KR20200128594A - A system for high efficiency energy conversion cycle by recycling latent heat of vaporization - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 증발 시의 잠열을 리사이클링하여 고효율 에너지 변환 사이클을 위한 방법 및 발전기(시스템)에 관한 것이다. 한 실시예에서, 본 발명은 다중 터빈 사이클을 생성함으로써 기존의 발전소 사이클 디자인에서 대기로 배출되는 폐열의 양을 감소시킴으로써 개선된 효율을 구현할 수 있으며, 제1 사이클의 증발 시의 잠열은 제2 사이클의 입력단으로 전달되고 제2 사이클의 폐열(증발 시의 잠열)은 제3 사이클의 입력단으로 전달되며 그 후 이와 같이 계속된다. 최종 사이클의 오직 폐열만이 대기로 배출된다.The present invention relates to a method and a generator (system) for a high-efficiency energy conversion cycle by recycling latent heat during evaporation. In one embodiment, the present invention can achieve improved efficiency by reducing the amount of waste heat discharged to the atmosphere in the conventional power plant cycle design by generating multiple turbine cycles, and the latent heat during evaporation of the first cycle is the second cycle. The waste heat of the second cycle (latent heat during evaporation) is transferred to the input of the third cycle and continues in this way. Only waste heat from the final cycle is released to the atmosphere.

Figure P1020207031645
Figure P1020207031645

Description

증발 시의 잠열을 리사이클링하여 고효율 에너지 변환 사이클을 위한 시스템{A SYSTEM FOR HIGH EFFICIENCY ENERGY CONVERSION CYCLE BY RECYCLING LATENT HEAT OF VAPORIZATION} A system for high efficiency energy conversion cycle by recycling latent heat during evaporation {A SYSTEM FOR HIGH EFFICIENCY ENERGY CONVERSION CYCLE BY RECYCLING LATENT HEAT OF VAPORIZATION}

본 발명은 일반적으로 발전에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 효율적으로 구동되는 발전 터빈용 다단 시스템에 관한 것이다. The present invention relates generally to power generation, and more specifically, to a multistage system for a power generation turbine that is driven efficiently.

현재, 전세계 대부분의 전기는, 물을 고압 및 고온 수증기로 가열시킨 뒤, 제너레이터를 회전시키는 터빈을 회전시켜 전기를 생성하도록 사용된다. 물을 가열시키기 위해, 임의의 개수의 수단, 가령, 태양열, 석탄, 가스, 원자력 등이 사용될 수 있다. 고압 수증기가 터빈에 유입될 때, 수증기는 터빈 블레이드(turbine blade)와 충돌하고 그 에너지 중 일부를 터빈으로 제공한다. 수증기가 터빈 블레이드와 다수로 충돌되고 난 뒤, 수증기는 상당한 양의 에너지를 손실되고, 터빈으로부터 배출되어 저압에서 콘덴서(condenser)로 유입되어, 수증기가 물이 될 때까지 수증기가 냉각된다. 그 뒤, 펌프는 물을 다시 사이클의 고압 입력단으로 펌핑시켜(pumped) 수증기로 다시 가열되고 사이클이 계속 반복된다. Currently, most of the electricity in the world is used to generate electricity by heating water with high pressure and high temperature steam and then rotating a turbine that rotates a generator. To heat the water, any number of means can be used, such as solar, coal, gas, nuclear power, and the like. When high pressure water vapor enters the turbine, the water vapor collides with the turbine blades and provides some of its energy to the turbine. After the water vapor collides with the turbine blades in large numbers, the water vapor loses a significant amount of energy, is discharged from the turbine and flows into a condenser at low pressure, cooling the water vapor until it becomes water. The pump then pumps the water back to the high pressure input of the cycle and heats it up again with steam and the cycle continues.

이러한 설정이 가지는 문제점은, 콘덴서가 증발 시의 잠열을 제거하여 수증기가 액체로 다시 변환되어야 하며, 펌프는 최소 에너지만을 사용하여 유체를 사이클의 시작 부분으로 다시 펌핑할 수 있어야 한다는 점이다. 그 뒤, 에너지는 폐열(waste heat)로서 주변(surrounding)으로 폐기된다. 물의 경우에, 증발 시의 잠열은 거의 2257kJ/Kg이며, 이는 상당히 많은 양의 에너지에 해당한다. 이는 사이클 당 작동유에 추가되는 전체 열에너지의 40-60%(작동 온도에 따라) 또는 그 이상 사이이다. 따라서, 심지어 가장 우수한 발전소라도 40%의 효율을 구현하는 것이 어렵다. 이러한 폐잠열(waste latent heat)이 사용될 수 있으며 전기로 변환된다면, 임의의 발전소의 효율은 현저하게 개선될 수 있다. The problem with this setup is that the condenser must remove the latent heat during evaporation so that the water vapor must be converted back to a liquid, and the pump must be able to pump the fluid back to the beginning of the cycle using only minimal energy. After that, the energy is discarded to the surroundings as waste heat. In the case of water, the latent heat of evaporation is almost 2257 kJ/Kg, which corresponds to a fairly large amount of energy. This is between 40-60% (depending on operating temperature) or more of the total thermal energy added to the hydraulic fluid per cycle. Therefore, it is difficult to achieve 40% efficiency even for the best power plants. If such waste latent heat can be used and converted to electricity, the efficiency of any power plant can be significantly improved.

다수의 기존의 파워 사이클이 있는데, 기존의 파워 사이클, 가령, 랭킹 사이클 및 그 밖의 사이클들은, 대기 또는 주변으로 배출되어야 하는 많은 양의 저급 폐열로 인해, 효율이 매우 제한되는 문제점을 지니고 있다. 증발(또는 응축) 시의 잠열의 대부분은 폐열로서 배출되어야 하며 이는 임의의 사이클의 효율을 상당히 제한한다. There are a number of existing power cycles, and the existing power cycles, for example, ranking cycles and other cycles, have a problem that their efficiency is very limited due to a large amount of low-grade waste heat that must be discharged to the atmosphere or the surroundings. Most of the latent heat during evaporation (or condensation) must be released as waste heat, which significantly limits the efficiency of any cycle.

본 발명은 증발 시의 잠열을 리사이클링하여 고효율 에너지 변환 사이클을 위한 시스템(발전기) 및 방법을 제공한다. 상기 내용은 본 발명의 범위를 본 명세서에 기술된 특징들에만 제한하려는 것이 아니라는 사실에 유의해야 한다. The present invention provides a system (generator) and method for a high-efficiency energy conversion cycle by recycling latent heat during evaporation. It should be noted that the above is not intended to limit the scope of the invention to only the features described herein.

콘덴서는 증발 시의 잠열을 제거하여 수증기를 다시 액체로 변환시켜야 하며 펌프는 최소 에너지만을 사용하여 유체를 사이클의 시작 부분으로 다시 펌핑할 수 있어야 한다. 그 뒤, 이러한 에너지(잠열)는 폐열로서 주변으로 폐기된다. 따라서, 심지어 가장 우수한 발전소라도 40%의 효율을 구현하는 것이 어렵다. The condenser must remove the latent heat from evaporation to convert the water vapor back to liquid, and the pump must be able to pump the fluid back to the beginning of the cycle using only minimal energy. Then, this energy (latent heat) is discarded to the surroundings as waste heat. Therefore, it is difficult to achieve 40% efficiency even for the best power plants.

본 발명은, 임의의 단의 증발 시의 잠열을 대기로 배출시키지 않고 그 다음 단의 입력단(input stage)으로 전달함으로써, 위에서 언급한 기술적 문제점을 효과적이면서도 저렴한 비용으로 해결하고, 임의의 파워 사이클의 효율을 현저하게 증가시킬 수 있는 메커니즘을 제공한다. The present invention solves the above-mentioned technical problems effectively and at low cost by not discharging latent heat during evaporation of any stage to the atmosphere and transferring it to the next input stage. It provides a mechanism that can significantly increase efficiency.

한 실시예에서, 본 발명의 기본적인 목적은, 기존 및 미래의 모든 발전소에서 열을 전기로 변환시키는 데 효율을 증가시켜 종래 기술에 언급된 단점/결점을 해결하는 데 있다. In one embodiment, the basic object of the present invention is to solve the drawbacks/defects mentioned in the prior art by increasing the efficiency in converting heat into electricity in all existing and future power plants.

한 실시예에서, 본 발명은, 현재의 기술을 이용하여 높은 효율로, 발전소에서 열에너지를 전기에너지로 변환하는 방법을 제공한다. In one embodiment, the present invention provides a method of converting thermal energy into electrical energy in a power plant with high efficiency using current technology.

한 실시예에서, 본 발명에 의해 개선된 효율은 기존의 발전소 사이클 디자인에서 대기로 배출되는 폐열의 양을 감소시킴으로써 구현된다. In one embodiment, the efficiency improved by the present invention is realized by reducing the amount of waste heat released to the atmosphere in existing power plant cycle designs.

한 실시예에서, 본 발명은 제1 사이클의 증발 시의 잠열이 제2 사이클의 입력단(input stage)으로 전달되며, 제2 사이클의 폐열(증발 시의 잠열)은 제3 사이클의 입력단으로 전달되고, 그 후 이와 같이 계속되는, 다중 터빈 사이클을 생성하는 메커니즘을 제공한다. 오직, 최종 사이클(final cycle)의 폐열만이 대기로 배출된다. In one embodiment, in the present invention, the latent heat at the time of evaporation of the first cycle is transferred to the input stage of the second cycle, and the waste heat of the second cycle (latent heat at the time of evaporation) is transferred to the input stage of the third cycle. It provides a mechanism for generating multiple turbine cycles, which then continues as such. Only waste heat from the final cycle is released to the atmosphere.

한 실시예에서, 본 발명은 폐잠열을 이용하고 폐잠열을 전기로 변환시켜 발전소의 효율을 현저하게 개선할 수 있게 한다. 또한, 폐열 교환 메커니즘(waste heat exchange mechanism)은 최종 출력(final output)이 특정 형태의 비-전기 출력(non electrical output)임에도 불구하고 모든 열-기반 파워 시스템(heat based power system)과 사용될 수 있다. In one embodiment, the present invention makes it possible to significantly improve the efficiency of a power plant by using latent waste heat and converting the latent waste heat into electricity. In addition, the waste heat exchange mechanism can be used with any heat based power system, even though the final output is a certain form of non electrical output. .

한 실시예에서, 임의의 단의 증발 시의 잠열을 대기로 배출하는 대신 그 다음 단의 입력단으로 전달함으로써, 본 발명은 임의의 파워 사이클의 효율을 개선시킨다. In one embodiment, the present invention improves the efficiency of any power cycle by transferring the latent heat during evaporation of any stage to the input stage of the next stage instead of discharging it to the atmosphere.

한 실시예에서, 작동유(working fluid), 및 터빈 배출 온도와 압력을 적절하게 선택하면, 본 발명은 증발 시의 모든 잠열을 그 다음 단으로 전달할 수 있으며 그에 따라 바로 그 단의 작동유를 원하는 온도로 가열하는 데 필요한 에너지의 양을 현저하게 줄일 수 있게 한다. 이에 따라, 제1단 후에, 모든 단들의 효율이 현저하게 개선되며, 그에 따라, 전체 효율도 상당히 개선된다. In one embodiment, if the working fluid and turbine discharge temperature and pressure are appropriately selected, the present invention can transfer all the latent heat during evaporation to the next stage, and thus transfer the hydraulic oil of that stage to the desired temperature. It makes it possible to significantly reduce the amount of energy required to heat. Accordingly, after the first stage, the efficiency of all stages is significantly improved, and accordingly, the overall efficiency is also significantly improved.

임의의 단의 증발 시의 잠열을 대기로 배출하는 대신에 그 다음 단의 입력단으로 전달함으로써 임의의 파워 사이클의 전체 성능을 개선하기 위하여, 본 발명의 실시예들은 본 특허출원의 복수의 양태들을 제공한다. 상기 복수의 양태들은 증발 시의 잠열을 리사이클링하여 고효율 에너지 변환 사이클을 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 기술적인 해결책은 다음과 같다: In order to improve the overall performance of any power cycle by transferring the latent heat during evaporation of any stage to the next stage instead of discharging it to the atmosphere, embodiments of the present invention provide a plurality of aspects of this patent application. do. The plurality of aspects provide a system and method for a high-efficiency energy conversion cycle by recycling latent heat during evaporation. The technical solution is as follows:

또 다른 양태에서, 적어도 2단 시스템을 가진 다단 발전기가 기술된다. 상기 발전기는: 제1 작동유, 보일러, 터빈, 열교환기, 펌프 등을 포함하며 전기를 생성하도록 구성된 제1단 파워 사이클; 및 제2 작동유, 보일러, 터빈, 열교환기, 펌프 등을 포함하며 전기를 생성하도록 구성된 제2단 파워 사이클을 포함하되, 제2 작동유는 전기 생성을 위해 제1단 사이클로부터 생성된 폐열(증발 및/또는 응축 시의 잠열)을 흡수한다. In another aspect, a multistage generator with at least a two stage system is described. The generator comprises: a first stage power cycle comprising a first hydraulic oil, a boiler, a turbine, a heat exchanger, a pump, etc. and configured to generate electricity; And a second stage power cycle comprising a second hydraulic oil, a boiler, a turbine, a heat exchanger, a pump, etc., and configured to generate electricity, wherein the second hydraulic oil is waste heat generated from the first stage cycle for generating electricity (evaporation and / Or latent heat during condensation).

또 다른 양태에서, 적어도 2단 파워 사이클을 가진 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은: 제1 작동유, 보일러, 터빈, 열교환기, 펌프 등을 포함하는 제1단 파워 사이클을 사용하여, 전기를 생성하는 단계; 및 제2 작동유를 포함하는 터빈 사이클과 제2단 잠열 교환 메커니즘을 사용하여, 전기를 생성하는 단계를 포함하되; 제2 작동유는 전기를 생성하기 위한 잠열 교환 메커니즘에서 제1단으로부터 생성된 폐열(증발 및/또는 응축 시의 잠열)을 흡수한다. In yet another aspect, a method for generating electricity using a generator having at least two stages of power cycle is provided. The method includes: generating electricity by using a first stage power cycle comprising a first hydraulic oil, a boiler, a turbine, a heat exchanger, a pump, and the like; And generating electricity using a second stage latent heat exchange mechanism and a turbine cycle containing the second hydraulic oil; The second hydraulic oil absorbs waste heat (latent heat during evaporation and/or condensation) generated from the first stage in a latent heat exchange mechanism for generating electricity.

본 발명의 한 실시예에서, 제1단의 저급 폐열(low quality waste heat)은 제2 사이클의 입력단으로 전달되며, 제2 사이클의 폐열은 제3 사이클의 입력단으로 전달되며 그 후 이와 같이 계속된다. 단이 많으면 많을수록, 최종적인 전체 효율은 더욱더 좋아질 것이지만, 단을 더 추가하면 더 많은 비용이 소요될 것이다. 뿐만 아니라, 무제한적인 개수의 단을 가지기 위하여 올바른 물리적 특성을 가진 충분한 개수의 작동유를 찾는 것도 가능하지 않을 수 있다. 상기 공정을 상세하게 설명하는 데 있어서, 본 개념을 설명하기에 2단은 충분할 것이며 따라서 하기 설명은 2단 시스템(two stage system)에 따를 것이다. In one embodiment of the present invention, the low quality waste heat of the first stage is transferred to the input stage of the second cycle, and the waste heat of the second cycle is transferred to the input stage of the third cycle, and thereafter continues as such. . The more stages there are, the better the final overall efficiency will be, but adding more stages will cost more. In addition, it may not be possible to find a sufficient number of hydraulic fluids with the correct physical properties to have an unlimited number of stages. In describing the above process in detail, a two stage will suffice to explain the present concept and thus the following description will follow a two stage system.

본 발명의 상세한 설명은 첨부도면들을 참조하여 기술된다. 도면에서, 도면부호들의 가장 좌측의 숫자는 가장 처음 나타나는 도면부호를 가리킨다. 본 명세서에 걸쳐, 유사한 구성 및 구성요소들을 표시하기 위해 동일한 도면부호들이 사용된다.
도 1은 기존의 발전소 사이클(종래 기술)의 개략도.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 매우 높은 효율을 구현하는 다단 사이클의 개략도.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 작동유로서 물과 암모니아가 사용되는 경우 2단 시스템의 한 예를 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 방법을 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 제1단 잠열 교환 메커니즘(1000) 동안 수행되는 방법을 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 제2단 잠열 교환 메커니즘(2000) 동안 수행되는 방법을 예시한 도면.
The detailed description of the present invention is described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the leftmost number of the reference numerals indicates the first appearing reference numeral. Throughout this specification, the same reference numerals are used to indicate similar configurations and components.
1 is a schematic diagram of a conventional power plant cycle (prior art).
Fig. 2 is a schematic diagram of a multistage cycle that achieves very high efficiency according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of a two-stage system when water and ammonia are used as hydraulic oils according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a method for generating electricity using a generator with at least two stages of latent heat exchange mechanism in accordance with an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a method performed during a first stage latent heat exchange mechanism 1000 according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a method performed during a second stage latent heat exchange mechanism 2000 according to an embodiment of the present invention.

하기 내용은 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들의 기술적인 해결책들을 명확하게 설명한다. 이 실시예들은 본 발명의 실시예들 중 모든 부분이 아니라 단지 일부분이다. 당업자들이라면, 본 발명의 실시예에 따라 그 밖의 실시예들도 본 발명의 보호 범위 내에 있다는 사실을 잘 알고 있을 것이다. The following description clearly describes the technical solutions of the embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. These embodiments are only a part, not all, of the embodiments of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that other embodiments according to the embodiments of the present invention are also within the protection scope of the present invention.

하기에서, 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들을 상세하게 설명한 내용이 본 발명의 개념을 예시하는 첨부도면들과 함께 제공된다. 본 발명은 이러한 실시예들에 대해 기술하고 있지만, 이들에만 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 오직 청구항들에 의해서만 정해지며 본 발명은 다양한 대안예, 변형예 및 균등예들을 포함한다. 본 발명을 상세하게 이해하도록 하기 위하여 하기에서 다양한 특정 내용들이 기술된다. 이러한 내용들은 특정 예로서 제공되며 본 발명은 이러한 특정 내용들 중 일부분 또는 전체 없이도 청구항들에 따라 실시될 수 있다. 명확성을 위하여, 본 발명이 속한 기술 분야에서 공지인 기술적인 사항들은 상세하게 기술되지 않을 거이다. In the following, a detailed description of one or more embodiments of the present invention is provided along with accompanying drawings illustrating the concept of the present invention. The present invention has been described with respect to these embodiments, but is not limited thereto. The scope of the invention is defined solely by the claims, and the invention includes various alternatives, modifications and equivalents. Various specific contents are described below in order to understand the present invention in detail. These contents are provided as specific examples and the invention may be practiced in accordance with the claims without any or all of these specific contents. For clarity, technical matters known in the technical field to which the present invention belongs will not be described in detail.

이러한 설명을 보다 잘 이해하기 위하여 최소한 기본적인 열역학 개념을 이해할 필요가 있다는 사실에 유의해야 한다. It should be noted that in order to better understand this explanation, it is necessary to at least understand the basic thermodynamic concepts.

이제, 도 1을 보면, 종래 기술로서 기존의 발전소 사이클의 기본 개념을 예시한 도면이다. Now, referring to FIG. 1, a diagram illustrating the basic concept of a conventional power plant cycle as a prior art.

증발 시의 잠열을 리사이클링(recycling)하여 고효율 에너지 변환 사이클을 위해 기술된 여러 양태들이 임의의 개수의 상이한 시스템, 환경, 및/또는 형상들로 구현될 수 있지만, 상기 실시예들은 하기 대표 시스템에 관해 기술된다. Although the various aspects described for a high-efficiency energy conversion cycle by recycling the latent heat upon evaporation may be implemented in any number of different systems, environments, and/or configurations, the above embodiments relate to the following representative systems. Is described.

이제, 도 2를 보면, 본 발명의 한 실시예에 따라 매우 높은 효율을 구현하는 다단 사이클(multistage cycle)을 개략적으로 도시한다. Turning now to Fig. 2, a schematic diagram of a multistage cycle is shown that realizes very high efficiency according to an embodiment of the present invention.

한 실시예에서, 제1단의 저급(low quality) 폐열이 제2 사이클의 입력단(input stage)으로 전달되며, 제2 사이클의 폐열은 제3 사이클의 입력단으로 전달되고, 그 후 이와 같이 계속된다. 단이 많으면 많을수록, 최종적인 전체 효율은 더욱더 좋아질 것이지만, 단을 더 추가하면 더 많은 비용이 소요될 것이다. 뿐만 아니라, 무제한적인 개수의 단을 가지기 위하여 올바른 물리적 특성을 가진 충분한 개수의 작동유를 찾는 것도 가능하지 않을 수 있다. In one embodiment, the low quality waste heat of the first stage is transferred to the input stage of the second cycle, and the waste heat of the second cycle is transferred to the input stage of the third cycle, and thereafter continues as such. . The more stages there are, the better the final overall efficiency will be, but adding more stages will cost more. In addition, it may not be possible to find a sufficient number of hydraulic fluids with the correct physical properties to have an unlimited number of stages.

한 실시예에서, 공정을 상세하게 설명하기 위하여, 2단으로도 개념을 설명하기에 충분할 것이며 따라서 하기 설명 내용은 2단 시스템에 따른 설명이다. In one embodiment, in order to describe the process in detail, a two-stage is sufficient to describe the concept, and thus the following description is a description according to a two-stage system.

이제, 도 3을 보면, 본 발명의 한 실시예에 따라 작동유로서 물과 암모니아가 사용되는 경우 2단 시스템의 한 예를 예시한 도면이다. Now, referring to FIG. 3, a diagram illustrating an example of a two-stage system when water and ammonia are used as hydraulic oils according to an embodiment of the present invention are illustrated.

한 실시예에서, 간단하게 도시하기 위하여, 오직 하나의 고압 및 저압 터빈이 단 A(1000)에 도시되고, 오직 하나의 단일 단(single stage) 터빈이 단 B(2000)에 도시된다. 뿐만 아니라, 사이클 효율 및 성능을 개선시키기 위한 모든 종래의 기술, 가령, 축열, 개방 급수 히터(open feed water heater) 및 그 밖의 작은 변형예들에 대한 설명은 의도적으로 배제하였다. 효율 개선에 관한 모든 기존의 기술들은 개선된 디자인을 가진 모든 단에 여전히 사용될 수 있다. 이러한 전체 문헌에 언급된 모든 열 및 물리적 특성 값들은 미국 국립 표준 및 테크놀로지(NIST) 웹사이트(www.nist.com) 또는 보다 구체적인 웹사이트(webbook.nist.gov/chemistry/유체)에서 찾아볼 수 있다. In one embodiment, for the sake of simplicity, only one high and low pressure turbine is shown in stage A (1000) and only one single stage turbine is shown in stage B (2000). In addition, descriptions of all conventional techniques for improving cycle efficiency and performance, such as heat storage, open feed water heaters, and other small variations, are intentionally excluded. All existing techniques for improving efficiency can still be used on any stage with an improved design. All thermal and physical property values mentioned in this entire document can be found on the U.S. National Standards and Technology (NIST) website (www.nist.com) or a more specific website (webbook.nist.gov/chemistry/fluid). have.

