KR20220127803A - 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 구성된 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기를 개시한다. 여기에는 쉘, 쉘 내에 제1 격판과 제2 격판으로 분리 형성되어 순차적으로 병렬 배치된 LNG 기화 열교환 채널, 중간 순환 매체 열교환 채널 및 열원 매체 열교환 채널이 포함된다. 다수개의 히트파이프 어셈블리는 제1 격판을 관통하고, LNG 기화 열교환 채널에는 LNG 입구와 NG 출구가 설치된다. 중간 순환 매체 열교환 채널에는 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 열원 매체 열교환 채널은 중간 순환 매체 증발 영역 및 NG 온도 조절 영역으로 구분된다. 중간 순환 매체 증발 영역에는 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구 및 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구가 설치된다. NG 온도 조절 영역에는 온도 조절기 NG 입구 및 출구가 설치된다. 온도 조절기 NG 입구와 NG 출구는 서로 연결된다. 본 발명은 상기 기화기로 구성되는 1단, 다단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템을 더 개시하여, 상이한 기화량 수요에 대응하고 LNG 냉열의 단계적 이용에 적용한다.
Description
본 발명은 기화기 및 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 구성된 발전 시스템에 관한 것이다.
천연가스는 통상적으로 LNG 형태로 저장 및 운송된다. 사용자 단말에 운송하기 전에 약 -163℃ 온도의 LNG를 10℃ 내지 25℃의 천연가스(NG)로 승온시킨다. 기화 과정은 일반적으로 LNG 기화기에서 수행된다. LNG는 830 내지 860MJ/t의 냉에너지를 함유하기 때문에, 고품질 냉열을 이용하여 순환 발전 시스템을 구축하는 것은 LNG 냉에너지를 대규모로 활용하는 주요 방법이다.
현재 전세계 LNG 인수 터미널에서 일반적으로 사용하는 기화기는 ORV(Open Rack Vaporizer), SCV(Summerged Combustion Vaporizer), IFV(Intermediate Heat Transfer Medium Vaporizer) 등의 3가지 종류가 있다. 그 중 IFV는 구조가 콤팩트하고 상이한 수질 및 운행 조건의 해수에 대한 적응성이 강하며 경제성이 우수하고 가열 유체의 어는점 문제를 피할 수 있다는 장점 등으로 인해 LNG 기화의 첫 번째 선택지가 되었다.
그러나 종래의 통합형 중간 순환 매체 기화기(IFV)의 대부분은 해수를 사용하여 LNG를 기화시키는 방식으로, 기화 효율이 높고 구조가 콤팩트하며 운행이 안정적이지만, 대량의 LNG 기화 냉열을 직접 활용할 수 없으며 해수에 의해 바다로 유입된다. LNG 기화 냉열을 이용하기 위해서는 통합형 중간 순환 매체 기화기(IFV)를 종래의 예열기, 증발기, 응축기 및 온도 조절기 등으로 분리하여 분리형 LNG 냉열 발전 시스템을 구성할 수만 있다. 이는 시스템의 전력 소비를 증가시킬 뿐만 아니라 필요한 점용 면적 및 공간이 큰 문제를 야기한다. 육지 인수 터미널은 이러한 문제가 두드러지지는 않지만, 선박 및 해상 FSRU 플랫폼 등과 같이 점용 면적 및 공간에 대한 제약이 엄격한 LNG 기화 장소의 경우, 분리형 중간 순환 매체 기화기로 형성되는 종래의 LNG 냉열 발전 시스템은 사용하기 어렵거나 심지어 사용할 수 없다.
공개 번호가 CN110080846A인 중국 특허는 히트파이프 기술을 채택하여 LNG 냉열 기능이 있는 통합형 중간 순환 매체 기화기 및 발전 시스템을 제안하였다. 이는 LNG 기화 냉열 발전을 이용하였으며 시스템이 콤팩트하여 점용 공간이 작고, 설비 투자를 크게 절감하였으며 시스템 고효율 에너지 절약 및 배출 저감 목표를 구현하였다. 그러나 상기 기술적 해결책은 기화량이 비교적 적은 경우에만 적합하며, 중간 순환 매체에서 인출된 냉열은 1단 랭킨 사이클 발전 시스템만 구축한다. 여기에는 다음과 같은 두 가지 문제가 존재한다. 1. 중간 순환 매체의 응축 및 증발은 모두 기화기 쉘 내의 중간 제2 채널 내에 거치되어, 중간 순환 매체의 응축 영역과 증발 영역의 분할성을 제한한다. 즉, 응축기와 증발기의 배치 수량이 제한된다. 2. 기화기 쉘 내의 좌측은 히트파이프를 통해 3개의 채널을 관통하여 열교환을 수행한다. 이는 LNG 및 중간 순환 매체와의 교환 열량의 열원 수를 조정할 수 없으며 한 가지(예를 들어 해수)에 불과할 뿐만 아니라, 중간 순환 매체 증발 영역도 분할할 수 없다. 적용 대상 LNG 기화 냉열 수량에 큰 차이가 있기 때문에(상이한 선박의 톤수 차이가 크면 구성된 메인 및 서브 동력 LNG 기화 냉열 변화가 큼), 대용량 기화 냉열을 고효율로 이용하기 위해서는 2단 또는 3단 캐스케이드 랭킨 발전 순환을 구축해야 한다. 이 때 복수의 응축기가 필요하며 저품질 LNG 기화 냉열의 추가적인 이용 시에도 응축기가 필요하다. 또한 이러한 응축기는 모두 온도 구배에 따라 순차적으로 LNG와 열교환하도록 배열되므로, 기화기에서 LNG와 열을 교환하는 응축 영역은 복수의 응축(기) 영역으로 나눌 수 있을 만큼 충분히 길어야 한다. 동시에 다단 캐스케이드 랭킨 사이클은 일반적으로 복수의 상이한 온도의 열원을 가지며, 이때 복수의 상이한 순환 매체에 대응하는 증발기가 필요하다. 상술한 특허의 기술적 해결책은 상기 요건을 충족시킬 수 없다.
전술한 종래 기술의 결함을 고려하여, 본 발명의 과제는 상이한 기화량 수요에 적응하여 LNG 냉열 고효율 이용 시스템을 구축하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기를 제공하는 데에 있다. 본 발명의 또 다른 과제는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 제공에 따라 상이한 기화량 수요에 적응하는 LNG 냉열 이용 발전 시스템을 구축하는 데에 있다.
본 발명의 기술적 해결책은 다음과 같다. 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기에 있어서, 쉘, 상기 쉘 내에 제1 격판과 제2 격판으로 분리 형성되어 순차적으로 병렬 배치된 LNG 기화 열교환 채널, 중간 순환 매체 열교환 채널 및 열원 매체 열교환 채널을 포함한다. 상기 제1 격판에는 복수의 통공이 설치되고, 다수개의 히트파이프 어셈블리는 상기 통공을 관통하여 상기 LNG 기화 열교환 채널에서 상기 중간 순환 매체 열교환 채널까지 연장된다. 상기 쉘에서 상기 LNG 기화 열교환 채널에 LNG 입구와 NG 출구가 설치된다. 상기 쉘에서 상기 중간 순환 매체 열교환 채널에는 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 상기 해수 열교환 채널은 중간 격판에 의해 중간 순환 매체 증발 영역과 NG 온도 조절 영역으로 분리된다. 상기 중간 순환 매체 증발 영역은 중간 순환 매체에서 열원 매체와 열교환한다. 상기 NG 온도 조절 영역 내에서는 NG에서 열원 매체와 열교환한다. 상기 쉘에서 상기 중간 순환 매체 증발 영역에는 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구 및 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구가 설치된다. 상기 쉘에서 NG 온도 조절 영역에는 온도 조절기 NG 입구 및 온도 조절기 NG 출구가 설치된다. 상기 온도 조절기 NG 입구와 상기 NG 출구는 서로 연결된다.
