KR20150119810A - Heat recovery apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 열 회수 장치 및 방법에 관한 것이다.The present application relates to a heat recovery apparatus and method.
일반적인 화학 공정에서는, 반응기 또는 증류탑을 거치는 다양한 루트에서 열교환이 이루어지며, 이러한 열교환 후 발생하는 폐열은, 재사용되거나 폐기될 수 있다. 예를 들면, 도 1 과 같이, 상기 폐열이 100℃ 미만, 예를 들어, 50 내지 90℃ 수준의 현열 상태의 저급 열원일 경우에는, 온도가 너무 낮아 실질적으로 재사용이 불가능하며, 따라서 응축수에 의하여 응축된 후 버려지고 있다. In a typical chemical process, heat exchange takes place at various routes through the reactor or distillation column, and the waste heat generated after such heat exchange can be reused or discarded. For example, as shown in FIG. 1, when the waste heat is a low-temperature heat source of a sensible state at a level of less than 100 ° C, for example, 50 to 90 ° C, the temperature is too low to be substantially reusable, It is being discarded after being condensed.
한편, 저압 또는 고압의 스팀은 산업 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있으며, 특히, 화학 공정에서는, 고온 및 고압의 스팀이 주로 사용되고 있다. 상기 고온 및 고압의 스팀은 일반적으로 상압 및 상온의 물을 기화점까지 가열하고, 수증기로 변한 물에 고압의 압력을 가하여 내부 에너지를 증가시킴으로써 고온 및 고압의 스팀을 생산하고 있으며, 이 경우, 액체 상태의 물을 기화시키기 위하여, 많은 양의 에너지 소모를 필요로 한다.On the other hand, low-pressure or high-pressure steam is used in a variety of industrial applications, and in particular, high-temperature and high-pressure steam are mainly used in chemical processes. The high-temperature and high-pressure steam generally produces high-temperature and high-pressure steam by heating water at normal pressure and normal temperature to a vaporization point and applying high pressure to water that has turned into steam to increase internal energy. In this case, In order to vaporize the water of the state, it requires a large amount of energy consumption.
본 출원은 열 회수 장치 및 방법을 제공한다.The present application provides a heat recovery apparatus and method.
본 출원은 열 회수 장치에 관한 것이다. 본 출원의 열 회수 장치에 의하면, 산업 현장 또는 다양한 화학 공정, 예를 들면 석유 화학 제품의 제조 공정에서 배출되는 100℃ 미만의 저급 열원을 버리지 않고 이용하여 스팀을 생성할 수 있으며, 생성된 스팀을 다양한 공정에 사용할 수 있으므로, 반응기 또는 증류탑에 사용되기 위한 외부 열원인 고온 스팀의 사용량을 절감할 수 있어, 에너지 절감 효율을 극대화시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 냉매의 등엔트로피 압축시에 발생하는 냉매의 일부 기화 현상을 막을 수 있으며, 이에 따라, 상기 열 회수 장치의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.The present application relates to a heat recovery apparatus. According to the heat recovery apparatus of the present application, it is possible to generate steam using a low-temperature heat source of less than 100 ° C discharged from an industrial site or various chemical processes, for example, a production process of petrochemical products, It is possible to reduce the amount of high temperature steam used as an external heat source for use in the reactor or the distillation column, thereby maximizing the energy saving efficiency. In addition, it is possible to prevent some of vaporization of the refrigerant, which is generated during isentropic compression of the refrigerant, thereby increasing the heat exchange efficiency of the heat recovery device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 출원의 다양한 구현예들을 설명하나, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원에 의한 열 회수 장치의 권리 범위를 제한하는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to various embodiments of the present application, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, which are not intended to limit the scope of the heat recovery apparatus according to the present application.
도 2는 본 출원의 예시적인 열 회수 장치를 모식적으로 도시한 도면이다. 2 is a diagram schematically showing an exemplary heat recovery apparatus of the present application.
도 2와 같이 본 출원의 열 회수 장치(10)는, 제 1 열교환기(101), 압축기(102), 제 2 열교환기(103), 제 3 열교환기(106) 및 압력 강하 장치(104)를 포함한다. 상기 제 1 열교환기(101), 압축기(102), 제 2 열교환기(103) 제 3 열교환기(106) 및 압력 강하 장치(104)는 배관을 통하여 연결될 수 있으며, 예를 들어, 상기 배관을 통하여 냉매 또는 유체가 흐를 수 있도록 유체 연결(fluidically connected)되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 냉매가 흐르는 배관은 상기 제 1 열교환기(101), 제 3 열교환기(106), 압축기(102), 제 2 열교환기(103), 제 3 열교환기(106) 및 압력 강하 장치(104)를 순차로 순환하도록 연결된 순환 루프 또는 순환 시스템일 수 있다. 2, the
도 2에 나타나듯이, 상기 제 3 열교환기(106)는 상기 제 1 열교환기(101)와 압축기(102) 사이 및 제 2 열교환기(103) 및 압력 강하 장치(104) 사이에 위치한다. 예를 들어, 상기 제 3 열교환기(106)는 상기 제 1 열교환기(101)와 압축기(102) 사이에 연결된 배관 및 제 2 열교환기(103) 및 압력 강하 장치(104) 사이에 연결된 배관에 연결되어 있을 수 있으며, 하나의 예시에서, 상기 제 3 열교환기(106)는, 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)이 상기 제 3 열교환기(106)를 통과한 후 압축기(102)로 유입되고, 제 2 열교환기(103)에서 유출되는 냉매 흐름(F3-1)이 상기 제 3 열교환기(106)를 통과한 후 상기 압력 강하 장치(104)로 유입되도록 상기 배관에 유체 연결되어 있을 수 있다. 본 출원의 열 회수 장치(10)가 상기 제 3 열교환기(106)를 포함함으로써, 냉매의 등엔트로피 압축시에 발생하는 냉매의 일부 기화 현상을 막을 수 있으며, 이에 따라, 상기 열 회수 장치(10)의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. 상기에서 「등엔트로피 압축」은 계의 엔트로피를 일정하게 유지하는 조건에서 압축시키는 것을 의미하며, 예를 들어, 계의 주변과 열교환이 없는 상태에서 압축시키는 단열 압축과정을 의미할 수 있다.As shown in FIG. 2, the
도 3은, 본 출원의 예시적인 냉매의 온도-엔트로피 선도를 도시한 그래프이다. 하나의 예시에서, 상기 열 회수 장치(10)를 순환하는 상기 냉매는, 도 3에 나타나듯이, 온도-엔트로피 선도의 포화증기곡선(saturated vapor curve)의 접선의 기울기가 양의 기울기를 가지는 냉매일 수 있으며, 예를 들어, 가로축은 엔트로피(J/kg·K), 세로축은 온도(℃)인 상기 냉매의 온도-엔트로피 선도의 포화증기곡선의 접선의 기울기는 50℃ 내지 130℃에서 1 내지 3일 수 있다. 상기 온도-엔트로피 선도에서 포화증기곡선은 선도의 임계점(critical point)을 기준으로 하여 선도 우측의 곡선 부분을 의미한다. 즉, 도 3에 나타나 듯이, 냉매의 온도-엔트로피 선도에서, 상기 냉매가 등-엔트로피 압축될 경우(도 3의 화살표 방향), 상기 냉매의 포화증기곡선의 접선의 기울기가 양의 기울기를 가지므로 기상에서 액상으로 상변화가 발생하는 구간이 존재하게 되며, 이에 따라, 압축기(102) 내에서 냉매 흐름의 일부가 기화되는 현상이 발생할 수 있다. 상기 냉매의 일부 기화 현상을 방지하기 위하여, 본 출원의 열 회수 장치(10)는 상기 제 3 열교환기(106)를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 상기 열 회수 장치(10)의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. 3 is a graph showing an exemplary temperature-entropy diagram of the refrigerant of the present application. In one example, as shown in FIG. 3, the refrigerant circulating in the
상기 냉매로는, 온도-엔트로피 선도의 포화증기곡선의 접선의 기울기가 양의 값을 가지는 냉매라면, 기술 분야에서 공지된 다양한 냉매를 사용할 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, R245fa, R1234ze 및 R1234yf로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 냉매를 사용할 수 있다.As the refrigerant, various refrigerants known in the art may be used, provided that the slope of the tangent of the saturated vapor curve of the temperature-entropy curve has a positive value. However, the refrigerant is not particularly limited and includes, for example, R245fa, R1234ze and R1234yf may be used as the refrigerant.
상기 배관을 통해 순환하는 냉매 흐름의 유량은 5,000 kg/hr 내지 50,000 kg/hr, 예를 들어, 10,000 kg/hr 내지 40,000 kg/hr 또는 30,000 kg/hr 내지 45,000 kg/hr일 수 있으며, 바람직하게는, 25,000 kg/hr 내지 35,000 kg/hr일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The flow rate of the refrigerant flow circulated through the pipe may be from 5,000 kg / hr to 50,000 kg / hr, for example, from 10,000 kg / hr to 40,000 kg / hr or from 30,000 kg / hr to 45,000 kg / May be, but is not limited to, 25,000 to 35,000 kg / hr.
