KR20060059856A - 유기적 랭킨 사이클 폐열 응용제품 - Google Patents

유기적 랭킨 사이클 폐열 응용제품 Download PDF

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KR20060059856A
KR20060059856A KR1020057007460A KR20057007460A KR20060059856A KR 20060059856 A KR20060059856 A KR 20060059856A KR 1020057007460 A KR1020057007460 A KR 1020057007460A KR 20057007460 A KR20057007460 A KR 20057007460A KR 20060059856 A KR20060059856 A KR 20060059856A
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rankine cycle
organic rankine
internal combustion
combustion engine
cycle system
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KR1020057007460A
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주스트 제이. 브라즈
브루스 피. 비더맨
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유티씨 파워, 엘엘씨
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Abstract

원심 압축기로서 설계된 기계는 역으로 기계를 작동시킴으로써 유기 랭킨 사이클 터빈으로써 적용된다. 터빈으로써 작동 중에 고압을 수용하기 위해, 적절한 냉매가 선택되어 온도와 압력이 설정 제한 내에서 유지된다. 용도에 대해 비교적 값비싼, 비경제적인 이러한 적응 형태의 존재는 대기로의 폐열에 의해 손실되는 에너지의 편리하고 경제적으로 이용하도록 한다.
터빈, 나선부, 노즐, 임펠러, 블레이드

Description

유기적 랭킨 사이클 폐열 응용제품{ORGANIC RANKINE CYCLE WASTE HEAT APPLICATIONS}
본 발명은 일반적으로 유기적 랭킨(Rankine) 사이클 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이를 위한 경제적이고 실용적인 방법과 장치에 관한 것이다.
공지된 폐쇄식 랭킨 사이클 시스템은 기동 유체를 증발시키기 위한 보일러 또는 증발기와, 발전기 또는 다른 하중을 구동하기 위해 보일러로부터 증기를 공급받는 터빈과, 터빈으로부터 배기된 증기를 응축하기 위한 응축기와, 보일러로 응축된 유체를 재순환하기 위한 펌프와 같은 수단을 포함한다. 이런 시스템이 미국 특허 제3,393,515호에 도시되고 설명되어 있다.
이런 랭킨 사이클 시스템은 일반적으로 전국에 걸쳐 주거 용도 또는 상업 용도를 위한 동력 배분 시스템이나 그리드에 제공되는 전력을 생성시키도록 사용된다. 이런 시스템에 사용되는 기동 유체는 대개 물이며, 터빈은 증기에 의해 구동된다. 보일러에 대한 열원은 예컨대 오일, 석탄, 천연 가스 또는 원자력과 같은 모든 형태의 화석 연료일 수 있다. 이런 시스템에서 터빈은 비교적 고온 고압에서 작동되도록 설계되고 제작과 사용에 비용이 많이 든다.
에너지 위기의 도래와 함께 현 세대의 이용 가능한 에너지를 보전하고 보다 효율적으로 사용하는 것에 대한 필요성으로 인해, 랭킨 사이클 시스템은 대기로 소실되어 그 자체로서 전력 생성을 위해 요구되는 것보다 더 많은 연료가 요구되게 함으로써 환경에 간접적으로 치명적인 영향을 미쳤던 소위 "폐열"을 포획하도록 사용되었다.
하나의 일반적인 폐열원은 메탄 가스가 연소되어 지구 온난화에 기여하는 쓰레기 매립 처리에서 발견될 수 있다. 메탄 가스가 대기로 진입해서 지구 온난화에 기여하는 것을 방지하기 위한 하나의 방안은 소위 "플레어즈(이하, 화염 연소, flares)" 방식으로 가스를 연소시키는 것이다. 메탄의 연소 생성물(CO2 및 H2O)이 환경에 미치는 해악은 적지만 달리 사용될 수도 있을 에너지의 손실이 크다.
