KR20130074463A - Method and apparatus for converting thermal energy - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A heat energy conversion method and a device thereof are provided to reduce cooling water consumption in a condenser by sufficiently cooling rarefied fluid which is obtained by a gas-liquid separator in a cycle converting heat energy into useful energy. CONSTITUTION: A heat energy conversion method comprises the following steps. A working fluid which is mixed with two different fluids having at least two different boiling points is heated by a heating fluid. The working fluid is an evaporation-working fluid which is at least partially evaporated, and the heating fluid is composed of a low temperature heating fluid with the temperature lower than the inflow temperature. The evaporation-working fluid is separated into a concentrated fluid and a rarefied fluid. The working fluid exchanges heat with the heating fluid to increase the temperature of the evaporation fluid to be higher than the temperature of the low temperature heating fluid in the step of heating. The rarefied fluid, which is separated in the step of separation of the evaporation-working fluid, exchanges heat with the low temperature heating fluid.

Description

열에너지를 전환하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for Converting Thermal Energy}Method and Apparatus for Converting Thermal Energy {Method and Apparatus for Converting Thermal Energy}

본 발명은 팽창되어 재생되는 작동 유체를 사용하여 열원으로부터의 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 방법 및 장치에 대한 것으로, 구체적으로는, 2 이상의 혼합 작동 유체를 사용하여 저온의 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 열역학 사이클로서 열 이용 효율 향상이 가능한 열을 유용한 에너지로 전환하는 방법 및 장치에 대한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for converting thermal energy from a heat source into useful energy using an expanded and regenerated working fluid, specifically, by converting low temperature thermal energy into useful energy using two or more mixed working fluids. A thermodynamic cycle is directed to a method and apparatus for converting heat into useful energy that can improve heat utilization efficiency.

석탄, 오일 또는 가스를 연료로 하는 화력발전은 통상적으로 물을 작동 유체로 이용한다. LNG 복합발전의 경우에도 가스터빈에서 나온 배가스가 500~600℃로 상당히 높기 때문에 그 열로 물을 스팀으로 상전환시켜 스팀 터빈을 구동시켜 발전을 하게 된다. Thermal power plants using coal, oil or gas as fuel typically use water as the working fluid. In the case of LNG combined cycle, the exhaust gas from the gas turbine is very high, 500 ~ 600 ℃, so the water is converted into steam to drive the steam turbine to generate electricity.

100~500℃로 기존의 스팀발전보다 낮은 온도의 배열원을 이용하여 발전하기 위한 중저온 배열발전기술이 점차 개발, 확대되고 있다. 낮은 온도에서 발전하기 위해서는 낮은 온도에서 끓는 점(boiling point)을 갖는 작동 유체, 즉 냉매 또는 탄화수소계 연료가 이용된다. 작동 유체의 특성 또는 시스템 구성에 따라 유기랭킨사이클 시스템(organic rankine cycle system), 카리나 사이클시스템(kalina cycle), 그리고 우에하라 사이클 시스템(uehara cycle system) 등으로 크게 구별된다. 유기랭킨사이클은 하나의 작동 유체를 이용하고 카리나와 우에하라 사이클시스템은 암모니아와 물을 혼합한 혼합물을 이용한다.The low-temperature thermal power generation technology for generating power using the heat source of lower temperature than the existing steam power generation at 100-500 ℃ is being developed and expanded. To generate power at low temperatures, a working fluid with a boiling point at low temperatures, ie refrigerants or hydrocarbon-based fuels, is used. Depending on the nature of the working fluid or the system configuration, it is classified into an organic rankine cycle system, a kalina cycle, and a uehara cycle system. The organic Rankine cycle uses one working fluid, while the Karina and Uehara cycle systems use a mixture of ammonia and water.

유기랭킨사이클은 통상의 랭킨사이클인 도 1 과 같이 증발기(40), 터빈(50), 응축기(20), 펌프(30)의 기본 요소로 구성되어 있으며, 상기 터빈(50)에는 발전기(50)가 연결되어 터빈(50)에서 변환된 기계적 에너지를 전기 에너지로 전환한다. 증발기(40)는 작동 유체가 열을 받아 기체로 상변화되는 곳이고 터빈(50)은 증발기(40)와 응축기(20) 간의 압력차이를 일로 바꾸어 주는 역할을 하며, 응축기(20)는 터빈(50)에서 나온 저온 저압의 작동 유체를 액체로 상변화해주는 역할을 한다. 펌프(30)는 응축기 내 저압의 작동 유체를 증발기로 공급하기 위한 역할을 한다. The organic Rankine cycle is constituted by basic elements of an evaporator 40, a turbine 50, a condenser 20 and a pump 30 as shown in FIG. 1 which is a typical Rankine cycle. The turbine 50 is connected to a generator 50, And converts the mechanical energy converted by the turbine 50 into electric energy. The evaporator 40 is a place where the working fluid is changed into a gas by receiving heat, the turbine 50 serves to change the pressure difference between the evaporator 40 and the condenser 20 to work, the condenser 20 is a turbine ( It is a function to change the low temperature low pressure working fluid from 50) into liquid. The pump 30 serves to supply the low pressure working fluid in the condenser to the evaporator.

이 랭킨 사이클에서 저온 저압의 작동 유체(1)는 펌프(30)를 통과하며 저온 고압의 작동 유체(2)가 되며, 증발기(40)를 통과하면서 고온고압의 작동 유체(3)가 되었다가, 터빈(50)을 통과한 후 저압의 작동 유체(4)가 된 후, 응축기(20)를 거치면서 다시 저온 저압의 작동 유체(1)가 되며, 이러한 사이클을 작동 유체가 순환함으로써 유용한 에너지를 생성한다. In this Rankine cycle, the low temperature low pressure working fluid 1 passes through the pump 30 and becomes the low temperature high pressure working fluid 2, and passes through the evaporator 40 to become the high temperature high pressure working fluid 3. After passing through the turbine 50, it becomes a low pressure working fluid 4, and then passes through the condenser 20 to become a low temperature low pressure working fluid 1, which circulates the cycle to generate useful energy. do.

유기랭킨사이클이 랭킨사이클과 다른 것은 물보다 끓는 점이 낮은 유기물질을 이용하여 저온에서 증발되는 작동 유체에 있다. 유기랭킨 사이클은 작동 유체가 하나의 성분으로 구성된 유기물질이 이용된다. The difference between the organic Rankine cycle and the Rankine cycle is in working fluids that evaporate at low temperatures using organic materials that have a lower boiling point than water. The organic Rankine cycle utilizes organic materials in which the working fluid consists of one component.