도 2와 같이, 본 출원의 구현예에 따른 열 회수 장치(10)에서는, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)은 상기 제 3 열교환기(106)로 유입된 후에, 상기 압축기(102)로 유입되고, 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되는 냉매 흐름(F3-1)은 상기 제 3 열교환기(106)로 유입된 후에 상기 압력 강하 장치(104)로 유입되며, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)과 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되는 냉매 흐름(F3-1)은 상기 제 3 열교환기(106)에서 열교환될 수 있다.2, in the
상기 제 1 열교환기(101)는, 냉매 흐름과 외부에서 유입되는 유체 흐름을 열교환시키기 위하여, 본 출원의 열 회수 장치(10)에 포함되며, 상기 열교환을 통하여, 냉매는 기화된 후 상기 제 1 열교환기로 유입되는 냉매 흐름보다 상대적으로 고온의 기상 흐름으로 상기 제 1 열교환기(101)로부터 유출될 수 있다. 상기에서 「기상」은 냉매 흐름 전체 성분 중 기체 성분 흐름이 농후(rich)한 상태를 의미하며, 예를 들어, 상기 냉매 흐름 전체 성분 중 기체 성분 흐름의 몰분율이 0.9 내지 1.0인 상태를 의미한다.The first heat exchanger (101) is included in the heat recovery apparatus (10) of the present application in order to exchange heat between the refrigerant flow and the fluid flowing from the outside, and through the heat exchange, the refrigerant is vaporized, The refrigerant can be flowed out from the
상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)은, 예를 들어, 폐열 흐름 또는 응축기를 통과한 응축수의 흐름일 수 있으며, 상기 폐열 흐름은, 예를 들어, 발열 반응기의 냉각수일 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다. 본 출원에서는 특히, 100℃ 미만, 예를 들어, 50 내지 90℃ 수준의 현열 상태의 저급 열원의 폐열 흐름을 바람직하게 사용할 수 있다. The first fluid stream W 1 flowing into the
예를 들어, 상기 제 1 열교환기(101)로는 유체 연결된 배관을 통하여 냉매 흐름(F4-2) 및 폐열 흐름 등의 제 1 유체 흐름(W1)이 유입될 수 있으며, 유입된 상기 냉매 흐름(F4-2) 및 제 1 유체 흐름(W1)은 상기 제 1 열교환기(101) 에서 상호 열교환된 후에, 상기 유체 연결된 배관을 통하여 상기 제 1 열교환기(101)에서 각각 유출될 수 있다. For example, a first fluid flow W 1 such as a refrigerant flow F 4-2 and a waste heat flow may be introduced into the
하나의 예시에서, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)의 온도와 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도는 하기 일반식 1을 만족할 수 있다.In one example, the temperature of the refrigerant flow (F 1-1 ) flowing out of the first heat exchanger (101) and the temperature of the first fluid flow (W 1 ) flowing into the first heat exchanger (101) The formula (1) can be satisfied.
[일반식 1][Formula 1]
1℃ ≤ TF - TR ≤ 20℃1 ° C ≤ T F - T R ≤ 20 ° C
상기 일반식 1에서, TF는 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도를 나타내고, TR은 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)의 온도를 나타낸다. Wherein T F represents the temperature of the first fluid flow W 1 flowing into the
즉, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)의 온도와 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도의 차 TF - TR는 1 내지 20℃, 예를 들어, 1 내지 15℃, 2 내지 20℃, 1 내지 10℃ 또는 2 내지 10℃의 범위로 조절될 수 있다.That is, the first difference between the temperature of the temperature of the coolant flow (F 1-1) flowing out of the
상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)의 온도와 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도가 상기 일반식 1을 만족함으로써, 저온의 폐열, 특히, 100℃ 미만, 예를 들어, 50 내지 90℃ 수준의 현열 상태의 저급 열원의 폐열을 이용하여, 고온의 스팀을 생산할 수 있다. The temperature of the refrigerant flow F 1-1 flowing out from the
상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)의 온도와 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도는 상기 일반식 1을 만족한다면, 특별히 제한되는 것은 아니며, 적용하고자 하는 공정의 종류 및 각 공정의 조건에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도는 60℃ 내지 100℃, 예를 들어, 70℃ 내지 90℃, 80℃ 내지 95℃, 80℃ 내지 85℃ 또는 83℃ 내지 87℃일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1)의 온도는, 60℃ 내지 100℃, 예를 들어, 60℃ 내지 95℃, 65℃ 내지 90℃, 65℃ 내지 95℃, 또는 70℃ 내지 85℃일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. The temperature of the refrigerant flow (F 1-1 ) flowing out of the first heat exchanger (101) and the temperature of the first fluid flow (W 1 ) flowing into the first heat exchanger (101) It is not particularly limited and can be variously adjusted according to the type of the process to be applied and the conditions of each process. In one example, the temperature of the first fluid stream W 1 entering the
이 경우, 상기 제 1 열교환기(101)에서 상기 냉매 흐름과 열교환된 후에 유출되는 상기 제 1 유체 흐름(W2)의 온도는 60℃ 내지 100℃, 예를 들어, 60℃ 내지 95℃, 65℃ 내지 90℃, 65℃ 내지 95℃, 또는 70℃ 내지 85℃일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the temperature of the first fluid flow W 2 flowing out after the heat exchange with the refrigerant flow in the
또한, 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 냉매 흐름(F4-2)의 온도는, 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도보다는 낮은 온도, 예를 들어, 60℃ 내지 90℃, 70℃ 내지 80℃, 75℃ 내지 85℃ 또는 73℃ 내지 77℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The temperature of the refrigerant flow F 4-2 flowing into the
상기 제 1 열교환기(101)로 유입되고, 유출되는 냉매 흐름(F4-2, F1-1)의 압력은 냉매의 종류 및 운전 조건에 따라 달라질 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되고, 유출되는 냉매 흐름(F4-2, F1-1)의 압력은 3.0 kgf/cm2g 내지 20.0 kgf/cm2g, 예를 들어, 4.0 kgf/cm2g 내지 10.0 kgf/cm2g 또는 5.0 kgf/cm2g 내지 7.0 kgf/cm2g일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 냉매 흐름의 압력을 3.0 kgf/cm2g 내지 20.0 kgf/cm2g로 조절함으로써, 압축기의 압축비를 용이하게 조절할 수 있다. 일반적으로, 압축기의 유출 압력은 온도에 따라 정해지나, 유입 압력이 높아지면, 압축비를 낮게 유지할 수 있다. 상기 압축비가 높아질수록, 저온의 열원으로부터 고온의 스팀을 생성할 수 있으나, 이 경우, 성능 계수가 감소하게 되며, 압축비가 낮아질수록, 성능 계수는 증가하나, 저온의 열원으로부터 고온의 스팀을 생성하기 어려운 문제가 발생한다. 상기에서, 압력 단위 kgf/cm2g는 게이지 압력을 의미한다.The pressure of the refrigerant flows (F 4-2 , F 1-1 ) flowing into and flowing out of the first heat exchanger (101) may vary depending on the type of refrigerant and operating conditions, and is not particularly limited. For example, the pressure of the refrigerant flows (F 4-2 , F 1-1 ) flowing into and out of the
상기 제 1 열교환기(101)로 유입되고, 유출되는 제 1 유체 흐름(W1, W2)의 압력은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 0.5 kgf/cm2g 내지 2.0 kgf/cm2g, 예를 들어, 0.7 kgf/cm2g 내지 1.5 kgf/cm2g 또는 0.8 kgf/cm2g 내지 1.2 kgf/cm2g일 수 있다. The pressure of the first fluid flows (W 1 , W 2 ) flowing into and flowing out of the
또한, 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 유량은 50,000 kg/hr 이상, 예를 들어, 100,000 kg/hr 이상, 또는 200,000 kg/hr 이상일 수 있으며, 바람직하게는, 250,000 kg/hr 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 유량이 증가할수록, 동일한 열량을 냉매로 전달해도 열전달 후 유출되는 제 1 유체 흐름(W2)의 유출 온도가 높게 유지되어, 제 1 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름(F1)의 유출 온도도 높게 유지할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 유량의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 장치의 효율성 및 경제성을 고려하여, 예를 들면, 500,000 kg/hr 이하, 또는 350,000 kg/hr 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The flow rate of the first fluid flow W 1 flowing into the
상기 제 1 열교환기(101)는 흐르는 유체와 냉매 사이의 열교환을 수행하는 장치 또는 기계를 의미하며, 일 구현예에서, 상기 제 1 열교환기(101)는 액상의 냉매 흐름을 기상의 냉매 흐름으로 증발시키는 증발기(evaporator)일 수 있다.The
상기 압축기(102)는, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되어 제 3 열교환기(106)에서 열교환된 후에 유출되는 기상의 냉매 흐름(F1-2)을 압축시키고 온도 및 압력을 상승시키기 위하여, 본 출원의 열 회수 장치(10)에 포함되며, 상기 압축기(102)를 통과하여 압축되고, 상기 제 1 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)에 비하여 상대적으로 고온 및 고압의 기상의 냉매 흐름(F2)은 후술할 제 2 열교환기(103)로 유입될 수 있다.The compressor (102) compresses the gaseous refrigerant flow (F 1-2 ) flowing out after flowing out from the first heat exchanger (101) and exchanging heat in the third heat exchanger (106), raising the temperature and pressure (F 1-1 ) contained in the
