powered system for removing thermal energy from pools of liquid heated by radioactive materials
US20090283386A1 (en) * 2008-05-15 2009-11-19 International Business Machines Corporation System to automatically move physical infrastructure to optimize geothermal cooling
US7964787B2 (en) * 2008-05-21 2011-06-21 Deepak Jaisinghani Hybrid solar power generator
US8266908B2 (en) * 2008-06-30 2012-09-18 Ormat Technologies, Inc. Multi-heat source power plant
CN101302945B (zh) 2008-07-10 2011-04-27 张中和 通过流体温差产生能量的设备
US20100034684A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 General Electric Company Method for lubricating screw expanders and system for controlling lubrication
AU2009282872B2 (en) * 2008-08-19 2014-11-06 Waste Heat Solutions Llc Solar thermal power generation using multiple working fluids in a Rankine cycle
FR2935782B1 (fr) * 2008-09-05 2013-07-05 Alain Moure Systeme de chauffage avec recuperation de chaleur des eaux usees optimisee
JP2010065587A (ja) * 2008-09-10 2010-03-25 Sanden Corp 廃熱利用装置
US20110162398A1 (en) * 2008-09-10 2011-07-07 United Technologies Corporation Refrigerant powered valve for a geothermal power plant
US8833079B2 (en) * 2008-09-18 2014-09-16 Douglas W. P. Smith Method and apparatus for generating electricity
US20100146974A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-17 General Electric Company System for recovering waste heat
ES2366308B1 (es) * 2009-01-20 2012-09-07 Sendoa Urbina Ruiz Sistema para generar energía.
US8616323B1 (en) 2009-03-11 2013-12-31 Echogen Power Systems Hybrid power systems
ES2345379B1 (es) * 2009-03-20 2011-09-16 Abengoa Solar New Technologies S.A. Planta solar combinada de tecnologia de aire y vapor.
US20100242479A1 (en) * 2009-03-30 2010-09-30 General Electric Company Tri-generation system using cascading organic rankine cycle
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
JP4838870B2 (ja) * 2009-04-28 2011-12-14 三菱重工業株式会社 伝熱管監視装置
DE102009041550A1 (de) * 2009-04-29 2010-11-04 Daimler Ag Wärmenutzungsvorrichtung und Betriebsverfahren
ES2350991B1 (es) 2009-06-03 2011-10-14 Abengoa Solar New Technologies S.A. Planta de concentracion solar de tecnologia de torre con tiro natural.
ES2370552B1 (es) 2009-06-19 2013-02-15 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Procedimiento de refrigeración por tiro natural de una planta de concentración solar.
WO2010151560A1 (en) 2009-06-22 2010-12-29 Echogen Power Systems Inc. System and method for managing thermal issues in one or more industrial processes
US20110017875A1 (en) * 2009-07-23 2011-01-27 Cheng-Yi Lu Photovoltaic array
US9316404B2 (en) 2009-08-04 2016-04-19 Echogen Power Systems, Llc Heat pump with integral solar collector
US8434308B2 (en) * 2009-09-15 2013-05-07 General Electric Company Heat pipes for transferring heat to an organic rankine cycle evaporator
US8096128B2 (en) 2009-09-17 2012-01-17 Echogen Power Systems Heat engine and heat to electricity systems and methods
US8869531B2 (en) 2009-09-17 2014-10-28 Echogen Power Systems, Llc Heat engines with cascade cycles
US8813497B2 (en) 2009-09-17 2014-08-26 Echogen Power Systems, Llc Automated mass management control
US8613195B2 (en) 2009-09-17 2013-12-24 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US10924042B2 (en) 2009-09-23 2021-02-16 The Boeing Company Pneumatic energy harvesting and monitoring
US9146141B2 (en) * 2009-09-23 2015-09-29 The Boeing Company Pneumatic energy harvesting and monitoring
US20110100005A1 (en) * 2009-10-30 2011-05-05 Sampson Glenn A Water reclamation in a concentrated solar power-enabled power plant
