KR20170083672A - Organic Rankine Cycle Turbogenerator included pre-heater which hold energy from the sun - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템에 관한 것으로서, 유기작동유체를 증발기 터빈-발전기, 응축기, 응축탱크, 공급펌프, 증발기로 순환되게 이루어져 열원의 열에너지가 증발기에서 유기작동유체와 열교환되어 터빈을 구동시켜 발전하도록 이루어진 유기랭킨사이클 발전시스템에 있어서, 본 발명은 공급펌프와 증발기 사이에 태양에너지집열 예열기 및 압력탱크를 설치하여 상기 공급펌프에서 이송되는 유기작동유체를 예열하여 일정한 압력 및 일정한 유량으로 증발기로 공급하도록 함으로써 열효율을 향상시킨다. 또한 본 발명은 태양에너지집열 예열기와 압력탱크 사이에 증발기를 통과한 열원에 의해 유기작동유체를 2차 예열하는 2차 예열기를 더 설치하고, 태양에너지 집열 성능에 따라 태양에너지집열 예열기를 통과하거나 바이패스시키는 경로절환기를 포함하여 구성함으로써, 안정되고 열효율을 향상시킨 유기랭킨사이클 발전시스템을 제공할 수 있게 된다. The present invention relates to an organic Rankine cycle power generation system comprising a solar energy collecting preheater, wherein the organic working fluid is circulated to an evaporator turbine-generator, a condenser, a condensation tank, a feed pump and an evaporator, The present invention provides a solar energy collecting preheater and a pressure tank between the supply pump and the evaporator to preheat the organic working fluid transferred from the supply pump to generate a constant Pressure and a constant flow rate to the evaporator to improve the thermal efficiency. The present invention further includes a second preheater for secondarily preheating the organic working fluid by a heat source passing through the evaporator between the solar energy collecting preheater and the pressure tank, And a path selector for passing a path from the power source to the ground, thereby making it possible to provide an organic Rankine cycle power generation system that is stable and has improved thermal efficiency.
Description
본 발명은 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 증발기에 공급되는 유기작동유체를 태양에너지 집열 예열기를 통과시켜 태양에너지 집열에 의해 예열시키도록 함으로써, 열효율을 향상시킬 수 있도록 한 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an organic Rankine cycle power generation system including a solar energy collecting preheater. More particularly, the present invention relates to an organic Rankine cycle power generation system comprising a solar energy collecting preheater, and more particularly, To an organic Rankine cycle power generation system including a solar energy collecting preheater.
열역학 유기랭킨사이클을 바탕으로 한 열-에너지 전환장치는 수백 와트(W) 내지 수십 메가와트(MW)의 전력을 생산하기 위하여 특히 열이 다양한 공급원, 예를 들어, 가스 터빈 배출 가스, 통상적인 연료의 연소, 바이오매스 연료의 연소, 지열 공급원, 태양에너지 집열장치 및 발전소 및 다른 공업 공정에서 생산되는 폐열로부터 얻어지는 원격지에서의 열 회수 및 발전에 있어 유용하다.Thermodynamic The thermionic-energy conversion device based on the organic Rankine cycle is particularly suited for the production of power from hundreds of watts (W) to tens of megawatts (MW), especially for heat sources such as gas turbine exhaust, , Combustion of biomass fuels, geothermal heat sources, solar energy collectors and power plants, and waste heat generated in other industrial processes.
도 1은 종래 ORC 발전시스템의 구성도로서, 예열기(21), 증발기(22), 터빈(23), 발전기(24), 응축기(25), 응축탱크(26) 및 이송펌프(28)를 포함하여 구성된다.1 is a configuration diagram of a conventional ORC power generation system, which includes a
도 1의 종래 유기 랭킨 사이클 발전시스템은, 중.저온(70~400℃) 범위의 열원에서 높은 에너지 변환 효율을 얻기 위해 물보다 더 낮은 온도범위에서 증발이 일어나는 프레온이나 탄화수소 계통과 같은 유기 매체를 작동유체로 사용하는 저온 고압 증기를 동력으로 하는 공정으로서, 증발기(Evaporator)에서 저온 고압의 증기를 얻어 터빈(Turbine)을 구동하고, 응축기(Condenser)에서 냉각수에 의해 응축하고 또 작동유체 가압(Pump)하는 유기랭킨사이클(ORC: Organic Rankine Cycle)을 이용하는 발전시스템이다.The conventional organic Rankine cycle power generation system shown in FIG. 1 is a system in which an organic medium such as a Freon or a hydrocarbon system in which evaporation occurs at a temperature lower than water in order to obtain a high energy conversion efficiency in a medium to low temperature (70 to 400 ° C) This is a process that uses low-temperature, high-pressure steam used as a working fluid and drives a turbine by obtaining low-temperature and high-pressure steam from an evaporator. The steam is condensed by cooling water in a condenser, (Organic Rankine Cycle), which is a system for generating electricity.