예를 들어, 제 1 열교환기(101)에서 유출되어 제 3 열교환기(106)로 유입된 후 유출되는 냉매 흐름(F1-2)은 유체 연결된 배관을 통하여 상기 압축기(102)로 유입될 수 있으며, 유입된 상기 냉매 흐름(F1-2)은 상기 압축기(102)에서 압축된 후에, 상기 유체 연결된 배관을 통하여 유출될 수 있다.For example, the refrigerant flow F 1-2 flowing out of the
하나의 예시에서, 상기 제 3 열교환기(101)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 압력과 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력의 비는 하기 일반식 2를 만족할 수 있다.In one example, the pressure of the refrigerant flow F 1-2 flowing out of the
[일반식 2][Formula 2]
2 ≤ PC/PH ≤ 52? P C / P H ? 5
상기 일반식 2에서, PC는 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력(bar)을 나타내고, PH은 상기 제 3 열교환기(101)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 압력(bar)을 나타낸다.In the general formula (2), P C represents the pressure (bar) of the refrigerant flow (F 2 ) flowing out of the
즉, 상기 제 3 열교환기(101)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 압력과 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력의 비 PC/PH는 2 내지 5, 예를 들어, 2 내지 4, 바람직하게는 3 내지 4의 범위로 조절될 수 있다. 상기 압력의 비 PC/PH는 상기 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력 및 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1)의 압력의 단위가 bar인 경우를 기초로 하여 계산된 값이며, 측정되는 압력의 단위에 따라 환산되는 구체적인 압력의 값이 달라지는 경우, 상기 압력의 비가 일반식 2를 만족하지 않을 수 있는 것은 기술분야에서 자명하다. 따라서, 상기 일반식 2는 측정된 압력의 값을 bar의 압력 단위로 환산하여 만족하는 모든 경우를 포함할 수 있다.That is, the
상기 제 3 열교환기(101)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 압력과 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력의 비가 상기 일반식 2를 만족함으로써, 상기 제 1 열교환기(101)에서 기화된 냉매는 후술할 제 2 열교환기를 통과하는 제 2 유체 흐름과 열교환되기에 충분한 열량을 가지도록 고온 및 고압 상태로 압축될 수 있다. The ratio of the pressure of the refrigerant flow F 1-2 flowing out of the
상기 제 3 열교환기(101)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 압력과 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력은 상기 일반식 2를 만족한다면, 특별히 제한되는 것은 아니며, 적용하고자 하는 공정의 종류 및 각 공정의 조건에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 3 열교환기(101)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 압력은, 전술한 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름의 압력과 동일하거나 다를 수 있으며, 예를 들어, 3.0 kgf/cm2g 내지 20 kgf/cm2g, 4.0 kgf/cm2g 내지 10.0 kgf/cm2g 또는 5.0 kgf/cm2g 내지 7.0 kgf/cm2g일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력은 15 내지 30 kgf/cm2g, 예를 들어, 15 내지 25 kgf/cm2g, 18 내지 25 kgf/cm2g, 또는 20 내지 23 kgf/cm2g일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The pressure of the refrigerant flow F 1-2 flowing out of the
또한, 상기 압축기(102)에서 압축된 후에 유출되는 상기 냉매 흐름(F2)의 온도는 130℃ 내지 150℃, 예를 들어, 135℃ 내지 145℃, 또는 140℃ 내지 145℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The temperature of the refrigerant flow F 2 flowing out after being compressed by the
상기 압축기(102)로는, 기상의 흐름을 압축시킬 수 있는 압축 장치라면, 기술 분야에서 알려진 다양한 압축 장치를 제한 없이 사용할 수 있으며, 하나의 예시에서, 상기 압축기는 콤프레셔일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As the
상기 제 2 열교환기(103)는, 상기 압축기(102)에서 유출된 냉매 흐름(F2)과 외부에서 유입되는 제 2 유체 흐름(W3)을 열교환시키기 위하여, 본 출원의 열 회수 장치(10)에 포함되며, 상기 열교환을 통하여, 냉매는 응축된 후 상기 압축기에서 유출되는 냉매 흐름(F2)에 비하여 상대적으로 저온의 액상 흐름으로 유출될 수 있으며, 상기 제 2 유체 흐름(W3)은 상기 냉매가 응축시에 발생하는 잠열을 흡수할 수 있다. 상기에서 「액상」은 냉매 흐름 전체 성분 중 액체 성분 흐름이 농후한 상태를 의미하며, 예를 들어, 상기 냉매 흐름 전체 성분 중 액체 성분 흐름의 몰분율이 0.9 내지 1.0인 상태를 의미한다.The
하나의 예시에서, 상기 제 2 열교환기(103)로 유입되는 제 2 유체는 물(make-up water)일 수 있으며, 이 경우, 상기 제 2 열교환기(103)에서 열교환된 물은 상기 냉매가 응축시에 발생하는 잠열을 흡수하여 기화되고, 스팀 형태로 배출될 수 있다. In one example, the second fluid entering the
예를 들어, 상기 제 2 열교환기(103)로는 유체 연결된 배관을 통하여 압축기(102)로부터 유출된 냉매 흐름(F2) 및 상기 냉매 흐름(F2)을 열교환 시키기 위한 제 2 유체 흐름(W3)이 유입될 수 있으며, 유입된 상기 냉매 흐름(F2) 및 제 2 유체 흐름(W3)은 상기 제 2 열교환기(103)에서 상호 열교환된 후에, 상기 유체 연결된 배관을 통하여 상기 제 2 열교환기(103)에서 각각 유출될 수 있다. For example, the
상기 제 2 열교환기(103)로 유입되는 제 2 유체 흐름(W3)의 온도 및 압력은 특별히 제한되지 않으며, 다양한 온도 및 압력의 제 2 유체 흐름을 상기 제 2 열교환기(103)로 유입시킬 수 있다. 예를 들어, 110℃ 내지 120℃, 예를 들어, 112℃ 내지 116℃, 또는 115℃ 내지 118℃의 온도 및 0.5 내지 0.9 kgf/cm2g, 예를 들어, 0.6 내지 0.8 kgf/cm2g의 압력으로 제 2 유체 흐름(W3)을 상기 제 2 열교환기(103)로 유입될 수 있다.The temperature and the pressure of the second fluid flow W 3 flowing into the
또한, 상기 제 2 열교환기(103)로 유입되는 제 2 유체 흐름(W3)의 유량은, 특별히 제한되는 것은 아니며, 300 kg/hr 내지 6,000 kg/hr, 예를 들어, 500 kg/hr 내지 1,000 kg/hr, 1,000 kg/hr 내지 2,000 kg/hr, 또는, 1,200 kg/hr 내지 1,400 kg/hr일 수 있다.The flow rate of the second fluid flow W 3 flowing into the
하나의 예시에서, 상기 압축기(102)에서 유출된 고온 고압의 냉매(F2)와 상기 제 2 열교환기(103)에서 열교환된 물(W4)은 115℃ 내지 125℃, 예를 들어, 115℃ 내지 120℃, 120℃ 내지 123℃, 또는 118℃ 내지 122℃의 온도 및 0.5 내지 0.9 kgf/cm2g, 예를 들어, 0.6 내지 0.8 kgf/cm2g의 압력을 가지는 스팀으로 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출될 수 있다.In one example, the refrigerant (F 2 ) at high temperature and high pressure discharged from the
또한, 상기 제 2 열교환기(103)에서 상기 제 2 유체 흐름(W3)과 열교환된 냉매 흐름(F3-1)은 115℃ 내지 130℃, 예를 들어, 118℃ 내지 125℃ 또는 120℃ 내지 128℃, 바람직하게는 120℃ 내지 125℃의 온도로 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 2 열교환기(103)에서 상기 제 2 유체 흐름(W3)과 열교환된 냉매 흐름(F3-1)의 압력은, 냉매의 종류 및 운전 조건에 따라 다양하게 변할 수 있으며, 예를 들어, 15.0 내지 30.0 kgf/cm2g, 15.0 내지 25.0 kgf/cm2g, 18.0 내지 25.0 kgf/cm2g, 또는 20.0 내지 23.0 kgf/cm2g의 압력으로 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The refrigerant flow (F 3-1 ) exchanged with the second fluid flow (W 3 ) in the second heat exchanger (103) may be 115 ° C to 130 ° C, for example, 118 ° C to 125 ° C or 120 ° C To 128 < 0 > C, preferably 120 < 0 > C to 125 < 0 > C, in the
상기 제 2 열교환기(103)는 흐르는 유체 사이의 열교환을 수행하는 장치 또는 기계를 의미하며, 일 구현예에서, 상기 제 2 열교환기(103)는 기상의 냉매 흐름을 액상의 냉매 흐름으로 응축시키는 응축기(condenser)일 수 있다.The
예시적인 본 출원의 열 회수 장치(10)는 또한, 저장 탱크(105)를 추가로 포함할 수 있다. 도 2 에 나타나듯이, 상기 저장 탱크(105)는 제 2 열교환기(103)와 배관을 통해 유체 연결된 상태로 구비될 수 있다. 상기 저장 탱크(105)는 제 2 열교환기(103)로 유입되는 제 2 유체 흐름을 공급하기 위한 장치로서, 상기 저장 탱크(105)에는, 제 2 열교환기(103)로 유입되는 제 2 유체, 예를 들어, 물이 저장되어 있을 수 있다. The exemplary
상기 저장 탱크(105)에서 유출된 제 2 유체 흐름(W3)은 배관을 따라 제 2 열교환기(103)로 유입되며, 상기 제 2 열교환기(103)로 유입된 냉매 흐름(F2)과 열교환될 수 있다. 이 경우, 상기 열교환된 제 2 유체 흐름(W4), 예를 들어, 고온 고압의 물은 상기 저장 탱크(105)로 재유입된 후, 감압 되어, 스팀 형태로 배출될 수 있다.The second fluid flow W 3 flowing out from the
전술한 바와 같이, 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되는 냉매 흐름(F3-1)은 상기 제 3 열교환기(106)로 유입된 후에 상기 압력 강하 장치(104)로 유입되며, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)과 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되는 냉매 흐름(F3-1)은 상기 제 3 열교환기(106)에서 열교환될 수 있다.As described above, the refrigerant flow F 3-1 flowing out of the
하나의 예시에서, 상기 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 온도와 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기(106)로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)의 온도는 하기 일반식 3을 만족할 수 있다.In one example, the temperature of the refrigerant flow (F 1-2 ) flowing out of the
[일반식 3][Formula 3]
1℃ ≤ TR3Hin - TR3Cout ≤ 30℃1 ° C ≤ T R3Hin - T R3Cout ≤ 30 ° C
상기 일반식 3에서, TR3Cout는 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 온도를 나타내고, TR3Hin는 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기(106)로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)의 온도를 나타낸다.Wherein in formula 3, R3Cout T denotes a temperature of the third flow out from the
즉, 상기 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름의 온도(F1-2)와 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기(106)로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)의 온도의 차 TR3Hin - TR3Cout은 1 내지 30℃, 예를 들어, 3 내지 30℃, 5 내지 28℃, 10 내지 30℃ 또는 5.4 내지 26.2℃의 범위로 조절될 수 있다. That is, the temperature (F 1-2 ) of the refrigerant flowing out of the
상기 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 온도와 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기(106)로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)의 온도가 상기 일반식 3을 만족함으로써, 전술한 냉매의 일부 기화 현상을 막을 수 있을 정도로 상기 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름의 온도를 충분히 상승시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 열 회수 장치(10)의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. The temperature of the refrigerant flow F 1-2 flowing out from the
상기 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 온도와 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기(106)로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)의 온도는 상기 일반식 3을 만족한다면, 특별히 제한되는 것은 아니며, 적용하고자 하는 공정의 종류 및 각 공정의 조건에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)은 75℃ 내지 125℃, 예를 들어, 80℃ 내지 125℃, 90℃ 내지 125℃ 또는 95℃ 내지 123℃의 온도로 상기 압축기(102)로 유입될 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기(106)로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)의 온도는, 115℃ 내지 130℃, 예를 들어, 118℃ 내지 126℃, 120℃ 내지 128℃ 또는 120℃ 내지 126℃일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.The temperature of the refrigerant flow F 1-2 flowing out from the
하나의 예시에서, 상기 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압력 강하 장치(104)로 유입되는 냉매 흐름(F3-2)의 온도는 70℃ 내지 120℃, 예를 들어, 80℃ 내지 120℃, 90℃ 내지 120℃, 100℃ 내지 118℃, 또는 105℃ 내지 117℃일 수 있으며, 상기 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)은, 130℃ 내지 150℃, 예를 들어, 135℃ 내지 145℃ 또는 140℃ 내지 145℃의 온도로 상기 압축기(102)에서 유출되어 상기 제 2 열교환기(103)로 유입될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one example, the temperature of the refrigerant flow (F 3-2 ) flowing out of the
상기 압력 강하 장치(104)는, 상기 제 3 열교환기(103)에서 유출되는 액상의 냉매 흐름(F3-2)을 팽창시키고 온도 및 압력을 낮추기 위하여, 본 출원의 열 회수 장치(10)에 포함되며, 상기 압력 강하 장치(104)를 통과한, 냉매 흐름(F4-1)은 팽창된 후 상기 제 3 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름에 비하여 상대적으로 저온 및 저압 상태로 전술한 제 1 열교환기(101)로 재유입될 수 있다.The
예를 들어, 제 3 열교환기(103)에서 유출되는 액상의 냉매 흐름(F3-2)은 유체 연결된 배관을 통하여 상기 압력 강하 장치(104)로 유입될 수 있으며, 유입된 상기 냉매 흐름(F3-2)은 상기 압력 강하 장치(104)에서 팽창된 후에, 상기 제 3 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름에 비하여 상대적으로 저온 및 저압 상태로 상기 유체 연결된 배관을 통하여 유출될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 압력 강하 장치(104)에서 유출되는 냉매 흐름(F4-1)은 60℃ 내지 90℃, 예를 들어, 70℃ 내지 80℃ 또는 75℃ 내지 85℃, 바람직하게는 74℃ 내지 77℃의 온도로 상기 압력 강하 장치(104)에서 유출될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 압력 강하 장치(104)에서 유출되는 냉매 흐름(F4-1)의 압력은, 냉매의 종류 및 운전 조건에 따라 다양하게 변할 수 있으며, 예를 들어, 5.0 kgf/cm2g 내지 10 kgf/cm2g, 예를 들어, 5.5 kgf/cm2g 내지 8.0 kgf/cm2g 또는 5.8 kgf/cm2g 내지 7.0 kgf/cm2g일 수 있으며, 바람직하게는 6.0 kgf/cm2g 내지 6.5 kgf/cm2g의 압력으로 상기 압력 강하 장치(104)에서 유출될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the liquid refrigerant flow (F 3-2 ) flowing out of the third heat exchanger (103) can be introduced into the pressure drop device (104) through the fluid-connected piping, and the flow of the refrigerant F 3-2 may be discharged through the fluid connection pipe at a relatively low temperature and a low pressure state as compared with the refrigerant flow flowing out of the third heat exchanger after being expanded in the
상기 압력 강하 장치(104)는, 예를 들어 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출된 냉매 흐름이 흐르는 배관에 설치된 컨트롤 밸브 또는 터빈일 수 있다. The
상기 압력 강하 장치(104)가 터빈일 경우, 상기 터빈은 발전 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 압력 강하 장치(104)는 배관을 통해 흐르는 냉매, 즉 유체의 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 수차(hydraulic turbine)일 수 있으며, 상기 수차를 이용할 경우, 압축기에서 소모되는 전력을 열 회수 장치(10) 자체적으로 생산할 수 있으므로, 상기 회수 장치의 성능 계수를 증가시킬 수 있다. If the
본 출원의 열 회수 장치(10)에서는, 상기 배관을 통하여, 제 1 열교환기(101), 압축기(102), 제 2 열교환기(103), 제 3 열교환기(106) 및 압력 강하 장치(104)를 통과하는 냉매 흐름이 각각 상이한 온도 및 압력 특성을 가지며, 기상 및/또는 액상의 흐름으로 상기 제 1 열교환기(101), 압축기(102), 제 2 열교환기(103), 제 3 열교환기(106) 및 압력 강하 장치(104)로 유입 또는 유출됨으로써, 상기 냉매 흐름의 온도, 압력 및 상태 변화에 따른 잠열을 스팀 생성을 위한 열원으로서 사용할 수 있다. 또한, 본 출원의 열 회수 장치(10)에서는, 100℃ 미만의 저온의 폐열을 이용하여 스팀을 생성하기 위한 최적의 온도 및 압력 조건을 설정함으로써, 우수한 효율로 스팀을 생성할 수 있다.In the
하나의 예시에서, 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 냉매 흐름(F4-2)은 액상의 흐름일 수 있으며, 상기 냉매 흐름(F4-2) 내의 액상 흐름의 부피 분율은 0.5 내지 1.0, 예를 들어, 0.9 내지 1.0, 바람직하게는 0.99 내지 1.0일 수 있다. In one example, the refrigerant flow F 4-2 flowing into the
상기 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)은 기상의 흐름일 수 있으며, 상기 냉매 흐름(F1-2) 내의 기상 흐름의 부피 분율은 0.9 내지 1.0, 예를 들어, 0.95 내지 1.0, 바람직하게는 0.99 내지 1.0일 수 있다.The refrigerant flow F 1-2 flowing out of the
또한, 상기 압축기(102)에서 등엔트로피 압축 후에 유출되는 냉매 흐름(F2)은 기상의 흐름일 수 있으며, 상기 냉매 흐름(F2) 내의 기상 흐름의 부피 분율은 0.9 내지 1.0, 예를 들어, 0.95 내지 1.0, 바람직하게는 0.99 내지 1.0일 수 있다.The refrigerant flow F 2 flowing out after the isentropic compression in the
상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)은 액상의 흐름일 수 있으며, 상기 냉매 흐름(F3-1) 내의 액상 흐름의 부피 분율은 0.9 내지 1.0, 예를 들어, 0.95 내지 1.0, 바람직하게는 0.99 내지 1.0일 수 있다.The refrigerant flow (F 3-1 ) flowing out of the second heat exchanger (103) and flowing into the third heat exchanger may be a liquid phase flow, and the volume fraction of the liquid phase flow in the refrigerant flow (F 3-1 ) For example, from 0.9 to 1.0, preferably from 0.99 to 1.0.
또한, 상기 압력 강하 장치(104)에서 유출되는 냉매 흐름(F4-1)은 액상의 흐름일 수 있으며, 상기 냉매 흐름(F4-1) 내의 기상 흐름의 분율은 0 내지 0.5, 예를 들어, 0 내지 0.3, 바람직하게는 0 내지 0.1일 수 있다.The refrigerant flow F 4-1 flowing out of the
상기에서, 부피 분율(volume fraction)은 상기 배관을 통하여 흐르는 냉매 흐름 전체의 체적 유량(volume flow rate)에 대한 액상 흐름 또는 기상 흐름의 체적 유량의 비율을 의미하며, 상기 체적 유량은 단위 시간당 흐르는 유체의 체적을 나타내며, 하기 일반식 4에 의하여 구할 수 있다.The volume fraction refers to the ratio of the volume flow rate of the liquid flow or gas phase flow to the volume flow rate of the entire refrigerant flow flowing through the pipe, And can be obtained by the following general formula (4).
[일반식 4][Formula 4]
체적 유량 = Av (m3/s)Volumetric flow rate = Av (m 3 / s)
상기 일반식 4에서, A는 배관의 단면적(m2)을 나타내고, v는 냉매 흐름의 유속(m/s)을 나타낸다.
In the general formula (4), A represents the cross-sectional area (m 2 ) of the pipe and v represents the flow rate (m / s) of the refrigerant flow.
본 출원의 또 다른 구현예는, 열 회수 방법을 제공한다. Another embodiment of the present application provides a heat recovery method.
예시적인 상기 열 회수 방법은, 전술한 열 회수 장치(10)를 사용하여, 수행될 수 있으며, 이를 통하여, 전술한 바와 같이, 산업 현장 또는 다양한 화학 공정, 예를 들면 석유 화학 제품의 제조 공정에서 배출되는 100℃ 미만의 저급 열원을 버리지 않고 이용하여 스팀을 생성할 수 있으며, 생성된 스팀을 다양한 공정에 사용할 수 있으므로, 반응기 또는 증류탑에 사용되기 위한 외부 열원인 고온 스팀의 사용량을 절감할 수 있어, 에너지 절감 효율을 극대화 시킬 수 있다. 나아가, 본 출원의 열 회수 방법에 의하면, 냉매의 등엔트로피 압축시에 발생하는 냉매의 일부 기화 현상을 막을 수 있으며, 이에 따라, 상기 열 회수 장치의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.The exemplary heat recovery method can be performed using the above-described
본 출원의 일 구현예에 의한 상기 열 회수 방법은 냉매 순환 단계, 제 1 열교환 단계, 제 2 열교환 단계 및 제 3 열교환 단계를 포함한다.The heat recovery method according to an embodiment of the present application includes a refrigerant circulation step, a first heat exchange step, a second heat exchange step and a third heat exchange step.
하나의 예시에서, 상기 열 회수 방법은, 냉매 흐름을 제 1 열교환기(101), 제 3 열교환기(106), 압축기(102), 제 2 열교환기(103), 제 3 열교환기(106) 및 압력 강하 장치(104)를 순차로 통과하도록 순환시키는 냉매 순환 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 열 회수 방법은, (i) 냉매 흐름을 제 1 열교환기(101)로 유입시키고, (ii) 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)을 제 3 열교환기(106)로 유입시킨 후에 압축기(102)로 유입시키며, (iii) 상기 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)을 제 2 열교환기(103)로 유입시키고, (iv) 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되는 냉매 흐름(F3-1)을 상기 제 3 열교환기(106)로 유입시킨 후에 압력 강하 장치(104)로 유입시키며, (v) 상기 압력 강하 장치(104)에서 유출되는 냉매 흐름(F4-1)을 상기 제 1 열교환기(101)로 재유입 시키는 냉매 순환 단계를 포함할 수 있다. In one example, the heat recovery method is a method in which the refrigerant flows into the
또한, 상기 열 회수 방법은, 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 냉매 흐름(F4-2)을 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)과 열교환시키는 제 1 열교환 단계, 상기 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)을 상기 제 2 열교환기(103)로 유입되는 제 2 유체 흐름(W3)과 열교환시키는 제 2 열교환 단계 및 후술할 제 3 열교환 단계를 포함한다.The heat recovery method may further include a step of performing heat exchange between the refrigerant flow F 4-2 flowing into the
하나의 예시에서, 상기 냉매 순환 단계에서 제 1 열교환기(101), 제 3 열교환기(106), 압축기(102), 제 2 열교환기(103), 제 3 열교환기(106) 및 압력 강하 장치(104)를 순차로 통과하도록 순환하는 상기 냉매는, 전술한 바와 같이, 온도-엔트로피 선도의 포화증기곡선의 접선의 기울기가 양의 기울기를 가지는 냉매일 수 있으며, 예를 들어, 가로축은 엔트로피(J/kg·K), 세로축은 온도(℃)인 상기 온도-엔트로피 선도의 포화증기곡선의 접선의 기울기는 50℃ 내지 130℃에서 1 내지 3일 수 있다.In one example, in the refrigerant circulation step, the
상기 열 회수 방법은 또한, 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1-1)과 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되는 냉매 흐름(F3-1)을 제 3 열교환기(106)에서 열교환시키는 제 3 열교환 단계를 포함한다. 이에 따라, 전술한 바와 같이, 냉매의 등엔트로피 압축시에 발생하는 냉매의 일부 기화 현상을 막을 수 있으며, 상기 열 회수 장치(10)의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.The heat recovery method is also characterized in that the refrigerant flow (F 1-1 ) flowing out of the first heat exchanger (101) and the refrigerant flow (F 3-1 ) flowing out of the second heat exchanger (103) And a third heat exchange step of exchanging heat in the second heat exchanger (106). Accordingly, as described above, it is possible to prevent the partial vaporization of the refrigerant, which is generated at the time of isentropic compression of the refrigerant, and to increase the heat exchange efficiency of the
상기 냉매 순환 단계, 제 1 열교환 단계, 제 2 열교환 단계 및 제 3 열교환 단계는 순차적으로 이루어지거나, 또는 순서에 관계없이 서로 독립적으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 냉매 순환 단계의 (i) 내지 (v)의 과정은 순환 과정이므로, 상기와 같이 냉매 흐름이 순환될 수만 있다면, 어느 과정이 먼저 수행되더라도 무방하다. The refrigerant circulation step, the first heat exchanging step, the second heat exchanging step and the third heat exchanging step may be performed sequentially, or independently of each other. In addition, since the processes (i) to (v) of the refrigerant circulation step are a circulation process, any process may be performed first if the refrigerant flow can be circulated as described above.
예시적인 본 출원의 열 회수 방법에서, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1)의 온도와 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도는 하기 일반식 1을 만족할 수 있다.In the exemplary heat recovery method of the present application, the temperature of the refrigerant flow (F 1 ) flowing out of the first heat exchanger (101) and the temperature of the first fluid flow (W 1 ) flowing into the first heat exchanger The temperature may satisfy the following general formula (1).
[일반식 1][Formula 1]
1℃ ≤ TF - TR ≤ 20℃1 ° C ≤ T F - T R ≤ 20 ° C
상기 일반식 1에서, TF는 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도를 나타내고, TR은 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1)의 온도를 나타낸다. Wherein T F represents the temperature of the first fluid flow W 1 flowing into the
상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1)의 온도와 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도가 상기 일반식 1을 만족함으로써, 저온의 폐열, 특히, 100℃ 미만, 예를 들어, 50 내지 90℃ 수준의 현열 상태의 저급 열원의 폐열을 이용하여, 스팀을 생산할 수 있으며, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1)의 온도와 상기 제 1 열교환기(101)로 유입되는 제 1 유체 흐름(W1)의 온도 조건에 관한 자세한 설명은, 전술한 열 회수 장치(10)에서 설명한 바와 동일한 바, 생략하기로 한다.When the temperature of the refrigerant flow F 1 flowing out of the
또한, 본 출원의 열 회수 방법에서, 제 3 열교환기에서 유출되어 압축기로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 압력과 상기 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력의 비는 하기 일반식 2를 만족할 수 있다.Further, in the heat recovery method of the present application, the pressure of the coolant flow (F 2) flowing out of the pressure and the
[일반식 2][Formula 2]
2 ≤ PC/PH ≤ 52? P C / P H ? 5
상기 일반식 2에서, PC는 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력(bar)을 나타내고, PH은 상기 제 3 열교환기에서 유출되어 압축기로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 압력(bar)을 나타낸다.In the
상기 제 3 열교환기에서 유출되어 압축기로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 압력과 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력의 비가 상기 일반식 2를 만족함으로써, 상기 제 1 열교환기(101)에서 기화된 냉매는 스팀을 생성하기에 충분한 열량을 가지도록 고온 및 고압 상태로 압축될 수 있으며, 본 출원의 열 회수 방법에서, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 냉매 흐름(F1)의 압력과 압축기(102)에서 유출되는 냉매 흐름(F2)의 압력에 관한 자세한 설명은, 전술한 열 회수 장치(10)에서 설명한 바와 동일한 바, 생략하기로 한다.The ratio of the pressure of the refrigerant flow (F 1-2 ) flowing out of the third heat exchanger to the compressor and the pressure of the refrigerant flow (F2) flowing out of the
하나의 예시에서, 상기 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 온도와 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기(106)로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)의 온도는 하기 일반식 3을 만족할 수 있다.In one example, the temperature of the refrigerant flow (F 1-2 ) flowing out of the
[일반식 3][Formula 3]
1℃ ≤ TR3Hin - TR3Cout ≤ 30℃1 ° C ≤ T R3Hin - T R3Cout ≤ 30 ° C
상기 일반식 3에서, TR3Cout는 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 온도를 나타내고, TR3Hin는 상기 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기(106)로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)의 온도를 나타낸다.Wherein in formula 3, R3Cout T denotes a temperature of the third flow out from the
상기 제 3 열교환기(106)에서 유출되어 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 온도와 제 2 열교환기(103)에서 유출되어 상기 제 3 열교환기로 유입되는 냉매 흐름(F3-1)의 온도가 상기 일반식 3을 만족함으로써, 전술한 냉매의 일부 기화 현상을 막을 수 있을 정도로 상기 압축기(102)로 유입되는 냉매 흐름(F1-2)의 온도를 충분히 상승시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 열 회수 장치(10)의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다. The temperature of the refrigerant flow F 1-2 flowing out from the
또한, 상기 열 회수 방법에서, 구체적인 온도, 압력 및 유량 조건에 관한 자세한 설명은 상기 열 회수 장치(10)에서 전술한 바와 동일한 바, 생략하기로 한다. In the heat recovery method, details of the specific temperature, pressure, and flow rate conditions are the same as those described above in the
하나의 예시에서, 상기 열 회수 방법의 또 다른 구현예에서, 상기 제 2 열교환기(103)로 유입되는 유체(W3)는 물일 수 있으며, 또한, 예시적인 본 출원의 열 회수 방법은 상기 제 2 열교환기(103)로 유입되는 냉매 흐름(F2)과 열교환된 물을 스팀으로 배출시키는 스팀 생성 단계를 추가로 포함할 수 있다In one example, in another embodiment of the heat recovery method, the fluid (W 3 ) entering the second heat exchanger (103) may be water, and the exemplary heat recovery method of the present application And a steam generating step of discharging the heat-exchanged water to the refrigerant flow (F 2 ) flowing into the two-heat exchanger (103)
또한, 상기 열 회수 방법의 다른 구현예는, 상기 제 1 열교환기(101)에서 유출되는 제 1 유체 흐름을 응축시켜 배출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
Further, another embodiment of the heat recovery method may further include a step of condensing and discharging the first fluid flow flowing out from the first heat exchanger (101).
본 출원의 열 회수 장치(10) 및 방법은 다양한 석유 화학 공정에 적용될 수 있다. The
예를 들어, n-부탄올 제조 시 옥소 반응 공정의 경우, 공정에서 발생하는 폐열의 온도는 약 85℃로, 이 경우, 약 7.6 Gcal/hr의 열량이 버려지므로, 상기 옥소 반응 공정에 적용될 수 있다. 또한, 알킬레이션 반응을 통한 큐멘의 제조 공정의 경우 약 6.8 Gcal/hr의 열량이 버려지고 있어, 상기 큐멘의 제조 공정에도 적용이 가능하다. 또한, 아크릴산의 제조 공정 시, 흡수기에서 발생하는 폐열의 온도는 약 75℃로, 이 경우, 약 1.6 내지 3.4 Gcal/hr의 열량이 버려지고 있어, 상기 아크릴산의 제조 공정에도 적용이 가능하다.For example, in the case of the oxo reaction process in the production of n-butanol, the temperature of the waste heat generated in the process is about 85 ° C, in which case the amount of heat of about 7.6 Gcal / hr is discarded, . In addition, in the process of producing cumene by the alkylation reaction, the amount of heat of about 6.8 Gcal / hr is abandoned, and the present invention can be applied to the production process of the cumene. Further, in the production process of acrylic acid, the temperature of the waste heat generated in the absorber is about 75 DEG C, and in this case, the amount of heat of about 1.6 to 3.4 Gcal / hr is abandoned, which is also applicable to the acrylic acid production process.
본 출원의 열 회수 장치 및 방법에 의하면, 산업 현장 또는 다양한 화학 공정, 예를 들면 석유 화학 제품의 제조 공정에서 배출되는 100℃ 미만의 저급 열원을 버리지 않고 이용하여 스팀을 생성할 수 있으며, 생성된 스팀을 다양한 공정에 사용할 수 있으므로, 반응기 또는 증류탑에 사용되기 위한 외부 열원인 고온 스팀의 사용량을 절감할 수 있어, 에너지 절감 효율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 냉매의 등엔트로피 압축시에 발생하는 냉매의 일부 기화 현상을 막을 수 있으며, 이에 따라, 상기 열 회수 장치의 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.According to the heat recovery apparatus and method of the present application, it is possible to generate steam by using a low-temperature heat source of less than 100 ° C discharged from an industrial site or various chemical processes, for example, a production process of a petrochemical product, Steam can be used for various processes. Therefore, it is possible to reduce the amount of high temperature steam used as an external heat source for use in the reactor or the distillation column, thereby maximizing the energy saving efficiency. In addition, It is possible to prevent the partial vaporization phenomenon of the heat recovery apparatus, thereby increasing the heat exchange efficiency of the heat recovery apparatus.
도 1은 종래의 폐열 처리 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 출원의 예시적인 열 회수 장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 출원의 냉매의 온도-엔트로피 선도를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 열 회수 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a conventional waste heat treatment apparatus.
2 is a diagram schematically showing an exemplary heat recovery apparatus of the present application.
3 is a graph exemplarily showing the temperature-entropy diagram of the refrigerant of the present application.
4 is a view showing a heat recovery apparatus according to an embodiment of the present application.
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present application will be described in more detail by way of examples according to the present application and comparative examples not complying with the present application, but the scope of the present application is not limited by the following embodiments.
실시예Example 1 One
도 4의 열 회수 장치를 이용하여, 스팀을 생성하였다. Using the heat recovery apparatus of Fig. 4, steam was generated.
냉매(1,1,1,3,3-pentafluoropropane, R245fa)가 제 1 열교환기, 제 3 열교환기, 콤프레셔, 제 2 열교환기, 제 3 열교환기 및 컨트롤 밸브를 순차로 통과하도록, 상기 냉매를 30,000 kg/hr의 동일한 유량으로 순환시켰다. 구체적으로, 75.4℃, 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태의 냉매 흐름을 제 1 열교환기로 유입시키고, 이와 동시에 상기 제 1 열교환기로 85.0℃(TF), 1.0 kgf/cm2g, 기체 부피 분율이 0.0인 상태의 폐열 흐름을 300,000 kg/hr의 유량으로 유입시켜 열교환을 시켰다. 상기 열교환 후 폐열 흐름은 81.2℃, 1.0 kgf/cm2g, 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 300,000 kg/hr의 유량으로 유출시켰으며, 냉매 흐름은 80.0℃(TR), 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 유출시킨 후 제 3 열교환기로 유입하였다. 상기 제 1 열교환기에서 유출되어 상기 제 3 열교환기로 유입된 냉매 흐름은 콤프레셔로 유입시키고, 상기 콤프레셔에서 유출시킨 냉매 흐름은 제 2 열교환기로 유입시켜, 제 2 열교환기를 통과하는 유체 흐름과 열교환시켰으며, 제 2 열교환기에서 유출시킨 냉매 흐름은 다시 제 3 열교환기로 유입시켜, 상기 제 1 열교환기에서 유출되어 상기 제 3 열교환기로 유입된 냉매 흐름과 열교환시킨 뒤에, 컨트롤 밸브를 통과하도록 하였다. 구체적으로, 상기 제 3 열교환기에서 열교환된 냉매 흐름을 116.1℃, 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 상기 제 3 열교환기에서 유출시킨 뒤에 콤프레셔로 유입시켰다. 또한, 상기 콤프레셔에서 압축된 냉매 흐름은 143.0℃, 20.7 kgf/cm2g(21.3 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 콤프레셔에서 유출시켰다. 이 경우, 상기 콤프레셔에서 사용된 일의 양은 240,424.3 W였다. 상기 콤프레셔에서 유출된 냉매 흐름을 제 2 열교환기로 유입시키고, 이와 동시에 상기 제 2 열교환기로 115.0℃, 0.7 kgf/cm2g, 기체 부피 분율이 0.0인 상태의 물을 1,338 kg/hr의 유량으로 유입시켜 상기 냉매 흐름과 열교환을 시켰다. 상기 열교환 후 물은 120.0℃, 0.7 kgf/cm2g, 기체 부피 분율이 1.0인 상태의 스팀으로 배출되었으며, 응축된 냉매 흐름은 122.0℃, 20.7 kgf/cm2g(21.3 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 유출시킨 후 제 3 열교환기로 유입시켰다. 상기 제 2 열교환기에서 열교환된 후에 응축되어 제 3 열교환기로 유입된 냉매 흐름은 상기 제 1 열교환기에서 유출되어 제 3 열교환기로 유입된 냉매 흐름과 열교환 된 후에, 116.1℃, 20.7 kgf/cm2g(21.3 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 상기 제 3 열교환기에서 유출되었으며, 컨트롤 밸브로 유입되었다. 상기 컨트롤 밸브로 유입된 냉매 흐름을 75.4℃, 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 0.36인 상태로 상기 컨트롤 밸브에서 유출시킨 후 제 1 열교환기로 유입시켰다.The refrigerant (1,1,1,3,3-pentafluoropropane, R245fa) is passed through the first heat exchanger, the third heat exchanger, the compressor, the second heat exchanger, the third heat exchanger and the control valve in sequence, And circulated at the same flow rate of 30,000 kg / hr. Specifically, a refrigerant flow having a gas volume fraction of 0.04, 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar) is introduced into the first heat exchanger, and at the same time, 85.0 ° C. (T F ), 1.0 kgf / cm < 2 > g and a gas volume fraction of 0.0 at a flow rate of 300,000 kg / hr. After the heat exchange, the waste heat was discharged at a flow rate of 300,000 kg / hr at 81.2 ° C. and 1.0 kgf / cm 2 g and a gas volume fraction of 0.0. The refrigerant flow was 80.0 ° C. (T R ), 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar), the gas volume fraction was 1.0, and then flowed into the third heat exchanger. The refrigerant flowing out of the first heat exchanger and flowing into the third heat exchanger flows into the compressor, and the refrigerant flowing out of the compressor flows into the second heat exchanger, thereby performing heat exchange with the fluid flowing through the second heat exchanger , The refrigerant flow out of the second heat exchanger flows into the third heat exchanger again, the refrigerant flows out from the first heat exchanger and exchanges heat with the refrigerant flowing into the third heat exchanger, and then passes through the control valve. Specifically, the refrigerant flow that was heat-exchanged in the third heat exchanger was introduced into the compressor after flowing out from the third heat exchanger at a temperature of 116.1 ° C., 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar) and a gas volume fraction of 1.0. Also, the refrigerant flow compressed in the compressor was discharged from the compressor at 143.0 ° C, 20.7 kgf / cm 2 g (21.3 bar), and a gas volume fraction of 1.0. In this case, the amount of work used in the compressor was 240,424.3 W. At the same time, water in a state of 115.0 DEG C, 0.7 kgf / cm < 2 > g and a gas volume fraction of 0.0 is introduced into the second heat exchanger at a flow rate of 1,338 kg / hr through the second heat exchanger To perform heat exchange with the refrigerant flow. The water after the heat exchange was discharged into steam at 120.0 ° C., 0.7 kgf / cm 2 g and a gas volume fraction of 1.0, and the condensed refrigerant flow was 122.0 ° C., 20.7 kgf / cm 2 g (21.3 bar) 0.0 > 0.0 < / RTI > and flowed into the third heat exchanger. The refrigerant flow after being heat-exchanged in the second heat exchanger and flowing into the third heat exchanger is heat-exchanged with the refrigerant flow flowing out of the first heat exchanger and flowing into the third heat exchanger, and then the refrigerant flows at 116.1 ° C. and 20.7 kgf / cm 2 g (21.3 bar), the gas volume fraction of 0.0 was discharged from the third heat exchanger and flowed into the control valve. The flow of the refrigerant flowing into the control valve was flowed out from the control valve at 75.4 ° C., 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar) and a gas volume fraction of 0.36, and then introduced into the first heat exchanger.
이 경우, 열 회수 장치의 성능 계수를 하기 일반식 5에 의하여 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 성능계수는, 상기 콤프레셔에 투입된 에너지 대비 열교환 매체가 흡수한 열량을 나타내며, 즉, 에너지 투입량 대비 회수한 에너지의 비율을 의미한다. 예를 들어, 성능 계수가 3이라면, 투입한 전기의 3배의 열량을 얻은 것을 의미한다.In this case, the coefficient of performance of the heat recovery apparatus was calculated by the following Formula 5, and the results are shown in Table 1 below. The performance coefficient indicates the amount of heat absorbed by the heat exchange medium with respect to the energy input to the compressor, that is, the ratio of the energy recovered to the energy input amount. For example, if the coefficient of performance is 3, it means that three times as much heat as the input electricity is obtained.
[일반식 5][Formula 5]
상기 일반식 5에서, Q는 제 2 열교환기에 의하여 응축된 열량을 나타내며, W는 콤프레셔가 한 일의 양을 나타낸다.
In the above general formula (5), Q represents the amount of heat condensed by the second heat exchanger, and W represents the amount of work done by the compressor.
실시예Example 2 2
제 2 열교환기에서 열교환된 냉매 흐름을 122.0℃, 20.7 kgf/cm2g(21.3 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 유출시킨 후 제 3 열교환기로 유입시켰으며, 상기 제 1 열교환기에서 유출되어 제 3 열교환기로 유입된 냉매 흐름과 열교환 시켰다. 또한, 상기 제 3 열교환기에서 열교환된 냉매 흐름을 110.2℃, 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 상기 제 3 열교환기에서 유출시킨 후에 콤프레셔로 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스팀을 생성하였으며, 이 경우, 열 회수 장치의 성능 계수를 하기 표 1에 나타내었다.
The flow of the refrigerant heat-exchanged in the second heat exchanger was discharged at 122.0 ° C, 20.7 kgf / cm 2 g (21.3 bar) and a gas volume fraction of 0.0, and then flowed into the third heat exchanger. Exchanged with the refrigerant flow introduced into the third heat exchanger. The flow rate of the refrigerant heat-exchanged in the third heat exchanger was 110.2 ° C., 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar), the gas volume fraction was 0.0, and the refrigerant flowed out from the third heat exchanger and then flowed into the compressor And steam was produced in the same manner as in Example 1. In this case, the coefficient of performance of the heat recovery apparatus is shown in Table 1 below.
실시예Example 3 3
제 2 열교환기에서 열교환된 냉매 흐름을 122.0℃, 20.7 kgf/cm2g(21.3 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 유출시킨 후 제 3 열교환기로 유입시켰으며, 상기 제 1 열교환기에서 유출되어 제 3 열교환기로 유입된 냉매 흐름과 열교환 시켰다. 또한, 상기 제 3 열교환기에서 열교환된 냉매 흐름을 105.5℃, 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 상기 제 3 열교환기에서 유출시킨 후에 콤프레셔로 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스팀을 생성하였으며, 이 경우, 열 회수 장치의 성능 계수를 하기 표 1에 나타내었다.
The flow of the refrigerant heat-exchanged in the second heat exchanger was discharged at 122.0 ° C, 20.7 kgf / cm 2 g (21.3 bar) and a gas volume fraction of 0.0, and then flowed into the third heat exchanger. Exchanged with the refrigerant flow introduced into the third heat exchanger. In addition, the refrigerant flow that was heat-exchanged in the third heat exchanger was discharged at a temperature of 105.5 ° C., 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar) and a gas volume fraction of 0.0 in the third heat exchanger, And steam was produced in the same manner as in Example 1. In this case, the coefficient of performance of the heat recovery apparatus is shown in Table 1 below.
실시예Example 4 4
제 1 열교환기에서 열교환 후, 냉매 흐름을 80℃, 5.2 kgf/cm2g(6.1 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 제 3 열교환기로 유입시키고, 제 3 열교환기에서 열교환 후 상기 냉매 흐름을 120.2℃, 5.2 kgf/cm2g(6.1 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 상기 콤프레셔로 유입시켰다. 또한, 상기 콤프레셔에서 압축된 냉매 흐름을 143℃, 21.9 kgf/cm2g(22.5 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 콤프레셔에서 유출시킨 후에, 제 2 열교환기로 유입시켜 열교환 시키고, 상기 제 2 열교환기에서 열교환된 냉매 흐름을 125.6℃, 21.9 kgf/cm2g(22.5 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 유출시킨 후 제 3 열교환기로 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스팀을 생성하였으며, 이 경우, 열 회수 장치의 성능 계수를 하기 표 2에 나타내었다.
After the heat exchange in the first heat exchanger, the refrigerant flow is introduced into the third heat exchanger at a temperature of 80 ° C, 5.2 kgf / cm 2 g (6.1 bar) and a gas volume fraction of 1.0. In the third heat exchanger, Was introduced into the compressor at 120.2 ° C, 5.2 kgf / cm 2 g (6.1 bar) and a gas volume fraction of 1.0. The refrigerant compressed in the compressor flows out of the compressor at 143 ° C, 21.9 kgf / cm 2 g (22.5 bar) and a gas volume fraction of 1.0, flows into the second heat exchanger for heat exchange, Except that the flow of the refrigerant heat-exchanged in the heat exchanger was discharged at a rate of 21.9 kgf / cm 2 g (22.5 bar) and a gas volume fraction of 0.0, then introduced into the third heat exchanger, Steam was produced. In this case, the coefficient of performance of the heat recovery apparatus is shown in Table 2 below.
실시예Example 5 5
제 2 열교환기에서 열교환된 냉매 흐름을 125.0℃, 20.7 kgf/cm2g(21.3 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 유출시킨 후 제 3 열교환기로 유입시켰으며, 상기 제 1 열교환기에서 유출되어 제 3 열교환기로 유입된 냉매 흐름과 열교환 시켰다. 또한, 상기 제 3 열교환기에서 열교환된 냉매 흐름을 98.8℃, 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 상기 제 3 열교환기에서 유출시킨 후에 콤프레셔로 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스팀을 생성하였으며, 이 경우, 열 회수 장치의 성능 계수를 하기 표 2에 나타내었다.
The refrigerant flowed in the second heat exchanger was flowed out at a temperature of 125.0 ° C, 20.7 kgf / cm 2 g (21.3 bar) and a gas volume fraction of 0.0, and then introduced into the third heat exchanger. Exchanged with the refrigerant flow introduced into the third heat exchanger. The flow of the refrigerant heat-exchanged in the third heat exchanger was 98.8 ° C., 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar), the gas volume fraction was 0.0, and the refrigerant flowed out from the third heat exchanger and then flowed into the compressor Steam was produced in the same manner as in Example 1. In this case, the coefficient of performance of the heat recovery apparatus is shown in Table 2 below.
비교예Comparative Example 1 One
제 1 열교환기에서 유출된 냉매 흐름을 제 3 열교환기로 유입시키지 않고, 콤프레셔로 유입시켰으며, 제 2 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름을 제 3 열교환기로 유입시키지 않고, 압력 강하 장치로 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 스팀을 생성하였다. The flow of the refrigerant flowing out of the first heat exchanger is not introduced into the third heat exchanger but is introduced into the compressor and the flow of the refrigerant flowing out of the second heat exchanger is not introduced into the third heat exchanger, , Steam was produced in the same manner as in Example 1.
구체적으로는, 75.4℃, 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태의 냉매 흐름을 제 1 열교환기로 유입시키고, 이와 동시에 상기 제 1 열교환기로 85.0℃(TF), 1.0 kgf/cm2g, 기체 부피 분율이 0.0인 상태의 폐열 흐름을 300,000 kg/hr의 유량으로 유입시켜 열교환을 시켰다. 상기 열교환 후 폐열 흐름은 81.2℃, 1.0 kgf/cm2g, 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 300,000 kg/hr의 유량으로 유출시켰으며, 냉매 흐름은 80.0℃(TR), 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 유출시킨 후 제 콤프레셔로 유입하였다. 또한, 상기 콤프레셔에서 압축된 냉매 흐름은 125.0℃, 20.7 kgf/cm2g(21.3 bar), 기체 부피 분율이 0.82인 상태로 콤프레셔에서 유출시켰다. 이 경우, 상기 콤프레셔에서 사용된 일의 양은 214078.6 J이었다. 상기 콤프레셔에서 유출된 냉매 흐름을 제 2 열교환기로 유입시키고, 이와 동시에 상기 제 2 열교환기로 115.0℃, 0.7 kgf/cm2g, 기체 부피 분율이 0.0인 상태의 물을 1,800 kg/hr의 유량으로 유입시켜 상기 냉매 흐름과 열교환을 시켰다. 상기 열교환 후 물은 120.0℃, 0.7 kgf/cm2g, 기체 부피 분율이 1.0인 상태의 스팀으로 배출되었으며, 냉매 흐름은 응축되어 120.0℃, 20.7 kgf/cm2g(21.3 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 유출시킨 후에 컨트롤 밸브로 유입되었다. 또한, 상기 컨트롤 밸브를 통과한 냉매 흐름을 75.4℃, 6.2 kgf/cm2g(7.1 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 상기 컨트롤 밸브에서 유출시킨 후 제 1 열교환기로 재유입시켰다.Concretely, a refrigerant flow having a gas volume fraction of 0.04, 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar) is introduced into the first heat exchanger, and at the same time, a temperature of 85.0 ° C. (T F ) 1.0 kgf / cm 2 g and a gas volume fraction of 0.0 was introduced at a flow rate of 300,000 kg / hr for heat exchange. After the heat exchange, the waste heat was discharged at a flow rate of 300,000 kg / hr at 81.2 ° C. and 1.0 kgf / cm 2 g and a gas volume fraction of 0.0. The refrigerant flow was 80.0 ° C. (T R ), 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar), the volume fraction of gas was 1.0, and then flowed into the compressor. In addition, the refrigerant flow compressed in the compressor was discharged from the compressor at 125.0 ° C, 20.7 kgf / cm 2 g (21.3 bar), and a gas volume fraction of 0.82. In this case, the amount of work used in the compressor was 214078.6 J. At the same time, water flowing at 115.0 DEG C, 0.7 kgf / cm < 2 > g and a gas volume fraction of 0.0 is introduced into the second heat exchanger at a flow rate of 1,800 kg / hr through the second heat exchanger To perform heat exchange with the refrigerant flow. The water after the heat exchange was discharged into steam at 120.0 ° C, 0.7 kgf / cm 2 g and a gas volume fraction of 1.0, and the refrigerant flow was condensed to be 120.0 ° C., 20.7 kgf / cm 2 g (21.3 bar) 0.0 > 0.0 < / RTI > and flowed into the control valve. The refrigerant flow passed through the control valve was flowed out from the control valve at 75.4 ° C., 6.2 kgf / cm 2 g (7.1 bar) and a gas volume fraction of 0.0, and then re-introduced into the first heat exchanger.
이 경우, 열 회수 장치의 성능 계수를 계산하였으며, 하기 표 3에 나타내었다.
In this case, the coefficient of performance of the heat recovery apparatus was calculated and shown in Table 3 below.
비교예Comparative Example 2 2
75.4℃, 4.1 kgf/cm2g(5.02 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태의 냉매 흐름을 제 1 열교환기로 유입시키고, 이와 동시에 상기 제 1 열교환기로 85℃(TF), 1.0 kgf/cm2g, 기체 부피 분율이 0.0인 상태의 폐열 흐름을 300,000 kg/hr의 유량으로 유입시켜 열교환을 시켰으며, 상기 제 1 열교환기에서 열교환 후, 냉매 흐름을 62.6℃(TR), 4.1 kgf/cm2g(5.02 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 제 3 열교환기로 유입시키켰다 또한, 상기 제 3 열교환기에서 열교환 후, 상기 냉매 흐름을 130.3℃, 4.1 kgf/cm2g(5.02 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 상기 콤프레셔로 유입시켰으며, 상기 콤프레셔에서 압축된 냉매 흐름을 143℃, 25.7 kgf/cm2g(26.2 bar), 기체 부피 분율이 1.0인 상태로 콤프레셔에서 유출시킨 후에, 제 2 열교환기로 유입시켜 열교환 시켰으며, 상기 제 2 열교환기에서 열교환된 냉매 흐름을 135.8℃, 25.7 kgf/cm2g(26.2 bar), 기체 부피 분율이 0.0인 상태로 유출시킨 후 제 3 열교환기로 유입시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스팀을 생성하였으며, 이 경우, 열 회수 장치의 성능 계수를 하기 표 3에 나타내었다.(T F ) of 1.0 kgf / cm 2 (T F ) was introduced into the first heat exchanger at the same time that the refrigerant flow of 75 kgf / cm 2 , 75.4 ° C, 4.1 kgf / cm 2 g 2 g and a gas volume fraction of 0.0 was introduced at a flow rate of 300,000 kg / hr to effect heat exchange. After exchanging heat in the first heat exchanger, the refrigerant flow was 62.6 ° C (T R ), 4.1 kgf / cm 2 g (5.02 bar) and a gas volume fraction of 1.0. After the heat exchange in the third heat exchanger, the refrigerant flow was 130.3 ° C and 4.1 kgf / cm 2 g (5.02 bar ) And a gas volume fraction of 1.0, and the refrigerant flow compressed in the compressor was discharged from the compressor at 143 ° C, 25.7 kgf / cm 2 g (26.2 bar) and a gas volume fraction of 1.0 Exchanged in the second heat exchanger, and the heat exchanged in the second heat exchanger Steam was produced in the same manner as in Example 1, except that the stream was flown out at 135.8 ° C, 25.7 kgf / cm 2 g (26.2 bar), a gas volume fraction of 0.0, and then introduced into the third heat exchanger. The performance coefficients of the heat recovery apparatus are shown in Table 3 below.
10: 열 회수 장치
101: 제 1 열교환기
102: 압축기
103: 제 2 열교환기
104: 압력 강하 장치
105: 저장 탱크
106: 제 3 열교환기
F1-1: 제 1 열교환기에서 유출되어 제 3 열교환기로 유입되는 냉매 흐름
F1-2: 제 3 열교환기에서 유출되어 압축기로 유입되는 냉매 흐름
F3-1: 제 2 열교환기에서 유출되어 제 3 열교환기로 유입되는 냉매 흐름
F3-2: 제 3 열교환기에서 유출되어 압력 강하 장치로 유입되는 냉매 흐름
F2: 압축기에서 유출되는 냉매 흐름
F3: 제 2 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름
F4-1: 압력 강하 장치에서 유출되는 냉매 흐름
F4-2: 제 1 열교환기로 유입되는 냉매 흐름
W1: 제 1 열교환기로 유입되는 제 1 유체 흐름
W2: 제 1 열교환기에서 유출되는 제 1 유체 흐름
W3: 제 2 열교환기로 유입되는 제 2 유체 흐름
W4: 제 2 열교환기에서 열교환된 제 2 유체 흐름
CP: 임계점
SVC: 포화증기곡선10: Heat recovery device
101: first heat exchanger
102: compressor
103: second heat exchanger
104: Pressure drop device
105: Storage tank
106: third heat exchanger
F 1-1 : refrigerant flow flowing out of the first heat exchanger and flowing into the third heat exchanger
F 1-2 : Flow of refrigerant flowing out of the third heat exchanger to the compressor
F 3-1 : refrigerant flow flowing out of the second heat exchanger and flowing into the third heat exchanger
F 3-2 : Flow of refrigerant flowing out of the third heat exchanger to the pressure drop device
F 2 : Refrigerant flow out of the compressor
F 3 : refrigerant flow out of the second heat exchanger
F 4-1 : refrigerant flow from the pressure drop device
F 4-2 : refrigerant flow flowing into the first heat exchanger
W 1 : the first fluid flow into the first heat exchanger
W 2 : the first fluid flow flowing out of the first heat exchanger
W 3 : the second fluid flow entering the second heat exchanger
W 4 : second fluid flow heat exchanged in the second heat exchanger
CP: critical point
SVC: Saturated steam curve
Claims (36)
상기 제 1 열교환기로 유입되는 냉매 흐름은 상기 제 1 열교환기로 유입되는 제 1 유체 흐름과 열교환되며,
상기 제 1 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름은 상기 제 3 열교환기로 유입된 후에 상기 압축기로 유입되고,
상기 압축기에서 유출되는 냉매 흐름은 상기 제 2 열교환기로 유입되어 상기 제 2 열교환기로 유입되는 제 2 유체 흐름과 열교환되며,
상기 제 2 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름은 상기 제 3 열교환기로 유입된 후에 상기 압력 강하 장치로 유입되고,
상기 압력 강하 장치에서 유출되는 냉매 흐름은 상기 제 1 열교환기로 유입되며,
상기 제 1 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름과 상기 제 2 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름은 상기 제 3 열교환기에서 열교환되는 열 회수 장치.A first heat exchanger, a compressor, a second heat exchanger, a third heat exchanger, and a pressure reducing device fluidly connected through a pipe through which refrigerant flows,
The refrigerant flow entering the first heat exchanger is heat exchanged with the first fluid flow entering the first heat exchanger,
The refrigerant flowing out of the first heat exchanger flows into the compressor after being introduced into the third heat exchanger,
The refrigerant flowing out of the compressor flows into the second heat exchanger and is heat-exchanged with the second fluid flowing into the second heat exchanger,
The refrigerant flowing out of the second heat exchanger flows into the pressure reducing device after being introduced into the third heat exchanger,
The refrigerant flow out of the pressure drop device flows into the first heat exchanger,
Wherein the refrigerant flowing out of the first heat exchanger and the refrigerant flowing out of the second heat exchanger are heat-exchanged in the third heat exchanger.
[일반식 1]
1℃ ≤ TF - TR ≤ 20℃
상기 일반식 1에서, TF는 제 1 열교환기로 유입되는 제 1 유체 흐름의 온도를 나타내고, TR은 제 1 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름의 온도를 나타낸다.The heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the temperature of the refrigerant flow flowing out of the first heat exchanger and the temperature of the first fluid flow flowing into the first heat exchanger satisfy the following formula 1:
[Formula 1]
1 ° C ≤ T F - T R ≤ 20 ° C
In the above general formula (1), T F represents the temperature of the first fluid flowing into the first heat exchanger, and T R represents the temperature of the refrigerant flowing out of the first heat exchanger.
[일반식 2]
2 ≤ PC/PH ≤ 5
상기 일반식 2에서, PC는 압축기에서 유출되는 냉매 흐름의 압력(bar)을 나타내고, PH은 제 3 열교환기에서 유출되어 압축기로 유입되는 냉매 흐름의 압력(bar)을 나타낸다. The heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the ratio of the pressure of the refrigerant flow flowing out of the third heat exchanger to the compressor and the pressure of the refrigerant flow flowing out of the compressor satisfies the following formula 2:
[Formula 2]
2? P C / P H ? 5
In the formula (2), P C represents the pressure (bar) of the refrigerant flowing out of the compressor, and P H represents the pressure (bar) of the refrigerant flowing out of the third heat exchanger and flowing into the compressor.
[일반식 3]
1℃ ≤ TR3Hin - TR3Cout ≤ 30℃
상기 일반식 3에서, TR3Cout는 제 3 열교환기에서 유출되어 압축기로 유입되는 냉매 흐름의 온도를 나타내고, TR3Hin는 제 2 열교환기에서 유출되어 상기 제 3 열교환기로 유입되는 냉매 흐름의 온도를 나타낸다.The heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the temperature of the refrigerant flow flowing out of the third heat exchanger and flowing into the compressor and the temperature of the refrigerant flow flowing out of the second heat exchanger and flowing into the third heat exchanger satisfy the following formula Device:
[Formula 3]
1 ° C ≤ T R3Hin - T R3Cout ≤ 30 ° C
In the formula (3), T R3Cout represents the temperature of the refrigerant flowing out of the third heat exchanger and flowing into the compressor, and T R3Hin represents the temperature of the refrigerant flowing out of the second heat exchanger and flowing into the third heat exchanger .
상기 제 1 열교환기로 유입되는 냉매 흐름을 상기 제 1 열교환기로 유입되는 제 1 유체 흐름과 열교환시키는 제 1 열교환 단계;
상기 압축기에서 유출되는 냉매 흐름을 상기 제 2 열교환기로 유입되는 제 2 유체 흐름과 열교환시키는 제 2 열교환 단계; 및
상기 제 1 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름과 상기 제 2 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름을 상기 제 3 열교환기에서 열교환시키는 제 3 열교환 단계를 포함하는 열 회수 방법.The refrigerant flowing into the first heat exchanger, the refrigerant flowing out of the first heat exchanger into the third heat exchanger and then flowing into the compressor, the refrigerant flowing out of the compressor into the second heat exchanger, A refrigerant circulation step of flowing a refrigerant flow flowing out of the second heat exchanger into the third heat exchanger and then introducing the refrigerant flow into the pressure drop device and flowing the refrigerant flow out of the pressure drop device into the first heat exchanger;
A first heat exchanging step of exchanging a refrigerant flow flowing into the first heat exchanger with a first fluid flow flowing into the first heat exchanger;
A second heat exchange step of exchanging a refrigerant flow out of the compressor with a second fluid flow flowing into the second heat exchanger; And
And a third heat exchanging step of exchanging heat between the refrigerant flowing out of the first heat exchanger and the refrigerant flowing out of the second heat exchanger in the third heat exchanger.
[일반식 1]
1℃ ≤ TF - TR ≤ 20℃
상기 일반식 1에서, TF는 제 1 열교환기로 유입되는 제 1 유체 흐름의 온도를 나타내고, TR은 제 1 열교환기에서 유출되는 냉매 흐름의 온도를 나타낸다.The heat recovery method according to claim 28, wherein the temperature of the refrigerant flow flowing out of the first heat exchanger and the temperature of the first fluid flow flowing into the first heat exchanger satisfy the following formula 1:
[Formula 1]
1 ° C ≤ T F - T R ≤ 20 ° C
In the above general formula (1), T F represents the temperature of the first fluid flowing into the first heat exchanger, and T R represents the temperature of the refrigerant flowing out of the first heat exchanger.
[일반식 2]
2 ≤ PC/PH ≤ 5
상기 일반식 2에서, PC는 압축기에서 유출되는 냉매 흐름의 압력(bar)을 나타내고, PH은 제 3 열교환기에서 유출되어 압축기로 유입되는 냉매 흐름의 압력(bar)을 나타낸다.The heat recovery method according to claim 28, wherein the ratio of the pressure of the refrigerant flow flowing out of the third heat exchanger to the compressor and the pressure of the refrigerant flow flowing out of the compressor satisfies the following formula 2:
[Formula 2]
2? P C / P H ? 5
In the formula (2), P C represents the pressure (bar) of the refrigerant flowing out of the compressor, and P H represents the pressure (bar) of the refrigerant flowing out of the third heat exchanger and flowing into the compressor.
[일반식 3]
1℃ ≤ TR3Hin - TR3Cout ≤ 30℃
상기 일반식 3에서, TR3Cout는 제 3 열교환기에서 유출되어 압축기로 유입되는 냉매 흐름의 온도를 나타내고, TR3Hin는 제 2 열교환기에서 유출되어 제 3 열교환기로 유입되는 냉매 흐름의 온도를 나타낸다.The heat recovery apparatus according to claim 28, wherein the temperature of the refrigerant flow flowing out of the third heat exchanger and flowing into the compressor and the temperature of the refrigerant flow flowing out of the second heat exchanger and flowing into the third heat exchanger satisfy the following formula 3 Way:
[Formula 3]
1 ° C ≤ T R3Hin - T R3Cout ≤ 30 ° C
In the general formula (3), T R3Cout represents the temperature of the refrigerant flowing out of the third heat exchanger and flowing into the compressor, and T R3Hin represents the temperature of the refrigerant flowing out of the second heat exchanger and flowing into the third heat exchanger.
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