한편, 카리나 사이클은 순수물질을 작동 유체로 사용하는 유기랭킨사이클과 달리 물과 암모니아가 혼합된 암모니아수를 작동 유체로 사용한다. 구체적으로는 도 2 와 같이 저온 저압의 작동 유체(1)는 펌프(30)를 통해 고압의 작동 유체(2)로 토출되며, 예열기 혹은 재생기(45)에서 예열되어 중온의 작동 유체(5)가 된다. 이후 증발기(40)를 통해 증기화되어 고온고압의 작동 유체(3)가 되며, 이 작동 유체(3)는 기액분리기(60)에 유입된다. 이곳에서 물이 많이 포함된 포화액으로 암모니아가 적은 희박류(7)와 암모니아가 주성분인 포화증기인 농후류(6)로 분리되며, 농후류(6)는 터빈(50)으로 공급되어 소모된 농후류(11)로 변환되는데, 터빈(50)은 화학에너지를 기계적 에너지로 전환하고 그 기계적 에너지는 발전기(미도시)를 통해 전기를 생산한 후 농후류(6)는 소모된 농후류(11)가 된다. On the other hand, the carina cycle uses ammonia water mixed with water and ammonia as the working fluid, unlike the organic Rankine cycle, which uses pure materials as the working fluid. Specifically, as shown in FIG. 2, the low temperature low pressure working fluid 1 is discharged into the high pressure working fluid 2 through the pump 30, and is preheated in the preheater or regenerator 45 so that the medium temperature working fluid 5 is discharged. do. It is then vaporized through the evaporator 40 to become a high-temperature, high-pressure working fluid 3, which is introduced into the gas-liquid separator 60. Here, a saturated solution containing a lot of water is separated into a lean stream (7) having low ammonia and a thick stream (6), which is saturated steam having ammonia as its main component, and the thick stream (6) is supplied to the turbine (50) and consumed. It is converted into the rich (11), the turbine 50 converts chemical energy into mechanical energy and the mechanical energy is produced through a generator (not shown) and the rich (6) is consumed rich (11) )

고온상태인 희박류(7)는 예열기 혹은 재생기(45)로 보내져 작동 유체(2)를 예열하면서 열을 회수하여 열교환된 희박류(8)가 되며, 이 열교환된 희박류(8)는 스로틀 밸브와 같은 압력 제어기(70)를 통과하면서 압력이 터빈(50) 후단의 압력까지 낮아져 저압의 희박류(9)가 된다. 저압의 희박류(9)와 소모된 농후류(11)는 흡수기(80)에서 혼합되어 작동 유체(10)가 된다. 작동 유체(10)는 응축기(11)로 공급되고 여기에 저온의 냉각수에 의해 작동 유체(10)가 응축된 상태로 작동 유체(1)가 된다.The lean stream (7) at high temperature is sent to the preheater or regenerator (45) to recover heat while preheating the working fluid (2), and the heat exchanged lean stream (8) becomes a throttle valve. As it passes through the pressure controller 70, the pressure is lowered to the pressure at the rear end of the turbine 50, resulting in a low pressure lean flow 9. The low pressure lean 9 and spent thick 11 are mixed in the absorber 80 to form the working fluid 10. The working fluid 10 is supplied to the condenser 11 and becomes the working fluid 1 in a state where the working fluid 10 is condensed by low temperature cooling water.

증발기(40)에는 고온의 열원을 갖는 가열 유체가 공급 및 배출되고, 응축기 (20)에는 냉각수가 공급 및 배출된다. 카리나 사이클은 기액분리기(60)의 레벨을 조절하면서 압력제어기(70)의 개도를 조절할 수 있다.The evaporator 40 is supplied and discharged with a heating fluid having a high temperature heat source, and the cooling water is supplied and discharged with the condenser 20. The carina cycle may adjust the opening degree of the pressure controller 70 while adjusting the level of the gas-liquid separator 60.

이러한 카리나 사이클 설계에 있어 증발기(40)로 들어가는 작동 유체(5)는 통상 작동압력에서 얻을 수 있는 포화액의 온도로 공급하게 된다. 이렇게 하면 증발기의 효율을 극대화할 수 있기 때문이다. 하지만, 작동 유체(5)를 포화액의 온도로 공급하는 경우에, 기액분리기(60)에서 분리된 희박류(7)가 예열기(45)에서 펌프(30)를 통해 공급된 작동 유체(2)를 예열하면서 열량(Q)을 소비하지만, 그 열량(Q)이 크지 않아서 작동 유체(10)는 상대적으로 높은 온도를 유지하게 된다. In this carina cycle design, the working fluid 5 entering the evaporator 40 is supplied at the temperature of the saturation liquid that can be obtained at normal operating pressure. This is because the efficiency of the evaporator can be maximized. However, in the case of supplying the working fluid 5 at the temperature of the saturated liquid, the lean flow 7 separated in the gas-liquid separator 60 is supplied to the working fluid 2 supplied through the pump 30 in the preheater 45. While preheating consumes the calorie Q, the calorie Q is not so large that the working fluid 10 maintains a relatively high temperature.

이에 따라 그 열은 응축기(20)에서 냉각수에 의해 모두 냉각을 시켜야 한다. 즉, 응축기(20)에 공급되는 냉각수량이 증가하여야 하며 응축기 자체도 커져야 한다. 이것은 공급 열량(Qin)에 대한 발전출력(Qout)으로 정의되는 발전효율이 낮아지는 영향을 주게 된다. Accordingly, the heat must be cooled by the cooling water in the condenser 20. That is, the amount of cooling water supplied to the condenser 20 should increase and the condenser itself should also increase. This has the effect of lowering the power generation efficiency, which is defined as the power generation output Qout for the supply calorific value Qin.

본 발명은 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클에서 기액분리기를 통해 얻어진 희박류를 충분히 냉각시켜 응축기에서의 냉각수 사용량을 줄이는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to sufficiently reduce the amount of cooling water used in a condenser by sufficiently cooling a lean flow obtained through a gas-liquid separator in a cycle of converting heat energy into useful energy.

또한, 본 발명은 공급 열량(Qin)에 대한 발전출력(Qout)으로 정의되는 발전효율에서 발전 출력에는 영향 없이 공급 열량을 줄임으로써, 궁극적으로는 열효율을 높이는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention aims to ultimately increase the thermal efficiency by reducing the supply heat amount without affecting the power generation output in the power generation efficiency defined by the power generation output Qout for the supply heat quantity Qin.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 방법 및 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method and apparatus for converting the following thermal energy into useful energy.