다른 방안은 디젤 엔진이나 비교적 소형의 가스 터빈 또는 마이크로터빈에서 메탄 가스를 연소시키고 뒤이어 가스 터빈 또는 마이크로터빈이 발전기를 구동해서 전력이 동력 사용 설비에 직접 인가되거나 그리드로 복귀되도록 함으로써 메탄 가스를 효과적으로 이용하는 것이다. 디젤 엔진이나 마이크로터빈을 사용함에 있어서는 우선 여과 등에 의해 메탄 가스를 깨끗이 할 필요가 있으며 디젤 엔진의 경우에는 상당한 보수가 필수적이다. 또한, 이들 방안에서는 여전히 상당량의 에너지가 배기 가스를 거쳐 대기로 전달된다.
따라서, 본 발명의 목적은 폐열을 더욱 효과적으로 사용할 수 있는 신규하고 개선된 폐쇄식 랭킨 사이클 동력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조 및 사용이 경제적이고 효과적인 랭킨 사이클 터 빈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 2차 폐열원을 보다 효과적으로 사용하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비교적 저온 저압으로 작동할 수 있는 랭킨 사이클 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 사용시 경제적이고 실용적인 랭킨 사이클 시스템을 제공하는 것이다.
이들 목적과 다른 특징 및 장점들은 첨부 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.
간단히, 본 발명의 일 태양에 따르면, 공기 조화용 냉매의 압축을 위해 설계된 원심 압축기가 역류 관계로 사용됨으로써 폐쇄식 유기적 랭킨 사이클 시스템의 터빈으로서 작동한다. 이 경우, 비교적 저렴한 기존의 하드웨어 시스템이 폐열의 효과적인 사용을 위해 유기적 랭킨 사이클 시스템의 조건을 효과적으로 충족하도록 사용된다.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 베인형 확산기를 갖는 원심 압축기가 역류 구조에서 사용될 때 유동 지시 노즐을 갖는 동력 생성 터빈으로서 효과적으로 사용된다.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 개개의 파이프 개구가 노즐로서 사용되는 파이프형 확산기를 구비한 원심 압축기가 역류 관계에서 작동될 때 터빈으로서 사용된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 압축기/터빈은 압축기로서 작동할 때 그 작동 압력이 압축기/터빈의 작동 범위에 속하도록 선택되는 기동 유체로서 유기 냉매를 사용한다.
후술하는 바와 같이 도면에는 바람직한 실시예가 도시되어 있지만, 본 발명의 진정한 사상과 범주로부터 벗어남없이 본 실시예에 대한 다양한 개조와 대안적인 구조가 이루어질 수 있다.
도1은 종래 기술에 따른 증기 압축 사이클의 개략도이다.
도2는 종래 기술에 따른 랭킨 사이클 시스템의 개략도이다.
도3은 종래 기술에 따른 원심 압축기의 단면도이다.
도4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축기/터빈의 단면도이다.
도5는 종래 기술에 따른 확산기 구조의 사시도이다.
도6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 노즐 구조의 개략도이다.
도7a 및 도7b는 각각 종래 기술과 본 발명에 따르는 터빈 노즐 배열에서 반경비 R2/R1(외경/내경)의 개략도이다.
도8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축기/터빈에서 사용되는 두 개의 기동 유체의 온도 및 압력 관계를 도시한 그래프이다.
도9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다양한 구성 요소를 구비한 랭킨 사이클 시스템의 사시도이다.
도1을 참조하면, 직렬 유동 관계로 압축기(11)와, 응축기(12)와, 스로틀 밸브(13)와, 증발기/냉각기(14)를 포함하는 통상의 증기 압축 사이클이 도시되어 있다. 이런 사이클 내에서, R-11, R-12 또는 R-13과 같은 냉매가 화살표에 의해 지시된 바와 같이 반시계 방향으로 시스템을 거쳐 유동된다.
모터(16)에 의해 구동되는 압축기(11)는 증발기/냉각기(14)로부터의 냉매 증기를 수용하여 고온 고압으로 압축함으로써, 비교적 고온의 증기가 응축기(12)로 전달되며 응축기(12)에서 이 증기는 공기 또는 물과 같은 냉각 매체와의 열 교환 관계에 의해 냉각되어 액체 상태로 응축된다. 그 후, 액체 냉매는 응축기로부터 스로틀 밸브로 전달되며, 이때 냉매는 증발기/냉각기(14)를 통과함에 따라 저온의 2상 액체/증기 상태로 팽창된다. 증발기 액체는 증발기/냉각기를 통과하는 공기 또는 물에 냉각 효과를 제공한다. 그 후, 저압 증기가 압축기(11)로 전달됨으로써 사이클이 재개된다.
공기 조화 시스템의 크기에 따라서, 압축기는 소형 시스템을 위한 회전식, 스크류식 또는 왕복식 압축기이거나 대형 시스템을 위한 스크류식 압축기 또는 원심 압축기일 수 있다. 통상의 원심 압축기는 냉매 증기를 고속으로 가속하기 위한 임펠러와, 운동 에너지를 압력 에너지로 전환하면서 냉매를 저속으로 감속하기 위한 확산기 또는 후속 유동을 위해 배출 증기를 응축기로 수집하기 위한 수집기를 포함한다. 구동 모터(16)는 통상적으로 압축기(11)의 타 단부에 기밀식으로 밀폐 되어 있으며 변속 장치(26)를 거쳐 고속 샤프트를 회전시키도록 작동하는 전기 모터이다.
도2에 도시된 바와 같은 통상의 랭킨 사이클 시스템은 또한 증발기/냉각기(17)와, 상술한 바와 같은 증기 압축 사이클에서와 동일한 방식으로 각각 열을 수용해서 분산하는 응축기(18)를 포함한다. 그러나, 알 수 있는 바와 같이, 시스템 내에서 유체 유동의 방향은 증기 압축 사이클에서와 반대로 되며, 압축기(11)는 모터(16)가 아닌 시스템 내의 기동 유체에 의해 구동되고 뒤이어 동력을 생성하는 발전기(21)를 구동하는 터빈(19)으로 대체된다.
작업 시, 일반적으로 충분한 열이 입력되는 보일러인 증발기가 일반적으로 물이지만 냉매일 수도 있는 기동 유체를 증발시키면, 증기는 그 후 원동력을 제공하는 터빈으로 진행한다. 터빈을 떠날 때 저압을 갖는 증기가 응축기(18)로 진행하며 여기에서 증기는 냉각 매체와 열 교환 관계에 의해 응축된다. 그 후, 응축액은 도시된 바와 같이 펌프(22)에 의해 증발기/냉각기로 순환되어, 사이클을 완성한다.
도3을 참조하면, 임펠러(27)를 구동하기 위한 변속 장치(26)에 작동식으로 연결된 전기 구동 모터(24)를 포함하는 통상의 원심 압축기가 도시되어 있다. 오일 펌프(28)는 트랜스미션(26)을 통과하는 오일 순환을 제공한다. 임펠러(27)가 고속으로 회전하면, 냉매는 입구(29)로 유동해서 입구 안내 베인(31)과 임펠러(27)와 확산기(32)를 거쳐 수집기(33)로 유동하게 되고, 배출 증기는 수집기(33)에서 수집되어 상술한 바와 같이 응축기로 유동한다.
도4에서, 도3에 도시된 동일한 장치는 원심 압축기가 아닌 방사형 유입 터빈으로서 작동하도록 적용된다. 이와 같이, 기동 유체는 수집기(33)로서 설계된 입구 공동부(inlet plenum)(34) 내로 유입된다. 그 후, 기동 유체는 원심 압축기에서 확산기로서 기능하는 동일한 구조의 노즐(36)을 방사상 내향으로 통과한다. 그 후, 기동 유체는 임펠러(27)를 타격함으로써 그 회전 운동을 배분한다. 임펠러는 원심 압축기의 경우 모터로서 기능하는 동일한 구조의 발전기(24)를 구동하도록 변속 장치(26)를 거쳐 작동한다. 임펠러(27)를 통과한 후, 저압 가스는 입구 안내 베인(31)을 거쳐 배출구(27)로 진행한다. 이런 작업 모드에서, 입구 안내 베인(31)은 바람직하게는 완전 개방 위치로 이동되거나, 다르게는 장치로부터 완전히 제거된다.
상술한 바와 같은 원심 압축기의 용도에서, 확산기(32)는 베인형 또는 무베인형(vaneless) 확산기를 포함하는 다양한 형식의 확산기 중 어느 하나일 수 있다. 하나의 공지된 형식의 베인형 확산기는 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,145,317호에 도시되고 설명된 바와 같은 파이프형 확산기이다. 이런 확산기가 도5에서 도면부호 38로 지시되어 있으며 임펠러(27)를 원주 방향으로 감싸고 있다. 여기에서, 후방 쓸림형(backswept) 임펠러(27)가 도시된 바와 같이 시계 방향으로 회전함으로써, 고압 냉매는 화살표에 의해 도시된 바와 같이 확산기(38)를 통해 방사상 외향으로 유동한다. 확산기(38)는 원주 방향으로 이격된 복수개의 테이퍼부 또는 웨지(39)를 가지며 이들 사이에는 테이퍼형 채널(41)이 형성되어 있다. 그 후, 압축된 냉매는 도시된 바와 같이 방사상 외향으로 테이퍼형 채널(41)을 통과한 다.
원심 압축기가 도6에 도시된 바와 같이 터빈으로서 작동되는 용도에서, 임펠러(27)는 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 회전함으로써 임펠러(27)는 화살표에 의해 도시된 바와 같이 테이퍼형 채널(41)을 통해서 방사상 내향으로 유동하는 기동 유체에 의해 구동된다.
따라서, 원심 압축기에서 확산기(38)로서 작동하는 동일한 구조가 터빈 용도에서 노즐 또는 노즐의 수집부로서 사용된다. 이런 노즐 배열은 또한 종래 기술에 따른 노즐 배열을 넘어서는 장점을 제공한다. 종래 기술에 따른 노즐 배열과의 차이점과 이를 넘어서는 장점을 고려하여 도7a 및 도7b를 설명하기로 한다.
도7a를 참조하면, 원주 방향으로 배치된 복수개의 노즐 요소(43)로부터 기동 유체를 수용하는 중심 배치된 임펠러(27)에 대한 종래의 노즐 배열이 도시되어 있다. 노즐(43)의 반경 범위는 도시된 바와 같이 내경(R1) 및 외경(R2)로 정의된다. 개개의 노즐 요소(43)들은 비교적 짧으며 외경(R2)으로부터 내경(R1)까지 급하게 좁아지는 단면적을 갖는다. 또한, 노즐 요소들은 가압면(44) 및 흡입면(46) 모두에서 사실상 만곡됨으로써 이를 통해 유동하는 가스들을 화살표에 의해 도시된 바와 같이 사실상 회전시킨다.
상술한 노즐 설계의 장점은 전체적인 기계 크기가 비교적 작다는 점이다. 주로 이런 이유로 해서 전부가 아니라 하더라도 대부분의 터빈용 노즐 설계는 이 설계에 따른다. 그러나, 이런 설계에 의하면 몇 가지 단점이 있다. 예컨대, 노즐 효율은 노즐 회전 손실과 배출 유동 불균일로 인해 손상된다. 이런 노즐 회전 손실은 비교적 작으며 일반적으로 소형 기계로부터 얻어지는 이득의 그 가치가 충분하다고 여겨진다. 물론, 이런 형식의 노즐은 유동이 높은 회전 속도 및 빠른 감속으로 인해 분리되기 때문에 유동 방향을 반전시킴으로써 확산기로서 기능하도록 반전될 수 없음을 알게 될 것이다.
도7b를 참조하면, 복수개의 노즐 요소(47)가 임펠러(42)를 원주 방향으로 둘러싸는 본 발명의 노즐 배열이 도시되어 있다. 노즐 요소는 일반적으로 길고 좁은 직선형이다. 가압면(48) 및 흡입면(49) 모두가 선형으로 되어 있어서 비교적 길고 비교적 완만한 수렴형 유로(51)를 제공한다. 이들 요소는 바람직하게는 9도 미만의 유로(51)의 경계들 내에 원추형 각도(α)를 형성하며, 점선으로 도시된 바와 같이 이들 원추들의 중심선은 직선임을 알 수 있다. 비교적 긴 모양의 노즐 요소(47) 때문에, R2/R1 비율은 1.25보다 크고 바람직하게는 1.4 내의 범위에 있다.
R2/R1 비율이 높을수록 도7a에 도시된 종래의 노즐 배열보다 전체적인 기계 크기가 완만하게(즉, 15 % 내의 범위에서) 증가한다. 또한, 유로(51)는 비교적 길게 형성되기 때문에, 마찰 손실은 도7a의 종래 노즐의 마찰 손실보다 크다. 그러나, 이런 설계에 의하면 성능면에서 여러 가지 장점이 있다. 예컨대, 회전 손실이나 배출 유동 불균일이 없기 때문에, 상술한 마찰 손실을 고려한다 하더라도 노즐 효율은 종래의 노즐 배열보다 사실상 증가된다. 이런 효율 증가는 2 % 내의 범위이다. 또한, 이런 설계는 확산기 설계에 기초하기 때문에, 상술한 바와 같은 그리 고 이하보다 완전히 설명하는 터빈 및 압축기 모두에 동일한 하드웨어가 범용적으로 사용될 수 있도록 확산기로서의 용도를 위해 역 유동 방향으로 사용될 수 있다.
동일한 장치가 원심 압축기 용도에서와 같이 유기적 랭킨 사이클 터빈 용도로서 사용되는 경우, 본 출원인은 다른 냉매가 사용되어야 함을 알았다. 즉, 공지된 원심 압축기 냉매(R-134a)가 유기적 랭킨 사이클 터빈에서 사용되는 경우, 압력이 과도해질 수 있다. 즉, 냉매로서 냉매(R-134a)를 사용하는 원심 압축기에서, 압력은 50 내지 180 psi의 범위에 있으며, 동일한 냉매가 본 발명에서 제시된 터빈 용도에 사용되는 경우 압력은 압축기의 최대 설계 압력보다 높은 약 500 psi까지 증가할 수 있다. 이런 이유로 해서, 출원인은 터빈 용도를 위해 사용될 수 있는 다른 냉매를 확인해야만 했다. 따라서, 출원인은 냉매(R-245fa)가 터빈 용도에 적용될 때 도8의 그래프에 도시된 바와 같이 40 내지 180 psi 사이의 압력 범위에서 작동함을 알았다. 이 범위는 원심 압축기 용도로 설계된 하드웨어에서 허용되는 범위이다. 또한, 냉매(R-245fa)를 사용하는 이런 터빈 시스템에서의 온도 범위는 37.8 내지 93.3 ℃(100 내지 200 ℉) 범위이며, 이 온도 범위는 4.4 내지 43.3 ℃(40 내지 110 ℉) 범위의 온도에서 원심 압축기 작업을 위해 설계된 하드웨어 시스템에 허용 가능하다. 따라서, 도8로부터 냉매(R-245fa)에 대해 설계된 공기 조화 설비는 냉매(R-245fa)를 사용할 때 유기적 랭킨 사이클 동력 생성 용도로 사용될 수 있음을 알게 된다. 또한, 동일한 설비가 기존 압축기의 잔여 안전도 한계로 인해 고온 고압 범위[예컨대, 도8에서 점선으로 도시된 132.2 ℃(270 ℉) 및 300 psia]에서 안전하고 효과적으로 사용될 수 있음을 알게 되었다.
이제까지 본 발명의 터빈부에 대해 설명하였으며, 이하 터빈과 함께 사용될 수 있는 관련 시스템 요소를 설명하기로 한다. 도9를 참조하면, 상술한 터빈은 상술한 것과 반대로 작동되는 캐리어 19XR2 원심 압축기로 판매되는 ORC 터빈/발전기이며 도면부호 52로 지시된다. 터빈/발전기(52)에 비교적 고압 고온의 R-245fa 냉매 증기를 제공하기 위한 시스템의 보일러 또는 증발기부는 도면부호 53으로 도시된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이런 보일러/증발기에 대한 요구는 상품명 16JB으로 판매되는 대한민국 캐리어 리미티드(Carrier Limited Korea)의 제품인 상용 증기 발전기에 의해 제공될 수 있다.
보일러/증발기(53)에 대한 에너지원은 도면부호 54로 도시되며, 일반적으로 대기로 소실되는 모든 형태의 폐열일 수 있다. 예컨대, 이는 일반적으로 마이크로터빈으로 알려진 것으로서, 마이크로터빈의 배기 가스로부터 열을 얻는 캡스톤(Capstone) C60과 같은 소형 가스 터빈 엔진일 수 있다. 이는 또한 프랫 앤드 휘트니(Pratt & Wittney) FT8 고정식 가스 터빈과 같은 대형 가스 터빈 엔진일 수 있다. 다른 실용적인 폐열원은 대형의 발전기를 구동시키고 이 과정에서 방열기 및/또는 윤활 시스템 내에서 순환되는 배기 가스 및 액체 냉매를 거쳐 방출되는 대량의 열을 발생시키기 위해 사용되는 대형 왕복 디젤 엔진과 같은 내연 엔진으로부터 얻어진다. 또한, 에너지는 유입되는 가압 연소 공기가 보다 양호한 효율 및 큰 용량을 얻기 위해 냉각되는 터보차저 인터쿨러에서 사용되는 열 교환기로부터 얻어질 수 있다.
마지막으로, 보일러를 위한 열 에너지는 지구열원 또는 쓰레기 매립 처리 화 염 연소 배기로부터 얻어질 수 있다. 이들 경우에, 연소 가스는 냉매 증기를 생성하도록 보일러로 직접 적용되거나 엔진을 구동하고 뒤이서 상술한 바와 같이 사용될 수 있는 열을 배출하도록 이들 자원 가스를 사용함으로써 간접적으로 적용된다.
냉매 증기는 터빈(52)을 통과한 후 증기를 액체로 응축시키는 응축기(56)를 통과하며 그 후 액체는 펌프(57)에 의해 보일러/증발기(53)로 펌핑된다. 응축기(56)는 임의의 공지된 형식의 응축기일 수 있다. 이런 용도에 적절한 것으로 확인된 한 형식은 모델 번호 09DK094로 판매되는 캐리어 코포레이션의 제품인 상용화된 공기 냉각식 응축기이다. 적절한 펌프(57)는 선다인(Sundyne) P2CZS로 상용화된 제품이다.
본 발명은 도면에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예 및 대체 실시예들을 참조하여 부분적으로 도시되고 설명되었지만, 청구범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 사상과 범주로부터 벗어남없이 상세한 다양한 변경들이 실시될 수 있음이 해당 기술 분야의 종사자들에 의해 이해될 것이다.