더 나아가, 상기 제1 격판과 상기 제2 격판은 수평 방향으로 평행하게 설치된다.
더 나아가, 상기 제1 격판의 통공은 행과 열이 교차 배열된다.
더 나아가, 상기 히트파이프 어셈블리는 다수개의 히트파이프 세트로 나뉜다. 상기 히트파이프 세트는 상기 LNG 입구로부터 상기 NG 출구를 향해 배열되며, 상기 LNG 입구에 가까운 상기 히트파이프 세트의 히트파이프 내부 작동 매체의 끓는점은 상기 NG 출구에 가까운 상기 히트파이프 세트의 히트파이프 내부 작동 매체의 끓는점을 향해 순차적으로 증가한다.
더 나아가, 상기 히트파이프 세트에는 3개가 설치되며, 여기에는 제1 히트파이프 세트, 제2 히트파이프 세트 및 제3 히트파이프 세트가 포함된다. 상기 제1 히트파이프 세트는 상기 LNG 입구에 가깝고, 상기 제1 히트파이프 세트의 히트파이프 작동 매체는 메탄이다. 상기 제3 히트파이프 세트는 상기 NG 출구에 가깝고, 상기 제3 히트파이프 세트의 히트파이프 작동 매체는 프로판이다. 상기 제2 히트파이프 세트는 상기 제1 히트파이프 세트와 상기 제3 히트파이프 세트 사이에 위치한다. 상기 제2 히트파이프 세트의 히트파이프 작동 매체는 에탄이다.
더 나아가, 상기 중간 순환 매체 증발 영역에는 제1 열원 매체 관다발이 설치된다. 상기 NG 온도 조절 영역에는 제2 열원 매체 관다발이 설치된다. 상기 제1 열원 매체 관다발 및 상기 제2 열원 매체 관다발은 수평으로 설치된다.
더 나아가, 상기 중간 순환 매체 열교환 채널은 다수개의 중간 순환 매체 응축 영역으로 순차적으로 분할된다. 상기 분할 설치된 다수개의 중간 순환 매체 응축 영역은 상기 LNG 입구 일측으로부터 상기 NG 출구 일측을 향해 순차적으로 배열된다. 상기 LNG 입구 일측에 가까운 상기 중간 순환 매체 응축 영역의 중간 순환 매체의 온도는 상기 NG 출구 일측에 가까운 상기 중간 순환 매체 응축 영역의 중간 순환 매체의 온도를 향해 순차적으로 상승한다. 각 상기 중간 순환 매체 응축 영역은 LNG 역류 열교환 방식에 따라 각각 상기 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 상기 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다.
더 나아가, 상기 중간 순환 매체 증발 영역은 다수개의 중간 순환 매체 증발 하위 영역으로 분할된다. 상기 분할 설치된 다수개의 중간 순환 매체 증발 하위 영역에는 각각 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구 및 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 동시에 열원 매체는 순환 매체 역류 열교환 방식에 따라 각각 입출구가 설치된다.
발전 시스템에 있어서, 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기, 하나의 작동 매체 펌프로 구성된 승압 모듈 및 하나의 터빈으로 구성된 전력 모듈을 포함한다. 상기 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 승압 모듈의 입구를 연결하고, 상기 승압 모듈의 출구는 상기 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 전력 모듈의 입구를 연결하고, 상기 전력 모듈의 출구는 상기 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하며, 1단 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성한다.
발전 시스템에 있어서, 전술한 방식에 따라 중간 순환 매체 응축 열교환 채널을 다수개의 중간 순환 매체 응축 영역으로 순차적으로 분할한 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기, 2개 이상의 작동 매체 펌프 조합으로 구성된 다채널 액체 상태 매체 입구를 포함한 승압 모듈 및 2개 이상의 터빈 조합으로 구성된 다채널 기체 상태 매체 출구를 포함한 전력 모듈을 포함한다. 각 상기 중간 순환 매체 응축 영역의 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 각각 상기 승압 모듈의 다채널 액체 상태 매체 입구에 연결되고, 상기 승압 모듈의 출구는 상기 중간 순환 매체 증발 영역의 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 전력 모듈의 입구를 연결하고, 상기 전력 모듈은 다채널 출구를 형성하며 각 상기 중간 순환 매체 응축 영역의 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구에 각각 연결되며, 단일 순환 작동 매체로 구성된 다단 병렬식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성한다.
발전 시스템에 있어서, 중간 순환 매체 응축 열교환 채널 및 중간 순환 매체 증발 영역을 모두 2개 영역(제1 중간 순환 매체 응축 영역과 제2 중간 순환 매체 응축 영역, 제1 중간 순환 매체 증발 영역 및 제2 중간 순환 매체 증발 영역)으로 분할하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기, 제1 작동 매체 펌프, 제2 작동 매체 펌프, 제1 터빈 및 제2 터빈을 포함한다. 상기 중간 순환 매체 응축 열교환 채널은 제1 중간 순환 매체 응축 영역과 제2 중간 순환 매체 응축 영역으로 분할된다. 상기 중간 순환 매체 증발 영역은 제1 중간 순환 매체 증발 영역과 제2 중간 순환 매체 응축 영역으로 분할된다. 상기 제1 중간 순환 매체 응축 영역은 상기 NG 출구 일측에 가깝고, 상기 제2 중간 순환 매체 응축 영역은 상기 LNG 입구 일측에 가깝다. 쉘에서 상기 제1 중간 순환 매체 응축 영역에는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 쉘에서 상기 제2 중간 순환 매체 응축 영역에는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 상기 제1 중간 순환 매체 증발 영역에는 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구와 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 동시에 역류 열교환 방식에 따라 각각 좌우 양단에 제1 열원 매체 입구와 제1 열원 매체 출구가 설치된다. 상기 제2 중간 순환 매체 증발 영역에는 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구와 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 동시에 역류 열교환 방식에 따라 좌우 양단에 각각 제2 열원 매체 입구와 제2 열원 매체 출구가 설치된다. 상기 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제1 작동 매체 펌프의 입구를 연결한다. 상기 제1 작동 매체 펌프의 출구는 상기 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제1 터빈의 입구를 연결한다. 상기 제1 터빈의 배기 출구는 상기 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제2 작동 매체 펌프의 입구를 연결한다. 상기 제2 작동 매체 펌프의 출구는 상기 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제2 터빈의 입구를 연결한다. 상기 제2 터빈의 배기 출구는 상기 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 2가지 열원 매체 및 2가지 순환 작동 매체로 구성된 2단 직렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성한다.