본 발명에서는 2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동 유체를 가열 유체로 가열하여, 상기 작동 유체는 작동 유체의 적어도 일부가 증발된 증발 작동 유체로, 상기 가열 유체는 유입 온도보다 저온의 저온 가열 유체로 만드는 증발단계; 상기 증발 작동 유체를 농후류와 희박류로 분리하는 분리단계; 상기 농후류를 팽창시켜, 유용한 에너지로 전환함으로써 소모 농후류를 만드는 팽창 단계; 상기 소모 농후류를 상기 희박류와 결합시켜 작동 유체를 형성하는 결합단계; 상기 작동 유체를 냉각 유체로 냉각시켜 응축시키는 응축 단계; 및 응축된 작동 유체를 승압하고, 다시 가열단계로 공급하는 펌핑 단계를 포함하는 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 방법으로, 상기 가열단계에서 상기 증발 작동 유체의 온도가 상기 저온 가열 유체의 온도보다 높도록 상기 작동 유체와 상기 가열 유체를 열교환 시키며, 상기 분리단계에서 분리된 희박류와 상기 저온 가열 유체와 열교환 시키는 제 1 열교환 단계를 포함하는 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 방법을 제공한다. In the present invention, the working fluid mixed with two or more boiling points are heated with a heating fluid so that the working fluid is an evaporative working fluid in which at least a part of the working fluid is evaporated, and the heating fluid is heated at a lower temperature than the inlet temperature. Evaporating to fluid; A separation step of separating the evaporation working fluid into a rich stream and a lean stream; An expansion step of expanding the rich stream and converting it into useful energy to produce a consumed rich stream; Combining the depleted rich stream with the lean stream to form a working fluid; A condensing step of cooling and condensing the working fluid with a cooling fluid; And a pumping step of boosting the condensed working fluid and feeding it back to the heating step, wherein the temperature of the evaporating working fluid is higher than the temperature of the low temperature heating fluid in the heating step. A method of converting thermal energy into useful energy comprises heat exchange of the working fluid and the heating fluid, and a first heat exchange step of heat exchange with the lean flow separated in the separation step and the low temperature heating fluid.

이때, 상기 가열 유체는 외부 열원으로부터 열을 받는 가열단계를 거친 후 상기 증발 단계로 공급되며, 상기 제 1 열교환 단계 후 다시 가열단계로 순환되는 것일 수 있다. In this case, the heating fluid may be supplied to the evaporation step after a heating step of receiving heat from an external heat source, and may be circulated back to the heating step after the first heat exchange step.

또, 본 발명에서 상기 제 1 열교환 단계 후 상기 희박류가 상기 펌핑 단계와 상기 증발 단계 사이의 작동 유체와 열교환 하는 제 2 열교환 단계를 포함할 수 있다. In addition, the present invention may include a second heat exchange step in which the lean flow exchanges heat with the working fluid between the pumping step and the evaporation step after the first heat exchange step.

또한, 상기 분리 단계 후 상기 희박류의 일부만 제 1 열교환 단계로 보내지고, 일부는 상기 제 1 열교환 단계를 통과한 희박류와 합류하여 상기 제 2 열교환 단계로 보내질 수 있다. In addition, after the separation step, only a part of the lean flow may be sent to the first heat exchange step, and a part may join the lean flow passed through the first heat exchange step and be sent to the second heat exchange step.

본 발명은 다르게는 작동 유체와 가열 유체가 열교환 하여, 적어도 일부의 작동 유체가 증발된 증발 작동 유체와 유입된 가열 유체보다 온도가 낮은 저온 가열 유체를 만드는 증발기; 상기 증발기에 연결되며, 증발 작동 유체를 받아 농후류와 희박류로 분리하는 분리기; 상기 분리기의 농후류 출구에 연결되며, 상기 농후류를 팽창시켜 유용한 에너지를 생성하는 에너지 전환 수단; 상기 에너지 전환 수단에 연결되며, 상기 에너지 전환 수단를 통과하여 에너지가 소모된 농후류와 상기 희박류가 혼합된 작동 유체를 외부의 냉각 유체와 열교환 시켜 상기 혼합된 작동 유체를 응축하는 응축기; 및 상기 응축기 및 상기 증발기 사이에 위치하며 상기 응축기를 통과한 작동 유체를 가압하는 펌핑 수단을 포함하며, 상기 증발기는 상기 저온 가열 유체의 온도가 상기 증발 작동 유체의 온도보다 높도록 구성되며, 상기 증발기 및 상기 분리기에 연결되어 상기 분리기의 상기 희박류와 상기 증발기의 저온 가열 유체를 열교환 시키는 제 1 열교환기를 포함하는 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 장치를 제공한다. The present invention further provides an evaporator, wherein the working fluid and the heating fluid exchange heat, such that at least a portion of the working fluid produces a low temperature heating fluid at a lower temperature than the evaporated working fluid and the introduced heating fluid; A separator connected to the evaporator for receiving an evaporation working fluid and separating the thick and the lean flows; Energy conversion means connected to the enrichment outlet of the separator and expanding the enrichment to produce useful energy; A condenser connected to the energy conversion means and condensing the mixed working fluid by heat-exchanging a working fluid in which energy is consumed through the energy conversion means and the lean flow mixed with an external cooling fluid; And pumping means located between the condenser and the evaporator and for pressurizing a working fluid passing through the condenser, wherein the evaporator is configured such that the temperature of the low temperature heating fluid is higher than the temperature of the evaporating working fluid, the evaporator And a first heat exchanger coupled to the separator for heat-exchanging the lean flow of the separator and the low temperature heating fluid of the evaporator.

이때, 상기 가열 유체가 외부 열원으로부터 열을 받는 열교환부, 상기 증발기 및 제 1 열교환기를 순환하도록 상기 가열 유체가 순환하는 가열구조를 포함할 수 있다. In this case, the heating fluid may include a heating structure in which the heating fluid circulates so as to circulate the heat exchanger, the evaporator and the first heat exchanger receiving heat from an external heat source.

또, 본 발명에서 상기 제 1 열교환기를 통과한 상기 희박류와 작동 유체가 열교환 하도록 상기 펌핑 수단과 상기 증발기 사이에 구비된 제 2 열교환기를 더 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include a second heat exchanger provided between the pumping means and the evaporator so that the lean flow passing through the first heat exchanger and the working fluid exchange heat.

또한, 상기 분리기가 제공하는 희박류는 분기되어, 일부는 상기 제 1 열교환기로 공급되며, 다른 일부는 상기 제 1 열교환기를 통과한 희박류와 결합하여 상기 제 2 열교환기로 공급될 수 있다. In addition, the lean flow provided by the separator may be branched, partly supplied to the first heat exchanger, and the other part may be supplied to the second heat exchanger in combination with the lean flow passed through the first heat exchanger.