열원(10)은 예를 들어, 가스 터빈 배출 가스, 통상적인 연료의 연소, 바이오매스 연료의 연소, 지열 공급원, 태양에너지 집열장치 및 발전소 및 다른 공업 공정에서 생산되는 폐열로부터 얻어지는 열로서 여기서는 폐기가스를 예를 들어 설명한다.The
예열기(21)와 증발기(22)는 열교환기 역할을 수행하는 것으로, 고온의 폐기가스와 이송펌프(28)를 통해 이송된 유기작동유체가 예열기(21) 및 증발기(22)에서 열교환됨으로써 상기 유기작동유체는 고온의 증기가 되어 터빈(23)으로 공급된다.The
이때 상기 고온의 유기작동유체의 열에너지는 터빈(23)을 회전시켜 운동에너지로 변환된다.At this time, the thermal energy of the high temperature organic working fluid is converted into kinetic energy by rotating the
발전기(24)는 상기 터빈(23)과 한 개의 축으로 연결되어 터빈(23)이 회전함에 따라 같이 회전하며, 거대한 자석덩어리인 회전자와 고정자에서 3상유도 전류가 발생하여 전기를 생산하게 된다.The
상기 터빈(23)을 거친 유기작동유체는 응축기(25)로 배기되어 냉각 및 응축되고 액체 상태로 변환된 후, 응축탱크(26)에 저장되고 저장된 액체 상태의 유기작동유체는 이송펌프(28)에 의해 다시 열교환기의 예열기(21)와 증발기(22)에 공급되어 순환된다.The organic working fluid passing through the
즉, 상기 유기작동유체는 이송펌프에 의해 예열기(21) -> 증발기(22) -> 터빈(23) -> 응축기(25) -> 응축탱크(26) -> 예열기(21)를 반복 순환하면서 터빈(23)을 회전시켜 전기를 생성한다.That is, the organic working fluid is circulated repeatedly by the transfer pump through the
상기 응축기(25)에 공급되어 유기작동유체를 냉각시킨 냉각수는 온도가 상승하여 외부로 배출되어 냉각설비에서 냉각된 후 다시 응축기(25)에서 냉각한다.The cooling water supplied to the
상기와 같은 종래 유기랭킨사이클은, 응축탱크(26)에서 응축된 유기작동유체를 예열기(21)에서 예열하여 증발기(22)로 공급하고 있는데, 예열기(21)의 열원으로서, 증발기(22)를 통과한 열원(10)을 이용하고 있다.In the conventional organic Rankine cycle as described above, the organic working fluid condensed in the
결국, 열원(10)에서 공급되는 열 에너지가 증발기(22)를 통과하면서 유기작동유체를 가열하여 열교환하고, 증발기(22)를 통과한 열원이 다시 예열기(21)로 공급되어 예열 기능을 하게 된다.As a result, the heat energy supplied from the
그러므로 종래 기술에 의한 유기랭킨사이클의 예열기(21)는 증발기(22)를 통과하면서 열교환이 이루어진 후의 열원을 공급받아 예열하기 때문에 열 효율이 떨어진다는 단점이 있다. Therefore, the
본 발명은 유기 랭킨 사이클(ORC) 발전시스템에서 태양에너지 집열기를 이용해 유기작동유체를 예열하여 증발기로 공급함으로써 열효율을 향상시키도록 한 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide an organic Rankine cycle power generation system including a solar energy collecting preheater for preheating an organic working fluid by using a solar energy collector in an organic Rankine cycle (ORC) power generation system and supplying it to an evaporator to improve thermal efficiency .
또한 본 발명은, 태양에너지 집열기에 의해 유기작동유체를 예열하여 증발기로 공급할 때 압력탱크를 이용해 적정 압력으로 유지시켜 증발기로 공급하도록 하기 위한 것이다.Further, the present invention is intended to preheat the organic working fluid by the solar energy collector and supply it to the evaporator by supplying the organic working fluid to the evaporator by using a pressure tank at a proper pressure.
본 발명에 의한 태양에너지 집열 예열기를 이용한 유기 랭킨 사이클 발전시스템은,In the organic Rankine cycle power generation system using the solar energy collecting preheater according to the present invention,
열원에 의해 유기작동유체를 증발시키는 증발기와;An evaporator for evaporating the organic working fluid by a heat source;
증발기에서 증발된 유기작동유체에 의해 구동되어 발전기를 구동시키는 터빈과;A turbine driven by an organic working fluid evaporated in the evaporator to drive the generator;
상기 터빈을 통과한 유기작동유체를 응축하는 응축기와;A condenser for condensing the organic working fluid passing through the turbine;
상기 응축기에서 응축된 유기작동유체를 저장하는 응축탱크와;A condensing tank for storing the condensed organic working fluid in the condenser;
상기 응축탱크의 유기작동유체를 이송시키는 공급펌프로 이루어진 유기랭킨사이클 발전시스템에 있어서,And a feed pump for feeding the organic working fluid of the condensing tank, wherein the organic Rankine cycle power generation system comprises:
상기 공급펌프에 의해 공급되는 유기 작동유체를 태양에너지 집열기에 의해 예열하는 태양에너지 집열 예열기와;A solar energy collection preheater for preheating the organic working fluid supplied by the supply pump by a solar energy collector;
상기 태양에너지 집열 예열기에서 예열된 유기작동유체를 설정된 압력으로 상기 증발기로 공급하는 압력탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a pressure tank for supplying the preheated organic working fluid in the solar energy collecting preheater to the evaporator at a predetermined pressure.
본 발명의 압력탱크는, 예열기에서 예열되어 공급된 유기작동유체를 일정한 압력으로 일정한 유량이 되게 제어하여 증발기로 공급하는 압력 및 유량 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The pressure tank of the present invention is characterized by including pressure and flow rate control means for controlling the organic working fluid pre-heated in the preheater to a constant pressure and supplying it to the evaporator.
이와 같은 본 발명은, 유기작동유체를 증발기로 공급하기 전에 태양에너지 집열 예열기를 통해 유기작동유체를 예열하고, 태양에너지 집열 예열기를 통과하면서 예열된 유기작동유체의 압력과 유량을 조절하여 증발기로 공급하도록 압력탱크를 구비함으로써 열효율을 향상시키도록 한 것이다.The present invention preheats the organic working fluid through the solar energy collecting preheater before supplying the organic working fluid to the evaporator and regulates the pressure and flow rate of the preheated organic working fluid through the solar energy collecting preheater and supplies it to the evaporator So that the thermal efficiency is improved.
또한 본 발명은, 상기 태양에너지 집열 예열기와 상기 압력탱크 사이에 상기 증발기를 통과한 열원에 의해 상기 태양에너지 집열 예열기에서 출력되는 유기작동유체를 2차 예열하는 2차 예열기를 더 설치한 것을 특징으로 한다.The present invention is further characterized in that a second preheater is further provided between the solar energy collecting preheater and the pressure tank for secondarily preheating the organic working fluid output from the solar energy collecting preheater by a heat source that has passed through the evaporator do.
이는 기존에 알려진 증발기를 통과한 열원에 의해 유기작동유체를 예열하는 예열기를 본 발명에서는 태양에너지 집열 예열기의 다음단에 삽입 설치함으로써 추가로 유기작동유체를 예열하여 증발기로 공급하도록 함으로써 열효율을 더욱 향상시키고자 한 것이다.This is because in the present invention, a preheater for preheating an organic working fluid by a heat source that has passed through a known evaporator is inserted into the next stage of the solar energy collecting preheater to further preheat the organic working fluid and supply it to the evaporator, I will try.
또한 본 발명은, 상기 공급펌프에서 출력되는 유기작동유체를 상기 태양에너지 집열 예열기를 통과하는 태양에너지 예열 경로와, 상기 태양에너지 집열 예열기를 바이패스 하는 바이패스 경로를 구성하고, 상기 태양에너지 예열 경로 또는 상기 바이패스 경로중 어느 하나의 경로로만 유기작동유체가 흐르도록 경로를 절환하는 경로 절환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention further comprises a solar energy preheating path through which the organic working fluid output from the supply pump passes through the solar energy collecting preheater and a bypass path for bypassing the solar energy collecting preheater, Or the bypass path so that the organic working fluid flows only through one of the bypass path and the bypass path.
태양에너지 집열 예열기는, 태양에너지 집열기를 이용하여 유기작동유체를 예열하는 것인데, 이는 햇빛이 비추지 않는 흐린 날씨나 야간에는 태양에너지 집열기의 기능을 상실하게 되므로 유기작동유체를 더 냉각시키는 역효과가 발생 될 수 있다. 본 발명은 야간에는 경로절환기를 조작하여 태양에너지집열 예열기를 바이패스하도록 조작할 수 있다. 즉 이는 발전 시스템 운전자가 운전 조작에 의해 경로를 절환할 수 있다.The solar energy collector preheater uses solar energy collector to preheat the organic working fluid which causes the solar energy collector to lose its function in cloudy weather or at night, . The present invention can be operated at night to bypass the solar energy collection preheater by operating the path switcher. That is, the power generation system driver can switch the path by the driving operation.
또한 본 발명은 Also,
태양에너지 집열기에 조도센서를 설치하여 조도센서의 광량에 의해 상기 경로 절환기를 제어하는 경로제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. And a path controller for controlling the path switcher based on the light amount of the illuminance sensor by installing an illuminance sensor on the solar energy collector.
이는, 발전시스템의 운전자가 운전조작을 하지 않아도 조도센서의 광량에 의해 자동으로 경로제어부가 경로 절환기를 제어하도록 함으로 자동 운전제어가 가능해진다.This enables the automatic control of the operation of the power generation system by automatically controlling the path switching unit based on the light amount of the illuminance sensor even when the driver of the power generation system does not perform the driving operation.
또한 본 발명은,Further, according to the present invention,
상기 태양에너지 집열 예열기의 입구와 출구에서 각각 유기작동유체의 온도를 검출하는 입구 및 출구 온도센서를 설치하고, 입구 온도와 출구 온도차에 의해 상기 경로절환기를 제어하는 경로제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.An inlet and outlet temperature sensor for detecting the temperature of the organic working fluid at the inlet and outlet of the solar energy collecting preheater, respectively, and a path control unit for controlling the path switcher according to the inlet temperature and the outlet temperature difference. do.
이는, 조도센서만으로 제어하는 경우, 태양에너지 집열 예열기가 옥외에 설치되므로 겨울철 한파 기간 등에서는 조도센서의 광량이 낮으로 인식되더라도 기온 및 바람 등의 영향으로 유기작동유체가 예열되지 못하고 냉각될 우려가 있다. 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 태양에너지 집열 예열기의 입구와 출구의 유기작동유체 온도를 검출하여 예열 효과가 있는 경우에만 태양에너지 예열 경로로 유기작동유체를 공급하고, 온도차가 거의 없거나 역으로 온도가 낮아지는 경우는 바이패스 경로로 경로를 절환시켜 열효율을 향상하도록 하는 것이다.This is because, when the light intensity sensor is controlled only by the illuminance sensor, the solar energy collecting preheater is installed outdoors, so that even if the light intensity of the illuminance sensor is recognized as low during the winter cold wave period, the organic working fluid can not be preheated due to temperature and wind, have. In order to prevent this, the present invention detects the temperature of the organic working fluid at the inlet and the outlet of the solar energy collecting preheater to supply the organic working fluid to the solar energy preheating path only when there is a preheating effect, The bypass path is switched to improve the thermal efficiency.
이와 같은 본 발명은, 유기 랭킨사이클 발전시스템에 있어서, 태양에너지집열 예열기를 통해 유기작동유체를 예열시켜 증발기로 공급하도록 함으로써, 열효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 태양에너지 집열 예열기와, 증발기를 통과한 열원에 의해 2차 예열하는 2차 예열기를 함께 설치하여 열효율을 더욱 향상할 수 있으며, 증발기에 공급되는 예열된 유기 작동유체를 압력탱크를 통해 일정한 압력의 일정한 유량으로 증발기로 공급함으로써 증발기의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명은 태양에너지 집열 예열기가 태양 빛에 의존하기 때문에 조도량 또는 입구와 출구 온도차를 검출하여 태양에너지 예열 경로 또는 바이패스 경로를 선택 절환 하게 함으로써, 햇빛이 부족하거나 기온이 낮은 날씨에서는 바이패스시켜 유기작동유체가 태양에너지 집열 예열기를 통과하면서 예열되지 못하고 냉각될 수 있는 역효과를 방지하는 효과가 있다.According to the present invention, in the organic Rankine cycle power generation system, the organic working fluid is preheated through the solar energy collecting preheater and supplied to the evaporator, thereby improving the thermal efficiency. In addition, the present invention can further improve thermal efficiency by installing a solar energy collecting preheater and a second preheater for secondary preheating by a heat source passing through an evaporator, and further, the preheated organic working fluid supplied to the evaporator is supplied through a pressure tank The performance of the evaporator can be improved by supplying the evaporator with a constant flow rate at a constant pressure. In addition, since the solar energy collecting preheater relies on the sunlight, the present invention detects the amount of sunlight or the temperature difference between the inlet and the outlet to select and switch the solar energy preheating path or the bypass path. Thereby preventing an adverse effect that the organic working fluid can be cooled without being preheated while passing through the solar energy collecting preheater.
도 1은 종래 유기랭킨 사이클 발전시스템의 계통도.
도 2는 본 발명에 의한 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템의 계통도.
도 3은 본 발명에 의한 다른 실시예를 보인 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템 계통도.
도 4는 본 발명에 의한 경로제어부의 예시도.1 is a schematic diagram of a conventional organic Rankine cycle power generation system.
2 is a systematic diagram of an organic Rankine cycle power generation system including a solar energy collecting preheater according to the present invention.
3 is a system diagram of an organic Rankine cycle power generation system including a solar energy collecting preheater according to another embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram of a path control unit according to the present invention;
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템 계통도이다.2 is a system diagram of an organic Rankine cycle power generation system including a solar energy collecting preheater according to the present invention.
열원(10)에 의해 유기작동유체를 증발시키는 증발기(22)와;An evaporator (22) for evaporating the organic working fluid by a heat source (10);
증발기(22)에서 증발된 유기작동유체에 의해 구동되어 발전기(24)를 구동시키는 터빈(23)과;A turbine (23) driven by an organic working fluid evaporated in an evaporator (22) to drive a generator (24);
상기 터빈(23)을 통과한 유기작동유체를 응축하는 응축기(25)와;A condenser (25) for condensing the organic working fluid that has passed through the turbine (23);
상기 응축기(25)에서 응축된 유기작동유체를 저장하는 응축탱크(26)와;A condensing tank (26) for storing the condensed organic working fluid in the condenser (25);
상기 응축탱크(26)의 유기작동유체를 이송시키는 공급펌프(28)로 이루어진 유기랭킨사이클 발전시스템에 있어서,And a feed pump (28) for feeding the organic working fluid of the condensing tank (26), the system comprising:
상기 공급펌프(28)에 의해 공급되는 유기작동유체를 태양에너지 집열기에 의해 예열하는 태양에너지 집열 예열기(100)와;A solar
상기 태양에너지 집열 예열기(100)에서 예열된 유기작동유체를 일정한 압력과 일정한 유량으로 상기 증발기(22)로 공급하는 압력탱크(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a
본 발명의 압력탱크(200)는, 예열기에서 예열되어 공급된 유기작동유체를 일정한 압력으로 일정한 유량이 되게 제어하여 증발기로 공급하는 압력 및 유량 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The
이와 같은 본 발명은, 열원(10)으로서, 예를 들어, 가스 터빈 배출 가스, 통상적인 연료의 연소, 바이오매스 연료의 연소, 지열 공급원, 연료전지 폐열, 발전소 및 다른 공업 공정에서 생산되는 폐열로부터 얻어지는 열을 이용한다.Such a present invention can be used as a
상기 증발기(22)는, 열원(10)의 열에 의해 유기작동유체를 가열하는 열교환기로서, 유기작동유체를 고온의 증기로 증발시켜 터빈(23)으로 공급한다.The
터빈(23)은 고온의 증기인 유기작동유체의 열에너지를 회전 운동에너지로 변환시켜 발전기(24)를 구동시킴으로써, 전기를 생산하도록 하는 것이다.The
상기 터빈(23)을 거친 유기작동유체는 응축기(24)로 전달되어 냉각 및 응축되고, 액체상태로 변환된 후, 응축탱크(26)에 저장된다. 응축 탱크(26)에 저장된 액체 상태의 유기작동유체는 공급펌프(28)에 의해 증발기(22) 측으로 이송되어 순환 사이클을 이루게 된다.The organic working fluid passing through the
이와 같은 유기랭킨 사이클 발전시스템에서, 상기 공급펌프(28)에서 증발기(22) 측으로 이송되는 유기작동유체는 저온의 액체상태로서, 증발기(22)에서 열원과 중저온 고압증기 상태가 된다. 그러므로 증발기(22)에서 저온의 액체 상태의 유기작동유체를 중저온 고온증기로 천이시키기 위해서 열에너지를 소모하게 되므로, 증발기(22)에 공급되는 액체상태의 유기작동유체를 미리 예열시켜 증발기(23)로 공급하는 것이 열효율을 향상시킬 수 있는 것이다.In this organic Rankine cycle power generation system, the organic working fluid transferred from the
종래의 유기랭킨 사이클 발전시스템에서는 도 1의 예열기(21)를 구비한 것으로서, 증발기(22)를 통과한 열원을 회수하여 예열기(21)를 통과시켜 열원(10)으로 다시 회수되어 순환되게 이루어져 있다. 그러므로 열원(10)의 열에너지는 증발기(22)와 예열기(21)에서 소모되어 열원(10) 측으로 회수되므로, 열원의 열손실이 커져 효율을 낮아지는 단점이 있다.The conventional organic Rankine cycle power generation system includes the
이에 따라 본 발명은, 태양에너지 집열기를 이용하여 공급펌프(28)에서 이송되는 유기작동유체를 예열시키는 태양에너지집열 예열기(100)를 설치하여 열효율을 향상하고자 하는 것이다. 이때 태양에너지 집열 예열기(100)를 통과하는 유기작동유체는 압력이 낮아지고 공급되는 유량도 일정하게 유지하기 어려울 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 태양에너지 집열 예열기(100)의 후단에 압력탱크(200)를 더 설치하여 일정한 압력으로 일정한 유량의 유기작동유체가 증발기(22)로 공급되도록 제어한다.Accordingly, in the present invention, a solar
여기서, 상기 태양에너지 집열 예열기(100)는, 태양에너지 집광판 배면에 유기작동유체 배관을 부설한 태양에너지 집열기나, 다수의 집광판을 설치하여 중앙으로 빛을 모아서 유기작동유체를 예열하는 중앙 집중식 태양에너지 집열기, 진공튜브 태양에너지 집열기 등을 사용할 수 있다.Here, the solar
본 발명은 유기작동유체를 증발기(22)로 공급하기 전에 태양에너지 집열 예열기(100)를 통해 유기작동유체를 예열하고, 압력탱크(200)에서 태양에너지 집열 예열기(100)를 통과하면서 예열된 유기작동유체의 압력과 유량을 일정하게 조절하여 증발기(22)로 공급하도록 구성함으로써, 열효율을 향상시키도록 한 것이다.The present invention preheats the organic working fluid through the solar
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템 계통도이다.3 is a system diagram of an organic Rankine cycle power generation system including a solar energy collecting preheater according to another embodiment of the present invention.
본 발명은, 상기 태양에너지 집열 예열기(100)와 상기 압력탱크(200) 사이에 상기 증발기(22)를 통과한 열원에 의해 상기 태양에너지 집열 예열기(100)에서 출력되는 유기작동유체를 2차 예열하는 2차 예열기(300)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that an organic working fluid output from the solar energy collecting pre-heater (100) is supplied between the solar energy collecting pre-heater (100) and the pressure tank (200) by a heat source passing through the evaporator A
이는 기존에 알려진 증발기(22)를 통과한 열원에 의해 유기작동유체를 예열하는 예열기(21)를 본 발명에서는 태양에너지 집열 예열기(100)의 다음단에 삽입 설치함으로써 추가로 유기작동유체를 예열하여 증발기(22)로 공급하도록 함으로써 열효율을 더욱 향상시키고자 한 것이다. 2차예열기(300)는, 태양에너지 집열 예열기(100)에서 1차로 예열된 유기작동유체를 2차 예열하는 것이므로, 2차 예열기 단독으로 설치된 경우에 비해 열소모를 줄일 수 있다.This is because the
또한 본 발명은, 상기 공급펌프(28)에서 출력되는 유기작동유체가 상기 태양에너지 집열 예열기(100)를 통과하는 태양에너지 예열 경로와, 상기 태양에너지 집열 예열기(100)를 바이패스 하는 바이패스 경로를 구성하고, 상기 태양에너지 예열 경로 또는 상기 바이패스 경로 중 어느 하나의 경로로만 유기작동유체가 흐르도록 경로를 절환하는 경로 절환기(110)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is also characterized in that the organic working fluid output from the
태양에너지 집열 예열기(100)는, 태양에너지 집열기를 이용하여 유기작동유체를 예열하는 것인데, 이는 햇빛이 비추지 않는 흐린 날씨나 야간에는 태양에너지 집열기의 기능을 상실하게 되므로 유기작동유체를 예열하는 것이 아니라 냉각시키는 역효과가 발생 될 수 있다. 본 발명은 야간에는 경로절환기(110)를 조작하여 태양에너지집열 예열기(100)를 바이패스하도록 조작할 수 있다. 즉 이는 발전 시스템 운전자가 운전 조작에 의해 경로를 절환할 수 있다. 따라서 햇빛이 약한 흐른 날씨나 야간에는 바이패스 경로를 선택하여 2차예열기(300)에 의해서만 예열하여 증발기(22)로 공급하게 함으로써 태양에너지 집열 예열기(100)의 역효과를 방지한다. 특히 겨울철에는 야간의 기온이 많이 낮아져 유기작동유체를 예열하지 못하고 더 냉각시키는 역효과가 있을수 있는데 이를 확실하게 방지할 수 있다.The solar
또한 본 발명은 Also,
태양에너지 집열기에 조도센서(121)를 설치하여 조도센서(121)의 광량에 의해 상기 경로 절환기(110)를 제어하는 경로제어부(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다. And a
이는, 발전시스템의 운전자가 운전조작을 하지 않아도 조도센서(121)의 광량에 의해 자동으로 경로제어부(120)가 경로 절환기(110)를 제어하도록 함으로 자동 운전제어가 가능해진다.This makes it possible to automatically control the operation of the power generation system by allowing the
도 4는 본 발명에 의한 경로 제어부의 다른 실시예를 보인 예시도이다.FIG. 4 is an exemplary diagram showing another embodiment of the path control unit according to the present invention.
본 발명은, 상기 태양에너지 집열 예열기(100)의 입구와 출구에서 각각 유기작동유체의 온도를 검출하는 입구 및 출구 온도센서(131)(132)를 설치하고, 입구 온도와 출구 온도차를 검출하는 온도차 검출부(133)와, 상기 온도차 검출부(133)의 온도차를 미리 설정된 기준값(135)과 비교하여 상기 경로절환기를 제어하는 비교기(134)로 이루어진 경로제어부(130)를 구성할 수 있다. The present invention is characterized in that inlet and
이는, 조도센서(121)를 사용하는 경우, 태양에너지 집열 예열기(100)가 옥외에 설치되므로 겨울철 한파 기간 등에서는 조도센서(121)의 광량이 낮으로 인식되더라도 기온 및 바람 등의 영향으로 유기작동유체가 예열되지 못하고 냉각될 우려가 있다. 이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 태양에너지 집열 예열기(100)의 입구와 출구의 유기작동유체 온도를 검출하여 예열 효과가 있는 경우에만 태양에너지 예열 경로로 유기작동유체를 공급하고, 온도차가 거의 없거나 역으로 온도가 낮아지는 경우는 바이패스 경로로 경로를 절환시켜 열효율을 향상하도록 하는 것이다.This is because, when the
따라서 본 발명에 의하면, 태양에너지을 이용하여 유기작동유체를 예열하여 증발기로 공급하게 함으로써, 열원의 열손실을 줄이고 열효율을 향상시킬 수 있으며, 압력탱크를 이용하여 일정한 압력과 일정한 유량으로 증발기에 유기작동유체가 공급되게 하여 증발기의 열교화 효율을 안정화시킬 수 있고, 2차예열기를 더 구비하고, 조도 또는 입출력 온도에 의해 태양에너지 집열 예열기를 통과하여 예열시키거나 바이패스 시키도록 함으로써, 햇빛이 없는 야간이나 겨울철 한파에 의해 유기작동유체가 예열되지 못하고 역으로 냉각되는 역효과를 미연에 방지할 수 있어서 안정되고 열효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the present invention, the heat of the heat source can be reduced and the heat efficiency can be improved by preheating the organic working fluid by using solar energy and supplying it to the evaporator. The evaporator can be operated with a constant pressure and a constant flow rate using a pressure tank, By providing a fluid to stabilize the heat evacuation efficiency of the evaporator, further comprising a secondary preheater and preheating or bypassing the solar energy collecting preheater by the illuminance or the input / output temperature, It is possible to prevent the adverse effect that the organic working fluid can not be preheated by the cold wave in the winter or to cool in reverse, so that it can be stabilized and the thermal efficiency can be improved.
10 : 열원 22 : 증발기
23 : 터빈 24 : 발전기
25 : 응축기 26 : 응축탱크
28 : 공급펌프 100 : 태양에너지 집열 예열기
110 : 경로 절환기 120, 130 : 경로 제어부
121 : 조도센서 131, 132 : 입구, 출구 온도센서
133 : 온도차 검출기 134 : 비교기
135 : 기준값 200 : 압력탱크
300 : 2차 예열기10: heat source 22: evaporator
23: turbine 24: generator
25: condenser 26: condensing tank
28: Feed pump 100: Solar energy preheater
110:
121:
133: Temperature difference detector 134: Comparator
135: reference value 200: pressure tank
300: Secondary preheater
Claims (7)
증발기(22)에서 증발된 유기작동유체에 의해 구동되어 발전기(24)를 구동시키는 터빈(23)과;
상기 터빈(23)을 통과한 유기작동유체를 응축하는 응축기(25)와;
상기 응축기(25)에서 응축된 유기작동유체를 저장하는 응축탱크(26)와;
상기 응축탱크(26)의 유기작동유체를 이송시키는 공급펌프(28)로 이루어진 유기랭킨사이클 발전시스템에 있어서,
상기 공급펌프(28)에 의해 공급되는 유기작동유체를 태양에너지 집열기에 의해 예열하는 태양에너지 집열 예열기(100)와;
상기 태양에너지 집열 예열기(100)에서 예열된 유기작동유체를 일정한 압력과 일정한 유량으로 상기 증발기(22)로 공급하는 압력탱크(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템.
An evaporator (22) for evaporating the organic working fluid by a heat source (10);
A turbine (23) driven by an organic working fluid evaporated in an evaporator (22) to drive a generator (24);
A condenser (25) for condensing the organic working fluid that has passed through the turbine (23);
A condensing tank (26) for storing the condensed organic working fluid in the condenser (25);
And a feed pump (28) for feeding the organic working fluid of the condensing tank (26), wherein the organic Rankine cycle power generation system
A solar energy collecting preheater 100 for preheating the organic working fluid supplied by the supply pump 28 by a solar energy collector;
And a pressure tank (200) for supplying the organic working fluid preheated by the solar energy collecting preheater (100) to the evaporator (22) at a constant pressure and a constant flow rate. The solar energy collecting preheater Cycle power generation system.
예열되어 공급된 유기작동유체를 일정한 압력으로 일정한 유량이 되게 제어하여 상기 증발기(22)로 공급하는 압력 및 유량 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템.
The apparatus of claim 1, wherein the pressure tank (200)
And a pressure and flow rate control means for controlling the supplied organic working fluid to a constant flow rate and supplying the controlled flow rate to the evaporator (22).
태양에너지 집광판 배면에 유기작동유체 배관을 부설한 태양에너지 집열기나, 다수의 집광판을 설치하여 중앙으로 빛을 모아서 유기작동유체를 예열하는 중앙 집중식 태양에너지 집열기 또는 진공튜브 태양에너지 집열기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템.
The solar energy collector pre-heater according to claim 1,
A solar energy collector having an organic working fluid pipe laid on the back surface of a solar energy collecting plate or a centralized solar energy collector or a vacuum tube solar energy collector for collecting light at a center and preheating an organic working fluid by installing a plurality of collecting plates Organic Rankine cycle power generation system featuring a solar energy collector preheater.
상기 태양에너지 집열 예열기(100)와 상기 압력탱크(200) 사이에 상기 증발기(22)를 통과한 열원에 의해 상기 태양에너지 집열 예열기(100)에서 출력되는 유기작동유체를 2차 예열하는 2차 예열기(300)를 더 설치한 것을 특징으로 하는 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템.
The organic Rankine cycle power generation system according to claim 1, wherein the solar energy collecting preheater is included,
A second preheater (not shown) for preheating the organic working fluid output from the solar energy collecting preheater 100 by a heat source passing through the evaporator 22 between the solar energy collecting preheater 100 and the pressure tank 200, (300) is further provided on the upper surface of the solar energy collecting preheater.
상기 공급펌프(28)에서 출력되는 유기작동유체가 상기 태양에너지 집열 예열기(100)를 통과하는 태양에너지 예열 경로와, 상기 태양에너지 집열 예열기(100)를 바이패스 하는 바이패스 경로를 구성하고,
상기 태양에너지 예열 경로 또는 상기 바이패스 경로 중 어느 하나의 경로로만 유기작동유체가 흐르도록 경로를 절환하는 경로 절환기(110)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템.
5. The organic Rankine cycle power generation system according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic Rankine cycle power generation system including the solar energy collecting pre-
An organic working fluid output from the supply pump 28 constitutes a solar energy preheating path through which the solar energy collecting preheater 100 passes and a bypass path bypassing the solar energy collecting preheater 100,
Further comprising a path switching device (110) for switching the path so that the organic working fluid flows only through the solar energy preheating path or the bypass path. The solar energy collecting preheater Power generation system.
태양에너지 집열 예열기(100)에 조도센서(121)를 설치하여 조도센서(121)의 광량에 의해 상기 경로 절환기(110)를 제어하는 경로제어부(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템.
6. The method of claim 5,
And a path control unit (120) for controlling the path switching unit (110) by installing an illuminance sensor (121) on the solar energy collecting preheater (100) and by the light amount of the illuminance sensor (121) Organic Rankine cycle power generation system with preheater.
상기 태양에너지 집열 예열기(100)의 입구와 출구에서 각각 유기작동유체의 온도를 검출하는 입구 및 출구 온도센서(131)(132)를 설치하고, 입구 온도와 출구 온도차를 검출하는 온도차 검출부(133)와, 상기 온도차 검출부(133)의 온도차를 미리 설정된 기준값(135)과 비교하여 상기 경로절환기를 제어하는 비교기(134)로 이루어진 경로제어부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 집열 예열기가 포함된 유기랭킨 사이클 발전시스템.
6. The method of claim 5,
An inlet and outlet temperature sensors 131 and 132 for detecting the temperature of the organic working fluid are installed at the inlet and the outlet of the solar energy collecting preheater 100 respectively and a temperature difference detector 133 for detecting the inlet temperature and the outlet temperature difference, And a comparator (134) for comparing the temperature difference of the temperature difference detector (133) with a preset reference value (135) and controlling the path switcher. The solar energy collector preheater Organic Rankine Cycle Generation System.
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |