KR20120045468A - Organic rankine cycle turbo generation system generating cooling air and hot water - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 ORC 터보발전 시스템에서 터빈을 작동시키고 배출되는 고온고압의 작동유체가 겨울철에는 물이 공급되도록 하고, 여름철에는 흡수식 냉동기와 열교환되면서 응축되도록 함으로써 겨울철에는 고온의 온수를 난방용수로 제공하고, 여름에는 차가운 공기를 냉방용으로 제공할 수 있는 냉방 및 난방용수를 생산하는 ORC 터보발전 시스템에 관한 것이다.
The present invention is to operate the turbine in the ORC turbo power system, the high-temperature high-pressure working fluid discharged in winter to supply water, in summer to condense by heat exchange with the absorption chiller to provide high temperature hot water as heating water in winter, summer The present invention relates to an ORC turbo power system that produces cooling and heating water that can provide cold air for cooling.
일반적으로, 유기랭킨사이클(ORC : Organic Rankine Cycle)은 유기매체를 작동유체로 사용하는 랭킨사이클(Rankin Cycle)로서 비교적 저온의 온도 범위 (60?200℃)의 열원을 회수하여 전기를 생산하는 시스템으로, 저온에서 고압의 기체를 생산하여 터빈을 구동하여야하는 ORC 시스템의 특성상 작동유체로는 비등점이 낮고, 증발압력이 높은 프레온 계열의 냉매를 사용한다.In general, ORC (Organic Rankine Cycle) is a Rankine cycle that uses organic media as a working fluid, a system that generates electricity by recovering heat sources in a relatively low temperature range (60 to 200 ° C). Due to the nature of the ORC system, which is required to produce high pressure gas at low temperature to drive a turbine, a freon-based refrigerant having a low boiling point and a high evaporation pressure is used as a working fluid.
유기랭킨사이클(ORC : Organic Rankine Cycle)은 증발기(10) 및 터빈(20), 응축기(30), 펌프(40)의 기본 요소로 구성되어 있다. 증발기(10)는 작동유체에 열을 전달하여 기체로 상변화시키는 역할을 하고, 터빈(20)은 작동유체의 열에너지를 기계적 에너지로 변환시키며, 응축기(30)는 터빈(20)에서 나온 저온저압의 작동유체를 액체로 상변화시켜주는 역할을 하고, 펌프(40)는 응축기(30)에서 나온 저압의 작동유체를 증발기(10)로 공급하는 역할을 한다. 랭킨 사이클 시스템의 출력은 터번에서 수행하는 일(work)과 같다.Organic Rankine Cycle (ORC) is composed of the basic elements of the
그러나, 이러한 ORC 터보발전 시스템은 터빈(20)에서 배출된 고온고압의 작동유체를 응축기(30)에서 응축하기 위해서는 별도의 냉각 시스템 설치하고, 이를 구동시키기 위해 추가적으로 에너지를 소비하여야 하는 문제가 있다.
However, such an ORC turbo power generation system has a problem in that a separate cooling system is installed in order to condense the high temperature and high pressure working fluid discharged from the
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 ORC 터보발전 시스템에서 터빈을 작동시키고 배출되는 고온고압의 작동유체가 겨울철에는 물이 공급되도록 하고, 여름철에는 흡수식 냉동기와 열교환되면서 응축되도록 함으로써 겨울철에는 고온의 온수를 난방용수로 제공하고, 여름에는 차가운 공기를 냉방용으로 제공할 수 있는 냉방 및 난방용수를 생산하는 ORC 터보발전 시스템을 제공하는 데 있다.
The problem to be solved by the present invention is to operate the turbine in the ORC turbo power system, so that the high-temperature high-pressure working fluid discharged to supply water in winter, and condensed by heat exchange with the absorption chiller in the summer to heat hot water in winter It is to provide an ORC turbo power generation system that provides cooling and heating water that can be provided as water and in summer cool air for cooling.
본 발명에 따른 냉방 및 난방용수를 생산하는 ORC 터보발전 시스템은 작동유체에 열을 전달하여 기체로 상변화시키는 증발기(10)와; 작동유체의 열에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 터빈(20)과; 터빈(20)에서 나온 저온저압의 작동유체를 액체로 응축시키는 응축기(30)와; 응축기에서 나온 저압의 작동유체를 저장하는 응축탱크(40)와; 응축탱크의 저장된 작동유체를 증발기로 공급하는 펌프(50)를 구비하되, 상기 응축기(30)는 일측에 형성되어 난방용 물 또는 흡수식 냉동기의 냉매가 공급되는 유입부(31)와, 타측에 형성되어 열교환된 고온의 난방용수의 흡수식 냉동기의 냉매가 배출되는 배출부(33)를 포함하며, 겨울철에 외부의 난방용 물과 열교환되고, 여름철 흡수식 냉동기와 열교환되는 것을 특징으로 한다.ORC turbo power generation system for producing cooling and heating water according to the present invention comprises an evaporator (10) for transferring the heat to the working fluid phase change into a gas; A
바람직하게, 유입부(31)의 일측에서 외부의 난방용 물과 흡수식 냉동기(80)의 냉매를 계절별로 선택적으로 공급되도록 제1제어밸브(32)와, 배출부(33)의 일측에서 배출되는 겨울철에는 난방용수를 외부로 공급하고, 여름철에는 흡수식 냉동기(80)의 냉매를 다시 흡수식 냉동기로 공급하는 제2제어밸브(34)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the
바람직하게, 상기 응축기(30)는 겨울철에 외부의 난방용 물과 열교환되는 제1응축부(35)와, 여름철 흡수식 냉동기와 열교환되는 제2응축부(36)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Preferably, the
본 발명에 따르면, 터빈을 작동시키고 배출되는 고온고압의 작동유체가 겨울철에는 물과 열교환시켜 난방용수로 활용할 수 있으며, 여름철에는 흡수식 냉동기와 열교환시켜 차가운 공기를 냉방용으로 생산할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, the high-temperature, high-pressure working fluid discharged from the turbine can be used as heating water by heat-exchanging with water in winter, and in summer, it is possible to produce cold air for cooling by heat-exchanging with an absorption chiller.
도 1은 일반적인 ORC 터보발전 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 냉방 및 난방용수를 생산하는 ORC 터보발전 시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 다른실시예에 따른 냉방 및 난방용수를 생산하는 ORC 터보발전 시스템의 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 흡수식 냉동기의 개략도.1 is a schematic diagram of a typical ORC turbo power system.
Figure 2 is a schematic diagram of an ORC turbo power system for producing cooling and heating water according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of an ORC turbo power system for producing cooling and heating water according to another embodiment of the present invention.
4 is a schematic view of an absorption chiller according to the present invention;
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉방 및 난방용수를 생산하는 ORC 터보발전 시스템을 자세히 살명한다.Hereinafter, an ORC turbo power generation system for producing cooling and heating water according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도시된 바와 같이, 본 발명의 ORC(유기랭킨사이클, Organic Rankine Cycle) 터보발전 시스템은 증발기(10), 터빈(20), 응축기(30), 응축탱크(40), 펌프(50), 예열기(50), 과열기(60)를 구비한다.As shown, ORC (Organic Rankine Cycle) turbo power generation system of the present invention is an
전술한 바와 같이, 증발기(10)는 작동유체에 열을 전달하여 기체로 상변화시키고, 터빈(20)은 작동유체의 열에너지를 기계적 에너지로 변환시킨다.As described above, the
응축기(30)는 터빈(20)에서 나온 작동유체를 액체로 응축시켜 응축탱크(40)로 제공하며, 펌프(50)는 응축탱크(40)의 작동유체를 증발기(10)로 공급한다. The
예열기(60)는 펌프(50)와 증발기(10) 사이에 위치하며 펌프(40)에서 공급된 작동유체를 제공받아 상기 증발기(10)에서 작동유체를 효과적으로 가열하도록 작동유체를 예열한다. 과열기(70)는 증발기(10)에서 증발한 작동유체의 온도를 필요한 온도까지 승온시킨다.The
한편, 응축기(30)는 겨울철에 외부의 난방용 물과 열교환되고, 여름철 흡수식 냉동기와 열교환된다. 응축기(30)의 일측에는 난방용 물 또는 흡수식 냉동기의 냉매가 공급되는 유입부(31)가 형성되고, 타측에는 열교환된 고온의 난방용수의 흡수식 냉동기의 냉매가 배출되는 배출부(33)가 형성된다. 유입부(31)의 일측에는 외부의 난방용 물과 흡수식 냉동기(80)의 냉매를 계절별로 선택적으로 공급되도록 제1제어밸브(32)가 형성된다. 배출부(33)의 일측에는 배출되는 겨울철에는 난방용수를 외부로 공급하고, 여름철에는 흡수식 냉동기(80)의 냉매를 다시 흡수식 냉동기로 공급하는 제2제어밸브(34)가 형성된다.On the other hand, the
본 발명의 다른 실시예에 따른 응축기(30)는 겨울철에 외부의 난방용 물과 열교환되는 제1응축부(35)와 여름철 흡수식 냉동기와 열교환되는 제2응축부(36)가 형성된다.
제1응축부(35)는 셀-튜브 열교환기, 판형 열교환기 등을 이용하여 증발기에서 배출되는 고온고압의 작동유체와 외부에서 유입된 낮은 온도의 물이 서로 열교환할 수 있도록 구성된다. 이에 따라 응축기로 공급된 고온고압의 작동유체는 외부에서 유입된 물과 열교환되면서 온도가 낮아지면서 응축탱크(40)로 공급되고, 외부의 물은 고온으로 배출되어 난방용으로 사용될 수 있다.The
제2응축부(36)는 터빈에서 배출되는 고온고압의 작동유체와 흡수식 냉동기의 흡수액과 열교환되어 흡수식 냉동기(80)의 열원으로 사용된다. 이에 따라 제2응축부로 공급된 고온고압의 작동유체는 외부의 흡수식 냉동기(80)와 열교환되면서 온도가 낮아지면서 응축탱크(40)로 공급되고, 흡수식 냉동기(80)의 흡수액이 가열된다. 제2응축부(36)는 제1응축부와 동일한 열교환기를 사용할 수 있다.The
흡수식 냉동기(80)는 주지하는 바와 같이 기체의 액체에 대한 흡수성을 이용하는 것으로 통상 냉매를 응축기(30 또는 제2응축부(32))로 공급하여 증발시키는 재생부(81), 증발된 냉매를 응축하는 응축부(82), 냉매가 증발하면서 외부의 공기와 열교환하는 증발부(83) 및 열교환된 냉매가 다시 흡수되는 흡수부(84)로 구성되며 냉매로는 물이 사용되고 흡수액으로 리튬브로마이드(Litbium Bromide : LiBr) 또는 암모니아(NH3)가 사용된다. 이러한 냉방시에는 증발부(83)에서 냉매인 물과 외부공기가 열교환하여 차가운 공기를 냉방용으로 사용하게 된다.
흡수식 냉동기를 자세히 살펴보면, 흡수액이 흡수부(84) 상부의 트래이로부터 흡수부(84) 내의 냉각수 전열관위로 떨어지며 엘리미네이터 사이로 넘어온 수증기를 흡수하여 흡수부(84) 바닥에 모이게 된다. 모여진 흡수액은 응축기(30 또는 제2응축부(32))의 작동유체와 열교환되면서 가열되어 물이 증발하며 농도가 더 짙은 흡수액으로 만든 뒤 다시 흡수부(84)로 되돌아간다. 이와 같은 순환과정을 거쳐 흡수액이 다시 수증기를 흡수하여 같은 방식으로 계속 순환된다. Looking at the absorption chiller in detail, the absorbent liquid is dropped from the tray on the upper portion of the absorber 84 to the coolant heat transfer tube in the absorber 84 and absorbs the water vapor passed between the eliminator and collects at the bottom of the absorber 84. The collected absorbent liquid is heated while exchanging heat with the working fluid of the
한편 냉매인 물의 순환은 증발부(83)에서 물이 가장 증발하기 쉬운 조건인 밀폐된 진공상태 즉 증발기 내부압력 약 6.5mmHg와 약 4℃ 온도를 유지시키면 증발하면서 냉각수의 증발잠열을 빼앗아감으로서 전열관내에서 흐르는 외부공기를 냉방에 필요한 저온의 냉방공기로 만들게 된다. 이때 증기형태가 된 수증기는 흡수액에 의해 강력하게 흡수되어져 재생부(81)까지 흡수액과 함께 섞여 운반된다. 재생부(81)에서 응축기(30 또는 제2응축부(32))의 작동유체와 열교환되면서 가열되어 수증기로 증발되어 엘리미네이터 사이로 넘어 응축부로 유입되어 냉각탑에서 냉각된 냉각수와 열교환되면서 물로 응축된다. 응축부의 냉매는 증발부(83)로 회수되어 다시 상기와 같은 순서로 재순환 되는 냉매 싸이클을 형성한다.
On the other hand, the circulation of water, which is a refrigerant, is transferred to the evaporator 83 in a closed vacuum state in which water is most likely to evaporate. The outside air flowing in the pipe is made into the low temperature cooling air required for cooling. At this time, the water vapor in the form of steam is strongly absorbed by the absorbent liquid, and is mixed with the absorbent liquid and transported to the regeneration unit 81. Heat is exchanged with the working fluid of the
이상, 본 발명의 실시예에 대해 설명하였다. 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
In the above, the Example of this invention was described. It will be understood by those skilled in the art that the technical configuration of the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features.
10 : 증발기 20 : 터빈
30 : 응축기 31 : 유입부
32 : 제1제어밸브 33 : 배출부
34 : 제2제어밸브 35 : 제1응축부
36 : 제2응축부 40 : 응축탱크
50 : 펌프 60 : 예열기
70 : 과열기 80 : 흡수식 냉동기 10: evaporator 20: turbine
30
32: first control valve 33: discharge part
34: second control valve 35: first condensing unit
36: second condensing unit 40: condensation tank
50: pump 60: preheater
70: superheater 80: absorption chiller
Claims (5)
응축기(30)는 일측에 형성되어 난방용 물 또는 흡수식 냉동기의 냉매가 공급되는 유입부(31)와, 타측에 형성되어 열교환된 고온의 난방용수의 흡수식 냉동기의 냉매가 배출되는 배출부(33)를 포함하며, 겨울철에 외부의 난방용 물과 열교환되고, 여름철 흡수식 냉동기와 열교환되는 것을 특징으로 하는 냉방 및 난방용수를 생산하는 ORC 터보발전 시스템.An evaporator 10 which transfers heat to the working fluid and changes the phase into a gas; A turbine 20 for converting thermal energy of the working fluid into mechanical energy; A condenser 30 for condensing the low temperature low pressure working fluid from the turbine 20 into a liquid; A condensation tank 40 for storing a low pressure working fluid from the condenser; A pump 50 for supplying the stored working fluid of the condensation tank to the evaporator,
The condenser 30 is formed on one side and the inlet portion 31 for supplying the heating water or the refrigerant of the absorption chiller and the discharge portion 33 is formed on the other side and the refrigerant of the absorption chiller of the high temperature heating water is heat exchanged. It includes, in the winter heat exchanged with the water for heating outside, ORC turbo power generation system for producing cooling and heating water, characterized in that the heat exchanger in the summer absorption chiller.
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