CA2975466A1 (en) 2009-11-16 2011-05-19 Paradigm Waterworks, LLC Systems for energy recovery and related methods
US8641793B2 (en) * 2009-12-07 2014-02-04 Paradigm Waterworks, LLC Devices, systems, and methods for separation of feedstock components
JP5081894B2 (ja) * 2009-12-14 2012-11-28 株式会社神戸製鋼所 発電装置
US8418466B1 (en) 2009-12-23 2013-04-16 David Hardgrave Thermodynamic amplifier cycle system and method
US20110175358A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Richard Langson One and two-stage direct gas and steam screw expander generator system (dsg)
IN2012DN05179A (ko) * 2010-01-26 2015-10-23 Tmeic Corp
RS61380B1 (sr) * 2010-02-09 2021-02-26 Shandong Natergy Energy Technology Co Ltd Diferencijalni temperaturni uređaj motora
US20110197828A1 (en) * 2010-02-15 2011-08-18 Zoran Iskrenovic Power Generation Using Water Pressure
DE102010011737B4 (de) * 2010-03-17 2012-06-06 Henry Schwarz Verfahren und Vorrichtung zur Energieumwandlung
CN101860279B (zh) * 2010-04-13 2012-07-25 任毛丁 微温差热能发电装置
CN103026608A (zh) * 2010-04-13 2013-04-03 B·沙雷夫 太阳能接收器
CN101799190B (zh) * 2010-04-19 2012-08-22 江苏贝德莱特太阳能科技有限公司 太阳能集中供暖控制系统
US8656720B1 (en) 2010-05-12 2014-02-25 William David Hardgrave Extended range organic Rankine cycle
US8813498B2 (en) * 2010-06-18 2014-08-26 General Electric Company Turbine inlet condition controlled organic rankine cycle
ITRM20100385A1 (it) * 2010-07-13 2012-01-14 Maya S R L Impianto per la produzione di energia
GB2485162B (en) * 2010-11-02 2015-12-16 Energetix Genlec Ltd Boiler Unit
US20120222421A1 (en) * 2010-11-10 2012-09-06 James Hanna Solar energy gas turbine
US8857186B2 (en) 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
US8783034B2 (en) 2011-11-07 2014-07-22 Echogen Power Systems, Llc Hot day cycle
US8616001B2 (en) 2010-11-29 2013-12-31 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
US8857170B2 (en) * 2010-12-30 2014-10-14 Electratherm, Inc. Gas pressure reduction generator
DE102011003068B4 (de) * 2011-01-24 2019-02-07 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine
US9109614B1 (en) * 2011-03-04 2015-08-18 Lightsail Energy, Inc. Compressed gas energy storage system
US20120227425A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 Wayne Poerio Solar turbo pump - hybrid heating-air conditioning and method of operation
US9772127B2 (en) * 2011-03-08 2017-09-26 JOI Scientific, Inc. Solar turbo pump—hybrid heating-air conditioning and method of operation
ITCO20110013A1 (it) 2011-03-29 2012-09-30 Nuovo Pignone Spa Sistemi di chiusura per turboespansori da usare in cicli rankine organici
US8572973B2 (en) * 2011-04-11 2013-11-05 Institute Of Nuclear Energy Research, Atomic Energy Council Apparatus and method for generating power and refrigeration from low-grade heat
WO2012145406A2 (en) 2011-04-18 2012-10-26 Holtec International, Inc. Autonomous self-powered system for removing thermal energy from pools of liquid heated by radioactive materials, and methods of the same
JP5597597B2 (ja) * 2011-06-09 2014-10-01 株式会社神戸製鋼所 発電装置
US9677546B2 (en) * 2011-06-21 2017-06-13 Carrier Corporation Solar energy driven system for heating, cooling, and electrical power generation incorporating combined solar thermal and photovoltaic arrangements
JP5866819B2 (ja) * 2011-06-27 2016-02-24 株式会社Ihi 廃熱発電装置
US20120324885A1 (en) * 2011-06-27 2012-12-27 Turbine Air Systems Ltd. Geothermal power plant utilizing hot geothermal fluid in a cascade heat recovery apparatus
JP5596631B2 (ja) * 2011-06-30 2014-09-24 株式会社神戸製鋼所 バイナリ発電装置
US20130106191A1 (en) * 2011-07-26 2013-05-02 Claudia Iovino Renewable mobile resource station
US8813500B2 (en) * 2011-08-03 2014-08-26 Dresser-Rand Company Combined heat exchanger expander mounting system