Claims (26)

  1. 냉매를 증기로 변환하기 위해 열이 도입되는 증발기로 액체 냉매를 순환시키도록 펌프가 이용되는 단계와, 증기가 우선 복수개의 노즐을 통과하는 단계와, 그 다음에 터빈을 통과하는 단계와, 그 다음에 냉각된 증기는 증기를 액체로 응축하기 위한 응축기를 통과하는 단계를 포함하는 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법이며,
    상기 냉매에 열을 도입하는 단계는 엔진으로부터의 폐열을 추출하는 것이고, 상기 냉매는 R-245fa인 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엔진은 내연 엔진인 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 내연 엔진으로부터 열을 추출하는 단계는 내연 엔진에서 배출되는 배기로부터 열을 추출함으로써 달성되는 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 내연 엔진으로부터 열을 추출하는 단계는 내연 엔진 내의 냉각제 유동으로부터 열을 추출함으로써 달성되는 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 노즐은 베인형인 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  6. 제5항에 있어서, 복수개의 상기 노즐은 각각 R1 및 R2로 정의되는 방사상 내부 경계 및 방사상 외부 경계를 가지며 R2/R1 > 1.25인 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 각각의 노즐은 절두 원추형 단면 형상을 갖는 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 증기는 180 내지 330 psia의 범위의 압력으로 노즐로 도입되는 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 증기는 98.9 내지 132.2 ℃(210 내지 270 ℉)의 범위의 온도로 노즐에 도입되는 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 터빈의 출구에서 빠져나온 임의의 증기를 응축하는 부가 단계를 포함하는 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 응축기는 수냉식인 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 엔진은 가스 터빈 엔진인 유기적 랭킨 사이클 시스템의 작동 방법.
  13. 펌프, 보일러, 터빈 및 응축기를 직렬 유동 관계로 갖고 상기 보일러는 엔진과 터빈으로부터의 폐열을 수용하도록 배치된 형식의 유기적 랭킨 사이클 시스템이며, 상기 터빈은,
    상기 보일러로부터 유기 냉매 R-245fa의 증기 매체를 수용하고 상기 증기의 유동을 방사상 내향으로 안내하기 위한 호형으로 배치된 나선부와,
    상기 나선부로부터 증기 유동을 수용해서 방사상 내향으로 안내하기 위한 상기 나선부의 내주연 둘레에 원주 방향으로 이격되어 배치된 복수개의 노즐과,
    상기 노즐 내에 방사상으로 배치되는 임펠러와,
    상기 터빈으로부터 응축기까지 증기 유동을 안내하기 위한 배출 유동 수단을 포함하며,
    상기 노즐로부터의 방사상 유입되는 증기가 임펠러 상에 원주 방향으로 이격된 복수개의 블레이드와 충돌해서 상기 임펠러를 회전시키도록 하는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수개의 노즐은 베인형인 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 복수개의 상기 노즐은 각각 R1 및 R2로 정의되는 방사상 내부 경계 및 방사상 외부 경계를 가지며 R2/R1 > 1.25인 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 나선부로 진입하는 증기의 압력은 130 내지 330 psia의 범위에 있는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 상기 나선부로 진입하는 증기의 포화 온도는 98.9 내지 132.2 ℃(210 내지 270 ℉)의 범위에 있는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  18. 제13항에 있어서, 상기 보일러는 내연 엔진으로부터의 열을 수용하는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 내연 엔진에서 얻어지는 열은 내연 엔진의 배기로부터 얻어지는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 상기 내연 엔진에서 얻어지는 열은 상기 내연 엔진 내에서 순환하는 액체 냉각제로부터 얻어지는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  21. 제13항에 있어서, 상기 응축기는 수냉식인 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  22. 제13항에 있어서, 상기 엔진은 가스 터빈 엔진인 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 복수개의 노즐은 절두 원추형 단면 형상으로 구성되는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  24. 펌프, 증발기, 터빈 및 응축기를 직렬 유동 회로 관계로 갖는 형식의 유기적 랭킨 사이클 시스템이며,
    배기와 그 내부에서 순환되는 내부 냉각제의 통과에서 주어진 열을 발생시키는 내연 엔진과,
    상기 내연 엔진을 증발기에 연결하여 상당량의 열이 내연 엔진으로부터 상기 증발기의 증기 유동으로 전달시키기 위한 수단을 포함하고,
    상기 증기는 R-245fa를 포함하는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 내연 엔진은 상기 배기로부터 증기로 열을 전달하는 방식으로 상기 증발기에 연결되는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 내연 엔진은 내연 엔진 냉각제로부터 상기 증발기의 증기로 열의 전달을 제공하는 방식으로 증발기에 연결되는 유기적 랭킨 사이클 시스템.
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