본 발명은 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클에서 기액분리기를 통해 얻어진 희박류를 충분히 냉각시켜 응축기에서의 냉각수 사용량을 줄일 수 있다.The present invention can sufficiently reduce the amount of cooling water used in the condenser by sufficiently cooling the lean flow obtained through the gas-liquid separator in the cycle of converting heat energy into useful energy.

또한, 본 발명은 공급 열량에 대한 발전출력으로 정의되는 발전효율에서 발전 출력에는 영향 없이 공급 열량을 줄임으로써, 궁극적으로는 열효율을 높이는 것이 가능하다. In addition, the present invention can ultimately increase the thermal efficiency by reducing the supply calories without affecting the power generation output in the power generation efficiency defined by the power generation output for the supply heat amount.

도 1 은 종래의 랭킨사이클의 구성도이다.
도 2 는 종래의 카리나사이클의 구성도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클의 구성도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클의 다른 구성도이다. 1 is a block diagram of a conventional Rankine cycle.
2 is a configuration diagram of a conventional carina cycle.
3 is a block diagram of a cycle for converting heat energy according to the present invention into useful energy.
4 is another configuration diagram of a cycle for converting thermal energy into useful energy according to the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적 실시예에 대하여 살펴보도록 한다. Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에서는 물과 암모니아의 혼합물을 작동 유체로 사용하였으나, 본 발명은 비등점이 상이한 2 종 이상의 유체를 혼합하여 사용한다면, 본 발명의 작동 유체에 해당된다. In the embodiment of the present invention, a mixture of water and ammonia is used as the working fluid, but the present invention corresponds to the working fluid of the present invention when two or more kinds of fluids having different boiling points are mixed and used.

도 3 에는 본 발명의 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클의 구성도 가 도시되어 있다. FIG. 3 shows a block diagram of a cycle for converting the thermal energy of the present invention into useful energy.

물과 암모니아의 혼합물인 작동 유체는 제 2 합류부(P16)이후부터 응축기(110)를 지나서 분리기(160)에 들어가기 전까지(P1~P4, P17)는 동일한 농도를 가진다. The working fluid, which is a mixture of water and ammonia, has the same concentration after the second confluence P16 until it passes through the condenser 110 and enters the separator 160 (P1-P4, P17).

응축기(110)에서 응축된 작동 유체(P1)는 펌프(120)에 의해서 고압으로 펌핑되어, 고압의 작동 유체(P2)를 생성한다. 고압 작동 유체(P2)는 제 2 열교환기(130)에서 합류된 합류 희박류(P13)과 열교환 하여, 승온 작동 유체(P3)가 된다. 승온 작동 유체(P3)는 증발기(150)로 유입되며, 이 증발기(150)에서 작동 유체는 가열 유체와 열교환 하면서 상변화하여 증발 작동 유체(P4)가 된다. 이때, 열에너지가 화학적 에너지로 전환된다.The working fluid P1 condensed in the condenser 110 is pumped to high pressure by the pump 120, thereby producing a high pressure working fluid P2. The high pressure working fluid P2 exchanges heat with the joined lean flow P13 joined in the second heat exchanger 130 to become the elevated temperature working fluid P3. The elevated temperature working fluid P3 is introduced into the evaporator 150, in which the working fluid phase changes while exchanging heat with the heating fluid to become the evaporating working fluid P4. At this time, the thermal energy is converted into chemical energy.

증발 작동 유체(P4)는 분리기(160)로 공급되며, 분리기(160)에서 증기 상태의 농후류(P5)와 액체 상태의 희박류(P7)로 분리된다. 여기서, 농후류(P5)란 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 높은 것을 의미하며, 희박류(P7)란 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 낮은 것을 의미하는 것으로, 분리기(160)에서 기체는 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 높으며, 액체는 암모니아와 같은 저 비등점 유체의 농도가 낮다. The evaporation working fluid P4 is supplied to the separator 160, and is separated into the vapor rich rich P5 and the liquid lean P7 in the separator 160. Here, the rich stream P5 means that the concentration of the low boiling point fluid such as ammonia is high, and the lean stream P7 means that the concentration of the low boiling point fluid such as ammonia is low. The concentration of low boiling fluids such as ammonia is high and the liquids have low concentrations of low boiling fluids such as ammonia.

농후류(P5)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)으로 공급되며, 이 에너지 전환 수단(170)에서 농후류(P5)는 압력이 하강하며, 그로 인하여 화학적 에너지가 기계적 에너지로 전환된다. 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)에는 발전기(180)가 연결되어 기계적 에너지로 전기를 생산할 수 있다. 농후류(P5)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)을 통과하면서 에너지가 소모된 소모 농후류(P6)가 된다. 소모 농후류(P6)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(185)을 통과한 저압 희박류(P15)와 제 2 합류부(P16)에서 합류하여 작동 유체(P17)가 된다. The rich stream P5 is supplied to an energy converting means 170 such as a turbine, in which the rich stream P5 is depressurized, whereby the chemical energy is converted into mechanical energy. The generator 180 is connected to the energy conversion means 170 such as a turbine to produce electricity with mechanical energy. The rich stream P5 becomes a spent rich stream P6 in which energy is consumed while passing through an energy conversion unit 170 such as a turbine. The spent rich flow P6 joins the low pressure lean flow P15 and the second confluence portion P16 that have passed through a pressure regulating means 185 such as a throttle valve to become a working fluid P17.

한편, 희박류(P7)는 분기부(P8)에서 제 1 희박류(P9)와 제 2 희박류(P10)로 분기한다. 제 1 희박류(P9)는 분기부(P8)에서 분기한 후 제 1 합류부(P12)에서 다시 제 2 희박류(P11)와 합류한다.On the other hand, the lean stream P7 branches into the first lean stream P9 and the second lean stream P10 at the branch portion P8. The first lean stream P9 branches in the branching section P8 and then joins the second lean stream P11 again in the first confluence section P12.

분기부(P8)에서 분기된 제 2 희박류(P10)는 제 1 열교환기(140)로 공급되며, 제 1 열교환기(140)에서 가열 유체(H2)와 열교환 한다. 이때, 증발기(150)를 통과한 후의 가열 유체(H2)의 온도가 제 2 희박류(P10)보다 낮기 때문에, 제 2 희박류(P10)로부터 가열 유체(H2)로 열에너지가 전달된다. 따라서, 제 2 희박류(P10)는 제 1 열교환기(140)를 통과하면서 온도가 낮아진 제 2 희박류(P11)가 되는 반면에 가열 유체(H2)는 제 1 열교환기(140)를 통과하면서 온도가 올라간 가열 유체(H3)가 된다. The second lean flow P10 branched from the branch P8 is supplied to the first heat exchanger 140, and heat exchanges with the heating fluid H2 in the first heat exchanger 140. At this time, since the temperature of the heating fluid H2 after passing through the evaporator 150 is lower than the second lean flow P10, heat energy is transferred from the second lean flow P10 to the heating fluid H2. Accordingly, the second lean flow P10 becomes the second lean flow P11 having a lower temperature while passing through the first heat exchanger 140 while the heating fluid H2 passes through the first heat exchanger 140. It becomes the heating fluid H3 which temperature rose.

