KR20220038418A - 다수의 조합된 랭킨 사이클을 사용하여 전기 에너지를 생성하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 제1 랭킨 사이클 및 제2 랭킨 사이클을 사용하여 전기 에너지를 생성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 제1 랭킨 사이클은, 적어도 하나의 제1 고온 흐름(C1)에 대하여 제1 작용 유체(W1)의 적어도 일부분을 기화시키는 단계; 전기 에너지를 생성하도록 발전기와 협력하는 제1 팽창 부재에서 제1 작용 유체(W1)를 팽창시키는 단계; 그 다음, 적어도 하나의 제1 저온 흐름(F1)에 대하여 제1 작용 유체(W1)의 적어도 일부분을 응축시키는 단계; 그 다음, 제1 작용 유체(W1)의 압력을 증가시키는 단계; 및 제1 사이클을 종료하는 단계를 포함한다. 제2 랭킨 사이클은, 적어도 하나의 제2 고온 흐름에 대하여 제2 작용 유체(W2)의 적어도 일부분을 기화시키는 단계; 전기 에너지를 생성하도록 발전기와 협력하는 제2 팽창 부재에서 제2 저압(Pb2)으로 팽창시키는 단계; 그 다음, 적어도 하나의 제2 저온 흐름(F2)에 대하여 제2 작용 유체(W2)의 적어도 일부분을 응축시키는 단계; 그 다음, 압력을 증가시키는 단계; 및 제2 사이클을 종료하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따라, 제2 랭킨 사이클의 제2 고온 흐름은, 제1 랭킨 사이클에서 응축된 제1 작용 유체(W1)에 의해 적어도 부분적으로 형성되며, 제1 저온 흐름(F1)은, 제2 랭킨 사이클로부터의 제2 저온 흐름(F2)에 의해 형성된다.

Description

다수의 조합된 랭킨 사이클을 사용하여 전기 에너지를 생성하기 위한 방법

본 발명은 개선된 수율로 다수의 랭킨 사이클(Rankine cycle)의 조합을 사용하여 전기 에너지를 생성하기 위한 공정에 관한 것이다. 액화 천연 가스와 같은 극저온 액체의 흐름이 분배망에서의 분배를 위해 기화되는 경우, 이는 랭킨 사이클의 저온 소스(cold source)로서 사용될 수 있으며, 본 발명에 따른 공정은, 이의 냉동 산출량(refrigeration content)을 업그레이드하면서, 상기 극저온 액체 흐름의 재기화(regasification)를 보장할 수 있다.

소비 위치로부터 멀리 떨어져 있는 필드로부터의 천연 가스는, 장거리에 걸친 수송을 위해, 특별히 맞춤화된 선박, 메탄 탱커(tanker) 선상에 저장되기 전에 액화되는 것이 일반적이다. 그 이유는, 액체 형태의 천연 가스가 주어진 질량에 대해 더 작은 체적을 차지하여 고압으로 저장될 필요가 없기 때문이다.

분배망으로 공급되기 전에, 액화 천연 가스(LNG)는, 망에 따라 약 10 내지 90 bar의 압력으로 재기화(또는 즉, 재증발)되어야 한다. 이러한 재증발은, 해수(가능하게는, 천연 가스로 가열된 해수)와 열을 교환함으로써, 대체로 주위 온도로, LNG 터미널에서 수행된다. 이 경우, 액화 천연 가스의 냉동 산출량은 전혀 업그레이드되지 않는다.

액화 천연 가스의 프리고리(frigory)로부터 전기를 발생시켜서 이의 에너지 산출량을 업그레이드하기 위한 다양한 방법이 존재한다.

한 가지 알려진 방법은, 천연 가스의 직접 팽창에 기초한다. 액화 천연 가스는 분배망의 압력을 초과하는 압력으로 펌핑되고, 해수와 같은 고온 소스와의 열교환에 의해 기화된 다음, 발전기와 관련된 팽창 터빈에서 망 압력으로 팽창된다.

다른 방법은, 중간 유체 또는 작용 유체(working fluid)를 사용하는 열역학적 사이클에 기초한다. 이러한 방법 중에는, 제1 열교환기에서 해수와 같은 고온 소스에 대하여 압력에 따라 작용 유체가 기화된 다음, 발전기에 연결된 터빈에서 팽창되는, 랭킨 사이클이 있다. 그 다음, 팽창된 작용 유체는, 사이클의 저온 소스로서 사용되는 LNG에 대하여 제2 교환기에서 응축된다. 이로 인해, 저압 액체 작용 유체를 야기하며, 저압 액체 작용 유체는 펌핑되어 고압으로 제1 교환기 내로 재전달됨으로써, 사이클을 종료한다.

랭킨 사이클은 지열 열회수와 같은 적용예를 위한 작용 유체로서 물을 사용하여 기능할 수 있지만, 저온에서 증발되는 유기 유체를 사용함으로써, 저온 소스가 저온으로 이용될 수 있다. 이 경우, 이는 유기 랭킨 사이클로 지칭된다.

통상적으로, ORC 사이클은, 저온 소스로서 LNG를 사용하고 고온 소스로서 해수를 사용하여 산업화되지만, 이들은 기화되는 LNG의 톤당 약 20 kWh(즉, 0.015 kWh/Nm³)의 비교적 낮은 에너지 수율을 갖는다. 특히, 작용 유체로서 프로판을 사용하는 통상적인 ORC 사이클은, 이들이 작용할 수 있는 저온으로 제한되며, 고온 소스의 온도는, 프로판의 특성으로 인해 항상 해수의 온도이다.

에너지 수율을 증가시키기 위해, 다수의 작용 유체로 작동되는 다수의 사이클을 조합하는 것이 제안되었다. 따라서, US-A-2015/0075164는 다수의 사이클의 조합을 개시하며, 고온 소스는 각각의 사이클의 기화 교환기에 연속적으로 공급되고, 저온 소스는 각각의 사이클의 응축 교환기에 동시에 공급된다. 또한, US-A-2009/0100845는 다수의 사이클의 조합을 개시하며, LNG가 사이클의 응축 교환기에서 저온 소스로서 사용되고, 온도 레벨에 따라, 동일한 작용 유체가 저온 소스에 대하여 다수의 압력 레벨로 응축된다. 그러나, 종래기술에 따른 장치는 다양한 이유로 완전히 만족스럽지 않다.

따라서, US-A-2015/0075164는 고온 소스에 포함된 열량을 회수하기 위해 적합하며, 고온 소스는 작용 유체에 이의 열을 넘겨주고, 이에 따라, 그것이 열 회수 교환기를 연속적으로 통과함에 따라, 온도를 감소시킨다. 이러한 솔루션은 저온 소스로부터 냉기를 회수하는 문제를 해결하지 못한다.

또한, US 2009/0100845는 단일 작용 유체를 사용한다. 이 경우, 저온 소스가 더 많이 가열될수록, 응축 압력이 더 높아진다. 따라서, 관련 터빈에서의 팽창은, 더 적은 전력을 생성한다.

본 발명의 목적은, 특히 종래기술에 비해, 냉기 회수가 개선되고 에너지 수율이 추가로 증가되는, 전기를 생성하기 위한 공정을 제안함으로써, 전술한 문제 중 일부 또는 전부를 해결하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 솔루션은, 적어도 하나의 제1 랭킨 사이클 및 하나의 제2 랭킨 사이클을 수행함으로써 전기 에너지를 생성하기 위한 공정으로서, 상기 사이클은, 열교환 관계로 배치되도록 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 채널을 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치에서 수행되며, 상기 제1 랭킨 사이클은,

a) 제1 고압으로 제1 작용 유체를 적어도 하나의 제1 채널 내로 유입시키고, 상기 적어도 상기 적어도 하나의 제1 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제2 채널에서 유동하는 적어도 하나의 제1 고온 흐름에 대하여, 상기 제1 작용 유체의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;

b) 제1 채널로부터 단계 a)에서 적어도 부분적으로 기화된 제1 작용 유체를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제1 발전기와 협력하는 제1 팽창 부재에서 제1 저압으로 팽창시키는 단계;

c) 단계 b)에서 팽창된 제1 작용 유체를 적어도 하나의 제3 채널 내로 유입시키고, 상기 적어도 하나의 제3 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제4 채널에서 유동하는 적어도 하나의 제1 저온 흐름에 대하여, 상기 제1 작용 유체의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;

d) 제3 채널로부터 단계 c)에서 적어도 부분적으로 응축된 상기 제1 작용 유체를 전달하여, 압력을 제1 고압으로 상승시킨 후에, 제1 채널에 재유입시키는 단계를 포함하고, 제2 랭킨 사이클은,

e) 제2 고압으로 제2 작용 유체를 적어도 하나의 제5 채널 내로 유입시키고, 적어도 하나의 제2 고온 흐름에 대하여 상기 제2 작용 유체의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;

f) 제5 채널로부터 단계 e)에서 적어도 부분적으로 기화된 제2 작용 유체를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제2 발전기와 협력하는 제2 팽창 부재에서 제2 저압으로 팽창시키는 단계;

g) 단계 f)에서 팽창된 제2 작용 유체를 적어도 하나의 제6 채널 내로 유입시키고, 적어도 제6 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제7 채널에서 유동하는 적어도 하나의 제2 저온 흐름에 대하여, 상기 제2 작용 유체의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;

h) 제6 채널로부터 단계 g)에서 적어도 부분적으로 응축된 상기 제2 작용 유체를 전달하여, 압력을 제2 고압으로 상승시킨 후에, 제5 채널 내로 재유입시키는 단계를 포함하며,

단계 e)에서, 제2 랭킨 사이클의 제2 고온 흐름은, 단계 c)에서 제3 채널에서 유동하는 제1 작용 유체에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 단계 c)에서, 제1 저온 흐름은, 제7 채널에서 배출되는 제2 저온 흐름에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

경우에 따라, 본 발명은 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

- 제2 저온 흐름은, -100℃ 미만의 온도로 제7 채널 내로 유입된다;

- 단계 c)에서, 제1 작용 유체는, 제1 저온 흐름에 비하여 반대 유동 방향으로 유동하거나/유동하고, 단계 g)에서, 제2 작용 유체는, 제2 저온 흐름에 비하여 반대 유동 방향으로 유동한다;

- 제1 랭킨 사이클 및 제2 랭킨 사이클은 유기 사이클이며, 제1 작용 유체 및 제2 작용 유체는 제1 탄화수소 혼합물 및 제2 탄화수소 혼합물을 각각 포함하고, 제1 및 제2 탄화수소 혼합물은 바람직하게는, 선택적으로, 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 및 네온으로부터 선택된 적어도 하나의 추가적인 성분의 첨가와 함께, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 및 이소부탄으로부터 선택된 적어도 2개의 탄화수소를 각각 포함한다;

- 제1 고온 흐름은, 바람직하게는 정확히 0℃ 초과, 보다 바람직하게는 10℃ 내지 30℃의 온도의 해수로 형성되며, 해수는, 가능하게는 제2 채널 내로 유입되기 전에 가열 단계를 거친다;

- 제1 고압은, 2.5 내지 15의 증배율만큼 제1 작용 유체의 제1 저압보다 더 높거나/더 높으며, 제2 고압은, 2.5 내지 15의 증배율만큼 제2 작용 유체의 제2 저압보다 더 높고, 바람직하게는 제1 및/또는 제2 고압은 10 내지 40 bar이거나/이고, 제1 및/또는 제2 저압은 1.5 내지 5 bar이다;

- 단계 d)에서, 제3 채널에서 배출되는 제1 작용 유체는, 제1 채널 내로 재유입되기 전에, 상기 제3, 제4 및/또는 제5 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제9 채널 내로 유입되거나/유입되며, 단계 h)에서, 제6 채널에서 배출되는 제2 작용 유체는, 제5 채널 내로 재유입되기 전에, 제6 및/또는 제7 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제10 채널 내로 유입된다;

- 제2 저온 흐름은 액화 천연 가스와 같은 액화 탄화수소 흐름이거나, 바람직하게는 액화 질소 흐름, 액화 산소 흐름, 액화 수소 흐름으로부터 선택된 극저온 액체 흐름이다;

- 제2 저온 흐름은, -140℃ 내지 -170℃의 온도로 제7 채널 내로 완전히 액화된 상태로 유입되는, 탄화수소, 특히 천연 가스의 흐름이며, 제1 저온 흐름은, 5℃ 내지 50℃의 온도로 완전히 기화된 상태로 적어도 하나의 제4 채널에서 배출된다;

- 단계 c)의 종료 시에, 제1 작용 유체는 제1 온도를 가지며, 단계 g)의 종료 시에, 제2 작용 유체는 제1 온도보다 더 낮은 제2 온도를 갖고, 바람직하게는 T1은 -110℃ 내지 -80℃이며, T2는 -120℃ 내지 -160℃이다;

- 제4 채널에서 배출되는 제1 저온 흐름은, 제1 고온 흐름 및/또는 제1 작용 유체에 대하여 그 안에서 가열되도록 하기 위해, 적어도 하나의 제8 채널 내로 유입되며, 제1 저온 흐름은 바람직하게는, 5℃ 내지 50℃의 온도로 완전히 기화된 상태로 제8 채널에서 배출된다;

- 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및/또는 제10 채널은, 브레이징 플레이트(brazed plate) 유형의 적어도 하나의 열교환기의 일부를 형성하며, 상기 교환기는, 상기 교환기 내에서 다수의 일련의 채널을 이들 사이에 한정하도록 이격된 다수의 평행 플레이트의 적층물을 포함한다;

- 제1 및 제2 채널은 제1 열교환기의 일부를 형성하며, 제3, 제4, 제5 및/또는 제9 채널은 제2 열교환기의 일부를 형성하고, 제6, 제7 및/또는 제10 채널은 제3 열교환기의 일부를 형성하며, 상기 제1, 제2 및 제3 열교환기는 물리적으로 별개의 독립체를 형성한다;

- 제3, 제4, 제5 및/또는 제9 채널, 및 제6, 제7 및/또는 제10 채널은 동일한 열교환기의 일부를 형성하며, 제2 저온 흐름은, 상기 교환기의 저온 단부에 위치되어 교환기의 최저 온도를 갖는 제1 유입구로부터 유입되고, 단계 b)에서 팽창된 제1 작용 유체는, 상기 교환기의 고온 단부에 위치되어 교환기의 최고 온도를 갖는 제2 유입구로부터, 저온 단부와 고온 단부 사이에 위치된 교환기의 제1 중간 레벨에 배치된 제2 배출구로 유입되며, 단계 f)에서 팽창된 제2 작용 유체는, 교환기의 제1 중간 레벨과 저온 단부 사이에 위치된 제2 중간 레벨에 배치된 제3 유입구를 통해 교환기 내로 유입된다;

- 제1 및 제2 채널, 제3, 제4, 제5 및/또는 제9 채널, 및 제6, 제7 및/또는 제10 채널은, 동일한 교환기의 일부를 형성하며, 제2 저온 흐름은, 상기 교환기의 저온 단부에 위치되어 교환기의 최저 온도를 갖는 제1 유입구로부터 유입되고, 제1 고온 흐름은, 상기 교환기의 고온 단부에 위치되어 교환기의 최고 온도를 갖는 제5 유입구로부터 유입되며, 단계 b)에서 팽창된 제1 작용 유체는, 저온 단부와 고온 단부 사이에 위치된 제3 중간 레벨에 배치된 제2 유입구로부터 유입되고, 교환기의 제3 중간 레벨과 저온 단부 사이에 위치된 교환기의 제1 중간 레벨에 배치된 제2 배출구를 통해 상기 교환기에서 배출되며, 단계 f)에서 팽창된 제2 작용 유체는, 교환기의 제1 중간 레벨과 저온 단부 사이에 위치된 제2 중간 레벨에 배치된 제3 유입구를 통해 교환기 내로 유입된다;

- 제2 저온 흐름은, -180℃ 미만, 바람직하게는 -180℃ 내지 -253℃의 온도로 제7 채널 내로 유입되는 극저온 액체 흐름이다;

- 공정은, 제2 랭킨 사이클의 상류에서 작동되는 제3 랭킨 사이클을 수행하며, 제3 랭킨 사이클은,

i) 적어도 하나의 제7 채널 내로의 이의 유입 전에, 적어도 하나의 제12 채널 내로 제2 저온 흐름을 유입시키는 단계;

j) 상기 제6 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제13 채널 내로 제3 고압으로 제3 작용 유체를 유입시키고, 제6 채널에서 유동하는 제2 작용 유체에 대하여 상기 제3 작용 유체의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;

k) 전기 에너지를 생성하도록 제3 발전기와 협력하는 제3 팽창 부재에서, 단계 j)에서 획득된 제3 작용 유체를 제3 저압으로 팽창시키는 단계;

l) 제12 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제14 채널 내로 제3 작용 유체를 유입시키고, 제2 저온 흐름에 대하여 제3 작용 유체의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;

m) 압력이 제3 고압으로 상승된 후에, 단계 l)로부터 획득된 제3 작용 유체를 제13 채널 내로 재유입시키는 단계를 포함한다;

- 제1, 제2 및/또는 제3 발전기는 하나의 동일한 발전기로 병합되며, 제1 팽창 부재, 제2 팽창 부재, 및/또는 제3 팽창 부재는 이러한 동일한 발전기에 연결됨으로써, 상기 발전기가 제1 랭킨 사이클, 제2 랭킨 사이클, 및/또는 제3 랭킨 사이클로부터 동시에 전기 에너지를 생성한다.

다른 양태에 따라, 본 발명은 전기 에너지 생성 설비에 관한 것으로서, 전기 에너지 생성 설비는, 열교환 관계로 되도록 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 채널을 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치를 포함하는, 제1 랭킨 사이클 및 제2 랭킨 사이클을 수행하기 위한 수단을 포함하며, 제1 랭킨 사이클을 수행하기 위한 수단은,

- 제1 작용 유체를 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제1 채널;

- 제1 고온 흐름을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제2 채널로서, 상기 제2 채널은, 작동 시에, 제1 채널 내로 유입된 제1 작용 유체가 제1 고온 흐름에 대하여 적어도 부분적으로 기화되도록, 상기 제1 채널과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제2 채널;

- 상기 제1 채널의 하류에 배치되고, 제1 채널에서 배출되는 제1 작용 유체의 압력을 제1 고압으로부터 제1 저압으로 감소시키도록 구성되는, 제1 팽창 부재;

- 제1 팽창 부재에 연결된 제1 발전기;

- 제1 팽창 부재의 하류에 배치되고, 제1 팽창 부재에 의해 팽창된 제1 작용 유체를 유동시키도록 구성되는, 적어도 하나의 제3 채널;

- 제1 저온 흐름을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제4 채널로서, 상기 제4 채널은, 작동 시에, 제3 채널 내로 유입된 제1 작용 유체가 제1 저온 흐름에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 제3 채널과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제4 채널;

- 상기 제3 채널의 하류에 배치되고, 제3 채널에서 배출되는 제1 작용 유체의 압력을 제1 저압으로부터 제1 고압으로 증가시키도록 구성되는, 제1 압력-상승 부재를 포함하고,

- 제2 랭킨 사이클을 수행하기 위한 수단은,

- 제2 작용 유체를 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제5 채널;

- 상기 제5 채널의 하류에 배치되고, 제5 채널에서 배출되는 제2 작용 유체의 압력을 제2 고압으로부터 제2 저압으로 감소시키도록 구성되는, 제2 팽창 부재;

- 제2 팽창 부재에 연결된 제2 발전기;

- 제1 팽창 부재의 하류에 배치되고, 제2 팽창 부재에 의해 팽창된 제1 작용 유체를 유동시키도록 구성되는, 적어도 하나의 제6 채널;

- 제2 저온 흐름을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제7 채널로서, 상기 제7 채널은, 작동 시에, 제6 채널에서 유동하는 제2 작용 유체가 제2 저온 흐름에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 제6 채널과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제7 채널;

- 상기 제6 채널의 하류에 배치되고, 제6 채널에서 배출되는 제2 작용 유체의 압력을 제2 저압으로부터 제2 고압으로 증가시키도록 구성되는, 제2 압력-상승 부재를 포함하며,

제5 채널은, 제2 작용 유체가 제3 채널 내로 유입된 제1 작용 유체에 대하여 적어도 부분적으로 기화되도록, 제3 채널과 열교환 관계로 배치되고, 제7 채널은 제4 채널의 상류에 배치되며, 상기 제4 채널과 유체 연통하게 배치됨으로써, 제4 채널 내로 유입되는 제1 저온 흐름은, 제7 채널에서 배출되는 제2 저온 흐름에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 설비는, 상기 제3, 제4 및/또는 제5 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제9 채널을 더 포함할 수 있으며, 상기 제9 채널은, 제3 채널에서 배출되는 제1 작용 유체가 제1 채널 내로 재유입되기 전에 상기 적어도 하나의 제9 채널 내로 유입되도록 구성된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 설비는, 단계 h)에서 제6 및/또는 제7 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제10 채널을 포함할 수 있으며, 제10 채널은, 제6 채널에서 배출되는 제2 작용 유체가 제5 채널 내로 재유입되기 전에 적어도 하나의 제10 채널 내로 유입되도록 구성된다.

"천연 가스"라는 용어는, 적어도 메탄을 포함하는 탄화수소를 포함하는 임의의 조성물을 지칭한다. 이는 (임의의 처리 또는 스크러빙(scrubbing) 전의) "미가공(raw)" 조성물을 포함하며, 황, 이산화탄소, 물, 수은, 및 특정 중(heavy) 탄화수소 및 방향족 탄화수소를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 하나 이상의 화합물의 환원 및/또는 제거를 위해 부분적으로, 실질적으로, 또는 완전히 처리된 임의의 조성물을 또한 포함한다.

이제 본 발명은, 제한적이지 않은 실시예로서 주어지고 첨부된 도면을 참조하여 이루어지는, 이하의 설명에 의해 보다 잘 이해될 것이며, 첨부된 도면으로서:
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 에너지를 생성하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기 에너지를 생성하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기 에너지를 생성하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기 에너지를 생성하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기 에너지를 생성하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기 에너지를 생성하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기 에너지를 생성하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기 에너지를 생성하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 공정의 교환 도표(exchange diagram)를 도시한다.

도 1은 제1 및 제2 랭킨 사이클의 조합으로, 저온 흐름(즉, 저온 소스)으로서 사용되는 탄화수소 흐름(F2, F1)으로부터의 냉기 회수에 의해 전기를 생성하기 위한 공정을 개략적으로 도시한다. 랭킨 사이클은 적어도 하나의 열교환 장치에서 수행되며, 적어도 하나의 열교환 장치는, 다수의 유체를 유동시키기 위해 적합한 채널을 포함하고, 상기 유체 간의 직접 또는 간접 열교환을 가능하게 하는, 임의의 장치일 수 있다.

본 발명에 따른 공정은, 2개의 랭킨 사이클의 경우에 아래에 설명된 것들과 동일한 원리에 따라 조합되는 2개 초과의 랭킨 사이클을 포함할 수 있음을 이해한다.

특히, 저온 흐름(F2, F1)은 천연 가스일 수 있다.

아래에 상세히 설명되는 실시형태에서, 공정의 다양한 유체는, 바람직하게는 알루미늄으로 제조된, 플레이트 및 핀 유형의 하나 이상의 브레이징 열교환기에서 유동한다. 이러한 교환기는, 적은 온도차에 따라 그리고 감소된 압력 손실로 작용할 수 있게 하므로, 전술한 액화 공정의 에너지 성능을 개선한다. 또한, 플레이트 교환기는, 제한된 체적으로 큰 교환 표면을 제공하는 매우 간편한 장치를 달성하는 이점을 제공한다.

이러한 교환기는 2차원으로, 길이 및 폭으로 연장되는 플레이트의 적층물을 포함하므로, 다수의 일련의 채널의 적층물을 구성하며, 일부는 열발생 유체(이 경우, 사이클의 작용 유체)의 순환을 위해 의도되고, 다른 것들은 냉매 유체(이 경우, 기화될 액화 천연 가스와 같은 극저온 액체)의 순환을 위해 의도된다.

열교환 웨이브(wave) 또는 핀과 같은 열교환 구조물은, 대체로 교환기의 채널에 배치된다. 이러한 구조물은, 교환기 플레이트 사이로 연장되어 교환기의 열교환 표면을 증가시키는 핀을 포함한다.

그러나, 플레이트 교환기, 쉘(shell) 및 튜브 교환기, 또는 케틀(kettle) 조립체의 코어, 즉 냉매 유체가 기화되는 쉘에 내장된 플레이트 교환기 또는 플레이트 및 핀 교환기와 같은, 다른 유형의 교환기가 사용될 수 있음을 유의해야 한다.

도 1은 제1 랭킨 사이클이 제1 교환기(E1) 및 제2 교환기(E2)에 의해 수행되는 일 실시형태를 개략적으로 도시한다.

바람직하게는, 교환기(E1, E2)는, 플레이트에 직교하는 소위 적층 방향으로 간격을 가지면서 서로 위에 평행하게 배치된 다수의 플레이트(도시되지 않음)의 적층물을 각각 포함한다. 따라서, 플레이트를 통해 간접 열교환 관계로 되는 공정 유체를 위한 복수의 채널이 획득된다. 채널은 2개의 인접한 플레이트 사이에 형성된다. 바람직하게는, 2개의 연속적인 플레이트 사이의 간격은, 각각의 연속적인 플레이트의 길이 및 폭에 비해 작으므로, 교환기의 각각의 채널은 평탄한 평행 육면체 형상을 갖는다. 동일한 유체의 순환을 위해 의도된 채널은 일련의 채널을 형성한다. 각각의 교환기는, 전체 유동 방향(z)에 평행하게 다양한 공정 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 일련의 채널을 포함하며, 하나의 일련의 채널은, 다른 일련의(즉, 다른 유체를 유동시키기 위해 의도된) 채널의 일부 또는 전부와 인접하게 및/또는 교대로, 전체적으로 또는 부분적으로 배치된다.

플레이트의 에지를 따라 채널의 밀봉은, 대체로 플레이트 상에 고정된 측방향 및 종방향 밀봉 막대에 의해 보장된다. 측방향 밀봉 막대는, 채널을 완전히 폐쇄시키는 것이 아니라, 유체의 유입 및 제거를 위한 유입구 및 배출구 개구를 남긴다. 이러한 유입구 및 배출구 개구는, 대체로 반-튜브형 형상의 매니폴드에 의해 결합됨으로써, 동일한 일련의 모든 채널을 통한 유체의 균일한 분배 및 회수를 보장한다. 이하의 본문에서, 하나 또는 적어도 하나의 채널이 참조될 것이며, 채널은 동일한 유체를 유동시키기 위한 일련의 다수의 채널의 일부를 형성할 수 있음을 이해한다.

제1 교환기(E1)는 제1 랭킨 사이클에서 기화기로서 작용한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 작용 유체(W1)는, 유입구(11)로부터 배출구(12)로 적어도 하나의 채널(1)에서 유동한다. 제1 고온 흐름은, 유입구(21)로부터 배출구(22)로 제1 교환기 내로 유입된다. 제1 작용 유체(W1)는, 제1 고온 흐름(C1)과의 열교환에 의해 기화된다.

기화된 제1 작용 유체(W1)는, 제1 교환기(E1)에서 배출된 후에, 제1 발전기(G)에 연결된 제1 팽창 부재(바람직하게는, 터빈)에서 팽창되며, 제1 발전기(G)는, 팽창된 유체에 의해 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다.

제1 작용 유체(W1)는, 이의 팽창 후에, 적어도 하나의 제3 채널(3)의 유입구(31)로부터 배출구(32)로 제2 열교환기(E2) 내로 유입된다. 제1 작용 유체(W1)는, 유입구(41)로부터 배출구(42)로 제2 교환기(E2)의 적어도 하나의 제4 채널(4)로부터 유동하는 제1 저온 흐름(F1)과 열교환 관계로 된다. 제1 작용 유체(W1)는 제1 저온 흐름(F1)을 가열함으로써 응축되며, 펌프와 같은 압력-상승 부재에 의한 가압 후에, 배출구(32)로부터 배출되어 제1 교환기(E1) 내로 후속적으로 재전달됨으로써, 제1 사이클을 종료한다.

제1 부재에서의 팽창으로 인해 비롯되는 제1 작용 유체(W1)는 가능하게는 2상 상태일 수 있으며, 제2 교환기(E2)의 상류에서 액상 및 기상의 분리를 통해 또는 분리 없이 유입될 수 있음을 유의해야 한다.

"고온 흐름" 또는 "저온 흐름"이라는 용어는, 다른 유체와의 열교환에 의해 열 또는 냉기의 소스를 제공하는 하나 이상의 유체에 의해 형성된 흐름을 지칭한다.

또한, 바람직하게는 제1 작용 유체(W1)의 조성과 상이한 조성의 제2 작용 유체(W2)가 유입구(51)를 통해 배출구(52)로 제2 교환기(E2) 내로 유입되며, 적어도 하나의 제5 채널(5)에서 유동하고, 이는 제2 교환기(E2) 내로 유입된 제1 작용 유체(W1)와의 열교환에 의해 기화되며, 상기 작용 유체는 제3 채널(3)에서 냉각 및 응축된다. 제2 교환기(E2)는, 제1 사이클을 위한 응축기로서 작용할 뿐만 아니라, 제2 사이클을 위한 기화기로서 작용한다.

제2 작용 유체(W2)는 제1 사이클과 동일한 원리에 따라 팽창되며, 가능하게는 2상 형태로, 상기 2상 유체의 상의 사전 분리와 함께 또는 사전 분리 없이, 적어도 하나의 제6 채널(6)의 유입구(61)로부터 배출구(62)로 제3 열교환기(E3) 내로 유입되고, 이는 적어도 하나의 제7 채널에서 유동하는 제2 저온 흐름(F2)을 가열함으로써 응축된다. 제3 교환기는 제2 사이클의 응축기를 형성한다. 배출구(62)로부터 획득된 제2 작용 유체(W2)가 압력-상승 부재에 의해 펌핑되어 채널(5)의 유입구(51)를 통해 재유입됨으로써, 제2 사이클을 종료한다. 교환기(E1 및 E2)에 대해 전술한 구조적 특징은, E3에 전체적으로 또는 부분적으로 적용 가능하다.

본 발명에 따라, 제1 랭킨 사이클의 제1 저온 흐름(F1)은, 제2 랭킨 사이클로부터 획득된 제2 저온 흐름(F2)에 의해 형성되며(즉, 동일한 저온 흐름이 사이클에 연속적으로 공급됨), 이는 제2 및 제1 작용 유체(W2, W1)에 대하여(즉, 상기 유체와의 열교환에 의해), 적어도 부분적으로 기화되고 점진적으로 가열된다. 따라서, F1은 가능하게는 이에 따라 2상 흐름일 수 있다.

또한, 제2 교환기의 제3 채널(3) 내로 유입된 제1 작용 유체(W1)는, 제2 랭킨 사이클의 고온 흐름의 적어도 일부, 바람직하게는 전부를 형성하기 위해 사용된다. 따라서, 제2 사이클의 고온 소스는, 제1 사이클의 작용 유체의 냉각 및 응축에 의해 적어도 부분적으로 제공된다.

이러한 배치는, 적어도 하나의 제7 채널의 저온 흐름(F2)의 유입구 온도와 적어도 하나의 제4 채널의 배출구의 저온 흐름(F1)의 온도 사이의 전체 온도 구배에 걸쳐서 냉기의 보다 효율적인 회수를 보장함으로써, 저온 흐름을 재기화할 수 있게 한다. 구체적으로, 저온 흐름으로부터의 프리고리의 회수는, 상이한 온도 레벨을 갖는 채널(7, 4)의 부분을 통해 개별적으로 수행된다. 그 다음, 이들이 이러한 온도 레벨에 적합한 끓는 온도를 갖도록, 각각의 제1 및 제2 작용 유체의 특징을 최적으로 조정하는 것이 가능하다. 이는 특히 가열될 저온 흐름(F)의 특징(특히, 이의 압력, 온도, 조성 등)에 따라, 작용 유체의 온도, 압력 및/또는 조성을 조정함으로써, 공정의 에너지 수율을 증가시키기 위한 폭넓은 자유도를 제공한다.

제2 저온 흐름(F2)은, 제2 유체(W2)와의 열교환에 의해 제2 랭킨 사이클(채널(7))에서 전체적으로 또는 부분적으로 기화 및/또는 가열될 수 있음을 유의한다. 제1 저온 흐름(F1)은, 제1 유체(W1)와의 열교환에 의해, 제1 랭킨 사이클에서 전체적으로 또는 부분적으로 기화 및/또는 가열될 수 있다(채널(4)).

바람직하게는, 제4 채널(4)로부터 42에서 배출되는 제1 저온 흐름(F1)은, 제1 교환기(E1)의 적어도 하나의 제8 채널(8) 내로 유입됨으로써, 제1 고온 흐름(C1)에 대하여 그 안에서 이의 가열을 계속한다. 이는 교환기(E2)의 배출구(42)에서 달성된 온도가 너무 낮아서, 특히 천연 가스 분배망의 경우, 분배망을 구성하는 재료와 호환 가능하지 않는 경우에 바람직하다.

채택된 구성에 따라, 배출구(42 또는 82)로부터 회수된 저온 흐름(F1)은, 유체 분배망(특히, 천연 가스와 같은 탄화수소의 분배를 위한 망)의 적어도 하나의 파이프에 공급된다.

도 2는 제1 저온 흐름(F1)이 제1 교환기(E1)와 물리적으로 별개의 제4 교환기(E1')에서 이의 가열을 계속하는 실시형태 변형예를 나타낸다. 교환기(E1')는, 제1 저온 흐름(F1)을 순환시키기 위한 채널(8), 및 고온 흐름(C1)과는 별개의 추가적인 제1 고온 흐름(C1')을 유입시키기 위한 추가적인 채널(2')을 포함한다. 이러한 구성은, 교환기(E1 및 E1')에 대해, 2개의 유체만이 순환하는 "쉘 및 튜브" 교환기와 같은 더 간단한 기술을 사용할 수 있는 이점을 제공한다. 이러한 변형예는, 특히 도 4에 도시된 것과 같은 다른 실시형태에 적용 가능함을 유의해야 한다.

바람직하게는, 응축 채널(3, 6)의 유입구 및 배출구는, 단계 c) 및 g) 동안, 제1 및 제2 작용 유체(W1, W2)가 제1 및 제2 저온 흐름(F1, F2)에 비하여 반대 유동 방향으로 각각 유동하도록 배치된다. 바람직하게는, 가열 채널(4, 7, 1, 5)의 유입구 및 배출구는, 단계 a) 및 e) 동안, 제1 및 제2 작용 유체(W1, W2)가 제1 및 제2 저온 흐름(F1, F2)에 비하여 동일한 유동 방향으로 각각 유동하도록 배치된다. 바람직하게는, 사이클의 고온 흐름은, 각각의 사이클에서 기화된 작용 유체에 비하여 반대 유동 방향으로 유동한다.

이러한 유체 유동 방향은, 작용 유체(W1 및 W2)의 배출구 온도를 최대화할 수 있게 하며, 이에 따라, 팽창 동안 터빈에 의해 전달되는 전력을 최대화할 수 있게 한다.

특히, 도 3은 채널(3)로부터 응축된 상태로 배출되는 제1 작용 유체(W1)가 제2 교환기(E2) 내로 재유입됨으로써, 채널(1) 내로 재유입되기 전에, 유입구(91)와 배출구(92) 사이의 적어도 하나의 제9 채널(9)에서 그 안에서 순환되는 바람직한 실시형태를 나타낸다. 이러한 구성은, 작용 유체(W1)가 순수 물질이 아니라, 다수의 구성 성분의 혼합물인 경우 바람직하다(이는 작용 유체의 배출구 온도를 추가로 상승시키는 이점을 제공하기 때문이다).

동일한 원리에 따라 그리고 동일한 이점을 위해, 채널(6)로부터 응축된 상태로 배출되는 제2 작용 유체(W2)는, 제5 채널(5) 내로 재유입되기 전에, 제3 교환기의 적어도 하나의 제10 채널(10) 내로 재유입될 수도 있다.

응축된 제1 및 제2 작용 유체 중 어느 하나 또는 둘 모두는, 이러한 재유입을 거칠 수 있다. 이미 설명된 바와 같이, 관련 교환기(들) 내로의 응축된 유체(들)의 재유입에 따라, 이들이 가열될 수 있으며, 고온 단부에서 이들의 배출구 온도를 최대화할 수 있고, 이에 따라 이들의 팽창 동안 전기를 생성할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 작용 유체에 대해 재유입이 수행되며, 이는 공정을 훨씬 더 효과적으로 유리하게 만든다.

도 1 내지 도 4는 물리적으로 별개의 독립체를 형성하는 교환기(즉, 플레이트 및 채널의 적어도 하나의 별개의 적층물을 각각 형성하는, 플레이트 또는 플레이트-및-핀 교환기의 경우)에서 랭킨 사이클이 수행되는 구성을 도시한다. 특히, 튜브-및-쉘, 튜브-및-핀, 또는 코어-인-케틀(core-in-kettle) 유형 교환기와 같은, 플레이트 또는 플레이트-및-핀 교환기 이외의 유형의 교환기 내에 채널이 형성되는 경우, 별개의 교환기를 갖는 이러한 실시형태가 수행될 수 있다.

교환기가 튜브 교환기인 경우, 튜브 둘레의 그리고 튜브 사이의 공간에 의해 채널이 형성될 수 있음을 유의한다.

본 발명의 맥락에서, 동일한 교환기 내에 유체 채널 중 일부를 배치하는 것도 가능하다. 이는 특히, 브레이징 플레이트 유형의 교환기에서 안출될 수 있으며, 다수의 조합된 랭킨 사이클을 수행하는 설비의 제조 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있게 한다.

따라서, 도 5는 제2 교환기(E2) 및 제3 교환기(E3)가 동일한 공통 교환기(E)를 형성하는 일 실시형태를 나타낸다. 이 경우, 제2 저온 흐름(F2)은, 교환기(E)의 저온 단부(즉, 교환기(E)의 모든 온도 중 최저 온도로, 유체(이 경우, 흐름(F2))가 유입되는 교환기 내로의 진입 지점)에 위치된 제1 유입구(71)로부터 유동한다. 제2 저온 흐름(F2)은 교환기(E)의 제1 배출구(42)를 통해 배출되며, 채널(4)은, 채널(7)과 동일한 교환기(E) 플레이트 사이에 형성되고, 채널(7)의 연속성으로 배치된다.

채널(3, 5, 6), 또는 심지어 채널(9, 10)(작용 유체가 교환기(E)에서 응축 후에 재순환되는 경우)도 동일한 교환기(E) 내에 또한 형성된다.

구체적으로, 동일한 유체가 연속적으로 유동하는, 하나의 일련의 채널 및 다른 일련의 채널이 고려되는 경우, 상기 일련의 각각의 채널은, 다른 일련의 해당 채널의 연장부를 형성하며, 이에 따라, 교환기(E)의 하나의 동일한 채널은 2개의 동일한 플레이트 사이에 형성된다. 따라서, 예를 들어, 도 5에서, 채널(4) 및 채널(7)은, 교환기(E)의 2개의 동일한 플레이트 사이에 한정되어 유입구(71)로부터 배출구(42)로 연장되는, 교환기(E)의 하나의 동일한 채널을 형성한다. 상이한 유체가 유동하는, 하나의 일련의 채널 및 다른 일련의 채널을 고려하는 경우, 이러한 채널들은, 인접한 또는 인접하지 않는 방식으로, 동일한 적층물 내에 중첩된다.

바람직하게는, 제1 작용 유체(W1)는, 교환기(E)의 고온 단부에 위치되어 교환기(E)의 모든 온도 중 최고 온도를 갖는, 제2 유입구(31)를 통해 팽창 후에 유입된다. 제1 작용 유체(W1)는, 교환기(E)의 저온 단부와 고온 단부 사이에 유동 방향(z)으로 위치된 제1 중간 레벨에 배치된 제2 배출구(32)로 제3 채널(3)에서 유동한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 배출구(32)에서 회수된 제1 작용 유체(W1)는, 제1 교환기(E1)의 유입구(11)에 공급되기 전에, 펌핑 후에, 교환기(E)의 채널(9) 내로 재유입될 수 있거나, 이는 유입구(11)에 직접 공급될 수 있다(도시되지 않음).

바람직하게는, 제2 작용 유체(W2)는, 가능하게는 2상 유체로서 그리고 가능하게는 이의 기상 및 액상의 분리와 함께, 교환기(E)의 저온 단부와 제1 중간 레벨 사이에 유동 방향(z)으로 위치된 제2 중간 레벨에 배치된 제3 유입구(61)를 통해 교환기(E) 내로 팽창 후에 유입된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 작용 유체(W2)는, 채널(6)에서 응축된 후에, 배출구(62)에서 회수되며, 채널(5)에 공급되기 전에, 펌핑 후에, 교환기(E)의 저온 단부에 위치된 유입구(101)를 통해 채널(10) 내로 재유입될 수 있다. 채널(5)은 채널(10)의 연속성으로 배치된다. 또한, 제2 유체(W2)는, 교환기(E)의 중간 레벨에 위치된 채널(5)의 유입구에 직접 공급될 수 있다(도시되지 않음).

도 6은 제1 교환기(E1), 제2 교환기(E2), 및 제3 교환기(E3)가 동일한 공통 교환기(E)를 형성하는 일 실시형태를 나타낸다. 이 경우, 제1 고온 흐름(C1)은, 교환기(E)의 고온 단부에 위치된 제4 유입구(21)로부터 유입된다. 바람직하게는, 제1 작용 유체(W1)는, 저온 단부와 고온 단부 사이에 위치된 제3 중간 레벨에 배치된 제2 유입구(31)를 통해, 팽창 후에, 가능하게는 2상 형태로 유입되며, 교환기(E)의 저온 단부와 제3 중간 레벨 사이에 위치된 제1 중간 레벨에 배치된 제2 배출구(32)를 통해 상기 교환기(E)에서 배출된다. 제2 작용 유체(W2)는, 교환기(E)의 저온 단부와 제1 중간 레벨 사이에 유동 방향(z)으로 위치된 제2 중간 레벨에 배치된 제3 유입구(61)를 통해, 팽창 후에, 가능하게는 2상 형태로 유입된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 배출구(32)에서 액체 형태로 회수된 제1 작용 유체(W1)는, 채널(1)에 공급되기 전에, 펌핑 후에, 유입구(91)를 통해 채널(9) 내로 재유입될 수 있다. 채널(1)은 채널(9)의 연속성으로 배치된다. 또한, 제1 유체(W1)는, 교환기(E)의 중간 레벨에 위치된 채널(1)의 유입구에 직접 공급될 수 있다(도시되지 않음).

액체 형태로 배출구(62)에서 회수된 제2 작용 유체(W2)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 채널(5)에 공급되기 전에, 교환기(E)의 저온 단부에 위치된 유입구(101)를 통해 채널(10) 내로 펌핑된 후에 재유입될 수 있다. 채널(5)은 채널(10)의 연속성으로 배치된다. 또한, 제2 유체(W2)는, 교환기(E)의 중간 레벨에 위치된 채널(5)의 유입구에 직접 공급될 수 있다(도시되지 않음).

교환기의 저온 단부와 고온 단부 사이의 중간 레벨에서의 유입구 및 배출구의 이러한 배치는, 교환기(E)의 저온 단부로부터 고온 단부로, 다양한 유체의 증가하는 상태의 유입구 및 배출구 온도를 고려할 수 있게 한다.

도 7 및 도 8은 제1 팽창 부재 및 제2 팽창 부재 모두에 연결된 동일한 발전기가 사용되는 실시형태를 도시한다. 따라서, 제1 및 제2 발전기가 병합된다. 이에 따라 발전기를 절약하고, 설비를 단순화한다. 2개의 발전 사이클은 대체로 동시적인 작동 모드를 갖기 때문에, 이러한 배치가 가능하다.

본 발명의 맥락에서, 제2 저온 흐름(F2)은, 액화 천연 가스와 같은 액화 탄화수소의 흐름일 수 있거나, 액화 질소 흐름, 액화 산소 흐름, 또는 액화 수소 흐름과 같은 극저온 액체의 흐름일 수 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 제7 채널(7) 내로의 제2 저온 흐름(F2)의 유입 온도는 -100℃ 미만이다.

바람직하게는, 저온 흐름(F2, F1)은, 바람직하게는, 몰 분율로, 적어도 60%(바람직하게는, 적어도 80%) 메탄(CH₄)을 포함하는, 탄화수소(특히, 천연 가스)의 흐름으로부터 형성된다. 선택적으로, 천연 가스는, 바람직하게는 0 내지 10%(몰%)의 함량으로, 에탄(C₂H₆), 프로판(C₃H₈), 부탄(nC₄H₁₀) 또는 이소부탄(iC₄H₁₀), 또는 질소를 포함할 수 있다. 본 발명의 공정에 의해, 액화 천연 가스의 프리고리를 동시에 업그레이드하면서, 분배망 내로 천연 가스를 분사하기 전에, 필요한 재기화가 수행된다.

바람직하게는, 다른 특성의 저온 흐름이 사용 전에 재기화되도록 본 발명에 따른 공정 내로 공급될 수 있다. 특히, 액체 산소, 액체 질소 또는 액체 수소가 사용될 수 있다. 이러한 액체의 기화에 따라, 제조 공장이 중단된 경우 가스 공급의 연속성을 보장할 수 있으며, 액체 배축물을 형성하는 데 소비되는 에너지의 일부를 절약할 수 있다.

이러한 구성 성분의 기화 온도가 천연 가스의 기화 온도보다 훨씬 더 낮기 때문에, 이전의 설명 중 하나에 따라, 2개 초과의 랭킨 사이클을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

특정 실시형태에 따라, 본 발명에 따른 공정은, 제2 랭킨 사이클의 상류에서 수행되는 제3 랭킨 사이클을 갖는 3개의 랭킨 사이클을 수행한다. 보다 정확하게는, 거기에 도시되지 않은 도 1에 따른 구성을 참조하여, 제3 교환기(E3)의 상류에 배치된 제5 교환기(E5) 내로 제2 저온 흐름(F2)이 유입된다. 제3 작용 유체(W3)는, 제3 교환기(E3)의 적어도 하나의 추가적인 채널 내로 제3 고압(Hp3)으로 유입되며, 제3 교환기(E3)의 적어도 하나의 제6 채널(6)에서 유동하는 제2 작용 유체(W2)에 대하여 적어도 부분적으로 기화된다. 따라서, 제2 작용 유체(W2)는 제3 랭킨 사이클에서 제3 고온 흐름으로서 작용한다.

추가적인 채널에서 배출되는 제3 작용 유체(W3)는, 전기 에너지를 생성하도록 적어도 하나의 다른 발전기와 선택적으로 조합되는, 제3 발전기와 협력하는 제3 팽창 부재에서 제3 저압(Lp3)으로 팽창된다. 팽창된 작용 유체(W3)는 제4 교환기 내로 유입되며, W3와의 열교환에 의해 적어도 부분적으로 가열 및/또는 기화되는 제3 저온 흐름(F3)에 대하여 적어도 부분적으로 응축된다. 이에 따라 응축된 제3 작용 유체(W3)는 제4 교환기에서 배출되며, 압력을 제3 고압(Hp3)으로 상승시킨 후에, 제3 교환기(E3) 내로 재유입된다.

이러한 실시형태는, 재기화될 저온 흐름이 극저온(즉, -170℃ 미만 또는 심지어 -200℃ 미만일 수 있는 온도)의 극저온 액체인 경우 특히 바람직하다.

구체적으로는, 주위 온도와 공정에 의해 재기화될 저온 흐름 간의 온도차가 더 클수록, 망 내의 분배를 위한 원하는 온도에 도달하기 위해, 조합된 랭킨 사이클의 수를 증가시키는 것이 보다 바람직하다.

따라서, 주어진 초기 온도를 갖는 극저온 액체의 저온 흐름의 경우, 상기 저온 흐름은, 제3 랭킨 사이클에서 응축되는 제3 작용 유체에 대하여 가열된 다음, 제2 랭킨 사이클에서 응축되는 제2 작용 유체에 대하여 가열된 다음, 제1 랭킨 사이클에서 응축되는 제1 작용 유체(W1)에 대하여 가열된다.

예를 들어, 약 -250℃의 초기 온도를 갖는 극저온 액체(예를 들어, 액체 수소 흐름의 경우에서처럼)가 재기화되기 위하여, 바람직하게는, 흐름은, 제3 열역학 사이클에서 약 -250℃ 내지 -170℃로 가열될 것이며, 가열되는 극저온 액체 흐름은 사이클의 저온 소스로서 작용하므로, 기화된 유량의 단위당 전기의 생성을 추가로 증가시킬 수 있게 한다. 그 후에, 제2 랭킨 사이클에서 약 -170℃ 내지 약 -90℃로 가열한 후에, 제1 랭킨 사이클에서 약 -90℃ 내지 -50℃로 가열함으로써, 상황은 앞서 설명된 것으로 복귀된다.

바람직하게는, 제3 랭킨 사이클은 유기 사이클이 아니며, 제3 작용 유체(W3)에는 바람직하게는 유기 성분이 없다.

말할 필요도 없이, 3개 이상의 사이클을 갖는 이러한 실시형태는, 본 특허 출원에서 설명된 도 1에 따른 구성 이외의 구성에 적용 가능하다. 바람직하게는, 특히 기화될 저온 흐름이 LNG인 경우, 제1 작용 유체(W1) 및 제2 작용 유체(W2)는 유기 유체(즉, 탄화수소와 같은 하나 이상의 유기 성분을 포함하는 유체)이다.

본 발명에 따른 공정의 랭킨 사이클은 유기 사이클이 아닌 것도 안출 가능하다.

LNG의 비등점보다 더 낮은 비등점을 갖는 구성 성분을 갖는 기화될 극저온 액체를 사용하여, 최저 온도에서 작용하는 사이클의 작용 유체는, 유기 성분의 전부 또는 일부와 더불어 또는 이를 대체하여, 수소, 질소, 아르곤, 헬륨 또는 네온과 같은 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 유기 성분이 없는 작용 유체를 통한 작용을 안출하는 것이 가능할 것이다.

제1 가능성에 따라, 제1 유체(W1) 및/또는 제2 유체(W2)를 형성하기 위해, 상이한 특성의 순수 물질이 사용될 수 있다. 특히, 제2 작용 유체(W2)로서 에틸렌이 사용될 수 있으며, 제1 작용 유체(W1)로서 에탄이 사용될 수 있다. 이러한 선택은, 팽창 터빈 구성 요소 및 브레이징 알루미늄 교환기의 양호한 기계적 강도와 호환 가능한 LNG의 기화에 의해 커버되는 온도 범위에 대한 포화 증기압을 갖는 이러한 구성 성분의 물리적 특성에 의해 설명된다. 따라서, ORC 사이클에서 이러한 구성 요소를 사용함으로써, 간편하고 효율적인 시스템이 설계될 수 있다.

본 발명의 맥락에서, 상이한 조성의 작용 유체가 다양한 랭킨 사이클에서 우선적으로 사용되지만, 동일한 조성의 작용 유체를 사용하는 것이 여전히 안출 가능하며, 이 경우, 이러한 유체의 작용 압력의 적절한 조정이 이루어진다는 것을 유의해야 한다. 이는 예를 들어, 제2 저온 흐름이 매우 높은 압력의 액화 가스이고, 제1 고온 흐름이 충분히 낮은 온도의 해수인 경우, 사이클의 저온 흐름과 고온 흐름 간의 비교적 작은 온도차에 대해 가능하다.

다른 가능성에 따라, 제1 탄화수소 혼합물 및 제2 탄화수소 혼합물을 각각 포함하는 혼합된 작용 유체가 사용될 수 있으며, 바람직하게는, 제1 및 제2 탄화수소 혼합물은, 메탄, 에틸렌(C₂H₄), 프로판, 에탄, 프로필렌, 부텐, 부탄, 및 이소부탄으로부터 선택된 적어도 2개의 탄화수소를 각각 포함한다.

선택적으로, 제1 작용 유체(W1) 및 제2 작용 유체(W2)는, 유기 성분과 더불어 또는 이를 대체하여, 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 및 네온으로부터 선택된 적어도 하나의 추가적인 성분을 포함할 수 있으며, 이는 특히, 기화될 극저온 액체가 메탄의 비등점보다 더 낮은 비등점을 갖는 경우 그러하다.

혼합된 작용 유체의 사용은, 교환기의 길이에 따라 각각의 지점에서 작용 유체와 저온 흐름 간의 온도차를 감소시킴으로써, 저온 유체와 고온 유체 간의 열교환의 비가역성과 관련된 에너지 손실을 감소시킬 수 있게 한다. 각각의 유체의 조성, 팽창 전 및 후의 압력, 및/또는 온도는, 최상의 가능한 에너지 회수를 보장하도록 조정될 수 있다.

작용 유체가 혼합되는 경우, 즉 혼합물인 경우, 이들은 극저온으로 액체 교환기(들)에서 배출되며, 이 경우, 이들을 가열하여 고온 한계로 이들의 배출구 온도를 최대화하고, 이에 따라 터빈에서의 이들의 팽창 동안 전기의 생성을 최대화하도록, 응축된 유체를 해당 교환기(들) 내로 재유입시키는 것이 바람직하다.

특히, 제1 탄화수소 혼합물의 성분의 몰 분율(%)의 비율은, 다음과 같은 (몰%)일 수 있다:

메탄: 0 내지 20%, 바람직하게는 0 내지 10%

프로판: 20% 내지 60%, 바람직하게는 30% 내지 50%

에틸렌: 20% 내지 60%, 바람직하게는 30% 내지 50%

이소부탄: 0 내지 20%, 바람직하게는 0 내지 10%

제2 탄화수소 혼합물의 성분의 몰 분율(%)의 비율은 다음과 같을 수 있다:

메탄: 20% 내지 60%, 바람직하게는 30% 내지 50%

프로판: 0 내지 20%, 바람직하게는 0 내지 10%

에틸렌: 20% 내지 70%, 바람직하게는 30% 내지 60%

바람직하게는, 제1 고온 흐름(C1), 및 적절한 경우, 추가적인 고온 흐름(C1')은, 바람직하게는 10℃ 내지 30℃의 교환기 내로의 진입 온도에서, 해수로 형성된다.

바람직하게는, 제2 저온 흐름(F2)은, -140℃ 내지 -170℃의 온도로 유입구(71)에 완전히 액화된 상태로 유입되는 탄화수소 흐름이다.

제2 저온 흐름(F2)이 산소, 질소, 수소와 같은 다른 특성의 액체 유체로 형성되는 경우, 유입구(71)에서의 유체의 온도는, 바람직하게는 저장 압력에서 대략적으로 이의 평형 온도이다.

바람직하게는, 제1 저온 흐름(F1)은, 제3 교환기(E3)의 배출구(72)에서 -85℃ 내지 105℃의 온도, 교환기(E) 또는 제2 교환기(E2)의 배출구(42)에서 -10℃ 내지 -20℃의 온도, 및/또는 교환기(E) 또는 제1 교환기(E3)의 배출구(82)에서 5℃ 내지 25℃의 온도를 가짐으로써, 이러한 온도로 분배망 내로 유입된다. 바람직하게는, 제1 저온 흐름(F1)은, 배출구(82) 또는 배출구(42)를 통해 완전히 기화된 상태로 배출된다.

바람직하게는, 제2 저온 흐름 및 제1 저온 흐름은, 이들이 유동하는 채널(7, 4, 8) 전체에 걸쳐서 10 내지 100 bar의 압력을 갖는다.

바람직하게는, 제1 작용 유체(W1)는, 제3 채널(3)에서 응축된 후에, 제1 온도(T1)를 갖는다. 제2 작용 유체(W2)는, 제6 채널(6)에서 응축된 후에, 제2 온도(T2)를 가지며, T2는 T1보다 더 낮다. 바람직하게는, T1은 -110℃ 내지 -80℃이며, T2는 -120℃ 내지 -160℃이다.

바람직하게는, 제1 작용 유체(W1)는 5℃ 내지 25℃의 온도로 제1 채널(1)로부터 기화된 상태로 배출되거나/배출되고, 제2 작용 유체(W2)는 0℃ 내지 -30℃의 온도로 제5 채널(5)로부터 기화된 상태로 배출된다.

바람직하게는, 제1 작용 유체(W1) 및 제2 작용 유체(W2)는, 제1 및 제2 "저압"(Lp1, Lp2)으로 제3 채널(3) 및 제6 채널(6)에서 각각 배출되며, 제1 및 제2 "고압"(Hp1, Hp2)으로 제1 채널(1) 및 제5 채널(5)에 각각 유입되고, Hp1>Lp1 및 Hp2>Lp2이다.

바람직하게는, 제1 및/또는 제2 고압(Hp1, Hp2)은, 10 내지 40 bar, 바람직하게는 30 bar 미만, 보다 바람직하게는 20 bar 미만이거나/미만이고, 제1 및/또는 제2 저압(Lp1, Lp2)은 1 내지 5 bar이다.

또한, 바람직하게는, 제1 고압(Hp1)은, 2.5 내지 15의 증배율만큼 제1 저압(Lp1)보다 더 높거나/높고, 제2 고압(Hp2)은, 2.5 내지 15, 바람직하게는 2.5 내지 10의 증배율만큼 제2 저압(Lp2)보다 더 높다. 이러한 압력 값 및 비율에 따라, 공정은 유체의 엔탈피 곡선으로 조정될 수 있으며, 평형 온도를 최적으로 조정할 수 있다. 작용 압력이 더 높을수록, 회수되는 에너지의 양은 더 많아진다. 적어도 2.5의 증배율은, 충분히 유용한 양의 에너지의 회수를 가능하게 한다. 실제로, 압력은 팽창 부재의 용량에 의해 제한된다.

본 발명에 따른 공정의 효율을 입증하기 위해, 종래기술에 따른 단일 랭킨 사이클로 획득된 에너지 수율(시뮬레이션 번호 1), 및 본 발명의 실시형태에 따른 랭킨 사이클의 조합으로 획득된 에너지 수율(시뮬레이션 번호 2 및 3)을 계산하기 위해, 시뮬레이션이 수행되었다. 특히, 사이클 조합에 사용된 작용 유체의 특성의 영향이 평가되었다. 저온 흐름은, 90.5% 메탄, 7.3% 에탄, 1.5% 프로판, 0.2% 부탄, 0.3% 이소부탄, 및 0.2% 질소(몰%)를 포함하는 LNG였다. 시뮬레이션 번호 2의 경우, 사용된 교환기 구성은 도 1에 따르고, 시뮬레이션 번호 3의 경우, 사용된 교환기 구성은 도 3에 따른다.

시뮬레이션 번호 1(본 발명 이외):

유일한 작용 유체는 프로판이었다. 작용 유체(W1)의 압력은, 기화 교환기의 유입구에서 7.5 bar이었고, 응축 교환기의 배출구(32)에서 1.5 bar이었다. 고온 흐름은, 기화 교환기의 유입구에서의 23℃의 온도 및 5 bar의 압력의 해수였다.

시뮬레이션 번호 2(본 발명):

제1 작용 유체(W1)는 에탄이었다. 제2 작용 유체는 에틸렌이었다. 제1 작용 유체(W1)의 압력은 유입구(11)에서 27 bar였고, 배출구(32)에서 5.8 bar였다. 제2 작용 유체(W2)의 압력은 유입구(51)에서 8.1 bar였고, 배출구(62)에서 2.1 bar였다. 천연 가스 압력은 유입구(71)에서 90 bar였고, 배출구(82)에서 89 bar였다. 고온 흐름(C1)은, 채널(2)의 유입구 및 배출구에서 5 bar의 압력의 해수였다. 표 1은 상이한 채널의 유입구 또는 배출구에서의 계산된 유체 온도를 나타낸다.

[표 1]

시뮬레이션 번호 3(본 발명):

제1 작용 유체(W1)는, 46% 에틸렌, 38% 프로판, 8% 메탄, 및 8% 이소부탄(몰%)을 포함하는 탄화수소 혼합물이었다. 제2 작용 유체는, 55.4% 에틸렌, 41% 메탄, 및 3.6% 프로판(몰%)을 포함하는 탄화수소 혼합물이었다. 제1 작용 유체(W1)의 압력은 유입구(91)에서 12 bar였고, 배출구(32)에서 4.2 bar였다. 제2 작용 유체(W2)의 압력은 유입구(101)에서 16.7 bar였고, 배출구(62)에서 1.7 bar였다. 천연 가스 압력은 유입구(71)에서 90 bar였고, 배출구(82)에서 89.5 bar였다. 고온 흐름(C1)은, 채널(2)의 유입구 및 배출구에서 5 bar의 압력의 해수였다. 표 2는 상이한 채널의 유입구 또는 배출구에서의 계산된 유체 온도를 나타낸다.

[표 2]

시뮬레이션 번호 1에서, 획득된 에너지 수율은 0.016 kWh/Nm³였다.

시뮬레이션 번호 2에서, 제2 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.0045 kWh/Nm³였고, 제1 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.0134 kWh/Nm³였다(즉, 시뮬레이션 번호 1에 비해 약 12%의 이득을 나타내는, 0.0179 kWh/Nm³의 총 수율).

시뮬레이션 번호 3에서, 제2 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.012 kWh/Nm³였고, 제1 랭킨 사이클의 에너지 수율은 0.021 kWh/Nm³였다(즉, 시뮬레이션 번호 1에 비해 약 106%의 이득을 나타내는, 0.033 kWh/Nm³의 총 수율).

혼합된 제1 작용 유체 및 제2 작용 유체(W2)를 사용함으로써, 액화 천연 가스와 작용 유체 간의 교환 도표의 개선에 의해, 공정의 성능을 크게 증가시킨다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이, 교환 채널 내로 작용 유체를 재유입시키기 위한 개요는, 공정의 더 큰 에너지 효율에 기여한다.

도 9는 한편으로는 시뮬레이션 번호 2에 따른 순수 작용 유체를 통한 사이클의 조합으로 획득되고((a)에서), 다른 한편으로는 시뮬레이션 번호 3에 따른 혼합된 작용 유체를 통한 사이클의 조합으로 획득되는((b)에서), 열교환("열류량") - 온도(ΔH - T) 교환 도표 또는 엔탈피 곡선의 비교를 도시한다. 도시된 도표는, 3000 Nm³/h의 처리된 LNG의 유량에 대해 획득된다(즉, 산업 단위의 약 1/100 스케일). 곡선 A, B, C, D는, 2개의 시뮬레이션된 구성 각각에 대해, 제1 및 제2 작용 유체(곡선 B 및 D)를 포함하는, 공정에서 냉각 및/또는 응축되는 모든 열발생 유체, 및 LNG(곡선 A 및 C)를 포함하는, 공정에서 가열 및/또는 기화되는 모든 냉매 유체에 대해, 온도에 따라 교환되는 열량의 방출을 도시한다. 도 9 (b)에서, 이러한 사이클의 더 큰 효율을 설명하는 구성 성분의 혼합물로 구성된 작용 유체를 사용함으로써, 평균 온도차가 크게 감소된다는 것을 알 수 있다.

말할 필요도 없이, 본 발명은 본 특허 출원에서 설명되고 예시된 특정 실시예로 제한되지 않는다. 또한, 당업자의 범위 내에 있는 다른 변형예 또는 실시형태가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있다. 예를 들어, 교환기(들)로부터의 유체의 분사 및 추출의 다른 구성, 유체의 유동의 다른 방향, 또는 다른 유형의 유체가 안출될 수 있다.

Claims (19)

1. 적어도 하나의 제1 랭킨 사이클 및 하나의 제2 랭킨 사이클을 수행함으로써 전기 에너지를 생성하기 위한 공정으로서,
   상기 사이클은, 열교환 관계로 배치되도록 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 채널을 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치에서 수행되며,
   상기 제1 랭킨 사이클은,
   a) 제1 고압(Hp1)으로 제1 작용 유체(W1)를 적어도 하나의 제1 채널(1) 내로 유입시키고, 적어도 상기 적어도 하나의 제1 채널(1)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제2 채널(2)에서 유동하는 적어도 하나의 제1 고온 흐름(C1)에 대하여, 상기 제1 작용 유체(W1)의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;
   b) 상기 제1 채널(1)로부터 단계 a)에서 적어도 부분적으로 기화된 상기 제1 작용 유체(W1)를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제1 발전기와 협력하는 제1 팽창 부재에서 제1 저압(Lp1)으로 팽창시키는 단계;
   c) 단계 b)에서 팽창된 상기 제1 작용 유체(W1)를 적어도 하나의 제3 채널(3) 내로 유입시키고, 상기 적어도 하나의 제3 채널(3)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제4 채널(4)에서 유동하는 적어도 하나의 제1 저온 흐름(F1)에 대하여, 상기 제1 작용 유체(W1)의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;
   d) 상기 제3 채널(3)로부터 단계 c)에서 적어도 부분적으로 응축된 상기 제1 작용 유체(W1)를 전달하여, 상기 압력을 상기 제1 고압(Hp1)으로 상승시킨 후에, 상기 제1 채널(1) 내로 재유입시키는 단계를 포함하고,
   상기 제2 랭킨 사이클은,
   e) 제2 고압(Hp2)으로 제2 작용 유체(W2)를 적어도 하나의 제5 채널(5) 내로 유입시키고, 적어도 하나의 제2 고온 흐름에 대하여 상기 제2 작용 유체(W2)의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;
   f) 상기 제5 채널(5)로부터 단계 e)에서 적어도 부분적으로 기화된 상기 제2 작용 유체(W2)를 전달하여, 전기 에너지를 생성하도록 제2 발전기와 협력하는 제2 팽창 부재에서 제2 저압(Lp2)으로 팽창시키는 단계;
   g) 단계 f)에서 팽창된 상기 제2 작용 유체(W2)를 적어도 하나의 제6 채널(6) 내로 유입시키고, 적어도 상기 제6 채널(6)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제7 채널(7)에서 유동하는 적어도 하나의 제2 저온 흐름(F2)에 대하여, 상기 제2 작용 유체(W2)의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;
   h) 상기 제6 채널(6)로부터 단계 g)에서 적어도 부분적으로 응축된 상기 제2 작용 유체(W2)를 전달하여, 상기 압력을 상기 제2 고압(Hp2)으로 상승시킨 후에, 상기 제5 채널(5) 내로 재유입시키는 단계를 포함하며,
   단계 e)에서, 상기 제2 랭킨 사이클의 상기 제2 고온 흐름은, 상기 제3 채널(3)에서 단계 c)에서 유동하는 상기 제1 작용 유체(W1)에 의해 적어도 부분적으로 형성되고,
   단계 c)에서, 상기 제1 저온 흐름(F1)은, 상기 제7 채널(7)에서 배출되는 상기 제2 저온 흐름(F2)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는,
   적어도 하나의 제1 랭킨 사이클 및 하나의 제2 랭킨 사이클을 수행함으로써 전기 에너지를 생성하기 위한 공정.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 저온 흐름(F2)은, -100℃ 미만의 온도로 상기 제7 채널(7) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는, 공정.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   단계 c)에서, 상기 제1 작용 유체(W1)는, 상기 제1 저온 흐름(F1)에 비하여 반대 유동 방향으로 유동하거나/유동하며,
   단계 g)에서, 상기 제2 작용 유체(W2)는, 상기 제2 저온 흐름(F2)에 비하여 반대 유동 방향으로 유동하는 것을 특징으로 하는, 공정.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 랭킨 사이클 및 상기 제2 랭킨 사이클은 유기 사이클이며,
   상기 제1 작용 유체(W1) 및 상기 제2 작용 유체(W2)는 제1 탄화수소 혼합물 및 제2 탄화수소 혼합물을 각각 포함하고,
   상기 제1 및 제2 탄화수소 혼합물은 바람직하게는, 선택적으로 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 및 네온으로부터 선택된 적어도 하나의 추가적인 성분의 첨가와 함께, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 및 이소부탄으로부터 선택된 적어도 2개의 탄화수소를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 고온 흐름(C1)은, 바람직하게는 정확히 0℃ 초과, 보다 바람직하게는 10℃ 내지 30℃의 온도의 해수로 형성되며,
   상기 해수는, 가능하게는 상기 제2 채널(2) 내로 유입되기 전에 가열 단계를 거치는 것을 특징으로 하는, 공정.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 고압(Hp1)은, 2.5 내지 15의 증배율만큼 상기 제1 작용 유체(W1)의 상기 제1 저압(Lp1)보다 더 높거나/더 높으며,
   상기 제2 고압(Hp2)은, 2.5 내지 15, 바람직하게는 2.5 내지 10의 증배율만큼 상기 제2 작용 유체(W2)의 상기 제2 저압(Lp2)보다 더 높고,
   상기 제1 및/또는 제2 고압(Hp1, Hp2)은 10 내지 40 bar이거나/이며,
   상기 제1 및/또는 제2 저압(Lp1, Lp2)은 1.5 내지 5 bar인 것을 특징으로 하는, 공정.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   단계 d)에서, 상기 제3 채널(3)에서 배출되는 상기 제1 작용 유체(W1)는, 상기 제1 채널(1) 내로 재유입되기 전에, 상기 제3, 제4 및/또는 제5 채널(3, 4, 5)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제9 채널(9) 내로 유입되거나/유입되며,
   단계 h)에서, 상기 제6 채널(6)에서 배출되는 상기 제2 작용 유체(W2)는, 상기 제5 채널(5) 내로 재유입되기 전에, 상기 제6 및/또는 제7 채널(6, 7)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제10 채널(10) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는, 공정.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 저온 흐름(F2)은, 액화 천연 가스와 같은 액화 탄화수소 흐름이거나, 바람직하게는 액화 질소 흐름, 액화 산소 흐름, 액화 수소 흐름으로부터 선택된 극저온 액체 흐름인 것을 특징으로 하는, 공정.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 저온 흐름(F2)은, -140℃ 내지 -170℃의 온도로 상기 제7 채널(7) 내로 완전히 액화된 상태로 유입되는, 탄화수소, 특히 천연 가스의 흐름이며,
   상기 제1 저온 흐름(F1)은, 5℃ 내지 50℃의 온도로 완전히 기화된 상태로 상기 적어도 하나의 제4 채널(4)에서 배출되는 것을 특징으로 하는, 공정.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 c)의 종료 시에, 상기 제1 작용 유체(W1)는 제1 온도(T1)를 가지며,
    단계 g)의 종료 시에, 상기 제2 작용 유체(W2)는 상기 제1 온도(T1)보다 더 낮은 제2 온도(T2)를 갖고,
    바람직하게는 T1은 -110℃ 내지 -80℃이며, T2는 -120℃ 내지 -160℃인 것을 특징으로 하는, 공정.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4 채널(4)에서 배출되는 상기 제1 저온 흐름(F1)은, 상기 제1 고온 흐름(C1) 및/또는 상기 제1 작용 유체(W1)에 대하여 그 안에서 가열되도록 하기 위해, 적어도 하나의 제8 채널(8) 내로 유입되며,
    바람직하게는 상기 제1 저온 흐름(F1)은, 5℃ 내지 50℃의 온도로 완전히 기화된 상태로 상기 제8 채널(8)에서 배출되는 것을 특징으로 하는, 공정.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및/또는 제10 채널은, 브레이징 플레이트 유형의 적어도 하나의 열교환기의 일부를 형성하며,
    상기 교환기는, 상기 교환기 내에서 다수의 일련의 다수의 채널을 이들 사이에 한정하도록 이격된 다수의 평행 플레이트의 적층물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 채널(1, 2)은 제1 열교환기(E1)의 일부를 형성하며,
    상기 제3, 제4, 제5 및/또는 제9 채널(3, 4, 5, 9)은 제2 열교환기(E2)의 일부를 형성하고,
    상기 제6, 제7 및/또는 제10 채널(6, 7, 10)은 제3 열교환기(E3)의 일부를 형성하며,
    상기 제1, 제2 및 제3 교환기는 물리적으로 별개의 독립체를 형성하는 것을 특징으로 하는, 공정.
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3, 제4, 제5 및/또는 제9 채널(3, 4, 5, 9), 및 상기 제6, 제7 및/또는 제10 채널(6, 7, 10)은, 동일한 열교환기(E)의 일부를 형성하며,
    상기 제2 저온 흐름(F2)은, 상기 교환기(E)의 저온 단부에 위치되어 상기 교환기(E)의 최저 온도를 갖는 제1 유입구로부터 유입되고,
    단계 b)에서 팽창된 상기 제1 작용 유체(W1)는, 상기 교환기(E)의 고온 단부에 위치되어 상기 교환기(E)의 최고 온도를 갖는 제2 유입구로부터, 상기 저온 단부와 상기 고온 단부 사이에 위치된 상기 교환기(E)의 제1 중간 레벨에 배치된 제2 배출구로 유입되며,
    단계 f)에서 팽창된 상기 제2 작용 유체(W2)는, 상기 교환기(E)의 상기 제1 중간 레벨과 상기 저온 단부 사이에 위치된 제2 중간 레벨에 배치된 제3 유입구를 통해 상기 교환기(E) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는, 공정.
15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 채널(1, 2), 상기 제3, 제4, 제5 및/또는 제9 채널(3, 4, 5, 9), 및 상기 제6, 제7 및/또는 제10 채널(6, 7, 10)은, 동일한 교환기(E)의 일부를 형성하며,
    상기 제2 저온 흐름(F2)은, 상기 교환기(E)의 저온 단부에 위치되어 상기 교환기(E)의 최저 온도를 갖는 제1 유입구로부터 유입되고,
    상기 제1 고온 흐름(C1)은, 상기 교환기(E)의 고온 단부에 위치되어 상기 교환기(E)의 최고 온도를 갖는 제5 유입구로부터 유입되며,
    단계 b)에서 팽창된 상기 제1 작용 유체(W1)는, 상기 저온 단부와 상기 고온 단부 사이에 위치된 제3 중간 레벨에 배치된 제2 유입구로부터 유입되고, 상기 교환기(E)의 상기 제3 중간 레벨과 상기 저온 단부 사이에 위치된 상기 교환기(E)의 제1 중간 레벨에 배치된 제2 배출구를 통해 상기 교환기(E)에서 배출되며,
    단계 f)에서 팽창된 상기 제2 작용 유체(W2)는, 상기 교환기(E)의 상기 제1 중간 레벨과 상기 저온 단부 사이에 위치된 제2 중간 레벨에 배치된 제3 유입구를 통해 상기 교환기(E) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는, 공정.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 저온 흐름(F2)은, -180℃ 미만, 바람직하게는 -180℃ 내지 -253℃의 온도로 상기 제7 채널(7) 내로 유입되는 극저온 액체의 흐름인 것을 특징으로 하는, 공정.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 랭킨 사이클의 상류에서 작동되는 제3 랭킨 사이클을 수행하며,
    상기 제3 랭킨 사이클은,
    i) 상기 적어도 하나의 제7 채널 내로의 이의 유입 전에, 적어도 하나의 제12 채널 내로 상기 제2 저온 흐름(F2)을 유입시키는 단계;
    j) 상기 제6 채널(6)과 열교환 관계인 적어도 하나의 제13 채널 내로 제3 고압(Hp3)으로 제3 작용 유체(W3)를 유입시키고, 상기 제6 채널(6)에서 유동하는 상기 제2 작용 유체(W2)에 대하여 상기 제3 작용 유체(W3)의 적어도 일부분을 기화시키는 단계;
    k) 전기 에너지를 생성하도록 제3 발전기와 협력하는 제3 팽창 부재에서, 단계 j)로부터 획득된 상기 제3 작용 유체(W3)를 제3 저압(Lp3)으로 팽창시키는 단계;
    l) 상기 제12 채널과 열교환 관계인 적어도 하나의 제14 채널 내로 상기 제3 작용 유체(W3)를 유입시키고, 상기 제2 저온 흐름(F2)에 대하여 상기 제3 작용 유체(W3)의 적어도 일부분을 응축시키는 단계;
    m) 상기 압력이 제3 고압(Hp3)으로 상승된 후에, 단계 l)로부터 획득된 상기 제3 작용 유체(W3)를 상기 제13 채널 내로 재유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공정.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및/또는 제3 발전기는 하나의 동일한 발전기로 병합되며,
    상기 제1 팽창 부재, 상기 제2 팽창 부재, 및/또는 상기 제3 팽창 부재는 이러한 동일한 발전기에 연결됨으로써, 상기 발전기가 상기 제1 랭킨 사이클, 상기 제2 랭킨 사이클, 및/또는 상기 제3 랭킨 사이클로부터 동시에 전기 에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는, 공정.
19. 전기 에너지 생성 설비로서,
    열교환 관계로 되도록 유체를 유동시키도록 구성된 다수의 채널을 포함하는 적어도 하나의 열교환 장치를 포함하는, 제1 랭킨 사이클 및 제2 랭킨 사이클을 수행하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 제1 랭킨 사이클을 수행하기 위한 상기 수단은,
    - 제1 작용 유체(W1)를 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제1 채널(1);
    - 제1 고온 흐름(C1)을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제2 채널(2)로서, 상기 제2 채널(2)은, 작동 시에, 상기 제1 채널(1) 내로 유입된 상기 제1 작용 유체(W1)가 상기 제1 고온 흐름(C1)에 대하여 적어도 부분적으로 기화되도록, 상기 제1 채널(1)과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제2 채널(2);
    - 상기 제1 채널(1)의 하류에 배치되고, 상기 제1 채널(1)에서 배출되는 상기 제1 작용 유체(W1)의 압력을 제1 고압(Hp1)으로부터 제1 저압(Lp1)으로 감소시키도록 구성되는, 제1 팽창 부재;
    - 상기 제1 팽창 부재에 연결된 제1 발전기;
    - 상기 제1 팽창 부재의 하류에 배치되고, 상기 제1 팽창 부재에 의해 팽창된 상기 제1 작용 유체(W1)를 유동시키도록 구성되는, 적어도 하나의 제3 채널(3);
    - 제1 저온 흐름(F1)을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제4 채널(4)로서, 상기 제4 채널(4)은, 작동 시에, 상기 제3 채널(3) 내로 유입된 상기 제1 작용 유체(W1)가 상기 제1 저온 흐름(F1)에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 제3 채널(3)과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제4 채널(4);
    - 상기 제3 채널(3)의 하류에 배치되고, 상기 제3 채널(3)에서 배출되는 상기 제1 작용 유체(W1)의 압력을 상기 제1 저압(Lp1)으로부터 상기 제1 고압(Hp1)으로 증가시키도록 구성되는, 제1 압력-상승 부재를 포함하고,
    상기 제2 랭킨 사이클을 수행하기 위한 상기 수단은,
    - 제2 작용 유체(W2)를 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제5 채널(5);
    - 상기 제5 채널(5)의 하류에 배치되고, 상기 제5 채널(5)에서 배출되는 상기 제2 작용 유체(W2)의 압력을 제2 고압(Hp2)으로부터 제2 저압(Lp2)으로 감소시키도록 구성되는, 제2 팽창 부재;
    - 상기 제2 팽창 부재에 연결된 제2 발전기;
    - 상기 제1 팽창 부재의 하류에 배치되고, 상기 제2 팽창 부재에 의해 팽창된 상기 제1 작용 유체(W2)를 유동시키도록 구성되는, 적어도 하나의 제6 채널(6);
    - 제2 저온 흐름(F2)을 유동시키도록 구성된 적어도 하나의 제7 채널(7)로서, 상기 제7 채널(7)은, 작동 시에, 상기 제6 채널(6)에서 유동하는 상기 제2 작용 유체(W2)가 상기 제2 저온 흐름(F2)에 대하여 적어도 부분적으로 응축되도록, 상기 제6 채널(6)과 열교환 관계에 있는, 적어도 하나의 제7 채널(7);
    - 상기 제6 채널(6)의 하류에 배치되고, 상기 제6 채널(6)에서 배출되는 상기 제2 작용 유체(W2)의 압력을 상기 제2 저압(Lp2)으로부터 상기 제2 고압(Hp2)으로 증가시키도록 구성되는, 제2 압력-상승 부재를 포함하며,
    상기 제5 채널(5)은, 상기 제2 작용 유체(W2)가 상기 제3 채널(3) 내로 유입된 상기 제1 작용 유체(W1)에 대하여 적어도 부분적으로 기화되도록, 상기 제3 채널(3)과 열교환 관계로 배치되고,
    상기 제7 채널(7)은 상기 제4 채널(4)의 상류에 배치되며, 상기 제4 채널(4)과 유체 연통하게 배치됨으로써, 상기 제4 채널(4) 내로 유입되는 상기 제1 저온 흐름(F1)은, 상기 제7 채널(7)에서 배출되는 상기 제2 저온 흐름(F2)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는,
    전기 에너지 생성 설비.

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