발전 시스템에 있어서, 중간 순환 매체 응축 열교환 채널 및 중간 순환 매체 증발 영역을 3개의 영역(기타 저품질 냉열 이용 순환 매체 응축 영역, 제1 중간 순환 매체 응축 영역 및 제2 중간 순환 매체 응축 영역, 제1 중간 순환 매체 증발 영역, 제3 중간 순환 매체 증발 영역, 제2 중간 순환 매체와 제3 중간 순환 매체 열교환이 제2 중간 순환 매체를 기화하는 중간 증발기)으로 나눈 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기, 제1 작동 매체 펌프, 제2 작동 매체 펌프, 제3 작동 매체 펌프, 제1 터빈, 제2 터빈 및 제3 터빈을 포함한다. 상기 중간 순환 매체 응축 열교환 채널은 순차적으로 배열 설치된 저품질 냉열 이용의 순환 매체 응축 영역, 제1 중간 순환 매체 응축 영역 및 제2 중간 순환 매체 응축 영역으로 분할된다. 상기 저품질 냉열 이용 순환 매체 응축 영역은 상기 NG 출구 일측에 가깝고, 상기 제2 중간 순환 매체 응축 영역은 상기 LNG 입구 일측에 가깝다. 상기 중간 순환 매체 증발 영역은 제1 중간 순환 매체 증발 영역, 제3 중간 순환 매체 증발 영역 및 중간 증발 영역으로 분할된다. 상기 중간 증발 영역은 제2 중간 순환 매체 및 제3 중간 순환 매체 열교환에 사용되어 상기 제2 중간 순환 매체를 기화시킨다. 쉘에서 상기 제1 중간 순환 매체 응축 영역에는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 쉘에서 상기 제2 중간 순환 매체 응축 영역에는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 상기 제1 중간 순환 매체 증발 영역에는 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구 및 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 상기 제3 중간 순환 매체 증발 영역에는 제3 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구와 제3 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 상기 중간 증발 영역에는 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구와 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구, 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제3 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치된다. 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제1 작동 매체 펌프의 입구를 연결한다. 상기 제1 작동 매체 펌프의 출구는 상기 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제1 터빈을 연결하고, 상기 제1 터빈의 배기 출구는 상기 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제2 작동 매체 펌프의 입구를 연결하고, 상기 제2 작동 매체 펌프의 출구는 상기 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제2 터빈을 연결한다. 상기 제2 터빈의 배기 출구는 상기 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 제3 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제3 작동 매체 펌프의 입구를 연결한다. 상기 제3 작동 매체 펌프의 배기 출구는 상기 제3 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 상기 제3 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제3 터빈을 연결한다. 상기 제3 터빈의 배기 출구는 상기 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결한다. 2가지 열원 매체 및 3가지 순환 작동 매체로 구성된 2단 2직렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성한다.
종래 기술과 비교할 때 본 발명의 장점은 다음과 같다. 본 발명에서 터빈을 통해 발전한 후 중간 순환 매체는 LNG 기화 시 방출되는 대량의 냉열을 냉원으로 이용하여 응축 및 액화한 후, 작동 매체 펌프에 의해 가압된 후 기화기로 유입되어 열원 매체와 열교환하여 흡열 기화를 수행하여, 연속 순환 발전을 구현하였다. 이는 기존 통합형 중간 순환 매체 LNG 기화기에서 LNG 기화 냉열을 사용할 수 없어 에너지 낭비를 초래하고 대량의 저온 열원 매체(예를 들어 해수)가 직접 바다로 배출되어 해양 생태계에 영향을 미치는 폐단을 극복하였다. 또한 종래의 LNG 기화 냉열 랭킨 사이클 발전 시스템과 비교할 때, 이러한 신규한 통합형 기화기는 기존의 LNG 냉열 이용 저온 랭킨 사이클 중 모든 예열기, 증발기, 응축기 및 온도 조절기 등으로 구성된 LNG 냉열 발전 시스템을 대체하여, 설비 투자를 크게 절감하고 점용 공간을 감소시켰다. 또한 공개 번호 CN110080846A의 중국 특허와 비교하여, 본 발명은 LNG 기화량 크기에 따라, 상이한 기화량의 수요 하에서 구축된 다단 직렬/병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클에서 응축기 및 증발기의 수에 적응할 수 있다. 기화기 중간 순환 매체 응축 영역과 좌측 하방 중간 순환 매체 증발 영역 채널에서 상응하는 수의 응축 영역과 증발 영역의 수를 분리하여 상이한 수요의 응축/증발 순환 매체가 유입 및 유출되도록 할 수 있다. 따라서 LNG 기화량 크기에 따라 다단 직렬/병렬 랭킨 사이클 발전 시스템으로 구성된 발전 시스템을 유연하고 편리하게 구성하여 냉열의 고효율 단계적 이용을 구현한다.
본 발명에 있어서, 3세트의 히트파이프를 작동 온도에 따라 3가지의 상이한 히트파이프 작동 매체를 채택하여, 3세트의 히트파이프가 열교환 과정에서 정상 작동하고 각 열교환 채널이 얼음으로 막히지 않는다. NG 온도 조절 영역을 통해 기화기 LNG 채널 NG 출구로부터 배출되는 NG를 열원 매체 열교환 채널 내의 열원 매체와 다시 열교환시켜, NG가 소정 온도까지 더 흡열 승온할 수 있도록 하므로 후속 사용이 편리하다.
도 1은 본 발명에 따른 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 구성된 1단 랭킨 사이클 발전 시스템의 구조도이다.
도 2는 제1 격판 구조도이다.
도 3은 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 단일 순환 작동 매체로 구성된 2단 병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 구조도이다.
도 4는 2단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제1 조합 방식 구조도이다.
도 5는 2단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제2 조합 방식 구조도이다.
도 6은 2단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제1 조합 방식 구조도이다.
도 7은 2단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제2 조합 방식 구조도이다.
도 8은 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 단일 순환 작동 매체로 구성된 3단 병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 구조도이다.
도 9는 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제1 조합 방식 구조도이다.
도 10은 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제2 조합 방식 구조도이다.
도 11은 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제3 조합 방식 구조도이다.
도 12는 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제1 조합 방식 구조도이다.
도 13은 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제2 조합 방식 구조도이다.
도 14는 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제3 조합 방식 구조도이다.
도 15는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 2가지 순환 작동 매체로 구성된 2단 직렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 구조도이다.
도 16은 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 2가지 열원 매체, 3가지 순환 작동 매체로 구성된 캐스케이드식 순환 발전 시스템의 구조도이다.
도 2는 제1 격판 구조도이다.
도 3은 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 단일 순환 작동 매체로 구성된 2단 병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 구조도이다.
도 4는 2단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제1 조합 방식 구조도이다.
도 5는 2단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제2 조합 방식 구조도이다.
도 6은 2단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제1 조합 방식 구조도이다.
도 7은 2단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제2 조합 방식 구조도이다.
도 8은 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 단일 순환 작동 매체로 구성된 3단 병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 구조도이다.
도 9는 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제1 조합 방식 구조도이다.
도 10은 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제2 조합 방식 구조도이다.
도 11은 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈 제3 조합 방식 구조도이다.
도 12는 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제1 조합 방식 구조도이다.
도 13은 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제2 조합 방식 구조도이다.
도 14는 3단 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈 제3 조합 방식 구조도이다.
도 15는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 2가지 순환 작동 매체로 구성된 2단 직렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 구조도이다.
도 16은 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기 및 2가지 열원 매체, 3가지 순환 작동 매체로 구성된 캐스케이드식 순환 발전 시스템의 구조도이다.
이하에서는 실시예를 참조하여 본 발명은 더욱 상세하게 설명하나 이는 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기(1)는 쉘(2)을 포함한다. 상기 쉘(2)은 양측 작동 매체 입출구 단면이 반원통형의 직사각형 조합체로 설계된다. 쉘(2) 내부 캐비티는 열교환 캐비티이며, 쉘(2) 내에는 열교환 캐비티를 순차적으로 병렬 분포된 LNG 기화 열교환 채널(3), 중간 순환 매체 열교환 채널(4) 및 열원 매체 열교환 채널(5)로 분할하는 제1 격판(6) 및 제2 격판(7)이 설치된다. 제1 격판(6)과 제2 격판(7)은 수평으로 설치되며 쉘(2)과의 사이는 모두 용접으로 고정된다. 따라서 LNG 기화 열교환 채널(3), 중간 순환 매체 열교환 채널(4) 및 열원 매체 열교환 채널(5)은 상하 방향으로 적층된다. 열원 매체 열교환 채널(5) 내에는 열원 매체 열교환 채널(5)을 좌우 두 구간으로 분할하는 중간 격판(8)이 더 설치된다. 중간 격판(8)은 용접 방식에 의해 제2 격판(7)의 하표면 및 쉘(2)의 내벽과 고정 연결된다. 열원 매체 열교환 채널(5)의 좌측 부분은 중간 순환 매체 증발 영역(9)이며, 우측 부분은 NG 온도 조절 영역(10)이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 제1 격판(6)에는 다수개의 통공(23)이 개설된다. 이러한 통공(23)은 교차 배열 방식으로 배치되며, 통공(23) 내에는 우측(LNG 입구(11) 일측)으로부터 좌측(NG 출구(12) 일측)을 향해 순차적으로 제1 히트파이프 세트(24), 제2 히트파이프 세트(25), 제3 히트파이프 세트(26)로 삽입된다. 제1 히트파이프 세트(24), 제2 히트파이프 세트(25) 및 제3 히트파이프 세트(26)는 모두 제1 격판(6)을 관통하여 LNG 기화 열교환 채널(3)에서 중간 순환 매체 열교환 채널(4)까지 연장된다. LNG 기화 승온 후 온도 변화에 따라 3개의 상이한 작동 매체의 히트파이프 세트 영역을 설치한다. LNG 입구(11)에 가까이 위치한 제1 히트파이프 세트(24) 중의 작동 매체는 메탄을 채택한다. 중간부의 제2 히트파이프 세트(25) 중의 작동 매체는 에탄을 채택한다. NG 출구(12)에 가까운 제3 히트파이프 세트(26)의 작동 매체는 프로판을 채택한다. 각 히트파이프에 상이한 작동 매체를 채택하여, 각 히트파이프가 열교환 과정에서 정상 작동하며 각 채널이 얼음으로 막히지 않도록 보장한다.
통합형 중간 순환 매체 기화기(1)의 쉘(2)에서 LNG 열교환 채널(3)의 양단에는 LNG 입구(11)와 NG 출구(12)가 설치된다. 쉘(2)에서 중간 순환 매체 열교환 채널(4)의 양단에는 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13)와 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14)가 설치된다. 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13)는 NG 출구(12)에 가깝고, 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14)는 LNG 입구(11)에 가깝다. 본 실시예에 있어서, 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13)와 NG 출구(12)는 모두 쉘(2)의 좌측단에 위치하며, 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14)와 LNG 입구(11)는 모두 쉘(2)의 우측단에 위치한다.
쉘(2)에서 중간 순환 매체 증발 영역(9)에는 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19) 및 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20)가 설치된다. 중간 순환 매체 증발 영역(9) 내에는 수평인 제1 열원 매체 관다발이 설치된다. 제1 열원 매체 관다발은 쉘로부터 인출되어 제1 열원 매체 입구(15)와 제1 열원 매체 출구(16)를 형성한다. 쉘(2)에서 NG 온도 조절 영역(10)에는 온도 조절기 NG 입구(21) 및 온도 조절기 NG 출구(22)가 설치된다. NG 온도 조절 영역(10) 내에는 수평인 제2 열원 매체 관다발이 설치되고, 제2 열원 매체 관다발은 쉘로부터 인출되어 제2 열원 매체 입구(17) 및 제2 열원 매체 출구(18)를 형성한다.
전술한 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기로 구성된 발전 시스템은, 통합형 중간 순환 매체 기화기(1), 작동 매체 펌프(27) 및 터빈(28)을 포함한다. 여기에서 작동 매체 펌프(27)는 중간 순환 매체의 승압 모듈(S2)을 구성하고, 터빈(28)은 중간 순환 매체의 전력 모듈(S1)을 구성한다. 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13)와 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20) 사이는 터빈(28)에 의해 중간 순환 매체의 전력과 유통이 구현된다. 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14)와 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19) 사이는 작동 매체 펌프(27)에 의해 중간 순환 매체의 승압과 유통이 구현된다. 이는 하나의 1단 유기 랭킨 발전 순환 시스템을 구성한다. 중간 순환 매체 증발 영역(9)의 경우, 열원 매체는 관다발 프로세스를 통과하며, 중간 순환 매체는 쉘 프로세스를 통과한다. 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19)는 작동 매체 펌프(27)에 연결되고, 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20)는 터빈(28)에 연결된다. NG 온도 조절 영역(10)의 경우, 열원 매체는 관다발 공정을, NG는 쉘 공정을 통과한다. 온도 조절기 NG 입구(21)는 LNG 열교환 채널(3)의 NG 출구(12)와 온도 조절 유액관로를 통해 연결된다. LNG 열교환 채널(3)의 NG 출구(12)로부터 배출된 NG는 열원 매체 열교환 채널(5) 내의 열원 매체와 다시 열교환을 수행하여, NG가 소정 온도까지 더 흡열 승온되도록 만들어 후속 사용이 용이하다.
본 실시예에서 프로판을 중간 순환 매체로 채택하여 1단 유기 랭킨 사이클을 구성하는 예시를 사용하여 본 발명의 작동 원리를 더욱 상세하게 설명한다.
LNG 열교환 프로세스: 초기 상태의 LNG(상태 매개변수: 1.5MPa, 약 -162℃)는 쉘(2) 우측의 LNG 입구(11)로부터 유입되고, 기화기 전방부 열교환 영역에서 LNG는 제1 히트파이프 세트(24)를 흐르며 프로판에서 방출되는 열을 충분히 흡수한다. 기화기 중간부 열교환 영역에서 기액 2상으로 바뀐다. 기화기 후방부 열교환 영역으로 흘러 과열 NG 상태로 변하며, 이때의 LNG는 -50 내지 -45℃의 기체 상태 NG가 된다. 기체 상태 NG는 NG 온도 조절 입구관로를 거쳐 NG 온도 조절 영역(10)로 유입되며, 5 내지 15℃까지 더 흡열하고, 최종 승온된 NG는 NG 온도 조절 출구관로에서 유출되어 사용자에게 공급된다.
프로판 열교환 프로세스: 터빈(28)에서 유출된 저온 저압 기체 상태 프로판(상태 매개변수: 0.11MPa, 약 -40℃)은 쉘(2) 좌측 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13)로부터 중간 순환 매체 열교환 채널(4)로 유입된다. 제3 히트파이프 세트(26), 제2 히트파이프 세트(25), 제1 히트파이프 세트(24)를 통해 LNG에서 방출하는 기화 냉열을 흡수하여 액체 상태로 바꾼다. 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14) 지점의 액체 상태 프로판(상태 매개변수: 0.1MPa, 약 -42℃)은 작동 매체 펌프(27)에 유입되고, 그 후 프로판은 작동 매체 펌프(27)를 경유해 가압된 후 저온 고압의 액체 상태(상태 매개변수: 0.73MPa, 약 -42℃)가 되어 중간 순환 매체 증발 영역(9)의 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19)로부터 중간 순환 매체 증발 영역(9)의 쉘 프로세스 내로 유입된다. 관로 내의 열원 매체와 열교환을 수행하며, 저온 고압의 액체 상태 프로판은 열원 매체의 열을 흡수하여 고온 고압의 기체 상태 프로판(상태 매개변수: 0.73MPa, 15℃)이 된다. 그 후 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20)로부터 유출되어, 터빈(28)을 거쳐 발전기가 작동하도록 구동하여 전기에너지를 생산한다. 이때, 터빈(28)이 출력할 수 있는 기계적 출력은 13330kJ/h이며, 전체 열교환 과정에서 중간 순환 매체 열교환 채널(4)로 유입되는 프로판의 유량을 LNG 기화량에 맞도록 조절할 수 있다. 따라서 실시간 작업 조건을 조절할 수 있다.
중간 순환 매체 증발 영역(9)에서 열원 매체의 열교환 프로세스: 열원 매체(예를 들어 해수 상태 매개변수: 0.1MPa, 약 20℃)는 열원 매체 입구(15)로부터 중간 순환 매체 증발 영역(9)의 열원 매체관로로 유입된다. 쉘 프로세스 중의 고압 저온 액체 상태 프로판과 열교환을 수행하여 이를 기화시킨다. 전체 과정에서 방열 매체인 열원 매체 해수는 20℃에서 14 내지 15℃로 강하된다.
NG 열교환 영역(10)에서 열원 매체의 열교환 프로세스: 열원 매체는 마찬가지로 해수(상태 매개변수: 0.1MPa, 약 20℃)를 취하여 열원 매체 입구(17)로부터 NG 열교환 영역(10)의 열원 매체관로로 유입된다. 쉘 프로세스 중의 NG와 열교환을 수행하여 소정 온도까지 승온시킨다. 전체 과정에서 방열 매체인 열원 매체 해수는 20℃에서 14 내지 15℃로 강하된다.
제1 히트파이프 세트(24), 제2 히트파이프 세트(25) 및 제3 히트파이프 세트(26)는 모두 제1 격판(6)만 관통해 LNG 기화 열교환 채널(3)에서 중간 순환 매체 열교환 채널(4)까지 연장되며, 중간 순환 매체 증발 영역(9)은 열원 매체 관다발 열교환 영역으로 단독 설치된다. 따라서 구축된 다단 캐스케이드식 냉열 이용 시스템 중 응축기 수에 따라, 중간 순환 매체 응축 열교환 채널(4)은 LNG와의 열교환 응축을 필요로 하는 상이한 순환 매체 유출 유입을 위해 상응하는 수로 분할될 수 있다. 마찬가지로 구성된 순환 발전 시스템에서 증발기의 수에 따라, 중간 순환 매체 증발 영역(9)은 열원 매체와 열교환이 필요한 순환 매체 유출 유입을 위해 상응하는 수로 분할할 수 있다. 이러한 구조 배열은 상이한 기화량 수요에 따라 다단 캐스케이드식 냉열 고효율 이용 시스템을 구축하는 데 적합하다.
전술한 LNG 기화량이 비교적 적을 때 1단 유기 랭킨 발전 순환 시스템을 채택하는 구체적인 실시예를 기반으로, 기화량이 증가할 경우, 단일 작동 매체를 이용해 다단(2단 또는 3단) 캐스케이드식 랭킨 사이클을 구축해 냉열 단계적 이용을 구현해야 한다. 구체적으로 중간 순환 매체 응축 열교환 채널(4)은 좌측(NG 출구(12) 일측)으로부터 우측(LNG 입구(11) 일측)을 향해 순차적으로 배열되는 2개 또는 3개 단독 순환 작동 매체 출구의 응축 영역으로 분할한 후, 단일 작동 매체 2단 또는 3단 병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구축한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 단일 작동 매체로 2단 병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성할 경우, 중간 순환 매체 응축 열교환 채널(4)은 좌우 배열된 고온 중간 순환 매체 응축 영역(4a)과 저온 중간 순환 매체 응축 영역(4b)으로 분할된다. 고온 중간 순환 매체 응축 영역(4a)은 NG 출구에 가깝고, 저온 중간 순환 매체 응축 영역(4b)은 LNG 입구에 가깝다. 쉘(2)에서 고온 중간 순환 매체 응축 영역(4a)의 좌측단에는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)가 설치되고, 우측단에는 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a)가 설치된다. 쉘(2)에서 저온 중간 순환 매체 응축 영역(4b)의 좌측단에는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)가 설치되고, 우측단에는 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)가 설치된다. 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a)와 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)는 모두 승압 모듈(S1)까지 연결되어 중간 순환 매체에 대한 승압을 수행한다. 전력 모듈(S2)은 2채널 출력을 형성하며 각각 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)와 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)에 연결된다. 여기에서 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)의 중간 순환 매체 온도는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)의 중간 순환 매체 온도보다 높다. 2단 캐스케이드 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈(S1)의 작동 매체 펌프 조합 구조는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같다. 승압 모듈(S1)은 제1 작동 매체 펌프(27a) 및 제2 작동 매체 펌프(27b)를 포함한다. 제1 작동 매체 펌프(27a)와 제2 작동 매체 펌프(27b)의 입구는 각각 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a)와 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)를 연결한다. 제1 작동 매체 펌프(27a)와 제2 작동 매체 펌프(27b)의 출구 작동 매체는 혼합된 후 중간 순환 매체 증발 영역(9)까지 연결된다. 또는 제2 작동 매체 펌프(27b)의 입구는 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)를 연결하고, 제2 작동 매체 펌프(27b)의 출구 작동 매체는 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a)로부터 배출되는 저압 액체 상태 중간 순환 매체와 혼합된 후 제1 작동 매체 펌프(27a)의 입구에 연결된다. 제1 작동 매체 펌프(27a)의 출구는 다시 중간 순환 매체 증발 영역(9)에 연결된다. 2단 캐스케이드 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈(S2)의 터빈 조합 구조는 도 6 및 7에 도시된 바와 같다. 전력 모듈(S2)은 제1 터빈(28a) 및 제2 터빈(28b)을 포함한다. 중간 순환 매체 증발 영역(9)의 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20)는 각각 제1 터빈(28a) 및 제2 터빈(28b)을 연결한다. 제1 터빈(28a)의 배기 출구는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)에 연결된다. 제2 터빈(28b)의 배기 출구는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)에 연결되거나, 또는 중간 순환 매체 증발 영역(9)의 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20)는 제1 터빈(28a)에 연결된다. 제1 터빈(28a)의 배기 출구 매체는 두 개의 스트림으로 나뉘며, 하나는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)에 연결되고, 다른 하나는 제2 터빈(28b)에 연결되어 출력을 계속한다. 제2 터빈(28b)의 배기 출구는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)에 연결된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 단일 작동 매체로 3단 병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성할 경우, 중간 순환 매체 응축 열교환 채널(4)은 좌측에서 우측으로 배열된 고온 중간 순환 매체 응축 영역(4a)과 중간 온도 중간 순환 매체 응축 영역(4b) 및 저온 중간 순환 매체 응축 영역(4c)으로 분할된다. 고온 중간 순환 매체 응축 영역(4a)은 NG 출구에 가깝고, 저온 중간 순환 매체 응축 영역(4c)은 LNG 입구에 가깝다. 쉘(2)에서 고온 중간 순환 매체 응축 영역(4a)의 좌측단에는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)가 설치되고, 우측단에는 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a)가 설치된다. 쉘(2)에서 중간 온도 중간 순환 매체 응축 영역(4b)의 좌측단에는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)가 설치되고, 우측단에는 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)가 설치된다. 쉘(2)에서 저온 중간 순환 매체 응축 영역(4c)의 좌측단에는 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13c)가 설치되고, 우측단에는 제3 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14c)가 설치된다. 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a), 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b) 및 제3 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14c)는 모두 승압 모듈(S1)에 연결되어 중간 매체를 승압시킨다. 전력 모듈(S2)은 3채널 출력을 형성하여 각각 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a), 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b) 및 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13c)에 연결된다. 여기에서, 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)의 중간 순환 매체 온도는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)의 중간 순환 매체 온도보다 높다. 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)의 중간 순환 매체 온도는 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13c)의 중간 순환 매체 온도보다 높다.
3단 병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 승압 모듈(S1)의 작동 매체 펌프의 조합 구조는 도 9, 10 및 11에 도시된 바와 같다. 승압 모듈(S1)은 제1 작동 매체 펌프(27a), 제2 작동 매체 펌프(27b) 및 제3 작동 매체 펌프(27c)를 포함한다. 제1 작동 매체 펌프(27a), 제2 작동 매체 펌프(27b) 및 제3 작동 매체 펌프(27c)의 입구는 각각 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a), 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b) 및 제3 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14c)를 연결한다. 제1 작동 매체 펌프(27a), 제2 작동 매체 펌프(27b) 및 제3 작동 매체 펌프(27c)의 출구 작동 매체는 혼합된 후 중간 순환 매체 증발 영역(9)에 연결된다. 또는 제2 작동 매체 펌프(27b)의 입구는 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)를 연결한다. 제3 작동 매체 펌프(27c)의 입구는 제3 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14c)를 연결한다. 제2 작동 매체 펌프(27b) 및 제3 작동 매체 펌프(27c)의 출구 작동 매체는 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a)에서 배출된 작동 매체와 혼합된 후 제1 작동 매체 펌프(27a)의 입구에 연결된다. 제1 작동 매체 펌프(27a)의 출구는 다시 중간 순환 매체 증발 영역(9)에 연결된다. 또는 제3 작동 매체 펌프(27c)의 입구는 제3 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14c)를 연결한다. 제3 작동 매체 펌프(27c)의 출구는 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)에서 배출된 작동 매체와 혼합된 후 제2 작동 매체 펌프(27b)의 입구에 연결된다. 제2 작동 매체 펌프(27b)의 출구는 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a)에서 배출된 작동 매체와 혼합된 후 제1 작동 매체 펌프(27a)의 입구에 연결된다. 제1 작동 매체 펌프(27a)의 출구는 다시 중간 순환 매체 증발 영역(9)에 연결된다.
3단 병렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 전력 모듈(S2)의 터빈 조합 구조는 도 12, 13 및 14에 도시된 바와 같다. 전력 모듈(S2)은 제1 터빈(28a) 및 제2 터빈(28b) 및 제3 터빈(28c)을 포함한다. 중간 순환 매체 증발 영역(9)의 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20)는 각각 제1 터빈(28a), 제2 터빈(28b) 및 제3 터빈(28c)을 연결한다. 제1 터빈(28a)의 배기 출구는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)에 연결된다. 제2 터빈(28b)의 배기 출구는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)에 연결된다. 제3 터빈(28c)의 배기 출구는 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13c)에 연결된다. 또는 중간 순환 매체 증발 영역(9)의 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20)는 제1 터빈(28a)에 연결된다. 제1 터빈(28a)의 배기 출구는 각각 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a) 및 제2 터빈(28b) 및 제3 터빈(28c)에 연결된다. 제2 터빈(28b)의 배기 출구는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)에 연결된다. 제3 터빈(28c)의 배기 출구는 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13c)에 연결된다. 또는 중간 순환 매체 증발 영역(9)의 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20)는 제1 터빈(28a)에 연결되고, 제1 터빈(28a)의 배기 출구는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a) 및 제2 터빈(28b)에 연결된다. 제2 터빈(28b)의 배기 출구는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b) 및 제3 터빈(28c)에 연결된다. 제3 터빈(28b)의 배기 출구는 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13c)에 연결된다.
LNG 기화량이 비교적 크고 복수의 상이한 온도를 갖는 열원 매체가 있고, 상이한 중간 순환 작동 매체와 상이한 온도의 열원 매체가 열교환 및 기화하여 보다 합리적인 에너지를 단계적으로 이용하는 경우, 2 내지 3가지의 상이한 순환 작동 매체를 배치하여 직렬/병렬 캐스케이드식 순환 시스템을 구성하여 냉열의 단계적 이용을 구현해야 한다. 구체적으로 도 15를 함께 참조하면, 2가지 열원 매체 및 2가지 순환 작동 매체로 구성된 2단 직렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 경우, 중간 순환 매체 응축 열교환 채널(4)은 좌우 배열된 제1 중간 순환 매체 응축 영역(4a) 및 제2 중간 순환 매체 응축 영역(4b)으로 분할된다. 제1 중간 순환 매체 응축 영역(4a)은 NG 출구에 가깝고, 제2 중간 순환 매체 응축 영역(4b)은 LNG 입구에 가깝다. 쉘(2)에서 제1 중간 순환 매체 응축 영역(4a)의 좌측단에는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)가 설치되고, 우측단에는 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a)가 설치된다. 쉘(2)에서 제2 중간 순환 매체 응축 영역(4b)의 좌측단에는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)가 설치되고, 우측단에는 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)가 설치된다.
중간 순환 매체 증발 영역(9)은 좌우 배열된 제1 중간 순환 매체 증발 영역(9a)과 제2 중간 순환 매체 증발 영역(9b)으로 분할된다. 제1 중간 순환 매체 증발 영역(9a) 좌우 양단에는 각각 제1 열원 매체 입구(15a) 및 제1 열원 매체 출구(16a)가 설치된다. 또한 제1 중간 순환 매체 증발 영역(9a)의 좌우 양단에는 각각 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19a) 및 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20a)가 설치된다. 제2 중간 순환 매체 증발 영역(9) 좌우 양단에는 각각 제2 열원 매체 입구(15b) 및 제2 열원 매체 출구(16b)가 설치된다. 동시에 제2 중간 순환 매체 증발 영역(9b)의 좌우 양단에는 각각 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19b) 및 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20b)가 설치된다. 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14a)는 제1 작동 매체 펌프(27a) 입구를 연결한다. 제1 작동 매체 펌프(27a) 출구는 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19a)를 연결한다. 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20a)는 제1 터빈(28a)를 연결한다. 제1 터빈(28a)의 배기 출구는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13a)를 연결한다. 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)는 제2 작동 매체 펌프(27b) 입구를 연결한다. 제2 작동 매체 펌프(27b) 출구는 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19b)를 연결한다. 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20b)는 제2 터빈(28b)를 연결한다. 제2 터빈(28b)의 배기는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)를 연결한다. 즉, 2개의 열원 매체와 2개의 순환 작동 매체로 구성된 2단 직렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구현한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 2가지 열원 매체 및 3가지 순환 작동 매체로 2단 병렬(1개의 바닥 순환 + 1개의 꼭대기 순환) 2단 직렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템의 경우, 중간 순환 매체 응축 열교환 채널(4)이 좌측에서 우측으로 배열된 기타 저품질 냉열 이용 순환 매체 응축 영역(4a), 제1 중간 순환 매체 응축 영역(4b) 및 제2 중간 순환 매체 응축 영역(4c)으로 분할된다. 제1 중간 순환 매체 응축 영역(4b)은 중간에 있고, 제2 중간 순환 매체 응축 영역(4c)은 LNG 입구에 가깝다. 쉘(2)에서 제1 중간 순환 매체 응축 영역(4b)의 좌측단에는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)가 설치되고, 우측단에는 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)가 설치된다. 쉘(2)에서 제2 중간 순환 매체 응축 영역(4c)의 좌측단에는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13c)가 설치되고, 우측단에는 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14c)가 설치된다.
중간 순환 매체 증발 영역(9)은 좌측에서 우측으로 배열된 제1 중간 순환 매체 증발 영역(9a)과 제3 중간 순환 매체 증발 영역(9b) 및 제2 순환 매체와 제3 순환 매체 열교환(제2 순환 매체를 기화)의 증발기(9c)로 분할된다. 제1 중간 순환 매체 증발 영역(9a)의 좌우 양단에는 각각 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19a) 및 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20a)가 설치된다. 동시에 좌우 양단에는 역류 열교환 방식에 따라 각각 제1 열원 매체 입구(15a)와 제1 열원 매체 출구(16a)가 설치된다. 제3 중간 순환 매체 증발 영역(9b)의 좌우 양단에는 각각 제3 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19b) 및 제3 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20b)가 설치된다. 동시에 좌우 양단에는 역류 열교환 방식에 따라 각각 제2 열원 매체 입구(15b)와 제1 열원 매체 출구(16b)가 설치된다. 증발 영역(9c)의 좌우 양단에는 각각 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19c) 및 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20c)가 설치된다. 또한 좌우 양단에는 역류 열교환 방식에 따라 각각 제3 저압 기체 상태 순환 매체 입구(15c) 및 제3 저압 액체 상태 순환 매체 출구(16c)가 설치된다. 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14b)는 제1 작동 매체 펌프(27a) 입구를 연결한다. 제1 작동 매체 펌프(27a) 출구는 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19a)를 연결한다. 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20a)는 제1 터빈(28a)를 연결한다. 제1 터빈(28a)의 배기 출구는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13b)를 연결한다. 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구(14c)는 제2 작동 매체 펌프(27b) 입구를 연결한다. 제2 작동 매체 펌프(27b) 출구는 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19c)를 연결한다. 증발 영역(9c) 기화 후, 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20c)는 제2 터빈(28b)과 연결된다. 제2 터빈(28b)의 배기는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구(13c)를 연결한다. 제3 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구(20b)는 제3 터빈(28c)을 연결한다. 제3 터빈(28c)의 배기는 증발 영역(9c)의 제3 저압 기체 상태 순환 매체 입구(15c)를 연결한다. 제3 저압 액체 상태 순환 매체 출구(16c)는 제3 작동 매체 펌프(27c) 입구를 연결한다. 제3 작동 매체 펌프(27c) 출구는 제3 중간 순환 매체 증발 영역(9b)의 제3 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구(19b)를 연결한다. 즉, 2개의 열원 매체와 3개의 순환 작동 매체로 구성된 캐스케이드식 순환 발전 시스템을 구현한다.
상기 내용은 본 발명의 기본 원리, 주요 특징 및 이점을 설명한 것이다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 상술한 실시예에 의해 제한되는 것이 아님을 이해한다. 상술한 실시예 및 명세서의 설명은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명을 다양하게 변경 및 수정할 수 있으며, 이러한 변경 및 수정은 모두 본 발명은 청구된 발명의 범위 내에 속한다. 본 발명에서 보호를 청구하는 범위는 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된다.
Claims (12)
- 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기에 있어서,
쉘, 상기 쉘 내에 제1 격판과 제2 격판으로 분리 형성되어 순차적으로 병렬 배치된 LNG 기화 열교환 채널, 중간 순환 매체 열교환 채널 및 열원 매체 열교환 채널을 포함하고, 상기 제1 격판에는 복수의 통공이 설치되고, 다수개의 히트파이프 어셈블리는 상기 통공을 관통하여 상기 LNG 기화 열교환 채널에서 상기 중간 순환 매체 열교환 채널까지 연장되고, 상기 쉘에서 상기 LNG 기화 열교환 채널에 LNG 입구와 NG 출구가 설치되고, 상기 쉘에서 상기 중간 순환 매체 열교환 채널에는 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고, 상기 해수 열교환 채널은 중간 격판에 의해 중간 순환 매체 증발 영역과 NG 온도 조절 영역으로 분리되고, 상기 중간 순환 매체 증발 영역은 중간 순환 매체에서 열원 매체와 열교환하고, 상기 NG 온도 조절 영역 내에서는 NG에서 열원 매체와 열교환하고, 상기 쉘에서 상기 중간 순환 매체 증발 영역에는 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구 및 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구가 설치되고, 상기 쉘에서 NG 온도 조절 영역에는 온도 조절기 NG 입구 및 온도 조절기 NG 출구가 설치되고, 상기 온도 조절기 NG 입구와 상기 NG 출구는 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 격판과 상기 제2 격판이 수평 방향으로 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 격판의 통공은 행과 열이 교차 배열되는 것을 특징으로 하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기. - 제1항에 있어서,
상기 히트파이프 어셈블리는 다수개의 히트파이프 세트로 나뉘고, 상기 히트파이프 세트는 상기 LNG 입구로부터 상기 NG 출구를 향해 배열되며, 상기 LNG 입구에 가까운 상기 히트파이프 세트의 히트파이프 내부 작동 매체의 끓는점은 상기 NG 출구에 가까운 상기 히트파이프 세트의 히트파이프 내부 작동 매체의 끓는점을 향해 순차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기. - 제4항에 있어서,
상기 히트파이프 세트에는 3개가 설치되며, 여기에는 제1 히트파이프 세트, 제2 히트파이프 세트 및 제3 히트파이프 세트가 포함되고, 상기 제1 히트파이프 세트는 상기 LNG 입구에 가깝고, 상기 제1 히트파이프 세트의 히트파이프 작동 매체는 메탄이고, 상기 제3 히트파이프 세트는 상기 NG 출구에 가깝고, 상기 제3 히트파이프 세트의 히트파이프 작동 매체는 프로판이며, 상기 제2 히트파이프 세트는 상기 제1 히트파이프 세트와 상기 제3 히트파이프 세트 사이에 위치하고, 상기 제2 히트파이프 세트의 히트파이프 작동 매체는 에탄인 것을 특징으로 하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기. - 제1항에 있어서,
상기 중간 순환 매체 증발 영역에는 제1 열원 매체 관다발이 설치되고, 상기 NG 온도 조절 영역에는 제2 열원 매체 관다발이 설치되고, 상기 제1 열원 매체 관다발 및 상기 제2 열원 매체 관다발은 수평으로 설치되는 것을 특징으로 하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기. - 제1항에 있어서,
상기 중간 순환 매체 열교환 채널은 다수개의 중간 순환 매체 응축 영역으로 순차적으로 분할되고, 상기 분할 설치된 다수개의 중간 순환 매체 응축 영역은 상기 LNG 입구 일측으로부터 상기 NG 출구 일측을 향해 순차적으로 배열되고, 상기 LNG 입구 일측에 가까운 상기 중간 순환 매체 응축 영역의 중간 순환 매체의 온도는 상기 NG 출구 일측에 가까운 상기 중간 순환 매체 응축 영역의 중간 순환 매체의 온도를 향해 순차적으로 상승하고, 각 상기 중간 순환 매체 응축 영역은 LNG 역류 열교환 방식에 따라 각각 상기 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 상기 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기. - 제7항에 있어서,
상기 중간 순환 매체 증발 영역은 다수개의 중간 순환 매체 증발 하위 영역으로 분할되고, 상기 분할 설치된 다수개의 중간 순환 매체 증발 하위 영역에는 각각 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구 및 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고, 동시에 열원 매체는 순환 매체 역류 열교환 방식에 따라 각각 입출구가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기. - 발전 시스템에 있어서,
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기, 하나의 작동 매체 펌프로 구성된 승압 모듈 및 하나의 터빈으로 구성된 전력 모듈을 포함하고, 상기 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 승압 모듈의 입구를 연결하고, 상기 승압 모듈의 출구는 상기 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고, 상기 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 전력 모듈의 입구를 연결하고, 상기 전력 모듈의 출구는 상기 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하며, 1단 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템. - 발전 시스템에 있어서,
제7항에 따른 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기, 2개 이상의 작동 매체 펌프 조합으로 구성된 다채널 액체 상태 매체 입구를 포함한 승압 모듈 및 2개 이상의 터빈 조합으로 구성된 다채널 기체 상태 매체 출구를 포함한 전력 모듈을 포함하고, 각 상기 중간 순환 매체 응축 영역의 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 각각 상기 승압 모듈의 다채널 액체 상태 매체 입구에 연결되고, 상기 승압 모듈의 출구는 상기 중간 순환 매체 증발 영역의 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고, 상기 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 전력 모듈의 입구를 연결하고, 상기 전력 모듈은 다채널 출구를 형성하며 각 상기 중간 순환 매체 응축 영역의 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구에 각각 연결되며, 단일 순환 작동 매체로 구성된 다단 병렬식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템. - 발전 시스템에 있어서,
제8항에 따른 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기, 제1 작동 매체 펌프, 제2 작동 매체 펌프, 제1 터빈 및 제2 터빈을 포함하고, 상기 중간 순환 매체 응축 열교환 채널은 제1 중간 순환 매체 응축 영역과 제2 중간 순환 매체 응축 영역으로 분할되고, 상기 중간 순환 매체 증발 영역은 제1 중간 순환 매체 증발 영역과 제2 중간 순환 매체 응축 영역으로 분할되고, 상기 제1 중간 순환 매체 응축 영역은 상기 NG 출구 일측에 가깝고, 상기 제2 중간 순환 매체 응축 영역은 상기 LNG 입구 일측에 가깝고; 쉘에서 상기 제1 중간 순환 매체 응축 영역에는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고, 쉘에서 상기 제2 중간 순환 매체 응축 영역에는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고; 상기 제1 중간 순환 매체 증발 영역에는 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구와 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고, 동시에 역류 열교환 방식에 따라 각각 좌우 양단에 제1 열원 매체 입구와 제1 열원 매체 출구가 설치되며; 상기 제2 중간 순환 매체 증발 영역에는 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구와 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고, 동시에 역류 열교환 방식에 따라 좌우 양단에 각각 제2 열원 매체 입구와 제2 열원 매체 출구가 설치되고, 상기 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제1 작동 매체 펌프의 입구를 연결하고, 상기 제1 작동 매체 펌프의 출구는 상기 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고, 상기 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제1 터빈의 입구를 연결하고, 상기 제1 터빈의 배기 출구는 상기 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하며; 상기 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제2 작동 매체 펌프의 입구를 연결하고, 상기 제2 작동 매체 펌프의 출구는 상기 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고, 상기 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제2 터빈의 입구를 연결하고, 상기 제2 터빈의 배기 출구는 상기 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고, 2가지 열원 매체 및 2가지 순환 작동 매체로 구성된 2단 직렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템. - 발전 시스템에 있어서,
제8항에 따른 냉열 이용 통합형 중간 매체 기화기, 제1 작동 매체 펌프, 제2 작동 매체 펌프, 제3 작동 매체 펌프, 제1 터빈, 제2 터빈 및 제3 터빈을 포함하고, 상기 중간 순환 매체 응축 열교환 채널은 순차적으로 배열 설치된 저품질 냉열 이용의 순환 매체 응축 영역, 제1 중간 순환 매체 응축 영역 및 제2 중간 순환 매체 응축 영역으로 분할되고, 상기 저품질 냉열 이용 순환 매체 응축 영역은 상기 NG 출구 일측에 가깝고, 상기 제2 중간 순환 매체 응축 영역은 상기 LNG 입구 일측에 가깝고; 상기 중간 순환 매체 증발 영역은 제1 중간 순환 매체 증발 영역, 제3 중간 순환 매체 증발 영역 및 중간 증발 영역으로 분할되고, 상기 중간 증발 영역은 제2 중간 순환 매체 및 제3 중간 순환 매체 열교환에 사용되어 상기 제2 중간 순환 매체를 기화시키고, 쉘에서 상기 제1 중간 순환 매체 응축 영역에는 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고, 쉘에서 상기 제2 중간 순환 매체 응축 영역에는 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고; 상기 제1 중간 순환 매체 증발 영역에는 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구 및 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고, 상기 제3 중간 순환 매체 증발 영역에는 제3 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구와 제3 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고; 상기 중간 증발 영역에는 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구와 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구, 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구와 제3 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구가 설치되고; 제1 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제1 작동 매체 펌프의 입구를 연결하고, 상기 제1 작동 매체 펌프의 출구는 상기 제1 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고, 상기 제1 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제1 터빈을 연결하고, 상기 제1 터빈의 배기 출구는 상기 제1 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고; 상기 제2 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제2 작동 매체 펌프의 입구를 연결하고, 상기 제2 작동 매체 펌프의 출구는 상기 제2 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고, 상기 제2 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제2 터빈을 연결하고, 상기 제2 터빈의 배기 출구는 상기 제2 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하며; 상기 제3 저압 액체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제3 작동 매체 펌프의 입구를 연결하고, 상기 제3 작동 매체 펌프의 배기 출구는 상기 제3 고압 액체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고, 상기 제3 고압 기체 상태 중간 순환 매체 출구는 상기 제3 터빈을 연결하고, 상기 제3 터빈의 배기 출구는 상기 제3 저압 기체 상태 중간 순환 매체 입구를 연결하고, 2가지 열원 매체 및 3가지 순환 작동 매체로 구성된 2단 2직렬 캐스케이드식 랭킨 사이클 발전 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
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| CN105509523A (zh) * | 2015-12-15 | 2016-04-20 | 武汉工程大学 | 采用热管的lng汽化器 |
| CN106194302A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-12-07 | 航天晨光股份有限公司 | 一种lng冷能综合利用系统及方法 |
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