이렇게 온도가 낮아진 제 2 희박류(P11)는 제 1 희박류(P9)와 만나서 합류 희박류(P13)가 되며, 이 합류 희박류(P13)는 온도가 낮아진 제 2 희박류(P11)가 제 1 희박류(P9)에 합류하는 것이어서 분기 전의 희박류(P7)보다 온도가 낮다. 이러한 합류 희박류(P13)는 제 2 열교환기(130)에서 고압 작동 유체(P2)를 승온시키면서 다시 한번 온도가 낮아진 희박류(P14)가 된다. The second lean stream P11 having the lowered temperature meets the first lean stream P9 to form a merged lean stream P13. The joined lean stream P13 is formed of a second lean stream P11 having a lower temperature. It joins 1 lean stream P9, and is lower in temperature than lean stream P7 before branching. The combined lean flow P13 becomes a lean flow P14 whose temperature is lowered once again while raising the high-pressure working fluid P2 in the second heat exchanger 130.

제 2 열교환기(130)를 통과한 희박류(P14)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(185)을 통과하면서 터빈 후단의 압력으로 떨어져 저압 희박류(P15)가 된다. 이때, 압력 조절 수단(185)은 분리기(160)의 액면에 따라서 개도가 조절될 수 있으며, 그로 인하여 저압 희박류(P15)는 제 2 합류부(P16)에서 소모 농후류(P6)와 합류하여 작동 유체(P17)가 되며, 작동 유체(P17)는 응축기(110)로 제공된다. The lean flow P14 having passed through the second heat exchanger 130 falls to the pressure at the rear end of the turbine while passing through the pressure regulating means 185 such as the throttle valve, thereby becoming the low pressure lean flow P15. At this time, the pressure adjusting means 185 may be adjusted according to the liquid level of the separator 160, so that the low pressure lean flow (P15) is joined with the spent thickening (P6) at the second confluence (P16) It becomes the working fluid P17, and the working fluid P17 is provided to the condenser 110.

응축기(110)에서는 작동 유체(P17)는 냉각수와 같은 냉각 유체에 의해서 액상으로 모두 응축되며, 액상의 응축 작동 유체(P1)가 된다. 이렇게 작동 유체는 1순환하면서 가열 유체로부터 받은 열에너지를 전기에너지로 전환한다.In the condenser 110, the working fluid P17 is all condensed into the liquid phase by a cooling fluid such as cooling water, and becomes the liquid condensing working fluid P1. In this way, the working fluid converts thermal energy received from the heating fluid into electrical energy in a single cycle.

본 발명과 같은 열에너지를 유용한 에너지(예를 들면, 전기 에너지)로 전환하는 장치에서는 분리기(160)에서 분리된 희박류(P7)의 경우에 에너지 전환 수단(170)에 공급되지 않는다. 종래에서는 중간에 작동 유체(2; 도 2 참고)와 희박류(7; 도 2 참고)가 예열기(45; 도 2 참고)를 통과한 후 응축기(20; 도 2 참고)로 들어가기에, 예열기에서 희박류의 온도가 충분히 낮아지지 않는 경우에 응축기(20)에서 응축부하가 크게 걸리며, 이는 응축기를 크게 하여 장치 전체 사이즈를 증대시킬 뿐만 아니라, 응축수를 많이 필요하게 된다. In the apparatus for converting thermal energy into useful energy (for example, electrical energy) such as the present invention, in the case of the lean flow P7 separated from the separator 160, it is not supplied to the energy conversion means 170. In the prior art, the working fluid 2 (see FIG. 2) and lean flow (7; FIG. 2) pass through the preheater 45 (see FIG. 2) and then enter the condenser 20 (see FIG. 2) in the preheater. When the temperature of the lean is not sufficiently lowered, the condensation load is large in the condenser 20, which not only increases the overall size of the apparatus by increasing the condenser, but also requires a lot of condensate.

이에 희박류(P7)가 제 2 합류부(P16)에서 소모 농후류(P6)와 합류하기 전의 제 2 열교환기(130)의 열교환 양을 증대시켜 통하여 응축기(110)의 부하를 낮추는 것도 고려하여 볼 수 있으나, 배경기술에서 언급한 바와 같이 증발기(150)의 열교환 효율을 상승시키기 위하여는 증발기(150)의 입구단에서 포화액으로 넣어야 하기 때문에, 제 2 열교환기(130)의 열교환 양은 제한될 수밖에 없다. In consideration of lowering the load of the condenser 110 by increasing the heat exchange amount of the second heat exchanger 130 before the lean flow P7 joins the spent thickener P6 in the second confluence unit P16. As can be seen, in order to increase the heat exchange efficiency of the evaporator 150, as mentioned in the background art, the amount of heat exchange of the second heat exchanger 130 is limited because it must be added as a saturated liquid at the inlet end of the evaporator 150. There is no choice but to.

본 발명에서는 희박류(P7)의 일부는 분기부(P8)에서 분기하여 제 1 열교환기(140)로 공급되며, 제 1 열교환기(140)에서 열에너지의 일부를 다시 가열 유체(H2)로 반환한다. In the present invention, a part of the lean flow (P7) is branched from the branch (P8) is supplied to the first heat exchanger 140, the first heat exchanger 140 returns a portion of the thermal energy back to the heating fluid (H2). do.

제 1 열교환기(140)는 에너지 전환 수단(170)으로 공급되지 않아서 응축기(110)를 통하여 버려져야 하는 에너지의 일부를 다시 가열 유체(H2)로 공급하는 것인데, 이는 에너지 전환 수단(170)에서 전환되는 에너지량(Qout)에는 영향을 주지 않으면서, 시스템으로 유입되는 에너지양(Qin)을 감소시키는 것이다.The first heat exchanger 140 is not supplied to the energy conversion means 170 to supply a portion of the energy that should be discarded through the condenser 110 to the heating fluid H2, which in the energy conversion means 170. It is to reduce the amount of energy (Qin) flowing into the system without affecting the amount of energy (Qout) to be converted.

이는, 발전 효율= 발전량(Qout)/유입 에너지량(Qin)이라는 점을 고려할 때, 발전량이 유지되면서, 유입 에너지량이 감소하는 것이므로, 사이클의 효율이 상승하는 것임을 알 수 있다. Considering that the power generation efficiency = the power generation amount Qout / the input energy amount Qin, it is understood that the efficiency of the cycle is increased because the amount of input energy decreases while the power generation amount is maintained.

특히, 2 이상의 작동 유체를 사용하는 본 발명과 같은 장치에서는 배가스나 폐열원을 열원으로 사용하는 경우인데, 배가스로 바로 증발기(150)로 공급하는 것이 아니라, 배가스가 발생하는 배가스 발생부(200)에서 열을 뽑아서 열교환기(210)를 통하여 가열 유체(H3)를 가열시키며, 가열 유체(H3)는 증발기(150), 제 1 열교환기(140) 및 열교환기(210)를 순환하면서 배가스와 같은 폐열원으로부터의 열을 증발기(150)를 통하여 작동 유체(P3)에 전달한다. 따라서, 가열 유체(H2)를 가열하는 것은 가열 유체(H3)가 열교환기를 통하여 받아들이는 열을 감소시키는 것이며, 가열 유체를 포함하는 전체 사이클에서 유입 에너지량(Qin)을 감소시키는 것이다.In particular, in an apparatus such as the present invention using two or more working fluids, the exhaust gas or the waste heat source is used as a heat source, and the exhaust gas generator 200 does not directly supply the exhaust gas to the evaporator 150 but generates exhaust gas. Heat is extracted from the heating fluid H3 through the heat exchanger 210 to heat, the heating fluid (H3) is circulated through the evaporator 150, the first heat exchanger 140 and the heat exchanger 210, such as exhaust gas Heat from the waste heat source is transferred to working fluid P3 via evaporator 150. Thus, heating the heating fluid H2 reduces the heat that the heating fluid H3 receives through the heat exchanger, and reduces the amount of incoming energy Qin in the entire cycle including the heating fluid.

일실시예에서, 증발기(150)로 유입되는 가열 유체(H1)의 온도는 150℃이며, 작동 유체(P3)의 온도는 116℃이며, 증발기(150)를 빠져나가는 가열 유체(H2)의 온도는 120℃이며, 작동 유체(P4)의 온도는 142℃이다. 작동 유체(P4)는 분리기(160)에서 온도 변화없이 희박류(P8)와 농후류(P5)로 분리되므로, 제 1 열교환기(140)로 공급되는 작동 유체(P10)의 온도는 142℃이며, 제 1 열교환기(140)로 공급되는 가열 유체(H2)의 온도는 120℃여서, 제 1 열교환기(140)에서는 증발기(150)와는 반대로 작동 유체(P10)로부터 가열 유체(H2)로 열이 전달된다. In one embodiment, the temperature of the heating fluid H1 entering the evaporator 150 is 150 ° C., the temperature of the working fluid P3 is 116 ° C., and the temperature of the heating fluid H2 exiting the evaporator 150. Is 120 ° C, and the temperature of the working fluid P4 is 142 ° C. Since the working fluid P4 is separated into the lean stream P8 and the rich stream P5 without changing the temperature in the separator 160, the temperature of the working fluid P10 supplied to the first heat exchanger 140 is 142 ° C. The temperature of the heating fluid H2 supplied to the first heat exchanger 140 is 120 ° C., so that the first heat exchanger 140 heats the working fluid P10 from the working fluid P10 to the heating fluid H2 as opposed to the evaporator 150. Is passed.

제 1 열교환기(140)를 통과한 후 작동 유체(P11)의 온도는 125℃로 떨어졌으며, 가열 유체(H3)는 124℃로 상승하였다. After passing through the first heat exchanger 140, the temperature of the working fluid P11 dropped to 125 ° C., and the heating fluid H3 rose to 124 ° C. FIG.

위 실시예와 같이 일부의 사용되지 않는 에너지를 다시 가열 유체(H2)에 반환함으로써, 제 1 열교환기(140) 없이 증발기(150) 후단 가열 유체(H2)를 증발기(150) 전단 가열 유체(P1)로 가열해야했던 열교환기(210)를 통하여 유입되는 열량이 제 1 열교환기를 통하여 대략 13.3%만큼 감소하는 것이 가능하며, 이를 통하여 사이클 전체의 효율향상이 가능하다.By returning some unused energy back to the heating fluid H2 as in the above embodiment, the heating fluid H2 after the evaporator 150 without the first heat exchanger 140 is transferred to the evaporator 150 shear heating fluid P1. It is possible to reduce the amount of heat introduced through the heat exchanger 210, which had to be heated by), by approximately 13.3% through the first heat exchanger, thereby improving the efficiency of the entire cycle.

또한, 희박류(P11)의 온도가 낮아짐으로써, 응축기(110)에서 냉각 부하가 감소할 수 있으며, 이는 발전 전력으로 구동시키는 응축기(110)의 펌프(미도시)에 공급전력이 감소할 뿐만 아니라, 응축기(110) 자체의 크기도 감소시키는 것이 가능하다. In addition, by lowering the temperature of the lean flow (P11), the cooling load in the condenser 110 can be reduced, which not only reduces the power supply to the pump (not shown) of the condenser 110 to drive the generated power. In addition, it is possible to reduce the size of the condenser 110 itself.

한편, 본 발명에서는 분기부(P8)를 통하여 희박류(P7)가 제 1 희박류(P9)와 제 2 희박류(P10)로 나뉘며, 제 1 희박류(P9)의 경우에 제 1 열교환기(140)를 안 거치고 바로 제 2 열교환기(130)로 공급되므로, 제 1 및 제 2 열교환기(130, 140)의 열교환 양을 조절하는 것이 가능하다. 구체적으로 분기부(P8)에서 제 1 희박류(P9) 또는 제 2 희박류(P10)로 보내지는 부분에 밸브를 설치하여 혹은 분기부(P8)에 유량 및 유로 조절 밸브를 부가하는 방식으로 제 1 열교환기(140)와 제 2 열교환기(130)에 공급되는 제 2 희박류(P10)의 양 혹은 합류 희박류(P13)의 온도를 조절할 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the lean stream P7 is divided into the first lean stream P9 and the second lean stream P10 through the branch portion P8, and in the case of the first lean stream P9, the first heat exchanger. Since it is supplied directly to the second heat exchanger 130 without passing through 140, it is possible to adjust the heat exchange amounts of the first and second heat exchangers 130 and 140. Specifically, a valve may be installed at a portion sent from the branch portion P8 to the first lean flow P9 or the second lean flow P10, or the flow rate and flow path regulating valve may be added to the branch portion P8. The amount of the second lean flows P10 or the temperature of the combined lean flows P13 supplied to the first heat exchanger 140 and the second heat exchanger 130 may be adjusted.

도 4 에는 본 발명의 다른 실시예의 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클이 도시되어 있다. 4 shows a cycle for converting thermal energy of another embodiment of the present invention into useful energy.

도 4 에서 보이듯이, 열에너지를 유용한 에너지로 전환하는 사이클은 도 3 의 실시예를 보다 단순화시킨 사이클로서, 기본적인 구성은 도 3 과 동일하다.As shown in FIG. 4, the cycle of converting thermal energy into useful energy is a more simplified cycle of the embodiment of FIG. 3, and the basic configuration is the same as in FIG. 3.

응축기(110)에서 응축된 작동 유체(P1)는 펌프(120)에 의해서 고압으로 펌핑되어, 고압의 작동 유체(P2)를 생성한다. 고압 작동 유체(P2)는 제 2 열교환기(130)에서 합류된 합류 희박류(P13)과 열교환 하여, 승온 작동 유체(P3)가 된다. 승온 작동 유체(P3)는 증발기(150)로 유입되며, 이 증발기(150)에서 작동 유체는 가열 유체와 열교환 하면서 상변화하여 증발 작동 유체(P4)가 된다. 이때, 열에너지가 화학적 에너지로 전환된다.The working fluid P1 condensed in the condenser 110 is pumped to high pressure by the pump 120, thereby producing a high pressure working fluid P2. The high pressure working fluid P2 exchanges heat with the joined lean flow P13 joined in the second heat exchanger 130 to become the elevated temperature working fluid P3. The elevated temperature working fluid P3 is introduced into the evaporator 150, in which the working fluid phase changes while exchanging heat with the heating fluid to become the evaporating working fluid P4. At this time, the thermal energy is converted into chemical energy.

증발 작동 유체(P4)는 분리기(160)로 공급되며, 분리기(160)에서 증기 상태의 농후류(P5)와 액체 상태의 희박류(P7)로 분리된다. 농후류(P5)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)으로 공급되며, 이 에너지 전환 수단(170)에서 농후류(P5)는 압력이 하강하며, 그로 인하여 화학적 에너지가 기계적 에너지로 전환된다. 농후류(P5)는 터빈과 같은 에너지 전환 수단(170)을 통과하면서 에너지가 소모된 소모 농후류(P6)가 된다. 소모 농후류(P6)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(185)을 통과한 저압 희박류(P15)와 제 2 합류부(P16)에서 합류하여 작동 유체(P17)가 된다. The evaporation working fluid P4 is supplied to the separator 160, and is separated into the vapor rich rich P5 and the liquid lean P7 in the separator 160. The rich stream P5 is supplied to an energy converting means 170 such as a turbine, in which the rich stream P5 is depressurized, whereby the chemical energy is converted into mechanical energy. The rich stream P5 becomes a spent rich stream P6 in which energy is consumed while passing through an energy conversion unit 170 such as a turbine. The spent rich flow P6 joins the low pressure lean flow P15 and the second confluence portion P16 that have passed through a pressure regulating means 185 such as a throttle valve to become a working fluid P17.

한편, 희박류(P7)는 제 1 열교환기(140)로 공급되며, 제 1 열교환기(140)에서 가열 유체(H2)와 열교환 한다. 이때, 증발기(150)를 통과한 후의 가열 유체(H2)의 온도가 희박류(P7)보다 낮기 때문에, 희박류(P7)로부터 가열 유체(H2)로 열에너지가 전달된다.Meanwhile, the lean flow P7 is supplied to the first heat exchanger 140, and heat exchanges with the heating fluid H2 in the first heat exchanger 140. At this time, since the temperature of the heating fluid H2 after passing through the evaporator 150 is lower than the lean flow P7, thermal energy is transmitted from the lean flow P7 to the heating fluid H2.

이렇게 제 1 열교환기(140)를 통과하면서 온도가 낮아진 희박류(P1)는 제 2 열교환기(130)에서 고압 작동 유체(P2)를 승온시키면서 다시 한번 온도가 낮아진 희박류(P14)가 된다. 제 2 열교환기(130)를 통과한 희박류(P14)는 스로틀 밸브와 같은 압력 조절 수단(185)을 통과하면서 터빈 후단의 압력으로 떨어져 저압 희박류(P15)가 된다. 이때, 압력 조절 수단(185)은 분리기(160)의 액면에 따라서 개도가 조절될 수 있으며, 그로 인하여 저압 희박류(P15)는 제 2 합류부(P16)에서 소모 농후류(P6)와 합류하여 작동 유체(P17)가 되며, 작동 유체(P17)는 응축기(110)로 제공된다. Thus, the lean flow P1 having a lower temperature while passing through the first heat exchanger 140 becomes a lean flow P14 having a lower temperature once again while raising the high pressure working fluid P2 in the second heat exchanger 130. The lean flow P14 having passed through the second heat exchanger 130 falls to the pressure at the rear end of the turbine while passing through the pressure regulating means 185 such as the throttle valve, thereby becoming the low pressure lean flow P15. At this time, the pressure adjusting means 185 may be adjusted according to the liquid level of the separator 160, so that the low pressure lean flow (P15) is joined with the spent thickening (P6) at the second confluence (P16) It becomes the working fluid P17, and the working fluid P17 is provided to the condenser 110.

도 4 의 실시예의 경우에 분기부(P8; 도 3 참고) 및 제 2 합류부(P12)가 없으므로 시스템이 보다 간단하면서도, 도 3 과 동일한 효과를 달성하는 것이 가능하다. In the case of the embodiment of FIG. 4, since there is no branch P8 (see FIG. 3) and the second confluence P12, the system is simpler, and it is possible to achieve the same effect as in FIG. 3.

110: 응축기 120: 펌프
130: 제 2 열교환기 140: 제 1 열교환기
150: 증발기 160: 분리기
170: 에너지 전환 수단 180: 발전기
185: 압력 조절 수단 200: 배가스 발생부
210: 열교환기110: condenser 120: pump
130: second heat exchanger 140: first heat exchanger
150: evaporator 160: separator
170: energy conversion means 180: generator
185: pressure regulating means 200: exhaust gas generating unit
210: heat exchanger

Claims (9)

2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동 유체를 가열 유체로 가열하여, 상기 작동 유체는 작동 유체의 적어도 일부가 증발된 증발 작동 유체로, 상기 가열 유체는 유입 온도보다 저온의 저온 가열 유체로 만드는 증발단계;
상기 증발 작동 유체를 농후류와 희박류로 분리하는 분리단계;
상기 농후류를 팽창시켜, 유용한 에너지로 전환함으로써 소모 농후류를 만드는 팽창 단계;
상기 소모 농후류를 상기 희박류와 결합시켜 작동 유체를 형성하는 결합단계;
상기 작동 유체를 냉각 유체로 냉각시켜 응축시키는 응축 단계; 및
응축된 작동 유체를 승압하고, 다시 가열단계로 공급하는 펌핑 단계를 포함하며,
상기 가열단계에서 상기 증발 작동 유체의 온도가 상기 저온 가열 유체의 온도보다 높도록 상기 작동 유체와 상기 가열 유체를 열교환 시키며,
상기 분리단계에서 분리된 희박류와 상기 저온 가열 유체와 열교환 시키는 제 1 열교환 단계를 포함하는 열에너지를 전환하는 방법.A working fluid mixed with two or more different boiling points is heated with a heating fluid such that the working fluid is an evaporative working fluid in which at least a portion of the working fluid is evaporated and the heating fluid is a cold heating fluid having a lower temperature than the inlet temperature. Evaporation step;
A separation step of separating the evaporation working fluid into a rich stream and a lean stream;
An expansion step of expanding the enrichment to convert it into useful energy to produce a spent enrichment;
Combining the spent thickening with the lean to form a working fluid;
A condensation step of condensing the working fluid with a cooling fluid; And
A pumping step of boosting the condensed working fluid and feeding it back to the heating step,
Heat-exchanging the working fluid and the heating fluid such that the temperature of the evaporative working fluid is higher than the temperature of the low temperature heating fluid in the heating step,
And a first heat exchange step for exchanging heat with the lean stream separated in the separation step and the low temperature heating fluid. 제 1 항에 있어서,
상기 가열 유체는 외부 열원으로부터 열을 받는 가열단계를 거친 후 상기 증발 단계로 공급되며, 상기 제 1 열교환 단계 후 다시 가열단계로 순환되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
And the heating fluid is supplied to the evaporation step after a heating step receiving heat from an external heat source, and circulated back to the heating step after the first heat exchange step. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 열교환 단계 후 상기 희박류가 상기 펌핑 단계와 상기 증발 단계 사이의 작동 유체와 열교환 하는 제 2 열교환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
And a second heat exchange step in which the lean flow exchanges heat with the working fluid between the pumping step and the evaporation step after the first heat exchange step. 제 3 항에 있어서,
상기 분리 단계 후 상기 희박류의 일부만 제 1 열교환 단계로 보내지고, 일부는 상기 제 1 열교환 단계를 통과한 희박류와 합류하여 상기 제 2 열교환 단계로 보내지는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 3, wherein
After the separating step only a portion of the lean is sent to the first heat exchange step, and a portion is joined to the lean flow passing through the first heat exchange step and sent to the second heat exchange step. 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 열교환 단계에서는 상기 작동 유체는 포화액 상태로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 3, wherein
And in said second heat exchange step, said working fluid is heated to a saturated liquid state. 2 이상의 비등점이 다른 두 유체가 혼합된 작동 유체와 가열 유체가 열교환 하여, 적어도 일부의 작동 유체가 증발된 증발 작동 유체와 유입된 가열 유체보다 온도가 낮은 저온 가열 유체를 만드는 증발기;
상기 증발기에 연결되며, 증발 작동 유체를 받아 농후류와 희박류로 분리하는 분리기;
상기 분리기의 농후류 출구에 연결되며, 상기 농후류를 팽창시켜 유용한 에너지를 생성하는 에너지 전환 수단;
상기 에너지 전환 수단에 연결되며, 상기 에너지 전환 수단를 통과하여 에너지가 소모된 농후류와 상기 희박류가 혼합된 작동 유체를 외부의 냉각 유체와 열교환 시켜 상기 혼합된 작동 유체를 응축하는 응축기; 및
상기 응축기 및 상기 증발기 사이에 위치하며 상기 응축기를 통과한 작동 유체를 가압하는 펌핑 수단을 포함하며,
상기 증발기는 상기 저온 가열 유체의 온도가 상기 증발 작동 유체의 온도보다 높도록 구성되며,
상기 증발기 및 상기 분리기에 연결되어 상기 분리기의 상기 희박류와 상기 증발기의 저온 가열 유체를 열교환 시키는 제 1 열교환기를 포함하는 열에너지를 전환하는 장치.An evaporator in which two or more working fluids having different boiling points are exchanged with each other and the heating fluid is heat-exchanged such that at least some working fluid has a lower temperature heating fluid having a lower temperature than the evaporated working fluid and the introduced heating fluid;
A separator connected to the evaporator for receiving an evaporation working fluid and separating the thick and the lean flows;
Energy conversion means connected to the enrichment outlet of the separator and expanding the enrichment to produce useful energy;
A condenser connected to the energy conversion means and condensing the mixed working fluid by heat-exchanging a working fluid in which energy is consumed through the energy conversion means and the lean flow mixed with an external cooling fluid; And
Pumping means located between the condenser and the evaporator and for pressurizing a working fluid passing through the condenser,
The evaporator is configured such that the temperature of the low temperature heating fluid is higher than the temperature of the evaporating working fluid,
And a first heat exchanger coupled to the evaporator and the separator to heat exchange the lean flow of the separator and the low temperature heating fluid of the evaporator. 제 6 항에 있어서,
상기 가열 유체가 외부 열원으로부터 열을 받는 열교환부, 상기 증발기 및 제 1 열교환기를 순환하도록 상기 가열 유체가 순환하는 가열구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The method according to claim 6,
And a heating structure in which the heating fluid circulates so that the heating fluid circulates, the evaporator and the first heat exchanger receiving heat from an external heat source. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 열교환기를 통과한 상기 희박류와 작동 유체가 열교환 하도록 상기 펌핑 수단과 상기 증발기 사이에 구비된 제 2 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The method according to claim 6 or 7,
And a second heat exchanger provided between said pumping means and said evaporator to exchange heat between said lean flow and said working fluid passing through said first heat exchanger. 제 8 항에 있어서,
상기 분리기가 제공하는 희박류는 분기되어, 일부는 상기 제 1 열교환기로 공급되며, 다른 일부는 상기 제 1 열교환기를 통과한 희박류와 결합하여 상기 제 2 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 장치.The method of claim 8,
The lean flow provided by the separator is branched, a part of which is supplied to the first heat exchanger, and the other part of which is combined with a lean flow passing through the first heat exchanger and supplied to the second heat exchanger.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08100608A (en) * 1994-09-30 1996-04-16 Hisaka Works Ltd Mixed medium binary generating system
JPH10274010A (en) * 1997-03-31 1998-10-13 Hisaka Works Ltd Binary power generating system
US5953918A (en) 1998-02-05 1999-09-21 Exergy, Inc. Method and apparatus of converting heat to useful energy
DE10335134A1 (en) 2003-07-31 2005-02-17 Siemens Ag Method and device for carrying out a thermodynamic cycle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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