JP5460663B2 (ja) * 2011-09-07 2014-04-02 株式会社神戸製鋼所 発電装置
WO2013055391A1 (en) 2011-10-03 2013-04-18 Echogen Power Systems, Llc Carbon dioxide refrigeration cycle
CN102520675B (zh) * 2011-10-23 2014-03-12 西安交通大学 燃气联合循环与太阳能发电联合制热系统及其调度方法
NZ596481A (en) * 2011-11-16 2014-10-31 Jason Lew Method and apparatus for utilising air thermal energy to output work, refrigeration and water
PL218098B1 (pl) 2011-12-13 2014-10-31 Henryk Zawada Układ przetwarzania energii
DE102011056796B4 (de) * 2011-12-21 2017-03-02 Flagsol Gmbh Solarthermisches Kraftwerk und Verfahren zur Regelung des Wärmeträgermediummassenstroms
US8997490B2 (en) 2012-02-02 2015-04-07 Electratherm, Inc. Heat utilization in ORC systems
WO2013123546A1 (en) * 2012-02-20 2013-08-29 Regen Technologies Pty Ltd Variable speed gas turbine generation system and method
DE102012203478B4 (de) * 2012-03-06 2017-05-18 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine
CN103362760A (zh) * 2012-03-29 2013-10-23 浙江比华丽电子科技有限公司 太阳能低温有机朗肯循环热能发电系统
DE102012209139A1 (de) * 2012-05-31 2013-12-05 Man Diesel & Turbo Se Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage
US9038389B2 (en) * 2012-06-26 2015-05-26 Harris Corporation Hybrid thermal cycle with independent refrigeration loop
EP2893162B1 (en) 2012-08-20 2017-11-08 Echogen Power Systems LLC Supercritical working fluid circuit with a turbo pump and a start pump in series configuration
US9341084B2 (en) 2012-10-12 2016-05-17 Echogen Power Systems, Llc Supercritical carbon dioxide power cycle for waste heat recovery
US9118226B2 (en) 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
JP5845161B2 (ja) * 2012-10-16 2016-01-20 本田技研工業株式会社 コージェネレーション装置
US20140109575A1 (en) * 2012-10-22 2014-04-24 Fluor Technologies Corporation Method for reducing flue gas carbon dioxide emissions
KR101401422B1 (ko) * 2012-11-02 2014-07-01 한국에너지기술연구원 태양에너지와 지열을 융합한 열-전기 복합 생산 시스템
JP5918117B2 (ja) * 2012-12-18 2016-05-18 株式会社神戸製鋼所 発電装置
EP2948649B8 (en) 2013-01-28 2021-02-24 Echogen Power Systems (Delaware), Inc Process for controlling a power turbine throttle valve during a supercritical carbon dioxide rankine cycle
WO2014117068A1 (en) 2013-01-28 2014-07-31 Echogen Power Systems, L.L.C. Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
US20140224469A1 (en) * 2013-02-11 2014-08-14 Access Energy Llc Controlling heat source fluid for thermal cycles
NO335230B1 (no) * 2013-02-19 2014-10-27 Viking Heat Engines As Anordning og framgangsmåte for drifts- og sikkerhetsregulering ved en varmekraftmaskin
US10934895B2 (en) 2013-03-04 2021-03-02 Echogen Power Systems, Llc Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
US10872706B2 (en) 2013-03-14 2020-12-22 Westinghouse Electric Company Llc Apparatus for passively cooling a nuclear plant coolant reservoir
JP2013151941A (ja) * 2013-04-04 2013-08-08 Sanden Corp 廃熱利用システム
US9845711B2 (en) * 2013-05-24 2017-12-19 Cummins Inc. Waste heat recovery system
CN103775144B (zh) * 2013-08-15 2016-03-02 王天祥 高聚光型太阳能光热直接蒸发式流体正压循环发电系统
US9874112B2 (en) * 2013-09-05 2018-01-23 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system having a selectively configurable working fluid circuit
JP6376492B2 (ja) 2013-09-10 2018-08-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 空冷ユニット
US11952903B2 (en) 2013-11-08 2024-04-09 Galileo Technologies Corp. Microturbine and method of manufacture
US20150128557A1 (en) * 2013-11-08 2015-05-14 Gnc Galileo S.A. Microscale distributed energy cogeneration method and system
CN103742416B (zh) * 2014-01-27 2016-08-17 上海瑞晨环保科技有限公司 水冷喷油螺杆空压机余热回收系统
WO2015117619A1 (de) * 2014-02-04 2015-08-13 Talbot New Energy Ag Niederdruckstromerzeugungssystem
WO2015117621A1 (de) * 2014-02-06 2015-08-13 Talbot New Energy Ag Niederdruckstromerzeugungssystem
US20150240639A1 (en) * 2014-02-21 2015-08-27 Electratherm, Inc. Apparatus, systems and methods for lubrication of fluid displacement machines
DE102014206033A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Systems für einen thermodynamischen Kreisprozess, Steuereinrichtung für ein System für einen thermodynamischen Kreisprozess, System, und Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einem System
JP6423614B2 (ja) * 2014-05-13 2018-11-14 株式会社神戸製鋼所 熱エネルギー回収装置
GB201408960D0 (en) * 2014-05-20 2014-07-02 Univ Ireland Dublin Steam cycle power module
US20150361831A1 (en) * 2014-06-12 2015-12-17 General Electric Company System and method for thermal management
US9606529B2 (en) 2014-07-31 2017-03-28 Miq Llc User customization of auto-detected data for analysis
JP6398117B2 (ja) * 2014-08-21 2018-10-03 株式会社Ｉｈｉ回転機械エンジニアリング 廃熱発電装置
WO2016073252A1 (en) 2014-11-03 2016-05-12 Echogen Power Systems, L.L.C. Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
JP6485688B2 (ja) * 2014-12-25 2019-03-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱発電装置
US9589287B2 (en) 2015-06-29 2017-03-07 Miq Llc User community generated analytics and marketplace data for modular systems
EP3338034A4 (en) * 2015-08-19 2019-05-01 Poerio, Wayne, Martin AIR CONDITIONING WITH SOLAR TURBINE PUMP HYBRID HEATING AND METHOD OF OPERATION
CN105429563B (zh) * 2015-12-31 2018-02-23 哈尔滨工业大学 一种小型废热和太阳能多功能混合发电装置
US9630614B1 (en) * 2016-01-28 2017-04-25 Miq Llc Modular power plants for machines
CN105507971B (zh) * 2016-02-05 2017-04-19 江苏朗禾农光聚合科技有限公司 太阳能热动力储能系统
KR101836729B1 (ko) 2016-10-24 2018-03-08 현대자동차주식회사 윤활유 재생장치 및 윤활유 재생방법
US11187112B2 (en) 2018-06-27 2021-11-30 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
US11015846B2 (en) * 2018-12-20 2021-05-25 AG Equipment Company Heat of compression energy recovery system using a high speed generator converter system
US11137109B2 (en) * 2019-04-19 2021-10-05 Cactus Wellhead, LLC Remote greasing system
BR102019015247B8 (pt) * 2019-07-24 2020-07-07 Companhia Jaguari De Energia Cjee sistema e método de controle de pressão com reaproveitamento energético utilizando turbina redutora de pressão
US10934964B1 (en) * 2020-02-03 2021-03-02 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for storing and activating a calibration for a vehicle
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
US11421918B2 (en) 2020-07-10 2022-08-23 Energy Recovery, Inc. Refrigeration system with high speed rotary pressure exchanger
US11397030B2 (en) * 2020-07-10 2022-07-26 Energy Recovery, Inc. Low energy consumption refrigeration system with a rotary pressure exchanger replacing the bulk flow compressor and the high pressure expansion valve
IL303493A (en) 2020-12-09 2023-08-01 Supercritical Storage Company Inc A system with three reservoirs for storing thermal electrical energy
US11619379B2 (en) * 2022-08-16 2023-04-04 Regen Technologies Pte. Ltd. Solar thermodynamic power generator
CN115638034B (zh) * 2022-10-13 2024-05-24 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种采用太阳能光热提升垃圾发电循环效率的系统及方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1360489A (en) * 1971-06-03 1974-07-17 Weir Pumps Ltd Sealed lubricating system module
SE419128B (sv) 1974-09-05 1981-07-13 Projectus Ind Produkter Ab Forfarande for drift av vermepumpanleggning
US3990245A (en) 1976-01-30 1976-11-09 Volkmar Heilemann Energy converter device
US4079591A (en) 1976-08-02 1978-03-21 Derby Ronald C Solar power plant
US4120157A (en) 1977-03-02 1978-10-17 Tang Mou Lin Power generating and air conditioning system utilizing waste heat
JPS53132638A (en) * 1977-04-25 1978-11-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Power recovery system
JPS55132867A (en) * 1979-03-31 1980-10-16 Tokyo Shibaura Electric Co Packageetype electricity generation equipment
US4347711A (en) 1980-07-25 1982-09-07 The Garrett Corporation Heat-actuated space conditioning unit with bottoming cycle
JPS5849961B2 (ja) * 1981-07-20 1983-11-08 市光工業株式会社 車輛用灯具
JPS6056103A (ja) * 1983-09-08 1985-04-01 Hokuetsu Kogyo Co Ltd スクリユ−膨張機の給油装置
GB2239489A (en) 1989-09-26 1991-07-03 Roger Stuart Brierley Harnessing of low grade heat energy
US4984432A (en) 1989-10-20 1991-01-15 Corey John A Ericsson cycle machine
JPH03253702A (ja) * 1990-03-02 1991-11-12 Nkk Corp 低熱落差エネルギー利用発電装置
US5272879A (en) * 1992-02-27 1993-12-28 Wiggs B Ryland Multi-system power generator
JPH05272308A (ja) * 1992-03-26 1993-10-19 Toshiba Corp 有機媒体適用動力回収プラント
US5327987A (en) 1992-04-02 1994-07-12 Abdelmalek Fawzy T High efficiency hybrid car with gasoline engine, and electric battery powered motor
US6109047A (en) 1997-09-16 2000-08-29 B/E Aerospace Systems and methods for capacity regulation of refrigeration systems
US6053418A (en) 1998-01-14 2000-04-25 Yankee Scientific, Inc. Small-scale cogeneration system for producing heat and electrical power
AUPQ047599A0 (en) * 1999-05-20 1999-06-10 Thermal Energy Accumulator Products Pty Ltd A semi self sustaining thermo-volumetric motor
JP2001082761A (ja) * 1999-09-14 2001-03-30 Mitsubishi Electric Corp 空気調和機

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101399932B1 (ko) * 2013-04-05 2014-05-30 (주)썬테크 저온의 열원을 이용한 발전 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US6981377B2 (en) 2006-01-03
WO2003072384A1 (en) 2003-09-04
AU2003217755A1 (en) 2003-09-09
CN1671573A (zh) 2005-09-21
US20050183421A1 (en) 2005-08-25
NZ534888A (en) 2009-01-31
CN100408940C (zh) 2008-08-06
JP2005518493A (ja) 2005-06-23
EP1478540A4 (en) 2006-10-25
BR0303324A (pt) 2004-03-30
CA2478160A1 (en) 2003-09-04
AU2003217755B2 (en) 2009-07-23
MXPA04008234A (es) 2005-06-08
EP1478540A1 (en) 2004-11-24
PL372240A1 (en) 2005-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6981377B2 (en) System and method for generation of electricity and power from waste heat and solar sources
US20180171831A1 (en) Multiple organic rankine cycle systems and methods
US7841306B2 (en) Recovering heat energy
EP2147194B1 (en) Transportable generator system
US8384232B2 (en) Generating energy from fluid expansion
US8528333B2 (en) Controlled organic rankine cycle system for recovery and conversion of thermal energy
US20140102098A1 (en) Bypass and throttle valves for a supercritical working fluid circuit
US9322300B2 (en) Thermal cycle energy and pumping recovery system
WO2014146007A1 (en) Apparatus, systems, and methods for low grade waste heat management
US20180066547A1 (en) System and method for generation of electricity from any heat sources
US9540961B2 (en) Heat sources for thermal cycles
WO2011143287A2 (en) Cooling heat generating equipment
Gutzwiller et al. A 10 000-hp AC Adjustable-Frequency Compressor Drive-The Economics of Its Application
Keep Selection and conceptual design of turbomachinery for an Argon Brayton cycle for space based applications
BR102019015247A2 (pt) sistema e método de controle de pressão com reaproveitamento energético utilizando turbina redutora de pressão
Bennauer et al. AUTOMATION AND CONTROL OF ELECTRIC POWER GENERATION AND DISTRIBUTION SYSTEMS: STEAM TURBINES
Boda The SCSTPE organic Rankine engine
EP0058085A2 (en) Thermal energy conversion

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid