KR20170008808A - System for controlling a rankine cycle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐쇄식 열전달 유체 회로를 포함하는 전기 생산 시스템에 관한 것으로서, 상기 폐쇄식 열전달 유체 회로는 증발기 (1), 팽창 부재 (2), 응축기 (3) 및 순환 펌프 (4) 를 포함하고, 상기 팽창 부재 (2) 에 발전기 (5) 가 커플링되고, 상기 전기 생산 시스템에서 상기 증발기 (1) 와 상기 팽창 부재 (2) 사이에 액체 저장부 (12) 가 제공된 액체-증기 분리기 (6) 가 위치되고, 상기 전기 생산 시스템에는 상기 액체 저장부의 액체 레벨이 최대 임계치 (13) 에 도달하는 경우에 상기 액체 저장부 (12) 를 비우도록 구성된 제어 디바이스 (15) 가 추가로 제공된다.The present invention relates to an electric production system comprising a closed heat transfer fluid circuit wherein the closed heat transfer fluid circuit comprises an evaporator (1), an expansion member (2), a condenser (3) and a circulation pump (4) A liquid-vapor separator (6) having a generator (5) coupled to the expansion member (2) and provided with a liquid reservoir (12) between the evaporator (1) and the expansion member (2) And the electric production system is further provided with a control device (15) configured to empty the liquid reservoir (12) when the liquid level of the liquid reservoir reaches a maximum threshold (13).
Description
본 발명은 랭킨 사이클의 제어 시스템과 이 제어 시스템을 사용하여 구현될 수 있는 전기 생산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control system of a Rankine cycle and an electric production method that can be implemented using the control system.
랭킨 사이클은 열 에너지가 전기 에너지로 전환되게 하는 시스템이다. 회수된 열은 열전달 유체를 가열하고 나서 기화시키는데 사용되고, 그 때 상기 열전달 유체는 발전기에 파워를 공급하는 팽창 부재, 일반적으로 터빈에서 팽창된다. 그 다음에, 상기 유체는 상기 사이클이 재개될 수 있도록 응축된다.The Rankine cycle is a system that allows thermal energy to be converted to electrical energy. The recovered heat is used to heat and then vaporize the heat transfer fluid, whereupon the heat transfer fluid is expanded in an expansion member, typically a turbine, that powers the generator. The fluid is then condensed so that the cycle can be resumed.
랭킨 사이클들은, 특히, 예를 들면 전기 발전소들에서, 전기 생산에 사용된다. 이런 사이클들은 일반적으로 열전달 유체로서 물을 사용한다.Rankine cycles are used for electricity production, especially in, for example, electric power plants. These cycles typically use water as the heat transfer fluid.
유기 랭킨 사이클들 (또는 ORCs) 은 물 대신에 유기 생성물들을 사용한다. 이것은 설비들의 규모를 감소시키고, 그리고 저전력 설비들을 건설할 수 있게 한다.Organic Rankine cycles (or ORCs) use organic products instead of water. This reduces the scale of the facilities and allows for the construction of low-power facilities.
현시점에서, 이러한 설비들의 비용은 이들 설비들을 제어하는데 필요한 기술들로 인해 여전히 높고, 이것은 현재의 적용들을 위한 이런 기술의 개발을 느려지게 하고 있다.At present, the cost of these facilities is still high due to the technologies required to control these facilities, which slows the development of this technology for current applications.
팽창 부재 (터빈) 의 입구에서 액체 입자들이 존재하면, 상기 팽창 부재의 부식 현상 및 침식 현상을 발생시키고, 그리고 상기 팽창 부재를 손상시키거나 파괴시키기 쉬운 기계적 응력들을 발생시킨다.The presence of liquid particles at the inlet of the expansion member (turbine) causes corrosion and erosion of the expansion member and generates mechanical stresses that are liable to damage or destroy the expansion member.
따라서, 열전달 유체는 일반적으로 상기 열전달 유체가 팽창 부재에 들어가기 전에 증기 상태로 있어야 한다. 액체가 팽창 부재로 들어가는 것을 방지하기 위하여, 증발기와 터빈 사이에 액체-증기 분리기를 위치시키는 것은 공지된 관례이다.Thus, the heat transfer fluid generally must be in a vapor state before the heat transfer fluid enters the expansion member. It is a well known practice to place the liquid-vapor separator between the evaporator and the turbine to prevent liquid from entering the expansion member.
따라서, 공보 US 7,841,306 은 증발기와 터빈 사이의 액체-증기 분리기를 포함하고 증발기로부터 나오는 스트림에 존재하는 액체 액적들이 회수되어 응축기의 출구에 위치된 액체 저장부로 복귀되는 것을 허용하는 랭킨 사이클을 개시한다.Thus, publication US 7,841,306 discloses a Rankine cycle that includes a liquid-vapor separator between an evaporator and a turbine and allows liquid droplets present in the stream exiting the evaporator to be recovered and returned to the liquid reservoir located at the outlet of the condenser.
또한, 공보 DE 10 2011 009 280 은 증발기로 복귀하는 파이프에 연결된 액체-증기 분리기를 개시한다.In addition,
공보 WO 2007/104970 은, 상기 공보의 도 1 과 관련하여, 증발기와 터빈 사이의 액체-증기 분리기를 포함하는 공지된 랭킨 사이클을 개시한다. 파이프는 액체를 분리기로부터 증발기로 재순환시키도록 제공된다. 게다가, 전기 에너지에 대한 요구에 따라, 분리기의 액체 레벨은 회로 펌프를 제어하도록 측정되어 결정된다. 분리기의 액체 레벨이 증가하는 경우에, 펌프의 송출율은 감소되고, 그리고 반대인 경우에 반대가 된다. 그래서, 이 공보는 그 자체를 액체의 분획물이 팽창 부재에 들어가도록 허용함으로써, 그리고 복잡한 제어 시스템을 사용하여 이 분획물을 제어함으로써 이 공지된 시스템과 구별할 것을 제안한다.Publication No. WO 2007/104970 discloses a known Rankine cycle comprising a liquid-vapor separator between an evaporator and a turbine, with reference to FIG. 1 of the above publication. The pipe is provided to recycle the liquid from the separator to the evaporator. In addition, depending on the demand for electrical energy, the liquid level of the separator is determined and measured to control the circuit pump. If the liquid level in the separator increases, the delivery rate of the pump is reduced and vice versa. Thus, this publication proposes to distinguish itself from this known system by allowing the fraction of liquid to enter the expansion member and by controlling this fraction using a complex control system.
공보 WO 2012/130421 은 몇몇 별개의 소스들로부터 열을 회수하는데 적합한 설비를 개시한다. 상기 설비는 공통 액체-증기 분리기와 공통 터빈, 및 다양한 소스들에 대응하는 몇몇 증발기들 및 펌프들을 포함한다. 액체-증기 분리기에는 또한 응축기에서 나오는 액체가 공급되기 때문에, 상기 액체-증기 분리기는 설비용 액체 저장부로서 역할을 한다.Publication No. WO 2012/130421 discloses a facility suitable for recovering heat from several distinct sources. The facility includes a common liquid-vapor separator and a common turbine, and some evaporators and pumps corresponding to various sources. Since the liquid-vapor separator is also fed with the liquid coming out of the condenser, the liquid-vapor separator serves as a facility liquid reservoir.
공보 FR 2976136 은 터빈을 바이 패스하기 위해 바이 패스 밸브들이 제공된 랭킨 사이클을 기반으로 한 설비를 교시한다.The publication FR 2976136 teaches a facility based on the Rankine cycle provided with bypass valves to bypass the turbine.
따라서, 유기 열전달 유체로 작동할 수 있는 랭킨 사이클에 의존하는 전기 생산 시스템을 공급할 필요가 있고, 여기서 팽창 부재가 간단하고 경제적인 방식으로 임의의 손상으로부터 보호된다.Therefore, there is a need to provide an electrical production system that relies on Rankine cycles that can operate with organic heat transfer fluids, where the expansion member is protected from any damage in a simple and economical manner.
본 발명은, 우선, 폐쇄식 열전달 유체 회로를 포함하는 전기 생산 시스템에 관한 것으로서, 상기 폐쇄식 열전달 유체 회로는 증발기, 팽창 부재, 응축기 및 순환 펌프를 포함하고, 상기 팽창 부재에 발전기가 커플링되고, 상기 증발기와 상기 팽창 부재 사이에 액체 저장부가 제공된 액체-증기 분리기가 위치되고, 상기 전기 생산 시스템에는 상기 액체 저장부의 액체 레벨이 최대 임계치에 도달하는 경우에 상기 액체 저장부를 비우도록 구성된 제어 디바이스가 추가로 제공된다.The present invention firstly relates to an electric production system comprising a closed heat transfer fluid circuit, wherein the closed heat transfer fluid circuit comprises an evaporator, an expansion member, a condenser and a circulation pump, the generator being coupled to the expansion member , A liquid-vapor separator provided with a liquid reservoir between the evaporator and the expansion member is located, and the electric production system includes a control device configured to empty the liquid reservoir when the liquid level of the liquid reservoir reaches a maximum threshold It is additionally provided.
일 실시형태에 따르면, 열전달 유체는 유기성이다.According to one embodiment, the heat transfer fluid is organic.
일 실시형태에 따르면, 저장부의 비우기는 증발기 내로 공급되는 액체 재순환 라인에 의해서 실행된다.According to one embodiment, the emptying of the reservoir is carried out by a liquid recycle line fed into the evaporator.
일 실시형태에 따르면, 저장부의 액체 레벨이 최대 임계치에 도달하는 경우에 제어 디바이스는 순환 펌프의 송출율을 감소시키도록 구성된다.According to one embodiment, the control device is configured to reduce the delivery rate of the circulation pump when the liquid level of the reservoir reaches a maximum threshold.
일 실시형태에 따르면, 저장부의 액체 레벨은 최소 임계치와 최대 임계치 사이에서 유지된다.According to one embodiment, the liquid level of the reservoir is maintained between a minimum threshold and a maximum threshold.
일 실시형태에 따르면, 저장부의 액체 레벨이 최소 임계치에 도달하는 경우에 제어 디바이스는 저장부의 비우기를 정지시키도록 구성된다. According to one embodiment, the control device is configured to stop the emptying of the reservoir when the liquid level of the reservoir reaches a minimum threshold.
일 실시형태에 따르면, 저장부의 액체 레벨이 최소 임계치에 도달하는 경우에 제어 디바이스는 순환 펌프의 송출율을 증가시키도록 구성된다.According to one embodiment, the control device is configured to increase the delivery rate of the circulation pump when the liquid level of the reservoir reaches a minimum threshold.
본 발명은 또한 이하의 동시 발생하는 단계들: The invention also relates to the following co-occurring steps:
- 열원을 사용하여 열전달 유체를 가열 및 증발시키는 단계;Heating and evaporating the heat transfer fluid using a heat source;
- 증발되는 열전달 유체를 액체상 및 증기상으로 분리하는 단계로서, 상기 액체상은 액체 저장부에 저장되는, 상기 분리하는 단계; - separating the vaporized heat transfer fluid into a liquid phase and a vapor phase, said liquid phase being stored in a liquid reservoir;
- 전류의 발생을 허용하도록 상기 증기상을 팽창시키는 단계; - inflating said vapor phase to allow generation of an electric current;
- 팽창된 상기 증기상을 응축하는 단계; 및Condensing the swelled vapor phase; And
- 응축된 상을 펌핑하는 단계를 포함하고; - pumping the condensed phase;
그리고And
- 상기 액체 저장부의 액체 레벨을 모니터링하는 단계; 및- monitoring the liquid level of the liquid reservoir; And
- 상기 액체 저장부의 액체 레벨이 최대 임계치에 도달하는 경우에 상기 액체 저장부를 비우는 단계를 추가로 포함하는 전기 생산 방법에 관한 것이다.- emptying the liquid reservoir when the liquid level of the liquid reservoir reaches a maximum threshold.
일 실시형태에 따르면, 열전달 유체는 유기성이다.According to one embodiment, the heat transfer fluid is organic.
일 실시형태에 따르면, 비워진 액체는 상기 가열 및 증발시키는 단계로 재순환된다.According to one embodiment, the emptied liquid is recycled to the heating and evaporating steps.
일 실시형태에 따르면, 상기 액체 저장부의 액체 레벨이 최대 임계치에 도달하는 경우에 응축된 상이 펌핑되는 송출율은 감소된다.According to one embodiment, the delivery rate at which the condensed phase is pumped when the liquid level of the liquid reservoir reaches the maximum threshold is reduced.
일 실시형태에 따르면, 상기 액체 저장부의 액체 레벨은 최소 임계치와 최대 임계치 사이에서 항상 유지된다.According to one embodiment, the liquid level of the liquid reservoir is always maintained between a minimum threshold and a maximum threshold.
일 실시형태에 따르면, 상기 액체 저장부의 액체 레벨이 최소 임계치에 도달하는 경우에 상기 액체 저장부를 비우는 단계는 중단된다.According to one embodiment, the step of emptying the liquid reservoir is stopped when the liquid level of the liquid reservoir reaches the minimum threshold.
일 실시형태에 따르면, 상기 액체 저장부의 액체 레벨이 최소 임계치에 도달하는 경우에 응축된 상이 펌핑되는 송출율은 증가된다.According to one embodiment, the delivery rate at which the condensed phase is pumped is increased when the liquid level of the liquid reservoir reaches the minimum threshold.
본 발명은 선행 기술의 단점들을 극복하는 것을 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 유기 열전달 유체로 작동할 수 있는 랭킨 사이클에 의존하는 전기 생산 시스템을 제공하고, 여기서 팽창 부재가 간단하고 경제적인 방식으로 임의의 손상으로부터 보호된다.The present invention makes it possible to overcome the disadvantages of the prior art. More particularly, the present invention provides an electrical production system that relies on Rankine cycles that can operate with organic heat transfer fluids, wherein the expansion member is protected from any damage in a simple and economical manner.
이것은 증발기의 출구에서 액체 저장부가 제공된 액체-증기 분리기의 사용에 의해서 달성되고, 상기 액체 저장부는 상기 액체 저장부의 액체 레벨을 제어할 수 있는 제어 디바이스에 커플링된다.This is achieved by the use of a liquid-vapor separator provided with a liquid reservoir at the outlet of the evaporator, and the liquid reservoir is coupled to a control device capable of controlling the liquid level of the liquid reservoir.
도 1 은 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있는 랭킨 사이클을 개략적으로 도시한다.
도 2 내지 도 5 는 다양한 작동 상들로 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템의 일부를 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically illustrates a Rankine cycle that can be used to implement the present invention.
Figures 2-5 schematically illustrate a portion of a system according to an embodiment of the present invention in various operating phases.
본 발명은 이제 이하의 설명에서 보다 상세하게, 그리고 비제한적으로 설명된다.The present invention will now be described in more detail and in a limited manner in the following description.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 생산 시스템은 증발기 (1), 팽창 부재 (2), 응축기 (3) 및 순환 펌프 (4) 를 포함하는 랭킨 사이클에 의존한다.1, an electric production system according to the present invention relies on a Rankine cycle including an
랭킨 사이클은 열전달 유체를 포함하고, 상기 열전달 유체는 바람직하게는 유기 화합물, 예를 들면, 탄화수소 또는 수소화불화탄소 또는 수소화불화올레핀 또는 몇몇 이런 화합물들의 혼합물이다.The Rankine cycle comprises a heat transfer fluid, which is preferably an organic compound, such as a hydrocarbon or hydrofluorocarbon or hydrofluoro olefin, or a mixture of several such compounds.
바람직한 화합물들은 HFC-134a (1,1,1,2-테트라플루오로에탄), HFC-32 (디플루오로메탄), HFC-125 (펜타플루오로에탄), HFC-152a (1,1-디플루오로에탄), HFC-134 (1,1,2,2-테트라플루오로에탄), HFC-161 (플루오로에탄), HFO-1234yf (2,3,3,3-테트라플루오로프로펜), HFO-1234ze (1,3,3,3-테트라플루오로프로펜), HFO-1233zd (1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜), HFO-1336mzz (1,1,1,4,4,4-헥사플루오로부텐) (E 또는 Z 형태), HC-600 (부탄), HC-600a (2-메틸프로판) 및 HC-290 (프로판) 이다.Preferred compounds are HFC-134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane), HFC-32 (difluoromethane), HFC-125 (pentafluoroethane), HFC- Fluoroethane), HFC-134 (1,1,2,2-tetrafluoroethane), HFC-161 (fluoroethane), HFO-1234yf (2,3,3,3-tetrafluoropropene) , HFO-1234ze (1,3,3,3-tetrafluoropropene), HFO-1233zd (1-chloro-3,3,3-trifluoropropene), HFO-1336mzz , 4,4,4-hexafluorobutene (E or Z form), HC-600 (butane), HC-600a (2-methylpropane) and HC-290 (propane).
증발기 (1) 는 열원에 커플링된다. The
발전기 (5) 는 팽창 부재 (2) 에 커플링된다. 상기 발전기는 시스템으로부터의 출력으로서 전류를 제공한다.The generator (5) is coupled to the expansion member (2). The generator provides current as an output from the system.
열전달 유체는 증발기 (1) 에서 열원으로부터 열을 수용한다. 따라서, 상기 열전달 유체는 가열되고, 증발되고, 그리고 가능하게는 과열된다. 유체에서 그렇게 축적된 에너지는 팽창 부재 (2) 에서 유체를 팽창시킴으로써 기계적 일로서 복원된다. 이 기계적 일은 그 자체가 공지된 방식으로 발전기 (5) 에서 전류로 전환된다.The heat transfer fluid receives heat from the heat source in the evaporator (1). Thus, the heat transfer fluid is heated, evaporated, and possibly overheated. The energy thus accumulated in the fluid is restored as mechanical work by expanding the fluid in the
팽창된 열전달 유체는 응축기 (3) 에서 응축되고 나서 펌프 (4) 에 의해서 증발기 (1) 로 복귀된다.The expanded heat transfer fluid is condensed in the condenser (3) and then returned to the evaporator (1) by the pump (4).
각각의 카테고리에서 하나의 요소만이 도 1 에서 도시되었지만, 몇몇의 이런 요소들, 예를 들면, 몇몇 증발기들 및/또는 몇몇 팽창 부재들 및/또는 몇몇 펌프들 및/또는 몇몇 응축기들을 제공할 수 있고, 이들 요소들은 직렬로 및/또는 병렬로 되어 있다.Although only one element in each category is shown in Figure 1, it is possible to provide several such elements, for example several evaporators and / or some expansion members and / or some pumps and / or some condensers And these elements are in series and / or in parallel.
여기서, "증발기" 라는 용어는 일반적으로 받아 들여지는 의미로 사용된다. 상기 증발기는 유체를 가열하고, 증발시키고, 그리고 가능하게는 과열하도록 설계된 열 교환기를 나타낸다. 따라서, 증발기는 상이한 섹션들, 예를 들면, 가열 섹션, 증발 섹션, 및 가능하게는 과열 섹션을 포함할 수 있다. 상기 증발기는 보일러일 수도 있거나 상기 보일러를 포함할 수 있다.Here, the term "evaporator" is used in a generally accepted meaning. The evaporator represents a heat exchanger designed to heat, vaporize, and possibly overheat the fluid. Thus, the evaporator may comprise different sections, for example a heating section, a vaporizing section, and possibly an overheating section. The evaporator may be a boiler or may include the boiler.
상기 증발기는 열원으로, 예를 들면, 고온 액체원 (지열원), 산업용 스트림 (예를 들면, 연소 가스), 또는 심지어 본 발명의 시스템이 커플링될 수 있는 다른 열적 설비 (냉각 또는 공기조화 플랜트, 연소 엔진 등) 를 사용할 수 있다.The evaporator can be used as a heat source, for example, as a hot liquid source (geothermal source), an industrial stream (e.g., a combustion gas), or even other thermal equipment (such as a cooling or air conditioning plant , A combustion engine, etc.) can be used.
열원은 증발기 (1) 에서 열전달 유체와 직접 열 교환할 수 있거나, 또는 중간 열전달 유체 회로에 의해서 상기 열전달 유체와 열 교환할 수 있다.The heat source can either heat-exchange directly with the heat transfer fluid in the evaporator (1), or exchange heat with the heat transfer fluid by means of an intermediate heat transfer fluid circuit.
마찬가지로, 응축기 (3) 내에서, 열전달 유체는 직접 또는 중간 열전달 유체 회로에 의해서, 예를 들면, 주위로부터의 공기 또는 물일 수도 있는 냉원에 열을 전달한다.Likewise, in the
팽창 부재 (2) 는 바람직하게는 터빈, 특히, 원심, 나사 타입, 피스톤 타입 또는 회전식 (스크롤 타입) 터빈이다.The
도 2 내지 도 5 를 참조하면, 본 발명은 증발기 (1) 와 팽창 부재 (2) 사이에 액체-증기 분리 디바이스 (6) 를 제공한다. 이 액체-증기 분리 디바이스는 가열되고 증발된 (그리고 가능하게는 과열된) 유체가 증기상 (이론적으로 우세하거나 매우 광범위하게 우세한 비율임) 및 가능하게는 액체상으로 분리되도록 한다. 상기 액체상은 상기 액체상이 축적되는 저장부 (12) 에 수집된다.2 to 5, the present invention provides a liquid-
바람직하게는, 액체-증기 분리기 (6) 는 저장부 (12), 상기 저장부 (12) 에 포함된 액체 내로 침적된 증발기 (1) 의 출구에 연결된 침적 튜브, 및 상기 저장부 (12) 의 상부를 향하여 배열된 팽창 부재 (2) 의 입구에 연결된 가스 출구를 간단히 포함한다.Preferably, the liquid-
대안으로, 액체-증기 분리기 (6) 는 사이클론 또는 융합 멤브레인 또는 임의의 다른 분리 디바이스를 포함할 수 있고, 그때 상기 저장부 (12) 는 이전에 분리된 액체상을 수집하도록 의도된다.Alternatively, the liquid-
예시된 실시형태에서, 액체 재순환 라인 (9) 은 저장부 (12) 의 출구에 연결되고, 상기 액체 재순환 라인에는 밸브 (10) 가 끼워 맞춤되는 것이 유리하다. 액체 재순환 라인 (9) 은 특히 증발기 (1) 로 공급될 수 있다. 예를 들면, 상기 액체 재순환 라인은 펌프 (4) 와 증발기 (1) 사이에 위치된 파이프 (7) 에 연결될 수도 있다. 대안으로, 파이프 (7) 는 증발기 (1) 로 직접 그 입구 또는 약간의 중간 지점에서 공급될 수 있다.In the illustrated embodiment, the
대안으로, 액체 재순환 라인 (9) 은 팽창 부재 (2) 와 응축기 (3) 사이에서, 또는 응축기 (3) 와 펌프 (4) 사이에서 연결될 수도 있다.Alternatively, the
예시된 실시형태에서, 액체 레벨이 저장부 (12) 에서 최대 액체 임계치 (13) 와 최소 액체 임계치 (14) 에 도달하는 경우를 검출하기 위하여, 하나 이상의 액체 레벨 센서들은 저장부 (12) 에 제공된다. 이들 액체 레벨 센서들은 제어 디바이스 (15) 에 연결된다.In the illustrated embodiment, one or more liquid level sensors are provided to the
바람직하게는, 저장부 (12) 가 완전히 비워지거나 완전히 채워질 가능성을 방지하기 위하여, 최대 액체 레벨 (13) 은 저장부 (12) 의 상단부 아래에 위치되고, 그리고 최소 액체 임계치 (14) 는 저장부 (12) 의 하단부 위에 위치된다.Preferably, the
제어 디바이스 (15) 는 유리하게는 밸브 (10) 및 펌프 (4) 를 제어한다.The
저장부의 액체 레벨이 최대 임계치 (13) 에 도달하는 경우에, 제어 디바이스 (15) 는 저장부 (12) 를 비운다. 이것은 액체가 팽창 부재 (2) 내로 흡인될 위험을 회피할 수 있게 한다.When the liquid level of the reservoir reaches the
"비우기" 라는 용어는 액체 저장부 (12) 의 완전한 또는 부분적인 비우기를 포함하는 작용을 의미한다. 바람직하게는, 비우기는 단지 부분적인 것에 지나지 않는다.The term "emptying " means an action involving complete or partial emptying of the
저장부의 비우기는 밸브 (10) 를 개방함으로써 실행된다. 저장부 (12) 가 증발기 (1) 위에 위치되는 경우에, 저장부의 비우기는 중력의 영향 하에서 간단히 달성될 수 있다. 대안으로, 필요하다면, 액체 재순환 라인 (9) 에는, 또한 제어 디바이스 (15) 에 의해서 제어되는 추가의 펌프를 제공할 수 있다.Emptying of the reservoir is carried out by opening the
바람직하게는, 밸브 (10) 의 개방과 동시에, 제어 디바이스 (15) 는 펌프의 송출율을 감소시키기 위하여 펌프 (4) 에 작용한다. 송출율의 감소는 0 또는 0 이 아닌 값까지 실행된다. 전자의 경우, 송출율을 감소시키는 것은 펌프 (4) 를 통한 유체 스트림을 정지시키는 것을 의미한다. 제어 디바이스 (15) 가 펌프 (4) 의 상류 또는 하류에 위치한 밸브를 제어함으로써 동일한 기능이 수행될 수도 있다는 것으로 이해해야 한다.Preferably, upon opening of the
역으로, 저장부의 액체 레벨이 최소 임계치 (14) 에 도달하는 경우에, 제어 디바이스 (15) 는 저장부 (12) 의 비어짐을 정지시키도록 설계되고, 이것은 특히 저장부 (12) 에서의 액체의 양이 액체-증기 분리기가 그 기능을 정확하게 실행하도록 하기에 충분할 정도로 보장하고, 또한 시스템이 그의 정상 작동 모드로 복귀하도록 허용한다. 비어짐의 종료는 밸브 (10) 를 폐쇄함으로써 실행된다. 바람직하게는, 동시에, 제어 디바이스 (15) 는 펌프의 송출율을 증가시키기 위하여 펌프 (4) 에 작용한다 (이는 이전에 펌프 (4) 가 스위치 오프된 경우에 상기 펌프를 다시 스위치 온하는 것을 의미함).Conversely, when the liquid level of the reservoir reaches the
도 2 내지 도 5 는 다양한 구성들로 본 발명의 시스템을 도시한다. Figures 2-5 illustrate the system of the present invention in various configurations.
도 2 에서, 펌프 (4) 는 액체를 펌핑하고, 그리고 밸브 (10) 는 폐쇄된다. 저장부 (12) 의 액체 레벨은 최소 레벨 (14) 과 최대 레벨 (13) 사이에 있다. 이 액체 레벨은 증발기 출구에 존재하는 액체상이 액체-증기 분리기 (6) 에서 점진적으로 수집되면서 시간이 경과함에 따라 상승하는 경향이 있다.In Figure 2, the
도 3 에서, 저장부 (12) 의 액체 레벨은 최대 임계치 (13) 에 도달한다. 이에 응답하여, 제어 디바이스 (15) 는 펌프 (4) 를 정지시키고 (또는 그의 송출율을 0 이 아닌 값으로 감소시키고), 그리고 밸브 (10) 를 개방한다.3, the liquid level in the
도 4 에서, 저장부로부터의 액체는 액체 재순환 라인 (9) 에 의해서 (예를 들면, 중력의 영향 하에서) 비워진다. 이 액체는 증발기 (1) 에서 가열되고, 증발되고, 그리고, 적절하다면, 과열되어 시스템은 연속하여 작동하고 이 비워지는 단계 동안 전류를 생산한다. 저장부 (12) 의 액체 레벨은 이 비워지는 단계 동안 더 낮춰지게 된다. In Fig. 4, the liquid from the reservoir is emptied by the liquid recycle line 9 (for example under the influence of gravity). This liquid is heated in the
도 5 에서, 저장부 (12) 의 액체 레벨은 최소 임계치 (14) 에 도달한다. 이에 응답하여, 제어 디바이스 (15) 는 펌프 (4) 를 개시하고 (또는 이 펌프가 이전에 스위치 오프되지 않은 경우에는 펌프의 송출율을 증가시키고), 그리고 밸브 (10) 를 폐쇄한다. 따라서, 시스템은 도 2 의 상태로 복귀된다.In Figure 5, the liquid level in the
밸브 (10) 의 개방 및 폐쇄 대신에, 비워지는 단계들 이외에도 액체 재순환 라인 (9) 에 0 이 아닌 액체의 유량을 제공하는 것이 또한 가능하다. 이런 경우에, 제어 디바이스 (15) 는 비워지는 단계들 동안 액체 재순환 라인 (9) 에서 유량을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 이런 대안적인 형태는 상당한 비율의 액체가 증발기 (1) 의 출구에서 존재하는 경우에 유리한 것으로 입증될 수 있다. Instead of opening and closing the
도 2 내지 도 5 에서 예시된 실시형태는 설계 및 구현에 있어서 특히 간단하다는 이점을 제공한다. 하지만, 예를 들어 최대 임계치 (13) 및 최소 임계치 (14) 이외에 다른 레벨의 임계값들을 제공함으로써, 사용 조건들의 변화들에 보다 근접하게 적응할 수 있는 보다 복잡한 시스템을 제공하는 것이 또한 가능하며, 그때 제어 디바이스 (15) 는 펌프 (4) 의 송출율 및/또는 저장부 (12) 로부터의 액체가 저장부 (12) 에서의 액체의 레벨에 따라 재순환되는 속도 (rate) 를 조절하도록 설계된다.
The embodiments illustrated in Figures 2-5 provide the advantage that they are particularly simple in design and implementation. However, it is also possible to provide a more complex system that can adapt more closely to changes in usage conditions, for example by providing thresholds of different levels other than the
Claims (14)
상기 폐쇄식 열전달 유체 회로는 증발기 (1), 팽창 부재 (2), 응축기 (3) 및 순환 펌프 (4) 를 포함하고,
상기 팽창 부재 (2) 에 발전기 (5) 가 커플링되고,
상기 증발기 (1) 와 상기 팽창 부재 (2) 사이에 액체 저장부 (12) 가 제공된 액체-증기 분리기 (6) 가 위치되고,
상기 전기 생산 시스템에는 상기 액체 저장부의 액체 레벨이 최대 임계치 (13) 에 도달하는 경우에 상기 액체 저장부 (12) 를 비우도록 구성된 제어 디바이스 (15) 가 추가로 제공되는, 전기 생산 시스템.An electrical production system, comprising an enclosed heat transfer fluid circuit,
The closed-loop heat transfer fluid circuit comprises an evaporator (1), an expansion member (2), a condenser (3) and a circulation pump (4)
The generator 5 is coupled to the expansion member 2,
A liquid-vapor separator (6) provided with a liquid reservoir (12) is positioned between the evaporator (1) and the expansion member (2)
Wherein the electric production system is further provided with a control device (15) configured to empty the liquid reservoir (12) when the liquid level of the liquid reservoir reaches a maximum threshold (13).
상기 열전달 유체는 유기성인, 전기 생산 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the heat transfer fluid is organic.
상기 액체 저장부 (12) 의 비우기는 상기 증발기 (1) 내로 공급되는 액체 재순환 라인 (9) 에 의해서 실행되는, 전기 생산 시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the emptying of the liquid reservoir (12) is carried out by a liquid recycle line (9) fed into the evaporator (1).
상기 액체 저장부의 상기 액체 레벨이 최대 임계치 (13) 에 도달하는 경우에 상기 제어 디바이스 (15) 는 상기 순환 펌프 (4) 의 송출율을 감소시키도록 구성되는, 전기 생산 시스템.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the control device (15) is configured to reduce the delivery rate of the circulation pump (4) when the liquid level of the liquid reservoir reaches a maximum threshold (13).
상기 액체 저장부 (12) 의 상기 액체 레벨은 최소 임계치 (14) 와 최대 임계치 (13) 사이에서 유지되는, 전기 생산 시스템.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the liquid level of the liquid reservoir (12) is maintained between a minimum threshold (14) and a maximum threshold (13).
상기 액체 저장부의 상기 액체 레벨이 상기 최소 임계치 (14) 에 도달하는 경우에 상기 제어 디바이스 (15) 는 상기 액체 저장부 (12) 의 비우기를 정지시키도록 구성되는, 전기 생산 시스템. 6. The method of claim 5,
Wherein the control device (15) is configured to stop the emptying of the liquid reservoir (12) when the liquid level of the liquid reservoir reaches the minimum threshold (14).
상기 액체 저장부의 상기 액체 레벨이 상기 최소 임계치 (14) 에 도달하는 경우에 상기 제어 디바이스 (15) 는 상기 순환 펌프 (4) 의 송출율을 증가시키도록 구성되는, 전기 생산 시스템.The method according to claim 5 or 6,
Wherein the control device (15) is configured to increase the delivery rate of the circulation pump (4) when the liquid level of the liquid reservoir reaches the minimum threshold (14).
- 열원을 사용하여 열전달 유체를 가열 및 증발시키는 단계;
- 증발되는 열전달 유체를 액체상 및 증기상으로 분리하는 단계로서, 상기 액체상은 액체 저장부에 저장되는, 상기 분리하는 단계;
- 전류의 발생을 허용하도록 상기 증기상을 팽창시키는 단계;
- 팽창된 상기 증기상을 응축하는 단계; 및
- 응축된 상을 펌핑하는 단계를 포함하고; 그리고
- 상기 액체 저장부의 액체 레벨을 모니터링하는 단계; 및
- 상기 액체 저장부의 상기 액체 레벨이 최대 임계치에 도달하는 경우에 상기 액체 저장부를 비우는 단계를 추가로 포함하는, 전기 생산 방법. The following concurrent steps:
Heating and evaporating the heat transfer fluid using a heat source;
- separating the vaporized heat transfer fluid into a liquid phase and a vapor phase, said liquid phase being stored in a liquid reservoir;
- inflating said vapor phase to allow generation of an electric current;
Condensing the swelled vapor phase; And
- pumping the condensed phase; And
- monitoring the liquid level of the liquid reservoir; And
- emptying the liquid reservoir when the liquid level of the liquid reservoir reaches a maximum threshold.
상기 열전달 유체는 유기성인, 전기 생산 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the heat transfer fluid is organic.
비워진 액체는 상기 가열 및 증발시키는 단계로 재순환되는, 전기 생산 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
And the emptied liquid is recycled to the heating and evaporating step.
상기 액체 저장부의 상기 액체 레벨이 최대 임계치에 도달하는 경우에 상기 응축된 상이 펌핑되는 송출율은 감소되는, 전기 생산 방법.11. The method according to one of claims 8 to 10,
Wherein the dispensing rate at which the condensed phase is pumped is reduced when the liquid level of the liquid reservoir reaches a maximum threshold.
상기 액체 저장부의 상기 액체 레벨은 최소 임계치와 최대 임계치 사이에서 항상 유지되는, 전기 생산 방법.12. The method according to one of claims 8 to 11,
Wherein the liquid level of the liquid reservoir is always maintained between a minimum threshold and a maximum threshold.
상기 액체 저장부의 상기 액체 레벨이 최소 임계치에 도달하는 경우에 상기 액체 저장부를 비우는 단계는 중단되는, 전기 생산 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the step of emptying the liquid reservoir is stopped when the liquid level of the liquid reservoir reaches a minimum threshold.
상기 액체 저장부의 상기 액체 레벨이 최소 임계치에 도달하는 경우에 상기 응축된 상이 펌핑되는 송출율은 증가되는, 전기 생산 방법.
The method according to claim 12 or 13,
Wherein the dispensing rate at which the condensed phase is pumped is increased when the liquid level of the liquid reservoir reaches a minimum threshold.
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