한 실시예에서, 여러 단(1000 또는 2000)의 개선된 시스템에서 광범위한 유체가 사용될 수 있지만, 설명을 위해, 본 명세서에서는, 단 A(1000)에서는 제1 작동유로서 물이 사용되고 단 B(2000)에서는 제2 작동유로서 암모니아가 사용된다. 단 A(1000)는 제1단이며, 액체 물이 지점(13)으로부터 펌프 A 1에 의해 고압에서, 가령, 250 bar(또는 임의의 그 밖의 원하는 압력)에서 보일러 A 2로 전달된다. 보일러 2에서, 액체 물은 고온, 가령, 600℃(또는 임의의 그 밖의 원하는 온도)로 가열되며 초임계 또는 가열된 유체로서 지점(10)에서 보일러 A 2로부터 배출된다. 상기 고온 및 고압 초임계 유체는 고압 터빈 3에서 팽창되고 상당한 온도 및 압력 강하 후에, 보일러 A 2로 복귀하여, 50 bar(또는 임의의 그 밖의 원하는 온도 및 압력)에서 600℃로 재가열되고 효율을 생성하도록 최종 에너지 추출을 위해 저압 터빈(4)으로 보내진다. In one embodiment, a wide range of fluids may be used in the improved system of several stages (1000 or 2000), but for illustrative purposes, in this specification, water is used as the first hydraulic oil in stage A (1000) and stage B (2000). Ammonia is used as the second hydraulic oil. Stage A (1000) is the first stage, and liquid water is delivered from point 13 by pump A 1 to boiler A 2 at high pressure, such as at 250 bar (or any other desired pressure). In boiler 2, liquid water is heated to a high temperature, such as 600° C. (or any other desired temperature) and exits boiler A 2 at point 10 as a supercritical or heated fluid. The high temperature and high pressure supercritical fluid is expanded in high pressure turbine 3 and after a significant temperature and pressure drop, returns to boiler A 2, reheated to 600° C. at 50 bar (or any other desired temperature and pressure) and produces efficiency. So that it is sent to the low pressure turbine 4 for final energy extraction.

기존의 시스템에서, 수증기/증기는 지점(11)에서 거의 진공 상태로 터빈으로부터 배출되고 증발(또는 응축) 시의 잠열은 냉각수를 이용하여 콘덴서에서 폐열로서 제거된다. 이에 따라, 수증기는 지점(12)에서 다시 액체로 변환될 수 있으며 이 액체는 고압으로 본 시스템으로 다시 펌핑되어 사이클을 반복할 수 있다. In the existing system, water vapor/steam is discharged from the turbine in an almost vacuum state at point 11 and the latent heat upon evaporation (or condensation) is removed as waste heat in the condenser using cooling water. Accordingly, water vapor can be converted back to a liquid at point 12 and this liquid can be pumped back into the system at high pressure to repeat the cycle.

본 발명에서, 수증기는 지점(11)에서 충분히 높은 압력과 온도로 저압 터빈 A 4로부터 배출되어 잠열 에너지가 제2 작동유로 전달될 수 있으며, 상기 예에서 사용되는 작동유는 암모니아인데, 이 부분이 종래 기술과 다른 주된 부분이다. 이에 따라, 기존의 종래 기술과 비교하였을 때, 단 A(1000)에서의 효율이 약간 감소될 수 있지만, 증발 시의 단 A(1000)의 모든 잠열은 대기(atmosphere)로 폐기되는 대신에 열교환기 A100)에서 단 B(2000)의 작동유로 전달되는데, 이것이 바로 기존의 종래 기술과 상이한 부분이다. 이러한 잠열 에너지를 단 B(2000)로 전달하는 공정에서, 단 A(1000)의 수증기/증기는 지점(12)에서 액체로 다시 변환되며 이 수증기/증기는 응축 펌프 A 1에 의해 고압에서 입력단(13)으로 다시 펌핑될 수 있다. In the present invention, water vapor is discharged from the low pressure turbine A 4 at a sufficiently high pressure and temperature at point 11 so that latent heat energy can be transferred to the second hydraulic oil, and the hydraulic oil used in the above example is ammonia. It is the main part that is different from technology. Accordingly, when compared with the existing prior art, the efficiency at stage A (1000) may be slightly reduced, but all latent heat of stage A (1000) during evaporation is discarded into the atmosphere instead of being disposed of in the heat exchanger. A100) is delivered to the hydraulic oil of stage B (2000), which is different from the existing conventional technology. In the process of transferring this latent heat energy to stage B (2000), water vapor/vapor in stage A (1000) is converted back to liquid at point 12, and this water vapor/vapor is converted to liquid at point 12 by condensation pump A 1 at the input stage ( 13) can be pumped back.

한 실시예에서, 단 B(2000)이 이미 단 A(1000)의 많은 양의 잠열 에너지를 흡수하였기 때문에, 원하는 온도를 구현하기 위해 단 B(2000)에 추가되어야 하는 에너지가 훨씬 적다. 열교환기 A 100)에서 단 A(1000)의 수증기의 잠열 에너지를 흡수함으로써, 암모니아는 지점(14)에서 이미 고온 및 고압 증기로 변환되었다. 상기 예에서, 당업자는, 선택된 압력 및 온도로, 지점(14)에서 암모니아는 증기이라는 사실을 이해할 수 있을 것이다. 하지만, 작동유 B, 이 경우에서는 암모니아는, 단 B를 위해 원하는 작동 압력에 따라, 지점(14)에서 액체, 증기, 또는 초임계 액체 또는 초임계 증기로서, 열교환기 A 100로부터 배출될 수 있다. 그 뒤, 작동유는 보일러 B 5로 유입되는데, 보일러 B 5에서 작동유는 지점(15)에서 터빈 B 6로 유입되기 전에 원하는 온도로 가열된다. 지점(16)에서 저압으로 터빈 B 6로부터 배출될 때, 암모니아는 열교환기 B 100으로 유입되는데, 상기 열교환기에서 암모니아는 지점(17)에서 액체가 될 때까지 냉각된다. 그 뒤, 펌프 B 7이 액체 암모니아를 지점(18)에서 고압(미임계, 임계 또는 초임계 압력일 수 있음)으로 펌핑한다. In one embodiment, since stage B (2000) has already absorbed a large amount of latent heat energy of stage A (1000), much less energy must be added to stage B (2000) to achieve the desired temperature. By absorbing the latent heat energy of water vapor in stage A (1000) in heat exchanger A 100), ammonia has already been converted to hot and high pressure vapor at point 14. In the above example, one of ordinary skill in the art will understand that, at the selected pressure and temperature, ammonia at point 14 is a vapor. However, hydraulic oil B, in this case ammonia, can be discharged from heat exchanger A 100 as a liquid, vapor, or supercritical liquid or supercritical vapor at point 14, depending on the desired operating pressure for stage B. Then, the hydraulic oil flows into the boiler B 5, where the hydraulic oil is heated to the desired temperature before entering the turbine B 6 at point 15. When exiting turbine B 6 at low pressure at point 16, ammonia enters heat exchanger B 100, where the ammonia is cooled down to liquid at point 17. Pump B 7 then pumps the liquid ammonia at high pressure (which may be subcritical, critical or supercritical pressure) at point 18.

한 실시예에서, 증발 시의 잠열이 단 A(1000)으로부터 단 B(2000)로 전달될 때, 상당한 양의 전체 에너지 양이 단 B(2000)에 추가되는데, 암모니아를 원하는 온도로 얻기 위해 단 B(2000)에 추가되어야 하는 에너지가 훨씬 적다. 따라서, 제1단 후에, 모든 단들은 매우 높은 효율로 작동될 것이며, 이에 따라 단 A(1000)에서 약간의 효율 감소를 상쇄(compensate)하고도 남을 것이다. In one embodiment, when the latent heat upon evaporation is transferred from stage A (1000) to stage B (2000), a significant amount of the total energy amount is added to stage B (2000), in order to obtain ammonia at the desired temperature. There is much less energy that needs to be added to B(2000). Thus, after the first stage, all stages will operate with very high efficiency, and thus will remain to compensate for a slight reduction in efficiency in stage A (1000).

한 실시예에서, 각각의 단은 그 밖의 단들로부터 분리될 수 있으며, 서로 다른 단들에서는 그 어떤 단에서도 유체가 혼합되지 않는다. In one embodiment, each stage can be separated from the other stages, with no fluid mixing at any stage at different stages.

한 실시예에서, 각각의 단에서 상이한 유체가 사용될 수 있다. 당업자라면, 그 후의 단들에서 동일한 유체가 사용될 수 있지만, 그보다 낮은 압력에서 사용될 수 있다는 사실을 이해할 것이다. In one embodiment, different fluids may be used in each stage. One skilled in the art will appreciate that the same fluid may be used in subsequent stages, but at lower pressures.

한 실시예에서, 각각의 단에서, 원할 시에, 그리고, 시스템/발전소의 요건에 따라, 상이한 압력 및 온도가 사용될 수 있다. In one embodiment, different pressures and temperatures may be used at each stage, as desired, and depending on the requirements of the system/power plant.

한 실시예에서, 본 발명은 기존의 기술 중 임의의 기술, 가령, 축열, 개방 급수 히터, 다단 터빈 등을 사용할 수 있으며, 각각의 개별 단에서도 사용할 수 있다. In one embodiment, the present invention may use any of the existing technologies, such as heat storage, open water heaters, multi-stage turbines, and the like, and may also be used in each individual stage.

한 실시예에서, 본 발명은 임의의 열원(heat source)으로 사용될 수 있는데, 이러한 열원은 가령, 석탄, 태양열, 원자력 등을 포함하지만 이들에만 제한되지는 않는다. In one embodiment, the present invention may be used as any heat source, such as, but not limited to, coal, solar heat, nuclear power, and the like.

한 실시예에서, 임의의 단에서의 증발 시의 잠열은 충분히 높은 온도와 압력에서 그 다음 단의 입력단으로 전달되어 액체로부터 증기 또는 초임계 증기로의 완전한 또는 부분적인 상 변화를 야기하며, 상기 공정에서 제1단의 증기는 액체로 변환될 수 있다. In one embodiment, the latent heat upon evaporation in any stage is transferred to the input stage of the next stage at a sufficiently high temperature and pressure resulting in a complete or partial phase change from liquid to vapor or supercritical vapor, the process In the first stage, the vapor can be converted to a liquid.

한 실시예에서, 모든 단에서, 하지만, 최종 단에서, 터빈 배출 압력은 대기압 및 대기온 이상일 수 있다. In one embodiment, in all stages, but in the final stage, the turbine discharge pressure may be above atmospheric pressure and ambient temperature.

한 실시예에서, 개별 요건들에 따라, 임의의 개수의 단들이 선택되고 작동유가 선택될 수 있다. In one embodiment, depending on the individual requirements, any number of stages may be selected and hydraulic oil may be selected.

한 실시예에서, 열로부터 전기로의 변환의 제1단 효율은 현재의 디자인으로 가능한 효율에 비해 약간 작을 수 있다는 사실을 이해해야 한다. 추후 단들은 "가상의(virtual)" 효율을 가질 수 있는데, 이러한 가상의 효율은 밑에서 설명되는 것과 같이 심지어 100%를 초과할 수도 있다. It should be understood that in one embodiment, the efficiency of the first stage of the conversion from heat to electricity may be slightly smaller compared to the efficiency possible with current designs. Later stages may have "virtual" efficiencies, which may even exceed 100%, as described below.

한 실시예에서, 최고의 결과를 위해(반드시 필요한 것은 아니지만), 단 A(1000)의 작동유는 가장 높은 임계점 온도를 가질 수 있다. 각각의 그 다음 단, 예컨대, 단(2000)은 이전 단보다 더 낮은 임계점 온도를 가진 작동유를 가질 수도 있다. 따라서, 제1단을 위해 선택되는 유체는 일반적으로 물이다. In one embodiment, for best results (but not necessarily), the hydraulic oil of A (1000) may have the highest critical point temperature. Each subsequent stage, eg stage 2000, may have a hydraulic oil having a lower critical point temperature than the previous stage. Thus, the fluid chosen for the first stage is generally water.

한 실시예에서, 본 발명은 낮은 단의 가스 연료 발전소(gas fired plant)로서 사용될 수 있다. In one embodiment, the present invention can be used as a low stage gas fired plant.

한 실시예에서, 열교환기(100) 외에도, 한 단으로부터 다음 단으로 열을 전달하기 위해, 열펌프(heat pump)가 사용될 수 있다. 열펌프가 에너지를 소모하고 효율을 감소시킬 수 있기는 하지만, 에너지를 전달하기 위해 몇몇 경우 열교환기에서 유지되어야 할 수도 있는 온도 감소를 없앨 수 있다. 열교환기 내에 온도 감소가 없으면, 보다 우수한 효율을 제공할 수 있으며, 이에 따라 열펌프에 의해 소모되는 에너지를 없애는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 온도 차이를 유지하면서도 에너지의 상당량(bulk)을 전달하기 위해서 열교환기가 사용될 수 있으며, 어떠한 온도 차이도 존재하지 못하도록 열펌프를 사용하여 최종 에너지량이 전달될 수 있다. 이는 말기 단(end stage)에서 사용될 수 있다. In one embodiment, in addition to the heat exchanger 100, a heat pump may be used to transfer heat from one stage to the next. While heat pumps can consume energy and reduce efficiency, they can eliminate the reduction in temperature that may have to be maintained in the heat exchanger in some cases to transfer energy. If there is no decrease in temperature in the heat exchanger, better efficiency may be provided, and thus, it may be helpful to eliminate energy consumed by the heat pump. For example, a heat exchanger may be used to transfer a bulk of energy while maintaining a temperature difference, and a final amount of energy may be transferred using a heat pump so that no temperature difference exists. It can be used at the end stage.

한 실시예에서, 적어도 2단 시스템을 가진 다단 발전기(multi stage electric power generation apparatus)가 기술된다. 상기 발전기는: 제1 작동유(도시되지 않음)를 포함하며 발전을 위해 구성되며 폐열(증발 및/또는 응축 시의 잠열)을 생성하는 제1단 파워 사이클(1000); 및 제2 작동유(도시되지 않음)를 포함하며 발전을 위해 구성되며 폐열(증발 및/또는 응축 시의 잠열)을 생성하는 제2단 파워 사이클(2000)로 구성되는데, 제2 작동유는 발전을 위해 제1단 파워 사이클로부터 생성된 모든 폐열(증발 및/또는 응축 시의 잠열)을 흡수한다. In one embodiment, a multi stage electric power generation apparatus with at least a two stage system is described. The generator comprises: a first stage power cycle 1000 comprising a first hydraulic oil (not shown), configured for power generation, and generating waste heat (latent heat during evaporation and/or condensation); And it includes a second hydraulic oil (not shown) and is configured for power generation and is composed of a second stage power cycle 2000 that generates waste heat (latent heat during evaporation and/or condensation), the second hydraulic oil for power generation. All waste heat generated from the first stage power cycle (latent heat during evaporation and/or condensation) is absorbed.

한 실시예에서, 제1 발전 단(power generating stage)은: 고압에서 제1 작동유를 통과하도록 구성된 제1 수단(1), 고압에서 제1 작동유를 수용하고 제1 작동유를 고온으로 가열시켜 가열된 또는 과열된 유체 또는 증기를 생성시키도록 구성된 제2 수단(2), 가열된 유체/증기를 수용하고 상기 유체/증기를 특정 온도와 압력으로 강하될 때까지 팽창시키도록 구성된 제3 수단(3)과 제4 수단(4), 및 폐열(증발 및/또는 응축 시의 잠열)과 함께 낮은 압력과 온도에서 파워 추출 단(power extraction stage)로부터 배출되는 작동유를 포함한다. In one embodiment, the first power generating stage is: a first means (1) configured to pass the first hydraulic oil at high pressure, which is heated by receiving the first hydraulic oil at high pressure and heating the first hydraulic oil to a high temperature. Or second means (2) configured to produce superheated fluid or vapor, third means (3) configured to receive the heated fluid/vapor and expand said fluid/vapor until it drops to a specified temperature and pressure. And a fourth means 4, and hydraulic oil discharged from the power extraction stage at low pressure and temperature together with waste heat (latent heat during evaporation and/or condensation).

한 실시예에서, 본 발명은 열교환기 메커니즘(100)을 포함하되, 열교환기 메커니즘(100)은 제1단(1000)으로부터 생성된 폐열(증발 및/또는 응축 시의 잠열)을 제2단(2000)의 제2 작동유로 전달하여 상기 제2 작동유를 고온 및 고압 유체 또는 증기로 변환시키도록 구성된다. In one embodiment, the present invention includes a heat exchanger mechanism 100, wherein the heat exchanger mechanism 100 converts waste heat (latent heat during evaporation and/or condensation) generated from the first stage 1000 into a second stage ( 2000) to convert the second hydraulic oil into a high temperature and high pressure fluid or steam.

한 실시예에서, 열교환기 메커니즘(100)은, 제1단 파워 사이클(1000) 동안, 제4 수단(4)으로부터 나온 제1 작동유 증기를 수용하여, 상기 제1 작동유 증기가 액체 형태로 변환될 때까지 냉각시켜 제1 수단(1)으로 통과시키도록 구성되거나; 혹은 제2단 파워 사이클(2000) 동안, 제7 수단(7)으로부터 나온 제2 작동유 증기를 수용하여, 단 A(1000)의 폐열 에너지로 상기 제2 작동유 증기를 가열시키도록 구성된다. In one embodiment, the heat exchanger mechanism 100 receives the first hydraulic oil vapor from the fourth means 4 during the first stage power cycle 1000 so that the first hydraulic oil vapor is converted into a liquid form. Cooled until it is configured to pass through the first means (1); Alternatively, it is configured to receive the second hydraulic oil vapor from the seventh means 7 during the second stage power cycle 2000 and heat the second hydraulic oil vapor with the waste heat energy of stage A (1000).

한 실시예에서, 제2단 파워 사이클은: 고온 및 고압에서 액체 또는 증기 형태로 제2 작동유를 수용하고 상기 액체 또는 증기 형태의 제2 작동유를 고온 및 고압 증기로 가열시키도록 구성된 제5 수단(5); 가열된 증기를 고온 및 고압으로 수용하고, 증기로부터 전기를 생성하며, 증발 및/또는 응축 시의 잠열로 저압 및 저온에서 파워 추출 단으로부터 배출되고 폐열(잠열)이 그 다음 단으로 전달되거나 또는 대기로 배출되는 열교환기(200)에 유입되게 하도록 구성된 제6 수단(6); 및 액체 형태의 제2 작동유를 고압으로 통과시키도록 구성된 제7 수단(7)을 포함한다. In one embodiment, the second stage power cycle comprises: a fifth means configured to receive a second hydraulic oil in liquid or vapor form at high temperature and high pressure and heat the second hydraulic oil in liquid or vapor form with high temperature and high pressure steam ( 5); It receives the heated steam at high and high pressure, generates electricity from the steam, is discharged from the power extraction stage at low pressure and low temperature as latent heat during evaporation and/or condensation, and waste heat (latent heat) is transferred to the next stage, or A sixth means (6) configured to flow into the heat exchanger (200) discharged into the furnace; And a seventh means 7 configured to pass the second hydraulic oil in liquid form at high pressure.

이제, 도 4를 보면, 본 발명의 한 실시예에 따라 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 방법을 예시한 도면이다. Turning now to Fig. 4, a diagram illustrating a method for generating electricity using a generator having at least two stages of latent heat exchange mechanism according to an embodiment of the present invention.

상기 방법이 기술되는 순서는 제한하려는 의도가 아니며 임의의 개수의 기술된 방법 단계들은 임의의 순서대로 조합되어 상기 방법 또는 대안의 방법들을 구현할 수 있다. 또한, 개별 단계들은 본 명세서에 기술된 주제 범위를 벗어나지 않는 한 상기 방법으로부터 생략될 수도 있다. 게다가, 상기 방법은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수도 있다. 하지만, 설명을 용이하게 하기 위하여, 밑에서 기술된 실시예들에서, 본 방법은 위에서 기술된 발전기로 구현되는 것을 간주될 수 있다. The order in which the methods are described is not intended to be limiting and any number of the described method steps may be combined in any order to implement the method or alternative methods. In addition, individual steps may be omitted from the method unless departing from the scope of the subject matter described herein. In addition, the method may be implemented in any suitable hardware, firmware, or combination thereof. However, in order to facilitate explanation, in the embodiments described below, the method may be considered to be implemented with the generator described above.

단계 402에서, 제1 작동유를 사용하여 전기가 생성된다. 상기 방법은 도 5에 대해 기술할 때 설명된다. In step 402, electricity is generated using the first hydraulic oil. The method is described when describing FIG. 5.

단계 404에서, 제1 작동유의 증발 및/또는 응축 시의 잠열(폐열)이 제1 유체로부터 물리적으로 분리된 제2 작동유로 전달된다. 이 공정에서, 제1 작동유는 증기로부터 액체 상으로 변환된다. In step 404, latent heat (waste heat) during evaporation and/or condensation of the first hydraulic oil is transferred to the second hydraulic oil physically separated from the first fluid. In this process, the first hydraulic oil is converted from the vapor to the liquid phase.

단계 406에서, 제1단의 폐열을 모두 흡수하고 난 뒤, 제2 작동유는 추가로 가열되어 전기를 생성하기 위해 원하는 온도를 구현할 수 있다. 전기 생성 방법은 도 6의 기술내용에서 설명된다. In step 406, after all the waste heat of the first stage is absorbed, the second hydraulic oil is further heated to achieve a desired temperature to generate electricity. The electricity generation method is described in the description of FIG. 6.

단계 408에서, 파워 추출 후에, 제2 작동유의 나머지 에너지(폐열)는 폐열로서 주변(surrounding)으로 또는 제3 작동유로 전달될 수 있다. In step 408, after power extraction, the remaining energy (waste heat) of the second hydraulic oil may be transferred as waste heat to the surrounding or to the third hydraulic oil.

이제, 도 5를 보면, 본 발명의 한 실시예에 따라 제1단 파워 사이클(1000) 동안 수행되는 방법을 예시한 도면이다. Turning now to Fig. 5, a diagram illustrating a method performed during a first stage power cycle 1000 according to an embodiment of the present invention.

단계 502에서, 제1 수단(1)을 사용하여 고압에서 제1 작동유가 통과된다. In step 502, the first hydraulic oil is passed at high pressure using the first means 1.

단계 504에서, 제2 수단(2)에 의해 고압에서 제1 작동유가 수용된다. 제2 수단(2)은 제1 작동유를 고온으로 가열시켜 가열된 유체를 생성한다. In step 504, the first hydraulic oil is received at high pressure by the second means 2. The second means 2 heats the first hydraulic oil to a high temperature to produce a heated fluid.

단계 506에서, 가열된 유체는 제3 수단(3)과 제4 수단(4)에 의해 수용된다. 제3 수단(3)과 제4 수단(4)은 가열된 유체가 전기 생성을 위해 특정 온도 및 압력으로 강하될 때까지 팽창된다. In step 506, the heated fluid is received by the third means (3) and the fourth means (4). The third means 3 and the fourth means 4 are expanded until the heated fluid drops to a certain temperature and pressure to generate electricity.

단계 508에서, 효율을 개선하기 위해 원할 시에 임의의 기존의 수단이 사용될 수 있다. At step 508, any existing means can be used as desired to improve the efficiency.

단계 510에서, 상기 단에서 생성된 폐열(잠열)은 잠열 교환 메커니즘 A 100에서 제2단 작동유로 전달된다. 상기 공정에서, 제1 작동유는 다시 액체 상으로 변환되고 제1 수단(1)에 제공되며 사이클은 단 A(1000)에서 반복된다. In step 510, the waste heat (latent heat) generated in the stage is transferred to the second stage hydraulic oil in the latent heat exchange mechanism A 100. In this process, the first hydraulic oil is converted back to the liquid phase and provided to the first means (1) and the cycle is repeated at stage A (1000).

이제, 도 6을 보면, 본 발명의 한 실시예에 따라 제2단 파워 사이클(2000) 동안 수행되는 방법을 예시한 도면이다. Turning now to Fig. 6, a diagram illustrating a method performed during a second stage power cycle 2000 according to an embodiment of the present invention.

단계 602에서, 제7 수단(7)을 사용하여 고압에서 제2 작동유가 통과된다. In step 602, the second hydraulic oil is passed at high pressure using the seventh means 7.

단계 604에서, 단 B(2000)의 제2 작동유는 단 A(1000)의 제1 작동유의 모든 폐열(증발 및/또는 응축 시의 잠열)을 흡수하고 상기 공정에서 온도 및 에너지 함량이 현저하게 올라간다. In step 604, the second hydraulic oil of stage B (2000) absorbs all waste heat (latent heat during evaporation and/or condensation) of the first hydraulic oil of stage A (1000), and the temperature and energy content in the process rise significantly. .

단계 606에서, 제2 작동유는 고온 및 고압에서 열교환기 메커니즘(100)으로부터 배출되는데, 단 A(1000)으로부터 나온 잠열은 제2 작동유에 제공되고, 제5 수단(5)에 의해 고온 및 고압으로 수용되어 원할 시에 최종 온도로 추가로 가열된다. In step 606, the second hydraulic oil is discharged from the heat exchanger mechanism 100 at high temperature and high pressure, provided that the latent heat from A (1000) is provided to the second hydraulic oil, and to high temperature and high pressure by the fifth means 5 It is received and further heated to the final temperature when desired.

단계 608에서, 제2 작동유는 에너지 생성을 위해 고온 및 고압으로 제6 수단(6)에 유입된다. In step 608, the second hydraulic oil is introduced into the sixth means 6 at high temperature and high pressure for energy generation.

단계 610에서, 효율을 개선하기 위해 원할 시에 임의의 기존의 수단이 사용될 수 있다. At step 610, any existing means may be used as desired to improve the efficiency.

단계 612에서, 제2단(2000)에서 생성된 초과 폐열은 제3 작동유로 전달되거나 혹은 발산되거나 열교환기(200)에 의해 대기로 배출된다. 상기 공정에서, 제2 작동유는 다시 액체 상으로 변환되고 제7 수단(7)에 제공되며 사이클은 단 B(2000)에서 반복된다. In step 612, the excess waste heat generated in the second stage 2000 is transferred to or dissipated to the third hydraulic oil or discharged to the atmosphere by the heat exchanger 200. In this process, the second hydraulic oil is converted back to the liquid phase and provided to the seventh means 7 and the cycle is repeated at stage B (2000).

수증기로부터 액체 물로 상 변화로 배출된 많은 양의 에너지는 오직 또 다른 액체, 상기 예에서는 암모니아에서의 상 변화(완전한 또는 부분적인)로 제거될 수 있다는 사실을 유의해야 한다. 그에 대한 대안은, 강 또는 바다로부터 많은 양의 냉각수를 사용하는 기존의 기술을 이용하는 방법으로서, 이 경우, 잠열은 저온 폐열로서 주변으로 손실된다. 본 발명은 작동유의 모든 잠재 에너지(latent energy)를 상대적으로 저압에서 또 다른 터빈 사이클의 고압 입력단으로 전달할 수 있다. 작동유, 압력 및 온도를 적절하게 선택하면, 원하는 임의의 효율을 구현할 수 있다. It should be noted that the large amount of energy released in the phase change from water vapor to liquid water can only be removed with the phase change (complete or partial) in another liquid, in this example ammonia. An alternative to this is a method using the existing technology that uses large amounts of cooling water from rivers or seas, in which case the latent heat is lost to the surroundings as low temperature waste heat. The present invention is capable of transferring all the latent energy of the hydraulic oil from a relatively low pressure to the high pressure input of another turbine cycle. With appropriate selection of hydraulic oil, pressure and temperature, any desired efficiency can be achieved.

한 실시예에서, 온도 및 압력 또는 사용되는 냉각수를 선택하는 것은 공정을 이해하는 데 도움이 되는 한 예이며, 개별 조건에 따라 임의의 온도 또는 압력 혹은 냉각수가 사용될 수 있다. 중요한 점은, 잠열이 폐열로서 대기로 배출되는 것이 아니라, 냉각수에 따라 터빈 배출 압력 및 온도가 적절하게 선택되어 그 다음 단으로 전달된다는 사실이다. 카르노 공식(Carnot Equation)에 의해 정해진 한계를 초과할 수 있는 이유는, 열로부터 에너지를 추출하기 위해, 상 변화를 이용하는 임의의 시스템에, 이러한 카르노 공식이 실제로는 적용될 수 있기 때문이다. 이 명제를 뒷받침하는 명백한 예는, 작동 중인 어떠한 시스템도 카르노 공식에 의해 정해진 효율에 심지어 조금이라도 근접하지 못한다는 사실이다. 상 변화를 이용하는 임의의 시스템에서, 이상적인 조건 하에서 실제 최대 효율은 다음과 같이 정의된다: In one embodiment, selecting the temperature and pressure or the cooling water used is an example to help understand the process, and any temperature or pressure or cooling water may be used depending on individual conditions. The important point is that the latent heat is not discharged to the atmosphere as waste heat, but the turbine discharge pressure and temperature are appropriately selected according to the cooling water and transferred to the next stage. The reason it can exceed the limit set by the Carnot Equation is that in any system that uses a phase change to extract energy from heat, this Carnot equation can be applied in practice. An obvious example to support this proposition is the fact that no system in operation even comes close to the efficiency set by the Carnot formula. In any system using phase change, the actual maximum efficiency under ideal conditions is defined as:

효율 =

Figure pat00001
Efficiency =
Figure pat00001

여기서, here,

Figure pat00002
은 KJ/Kg 단위의 킬로그램 당 전체 에너지 입력,
Figure pat00002
Is the total energy input per kilogram in KJ/Kg,

Figure pat00003
은 터빈 배출 압력에서 kJ/Kg 단위의 증발 잠열이다.
Figure pat00003
Is the latent heat of evaporation in kJ/Kg at the turbine discharge pressure.

상기 공식에서, 터빈으로부터 배출되는 수증기는 포화 증기가 아니다. 포화 증기가 허용되거나 원할 경우에는, 잠열 값은 그에 맞게 조절되어야 한다. 본 명세서의 앞부분에서 기술된 것과 같이 2단이 사용되는 경우에서는, 상기 공식은 다음과 같이: In the above formula, the water vapor discharged from the turbine is not saturated steam. If saturated steam is acceptable or desired, the latent heat value should be adjusted accordingly. In the case where two stages are used as described earlier in this specification, the above formula is as follows:

효율 =

Figure pat00004
Efficiency =
Figure pat00004

여기서, here,

Figure pat00005
은 단 A에서 KJ/Kg 단위의 킬로그램 당 에너지 입력,
Figure pat00005
Is the energy input per kilogram in KJ/Kg in just A,

Figure pat00006
는 단 B에서 KJ/Kg 단위의 킬로그램 당 에너지 입력,
Figure pat00006
Is the energy input per kilogram in KJ/Kg in just B,

Figure pat00007
는 단 A에서 터빈 배출 압력에서 kJ/Kg 단위의 증발 잠열,
Figure pat00007
Is the latent heat of evaporation in kJ/Kg at turbine discharge pressure in stage A,

Figure pat00008
는 단 B에서 터빈 배출 압력에서 kJ/Kg 단위의 증발 잠열,
Figure pat00008
Is the latent heat of evaporation in kJ/Kg at turbine discharge pressure in stage B,

Figure pat00009
는 단 A 및 B 사이에 존재할 수 있는 상이한 흐름 속도(flow rate)를 상쇄하기 위한 흐름 계수(flow factor)로서, [단 B의 질량 흐름 속도(mass flow rate)]/[단 A의 질량 흐름 속도]로 정의될 수 있다.
Figure pat00009
Is the flow factor to compensate for the different flow rates that may exist between stages A and B, where [mass flow rate of stage B]/[mass flow rate of stage A Can be defined as ].

이와 비슷하게, 2개보다 많은 단의 경우에서는, 상기 공식은: Similarly, for more than two stages, the above formula is:

효율 =

Figure pat00010
Efficiency =
Figure pat00010

여기서, n은 단의 개수이며,

Figure pat00011
은 [단 n의 질량 흐름 속도]/[단 A의 질량 흐름 속도]이다. Where n is the number of stages,
Figure pat00011
Is [mass flow rate of stage n]/[mass flow rate of stage A].

에너지 손실(energy loss)을 감안하면, 상기 공식은: Given the energy loss, the above formula is:

효율 =

Figure pat00012
Efficiency =
Figure pat00012

여기서,

Figure pat00013
는 전체 시스템에서의 전체 에너지 손실이다. here,
Figure pat00013
Is the total energy loss in the whole system.

상기 공식들로부터, 다음의 결론/사항들을 알 수 있다: From the above formulas, the following conclusions/points can be obtained:

1) 단의 개수가 크면 클수록, 전체 효율도 점점 더 커질 것이다. 1) The larger the number of stages, the greater the overall efficiency will be.

2) 이상적인 시스템에서 무제한적인 개수의 단을 사용하면, 효율은 100%에 접근할 것이다. 하지만, 실제로는, 이를 위해 충분한 작동유를 찾는 것은 어려울 것이며 각각의 단이 추가될 때 출력(output)은 감소할 것이며, 이에 따라 출력과 비용을 모두 최적화시키기 위해서는 단의 개수를 3단 또는 4단으로 제한하는 것이 최선일 것이다. 2) With an unlimited number of stages in an ideal system, the efficiency will approach 100%. However, in practice, it will be difficult to find enough hydraulic oil for this and the output will decrease as each stage is added, and accordingly, the number of stages is reduced to 3 or 4 stages to optimize both output and cost. It would be best to limit it.

3) 상기 공식들로부터, 증발 시의 낮은 잠열로 작동유를 단순하게 선택하여 시스템의 효율을 올릴 수 있다. 이는 발생하는 경우와 정반대이다. 상기 공식들은 이상적인 조건 즉 에너지, 열, 마찰 또는 그 밖의 손실이 없는 조건에서 발생할 수 있는 것을 보여준다. 실제 조건에서, 낮은 잠열의 유체가 사용되면, 응축 및 공급수 펌프는 생성되는 전체 에너지량 중 큰 부분을 필요로 할 것이다. 화학적 특성 외에도, 물은 매우 큰 증발 잠열로 인해 최고의 선택이 될 것이다. 증발 잠열이 높으면 높을수록, 상 변화 시에 발생되는 팽창 체적(expansion volume)이 더욱더 커질 것이며, 터빈을 효율적으로 구동할 수 있게 함으로써 수증기의 팽창률(expansion ratio)이 매우 커지고, 응축 및 공급수 펌프에 대해 매우 작은 상대적인 파워 조건(power requirement)을 가진다. 3) From the above formulas, it is possible to increase the efficiency of the system by simply selecting the hydraulic oil with low latent heat during evaporation. This is the exact opposite of what happens. The above formulas show what can happen under ideal conditions, i.e. no energy, heat, friction or other losses. In practical conditions, if a low latent heat fluid is used, the condensation and feed water pump will require a large portion of the total amount of energy produced. Besides its chemical properties, water would be the best choice due to its very large latent heat of evaporation. The higher the latent heat of evaporation, the larger the expansion volume generated during the phase change, and the expansion ratio of water vapor becomes very large by enabling the turbine to be driven efficiently. It has a very small relative power requirement.

4) 오직, 최종 단의 잠열만이 대기로 배출된다. 4) Only the latent heat of the final stage is released to the atmosphere.

5) 위에 기술된 공식들은 열에너지를 사용가능한 임의의 그 밖의 에너지 형태로 변환하기 위해 상 변화를 이용하는 임의의 시스템에 적용될 것이다. 5) The formulas described above will be applied to any system that uses a phase change to convert thermal energy into any other form of energy available.

6) 현재의 디자인에서, 에너지 추출을 시도하고 최대화하기 위해, 수증기는 일반적으로 포화 증기로서 터빈으로부터 배출되고 저압 터빈 블레이드에 손상을 끼치게 된다. 이러한 디자인에서, 터빈 블레이드 수명을 연장시킬 필요가 없다. 6) In the current design, in order to attempt and maximize energy extraction, water vapor is usually discharged from the turbine as saturated vapor and damages the low pressure turbine blades. In this design, there is no need to extend the turbine blade life.

작동예: 이론적인 결과Working example: theoretical results

하기 예는 본 발명에서 설명되는 디자인의 이점을 보여줄 것이다. 그 목적은 개념을 설명하는 데 단지 도움을 주고자 하는 것이며 어떠한 양태로도 본 발명에 따른 디자인의 범위를 본 공정에서 사용되는 특정 유체, 온도 및 압력에 제한하고자 하는 것이 아니다. 지점(10)에서, 초임계 유체가 600℃에서 250 bar 압력에 있는 경우, 3493kJ/Kg의 엔탈피를 가진다. 현재 디자인에서(재가열(reheat)이 없거나 임의의 그 밖의 효율 개선 기술이 없다고 가정하면), 0.1 bar 압력으로 터빈으로부터 배출될 때, 약 2450kJ/Kg의 엔탈피를 가지며, 그 중, 약 2257kJ/Kg은 저급 폐열로서 대기로 제거되는 증발(또는 응축) 시의 잠열로서, 그에 따라 오직 약 35%((3493-2257)/3493)의 효율만이 발생된다. 이제, 이러한 2257kJ/Kg의 폐열이 대기로 배출되지 않으며 매우 효율적인 시스템인지를 확인하는 것이 필요하다. The following examples will show the advantages of the design described in the present invention. Its purpose is only to help explain the concept and not in any aspect to limit the scope of the design according to the invention to the specific fluids, temperatures and pressures used in the process. At point 10, when the supercritical fluid is at a pressure of 250 bar at 600° C., it has an enthalpy of 3493 kJ/Kg. In the current design (assuming no reheat or any other efficiency improvement techniques), when discharged from the turbine at 0.1 bar pressure, it has an enthalpy of about 2450 kJ/Kg, of which about 2257 kJ/Kg is As latent heat during evaporation (or condensation) that is removed to the atmosphere as low-grade waste heat, only about 35% ((3493-2257)/3493) efficiency is generated accordingly. Now, this 2257kJ/Kg of waste heat is not released to the atmosphere and it is necessary to confirm that it is a very efficient system.

한 예로서, 지점(11)에서, 수증기가 터빈으로부터 배출되어 180℃에서 10 bar의 압력으로 콘덴서 A에 유입되는데, 터빈으로부터 배출될 때 엔탈피는 약 2777kJ/Kg일 것이다. 콘덴서 A에서, 이러한 열에너지는 536kJ/Kg의 엔탈피와 40℃의 온도로 지점(18)에서 100 bar로 작동유가 암모니아인 단 B로 전달된다. 사이클 A 및 B에서의 유체는 서로 완전하게 분리되며, 임의의 위치에서 유체들은 직접적으로 접촉되지 않는 것이 필요하다. 이로써, 상이한 단들이 상이한 압력 및 온도에서 작동될 수 있으며, 단의 조건에 따라 조절될 수 있다. 100 bar의 압력에서, 암모니아는 125.17℃ 이상에서 상 변화를 할 것이며 단 A에서 수증기는 10 bar에서 179.88℃ 이하에서 상 변화를 할 것이다. 이러한 온도 차이는 열교환기 A에서 단 A로부터 단 B로의 에너지 전달이 가능하게 할 것이며 암모니아는 액체 상으로부터 증기 상으로 변환되고, 단 A에서 수증기는 액체로 냉각된 뒤 그보다 높은 압력으로 펌핑되어 사이클을 지속하게 된다. 암모니아의 상이 액체로부터 증기로 변화되기 때문에, 수증기로부터 액체 물로의 상 변화에 의해 배열된 많은 양의 에너지가 흡수될 수 있다. 암모니아가 180℃에서 1831kJ/Kg의 엔탈피로 열교환기 A로부터 배출되면, 단 A에서 물 내에 있는 모든 잠재 에너지를 흡수한다. As an example, at point 11, water vapor is discharged from the turbine and enters condenser A at a pressure of 10 bar at 180° C., which when discharged from the turbine will have an enthalpy of about 2777 kJ/Kg. In condenser A, this thermal energy is transferred to stage B where the hydraulic oil is ammonia at 100 bar at point 18 with an enthalpy of 536 kJ/Kg and a temperature of 40°C. The fluids in cycles A and B are completely separated from each other, and it is necessary that the fluids are not in direct contact at any location. Thereby, different stages can be operated at different pressures and temperatures, and can be adjusted according to the conditions of the stage. At a pressure of 100 bar, the ammonia will undergo a phase change above 125.17°C, except that in A the water vapor will undergo a phase change below 179.88°C at 10 bar. This temperature difference will enable the transfer of energy from stage A to stage B in heat exchanger A, where the ammonia is converted from the liquid phase to the vapor phase, and in stage A the water vapor is cooled to a liquid and then pumped to a higher pressure to complete the cycle. Will continue. Since the phase of ammonia changes from liquid to vapor, a large amount of energy arranged by the phase change from water vapor to liquid water can be absorbed. When ammonia is discharged from heat exchanger A with an enthalpy of 1831 kJ/Kg at 180° C., it absorbs all potential energy in the water at stage A.

단들 사이에서 전달되어야 하는 에너지의 양과 일치하도록 하기 위하여, 단 B의 흐름 속도는 단 A의 흐름 속도보다 더 높거나 더 낮을 수 있다. 열교환기 A에서, 수증기는 2027kJ/Kg(2777kJ/Kg-750kJ/Kg)를 배출하고, 암모니아는 오직 1295kJ/Kg(1831kJ/Kg-536kJ/Kg)만을 흡수할 수 있다. 상기 특정 예에서, 이 모든 에너지를 전달하기 위하여, 암모니아의 질량 흐름 속도는 액체로 변환하는데 필요한 에너지를 모두 흡수하기 위해 물의 질량 흐름 속도보다 1.56배(2027kJ/Kg/1295kJ/Kg) 만큼 더 커야 한다. 암모니아 사이클에 대해 이보다 더 낮거나 더 높은 흐름 속도 비율이 바람직한 경우, 조건들에 따라 단 A의 온도와 터빈 배출 압력을 단순히 증가시키거나 감소시키기만 하면 된다. In order to match the amount of energy that must be transferred between stages, the flow rate of stage B may be higher or lower than the flow rate of stage A. In heat exchanger A, water vapor discharges 2027 kJ/Kg (2777 kJ/Kg-750 kJ/Kg), and ammonia can only absorb 1295 kJ/Kg (1831 kJ/Kg-536 kJ/Kg). In this particular example, in order to transfer all this energy, the mass flow rate of ammonia must be 1.56 times (2027 kJ/Kg/1295 kJ/Kg) greater than the mass flow rate of water to absorb all of the energy required to convert it into a liquid. . If a lower or higher flow rate ratio is desired for the ammonia cycle, simply increase or decrease the temperature at stage A and the turbine discharge pressure depending on the conditions.

열교환기 내에 약 50℃의 온도 차이가 유지되어 에너지가 한 단으로부터 그 다음 단으로 전달될 수 있으며, 원할 시에 또는 필요 시에는 최종적인 양의 에너지 전달을 위해 열펌프가 사용될 수 있다. 이보다 더 적거나 큰 온도 차이가 바람직한 경우에는, 그에 따라 계산이 조절될 것이다. 또한, 한 단으로부터 그 다음 단으로 열을 전달하기 위해 열펌프가 사용될 수 있는데, 이 경우, 온도 차이는 0이거나 특정 경우에 필요 시에는 심지어 음의 값이 될 수도 있다. 이에 따라, 각각의 단에서는 약간 높은 효율이 발생할 수 있지만, 이것이 바람직한지를 결정하기 위하여 열펌프에 의해 사용되는 에너지도 고려해야 한다. A temperature difference of about 50° C. is maintained in the heat exchanger so that energy can be transferred from one stage to the next, and a heat pump can be used to transfer the final amount of energy when desired or when necessary. If a smaller or larger temperature difference is desired, the calculation will be adjusted accordingly. In addition, a heat pump can be used to transfer heat from one stage to the next, in which case the temperature difference can be zero or even negative if necessary in certain cases. Accordingly, slightly higher efficiencies can occur at each stage, but the energy used by the heat pump must also be considered to determine if this is desirable.

도 3에 도시된 시스템은 단 A의 효율을 약간 감소되게 할 수 있지만, 단 A의 잠열을 단 B의 입력으로 전달하고 작동유를 지점(14)에서 고압 증기로 만들면, 도 3에 도시된 것과 같이 암모니아 온도를 180℃로부터 420℃로 올리고 약 781kJ/Kg(2612kJ/Kg-1831kJ/Kg=781kJ/Kg)를 위해, 보일러 B에서 약간의 여분의 에너지만이 필요하게 된다. 이를 비교해 보면, 단 A에 3484kJ/Kg가 추가된다. 이는 단 B에 대한 "가상"의 효율로서 ((2612-1637)/(2612-1831))*100 = 125%가 된다. 첫 번째의 2단에 대한 평균 효율은 (전체 에너지 출력)/(전체 에너지 입력)=((3493-2926)+(3667-2777)+1.56*(2612-1637))/(3493-750+3667-2926+1.56*(2612-1831)) = 63.3%가 된다. 이 숫자는 물론 어떠한 에너지 손실도 고려하지 않았기 때문에 근사값이다. 하지만, 단지 2개의 단순 단을 사용하면(단 A에서 오직 하나의 재가열(reheat)을 사용하면), 디자인은 현재의 디자인 시스템으로 가능한 모든 성능 한계(performance limit)를 이미 현저하게 초과하게 된다. 제3단은 카르노 공식에 의해 설정된 효율을 초과하는 효율을 가지게 되어 이를 무효화시킬 것이다. 무제한적인 개수의 단과 이상적인 시스템을 사용하면, 실제로 거의 100%의 효율에 접근할 수 있다. The system shown in FIG. 3 may cause the efficiency of stage A to be slightly reduced, but if the latent heat of stage A is transferred to the input of stage B and the hydraulic oil is made into high-pressure steam at point 14, as shown in FIG. For raising the ammonia temperature from 180° C. to 420° C. and about 781 kJ/Kg (2612 kJ/Kg-1831 kJ/Kg=781 kJ/Kg), only a little extra energy is required in boiler B. In comparison, 3484kJ/Kg is added to A. This is the "virtual" efficiency for just B, resulting in ((2612-1637)/(2612-1831))*100 = 125%. The average efficiency for the first two stages is (total energy output)/(total energy input)=((3493-2926)+(3667-2777)+1.56*(2612-1637))/(3493-750+3667 -2926+1.56*(2612-1831)) = 63.3%. This number is, of course, an approximation because no energy loss is taken into account. However, using only two simple stages (using only one reheat in stage A), the design already significantly exceeds all the performance limits possible with the current design system. Stage 3 will have an efficiency that exceeds the efficiency set by the Carnot formula and will negate it. With an unlimited number of stages and ideal systems, you can actually approach an efficiency of nearly 100%.

위에서 논의된 대표 실시예들은 특정 이점을 제공할 수 있다. 본 명세서의 양태들을 실시하는 데 반드시 필요하지는 않지만, 이러한 이점들은 다음 내용들을 포함할 수 있다: The representative embodiments discussed above can provide certain advantages. While not necessarily required to practice aspects of this specification, these advantages may include:

- 파워 단위 당 비용이 감소할 것이다. 동일한 양의 전기 출력을 위해, 더 적은 연료가 연소되기 때문에 오염이 줄어들 것이다. -The cost per unit of power will decrease. For the same amount of electricity output, pollution will be reduced as less fuel is burned.

- 오염 때문에, 지구 온도가 현저하게 증가되는 위험에 처해 있는데, 이를 현저하게 제거할 수 있다. -Due to pollution, the global temperature is at risk of a significant increase, which can be significantly eliminated.

- 또 다른 이점에 따르면, 상대적으로 작은 추가 투자만으로도, 기존의 전기 생성 성능이 현저하게 증가될 것이다. -According to another advantage, with a relatively small additional investment, the existing electricity generation performance will be significantly increased.

당업자라면, 본 발명에서 다양한 수단들이 사용된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 각각의 수단은 위에서 논의된 특정 기능들을 수행하기 위한 특정 장치이다. 예를 들어, Those skilled in the art will understand that various means are used in the present invention. Each means is a specific device for performing the specific functions discussed above. For example,

- 제1 수단 및 제7 수단은 펌프 및 펌프의 기능과 유사한 기능을 가진 장치들을 포함할 수 있지만 이들에만 제한되지는 않는다. -The first means and the seventh means may include, but are not limited to, pumps and devices with functions similar to those of the pump.

- 제2 수단 및 제5 수단은 보일러 및 보일러의 기능과 유사한 기능을 가진 장치들을 포함할 수 있지만 이들에만 제한되지는 않는다. -The second and fifth means may include, but are not limited to, the boiler and devices with functions similar to those of the boiler.

- 제3 수단, 제4 수단, 및 제6 수단은 고압 터빈과 저압 터빈, 및 고압/저압 터빈의 기능과 유사한 기능을 가진 장치들을 포함할 수 있지만 이들에만 제한되지는 않는다. -The third means, the fourth means, and the sixth means may include, but are not limited to, high-pressure turbines and low-pressure turbines, and devices with functions similar to those of high-pressure/low-pressure turbines.

본 발명에서 증발 시의 잠열을 리사이클링하여 고효율 에너지 변환 사이클을 위한 시스템을 구현하는 방법이 특정의 구성 특징 및/또는 방법들로 기술되었지만, 청구항들은 앞에 기술된 특징 또는 방법들에만 제한될 필요가 없다는 사실을 이해해야 한다. 상기 특정의 특징 및 방법들은 증발 시의 잠열을 리사이클링하여 고효율 에너지 변환 사이클을 위한 시스템을 구현하기 위한 한 예로서 기술된다. In the present invention, a method of implementing a system for a high-efficiency energy conversion cycle by recycling latent heat during evaporation has been described with specific configuration features and/or methods, but the claims need not be limited only to the features or methods described above. You have to understand the facts. The specific features and methods described above are described as an example for implementing a system for a high efficiency energy conversion cycle by recycling latent heat during evaporation.

본 명세서에서 언급된 예들은 본 발명에 따른 디자인의 범위를 제한하려는 것이 아니라 오직 디자인의 기본 개념을 이해하는데 도움을 주고자 하는 것이다. 중요한 사실은, 현재 실시되고 있는 것과 같이 대기로 배출되는 대신, 증발/응축 시의 잠열(폐열)이 그 다음 단들로 전달되어 전기 변환에 열의 효율을 증가시킨다는 점이다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 것과 같이, 증발/응축 시의 잠열(폐열)을 이용하여, 약간의 변형 또는 대안예를 가진 모든 디자인들도 본 발명의 범위 내에서 다루어진다. The examples mentioned in this specification are not intended to limit the scope of the design according to the present invention, but only to help understand the basic concept of the design. The important fact is that, instead of being released to the atmosphere as currently practiced, the latent heat (waste heat) during evaporation/condensation is transferred to the next stages, increasing the efficiency of heat in the electrical conversion. Further, as described herein, all designs with slight modifications or alternatives, using latent heat during evaporation/condensation (waste heat), are also covered within the scope of the present invention.

Claims (18)

적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기에 있어서, 상기 발전기는:
- 제1 작동유를 포함하며 전기를 생성하여 증발 및/또는 응축 시의 잠열 에너지를 포함하는 터빈 배출 증기를 생성하도록 구성된 제1단 파워 사이클;
- 제2 작동유를 포함하며 전기를 생성하도록 구성된 제2단 파워 사이클; 및
-제3 작동유를 포함하며 전기를 생성하도록 구성된 제3단 파워 사이클; 을 포함하고,
상기 제2작동유는 펌프에 의해 고압으로 압축된 후, 고압 및 저온에서 상기 제1단 및 제2단 파워 사이클 모두에 공통인 열교환기로 유입되고, 상기 제1작동유 및 제2 작동유 모두에 있어서 완전한 상 변화를 야기할 만큼 충분히 높은 압력 및 온도에서 상기 제1단 파워 사이클로부터 생성된 증발 및/또는 응축시의 잠열을 흡수하고; 그 후에,
상기 제2 작동유는 전기를 생성하도록 터빈 단(turbine stages)에 유입되기 전에 과열(superheated)되고, 그 후에 상기 작동유는 상기 잠열이 그 다음 단으로 전달되거나 또는 대기로 배출하여 액체 형태로 응축되고, 그 후에, 상기 작동유는 다시 펌프로 유입되어 상기 사이클을 반복하고,
상기 제3단 파워 사이클은 카르노 방정식(Carnot equations)에 의해 설정된 값을 초과하여 이를 무효화하는 상기 다단 발전기의 효율을 초래하는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
In a multi-stage generator having at least two stages of latent heat exchange mechanism, the generator is:
-A first stage power cycle comprising a first hydraulic oil and configured to generate electricity to produce turbine discharge steam comprising latent heat energy upon evaporation and/or condensation;
-A second stage power cycle comprising a second hydraulic oil and configured to generate electricity; And
-A third stage power cycle comprising a third hydraulic oil and configured to generate electricity; Including,
After the second hydraulic oil is compressed to a high pressure by a pump, it is introduced into a heat exchanger common to both the first stage and the second stage power cycle at high pressure and low temperature, and complete phase in both the first hydraulic oil and the second hydraulic oil. Absorb the latent heat of evaporation and/or condensation generated from the first stage power cycle at a pressure and temperature high enough to cause a change; After that,
The second hydraulic oil is superheated before entering a turbine stage to generate electricity, after which the hydraulic oil is condensed in a liquid form by transferring the latent heat to the next stage or discharged to the atmosphere, After that, the hydraulic oil is introduced into the pump again to repeat the cycle,
The third stage power cycle exceeds a value set by Carnot equations, resulting in the efficiency of the multistage generator to nullify it. A multistage generator having a latent heat exchange mechanism of at least two stages.
제1항에 있어서,
상기 제1 작동유는 증기로 가열되고 상기 제2 작동유는 상기 제1 작동유와는 독립적인 작동 온도 및 압력을 갖는 증기로 가열되는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 1,
The first hydraulic oil is heated by steam and the second hydraulic oil is heated by steam having an operating temperature and pressure independent of the first hydraulic oil. A multistage generator having a latent heat exchange mechanism of at least two stages.
제1항에 있어서,
상기 제1단 파워 사이클은:
- 고압에서 상기 제1 작동유를 통과하도록 구성된 제1 수단을 포함하고;
- 제2 수단을 포함하되, 상기 제2 수단은 고압에서 상기 제1 작동유를 수용하고, 상기 제1 작동유를 고온으로 가열하여 가열된 유체/증기를 생성하도록 구성되며, 그리고,
- 제3 수단 및 제4 수단을 포함하되, 상기 제3 및 제4 수단은, 상기 가열된 유체/증기를 수용하고, 특정 온도 및 압력으로 강하될 때까지 팽창시켜, 강하된 온도 및 압력으로 상기 가열된 유체를 잠열 교환 메커니즘으로 통과시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 1,
The first stage power cycle is:
-First means configured to pass through the first hydraulic oil at high pressure;
-Comprising a second means, wherein the second means is configured to receive the first hydraulic oil at high pressure and heat the first hydraulic oil to a high temperature to generate heated fluid/steam, and
-A third means and a fourth means, wherein the third and fourth means receive the heated fluid/steam and expand it until it drops to a specific temperature and pressure, so as to reduce the temperature and pressure. A multistage generator with at least two stages of latent heat exchange mechanism configured to pass heated fluid through the latent heat exchange mechanism.
제3항에 있어서,
상기 다단 발전기는 열교환기 메커니즘을 포함하되, 상기 열교환기 메커니즘은 상기 제1단 파워 사이클로부터 생성된 상기 잠열을 상기 제2단 파워 사이클에서 상기 제2 작동유로 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 3,
The multistage generator comprises a heat exchanger mechanism, wherein the heat exchanger mechanism is configured to transfer the latent heat generated from the first stage power cycle to the second hydraulic oil in the second stage power cycle. Multistage generator with a latent heat exchange mechanism.
제4항에 있어서,
상기 제2단 파워 사이클은:
- 제5 수단을 포함하되, 상기 제5 수단은 고온 및 고압에서 액체 또는 증기 형태의 상기 제2 작동유를 수용하고, 상기 제2 작동유를 증기 형태로 바람직한 작동 온도로 가열시키도록 구성되며;
-제6 수단을 포함하되, 상기 제6 수단은 상기 가열된 증기를 고온 및 고압에서 수용하고, 저온 및 압력에서 발전기로부터 배출되어 다른 열교환기로 들어가는 상기 증기로부터 전력을 생성하여 잠열을 제3단 파워 사이클로 전달하거나 대기로 배출하고;
- 상기 제2 작동유를 고압으로 통과시키도록 구성된 제7 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 4,
The second stage power cycle is:
-Comprising a fifth means, said fifth means being configured to receive said second hydraulic oil in liquid or vapor form at high temperature and high pressure, and heat said second hydraulic oil in vapor form to a desired operating temperature;
-Comprising a sixth means, wherein the sixth means receives the heated steam at high temperature and high pressure, and generates electric power from the steam that is discharged from the generator at low temperature and pressure and enters another heat exchanger to generate power from the third stage power. Transfer to the cycle or exhaust to the atmosphere;
-A multistage generator with a latent heat exchange mechanism of at least two stages, characterized in that it comprises a seventh means configured to pass the second hydraulic oil at high pressure.
제5항에 있어서,
열교환기 메커니즘은:
- 상기 제1단 파워 사이클 동안, 상기 제4 수단으로부터 상기 제1 작동유 증기를 수용하고, 액체 형태로 변환될 때까지 냉각시키고, 상기 제1 수단으로 통과하거나; 혹은
- 상기 제2단 파워 사이클 동안, 상기 제6 수단으로부터 상기 제2 작동유 증기를 수용하고, 액체 형태로 변환될 때까지 냉각시키고, 상기 제7 수단으로 통과하는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 5,
The heat exchanger mechanism is:
-During said first stage power cycle, receiving said first hydraulic oil vapor from said fourth means, cooling it until it is converted to liquid form, and passing through said first means; or
-At least two stages of latent heat exchange, characterized in that during the second stage power cycle, the second hydraulic oil vapor is received from the sixth means, cooled until it is converted into a liquid form, and passed to the seventh means. Multi-stage generator with mechanism.
제1항에 있어서,
모든 작동유들은 작동유로 사용하기에 적합한유체 그룹(fluid group)로부터 선택되고, 서로 독립적인 압력과 온도에서 작동되며, 필요 시에는 모든 단에서 서로 다른 압력과 온도가 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 1,
At least two, characterized in that all hydraulic oils are selected from a group of fluids suitable for use as hydraulic fluids, operated at pressures and temperatures independent of each other, and different pressures and temperatures can be used at all stages if necessary. Multistage generator with a staged latent heat exchange mechanism.
제1항에 있어서,
상이한 작동유가 상이한 단에서 사용되고, 물리적으로 분리되어 혼합될 수 없는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 1,
A multistage generator having a latent heat exchange mechanism of at least two stages, characterized in that different hydraulic oils are used in different stages and cannot be physically separated and mixed.
제1항에 있어서,
상기 제1단의 기화 잠열은 온도와 에너지 함량을 현저하게 증가시키고, 상기 제2 작동유의 액체로부터 증기 또는 초임계 증기로 상변화를 일으킬 정도의 충분히 높은 압력 및 온도에서 상기 제2단에 전달되고, 상기 상변화에서, 상기 제1 단의 증기는 액체로 변환되는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 1,
The latent heat of vaporization in the first stage significantly increases the temperature and energy content, and is transferred to the second stage at a pressure and temperature sufficiently high to cause a phase change from the liquid of the second hydraulic oil to steam or supercritical steam. , In the phase change, a multistage generator having a latent heat exchange mechanism of at least two stages, characterized in that the vapor in the first stage is converted to a liquid.
제9항에 있어서,
액체로부터 상기 제2 작동유의 증기 또는 초임계 증기로의 상 변화는 완전한 상 변화 또는 부분적인 상 변화인 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 9,
A multistage generator with at least two stages of latent heat exchange mechanism, characterized in that the phase change from liquid to vapor or supercritical vapor of the second hydraulic oil is a complete phase change or a partial phase change.
제1항에 있어서,
상기 제1 작동유 및 상기 제2 작동유는 잠열 교환 메커니즘에서 한 단으로부터 그 다음 단으로 잠열 에너지의 용이한 전달을 허용하는 물리적 특성으로 선택되는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 1,
The first hydraulic oil and the second hydraulic oil are selected with a physical property that allows easy transfer of latent heat energy from one stage to the next in a latent heat exchange mechanism. .
제1항에 있어서,
잠열 교환 메커니즘은 최종 출력이 특정 형태의 비-전기 출력(non electrical output)임에도 불구하고 모든 열-기반 파워 시스템과 사용되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 1,
A multistage generator with at least two stages of latent heat exchange mechanism, characterized in that the latent heat exchange mechanism is configured for use with any heat-based power system despite the final output being a certain type of non electrical output.
제1항에 있어서,
개별 단 중 임의의 단은 원할 시에 미임계(sub critical), 임계(critical), 또는 초임계(super critical) 온도 및 압력에서 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적어도 2단의 잠열 교환 메커니즘을 가진 다단 발전기.
The method of claim 1,
Any of the individual stages has at least two stages of latent heat exchange mechanism, characterized in that it is configured to operate at sub-critical, critical, or super critical temperature and pressure when desired. Multistage generator.
적어도 2단 파워 사이클을 가진 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
- 제1 작동유를 포함하는 제1단 파워 사이클에서, 전력, 및 증발 및/또는 응축 시의 잠열을 함유하는 터빈 배출 증기를 생성하는 단계;
- 제2 작동유를 포함하는 제2단 파워 사이클에서, 전력, 및 증발 및/또는 응축 시의 잠열을 생성하는 단계; 및
제3 작동유를 포함하는 제3단 파워 사이클에서, 전력 및 폐열을 생성하는 단계;를 포함하고,
상기 제2 작동유는 펌프에 의해 고압으로 압축된 후, 고압 및 저온에서 상기 제1단 및 제2단 파워 사이클 모두에 공통인 열교환기로 유입되고, 상기 제1 작동유 및 제2 작동유 모두에 있어서 완전한 상 변화를 야기할 만큼 충분히 높은 압력 및 온도에서 상기 제1단 파워 사이틀로부터 생성된 증발 및/또는 응축시의 잠열을 흡수하고; 그 후에
상기 제2 작동유는 전기를 생성하도록 터빈 단(turbine stages)에 유입되기 전에 과열(superheated)되고, 그 후에, 상기 작동유는 상기 잠열이 그 다음 단으로 전달되거나 또는 대기로 배출하여 액체 형태로 응축되고, 그 후에, 상기 작동유는 다시 펌프로 유입되어 상기 사이클을 반복하고,
상기 제3단 파워 사이클은 카르노 방정식(Carnot equations)에 의해 설정된 값을 초과하여 이를 무효화하는 상기 다단 발전기의 효율을 초래하는 것을 특징으로 하는 적어도 2단 파워 사이클을 가진 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 방법.
A method for generating electricity using a generator having at least two stages of power cycle, the method comprising:
-In a first stage power cycle comprising a first hydraulic oil, generating a turbine exhaust steam containing electric power and latent heat upon evaporation and/or condensation;
-Generating power, and latent heat upon evaporation and/or condensation, in a second stage power cycle comprising a second hydraulic oil; And
In the third stage power cycle including the third hydraulic oil, generating power and waste heat; Including,
After the second hydraulic oil is compressed to a high pressure by a pump, it is introduced into a heat exchanger common to both the first and second stage power cycles at high pressure and low temperature, and is completely phased in both the first and second hydraulic oils. Absorbs latent heat during evaporation and/or condensation generated from the first stage power cycle at a pressure and temperature sufficiently high to cause a change; After that
The second hydraulic oil is superheated before entering the turbine stage to generate electricity, and thereafter, the hydraulic oil is condensed in a liquid form by transferring the latent heat to the next stage or discharged to the atmosphere. , After that, the hydraulic oil is introduced into the pump again to repeat the cycle,
The third stage power cycle exceeds the value set by the Carnot equations and causes the efficiency of the multistage generator to nullify it. Way for you.
제14항에 있어서,
- 제1 수단에 의해, 고압에서 상기 제1 작동유를 통과시키는 단계;
- 제2 수단에 의해, 고압에서 상기 제1 작동유를 수용하는 단계;
- 제2 수단에 의해, 상기 제1 작동유를 고온으로 가열시키는 단계;
- 제3 수단에 의해, 상기 가열된 유체를 수용하고, 특정 온도와 압력으로 강하될 때까지 팽창시키고, 강하된 온도와 압력을 가진 상기 유체를 재가열시키기 위해 강하된 온도와 압력을 가진 상기 가열된 유체를 제2 수단으로 통과시키는 단계를 포함하고, 강하된 온도와 압력을 가진 상기 가열된 유체는 재가열되며;
- 제4 수단에 의해, 고온 및 저압 또는 중압(intermediate pressure)에서 생성된 증기로부터 전기를 생성하는 단계; 및
- 상기 제4 수단에 의해, 증발 및/또는 응축 시의 잠열 에너지를 함유하는, 저온 및 압력 배출 증기를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2단 파워 사이클을 가진 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 방법.
The method of claim 14,
-Passing said first hydraulic oil at high pressure by first means;
-Receiving, by second means, the first hydraulic oil at high pressure;
-Heating the first hydraulic oil to a high temperature by a second means;
-By a third means, said heated fluid having a lowered temperature and pressure to receive said heated fluid, expand it until it drops to a certain temperature and pressure, and reheat said fluid with a lowered temperature and pressure. Passing the fluid through a second means, the heated fluid having the reduced temperature and pressure being reheated;
-Generating, by means of a fourth means, electricity from steam produced at high and low pressures or at intermediate pressures; And
-Generating, by means of the fourth means, low-temperature and pressure-releasing steam, containing latent heat energy upon evaporation and/or condensation; electricity using a generator with at least two-stage power cycle, characterized in that it comprises Method for generating.
제14항에 있어서,
열교환기 메커니즘을 사용하여, 상기 제1단 파워 사이클로부터 생성된 상기 증발 및/또는 응축 시의 잠열을 상기 제2단 파워 사이클에서 상기 제2 작동유로 교환하고, 상기 제2 작동유를 증기 또는 상 변화되는 가열된 유체로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2단 파워 사이클을 가진 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 방법.
The method of claim 14,
Using a heat exchanger mechanism, the latent heat generated from the first stage power cycle at the time of evaporation and/or condensation is exchanged for the second hydraulic oil in the second stage power cycle, and the second hydraulic oil is changed to vapor or phase. A method for generating electricity using a generator having at least two stages of power cycle, comprising the step of converting to a heated fluid that is heated.
제15항에 있어서,
- 제5 수단을 사용하여, 고온 및 압력에서, 열교환기 메커니즘으로부터, 증기 형태 또는 상 변화되는 가열된 유체의 상기 제2 작동유를 수용하는 단계;
- 제5 수단을 사용하여, 증기 형태의 상기 제2 작동유를 필요 온도로 가열하는 단계;
- 제6 수단을 사용하여, 고온 및 고압에서 가열된 증기를 수용하고, 증발 및/또는 응축 시의 잠열을 함유하는 저온 및 저압에서 생성되고, 제6 수단에서 배출되는 증기로부터 전기를 생성하는 단계; 및
- 제7 수단을 사용하여, 고압에서 상기 제2 작동유를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2단 파워 사이클을 가진 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 방법.
The method of claim 15,
-Receiving said second hydraulic fluid in vapor form or phase change, from a heat exchanger mechanism, using a fifth means, at high temperature and pressure;
-Heating the second hydraulic oil in vapor form to a required temperature using fifth means;
-Using a sixth means, receiving steam heated at high temperature and high pressure, generating electricity from steam generated at low temperature and low pressure containing latent heat upon evaporation and/or condensation and discharged from the sixth means ; And
-A method for generating electricity using a generator with at least two power cycles, characterized in that it comprises the step of passing said second hydraulic oil at high pressure, using a seventh means.
제17항에 있어서,
- 열교환기 메커니즘을 사용하여, 상기 제1단 파워 사이클 동안, 상기 제4 수단으로부터 상기 제1 작동유 증기를 수용하고, 액체 형태로 변환될 때까지 냉각하고, 상기 제1 수단으로 통과시키는 단계; 또는
- 열교환기 메커니즘을 사용하여, 상기 제2단 파워 사이클 동안, 상기 제6 수단으로부터 상기 제2 작동유 증기를 수용하고, 액체 형태로 변환될 때까지 냉각하고, 상기 제7 수단으로 통과시키는 단계; 및
- 열교환기 메커니즘을 사용하여, 상기 제2단 파워 사이클 후에 상기 증발 시의 잠열을 그 다음 단으로 배출하거나 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 2단 파워 사이클을 가진 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 방법.

The method of claim 17,
-Receiving said first hydraulic oil vapor from said fourth means during said first stage power cycle, using a heat exchanger mechanism, cooling until converted to liquid form, and passing it through said first means; or
-Receiving the second hydraulic oil vapor from the sixth means during the second stage power cycle, using a heat exchanger mechanism, cooling until it is converted into a liquid form, and passing it through the seventh means; And
-Using a heat exchanger mechanism, discharging or transferring the latent heat upon evaporation to the next stage after the second stage power cycle. How to create.

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