KR930004517B1 - 에너지 발생방법 - Google Patents

에너지 발생방법

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KR930004517B1 KR1019830003699A KR830003699A KR930004517B1 KR 930004517 B1 KR930004517 B1 KR 930004517B1 KR 1019830003699 A KR1019830003699 A KR 1019830003699A KR 830003699 A KR830003699 A KR 830003699A KR 930004517 B1 KR930004517 B1 KR 930004517B1
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Abstract

내용 없음.

Description

에너지 발생방법
제1도는 본 발명에 따른 에너지 발생방법을 실행하는 제1의 장치에 대한 계통도.
제2도는 제1도에 도시한 장치의 제1실시예에 대한 상세도.
제3도는 제1도에 도시한 장치의 제2실시예에 대한 상세도.
제4도는 본 발명에 따른 에너지 발생방법을 실행하는 제2의 장치에 대한 계통도.
제5도는 지열(地熱)을 이용하여 본 발명에 따른 에너지 발생방법을 실행하는 제2의 장치에 대한 계통도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 증발기 16 : 터빈
20 : 응축기 24 : 증류장치
본 발명은 에너지 발생방법, 특히, 열원으로부터 유용한 에너지를 발생시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기의 방법을 실현함으로써 효율을 개선한 새로운 열역학적 사이클에 관한 것이기도 하다.
열원으로부터 유용한 에너지를 얻기 위하여 가장 널리 사용되는 열역학적 사이클은 랭킨(Rankine) 사이클이다. 랭킨 사이클에 있어서는 유용한 열원을 이용하는 증발기에서 암모니아 또는 프레온 등과 같은 작동 유체를 증발시킨다.
증발된 가스상의 작동유체는 터빈을 팽창시키면서 에너지를 방출한다. 이때 사용된 가스상의 작동유체는 유용한 냉매를 사용하는 응축기에서 응축된다.
응축된 작동유체의 압력을 펌프를 사용하여 상승시킨 후, 다시 증발기로 공급한다. 이렇게 하여 래인사이클이 완성되는 것이다. 랭킨사이클이 아무리 효율적으로 작동된다 할지라도, 그 효율은 비교적 낮은 편이다. 일반적인 랭킨사이클에 있어서 1kw의 전력을 생산하기 위해서는 설비비가 1700 내지 2200US$ 정도 소요된다.
랭킨 사이클에 비하여 효율이 좋은 열역학적 사이클이 있다면 설비비가 절감될 것이다. 현재와 같은 고유가 시대에 있어서 그러한 개선된 사이클은 다양한 형태의 폐열을 이용함으로써 상업성을 증진시킬 수 있다.
본 출원인이 1980년 4월 24일에 출원한 미합중국 특허출원 제143,524호는 2종 또는 다종의 작동 유체를 사용하여 에너지를 발생시키는 장치에 관한 것이다. "익저지 시스템(Exergy System)"이라는 명칭의 이 장치는 2종의 작동유체를 펌프를 사용하여 액체상태에서 고압으로 공급한다는 원리를 이용한 것이다.
작동유체의 일부가 기화되면서 비등점이 높은 유체와 비등점이 낮은 유체로 분리공급된다. 이때 비등점이 낮은 작동유체는 터빈을 작동시키고, 비등점이 높은 작동유체는 열을 흡수하여 비등점이 낮은 작동유체와 혼합된 후 응축기로 흘러간다.
익저지(Exergy) 사이클은 랭킨 사이클과 이론적으로 비교해 볼때 열효율이 개선되었고 여러가지의 장점이 있었다. 그러나 익저지 사이클은 해수면 등과 같은 저온 열원을 이용할 때만 랭킨 사이클에 비해 우수한 것이다.
본 출원인은 고온의 열원을 이용할 때에는 익저지 사이클이 종래의 랭킨사이클에 비해 열등하다는 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 저온의 열원을 이용할 때 뿐만 아니라 고온의 열원을 이용할 때에도 열효율이 개선되는 에너지 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 에너지 발생방법중의 하나는 다음과 같은 순서로 진행된다.
(a) 저온 비등유체와 고온비등유체로 조성된 다종 작동유체의 일부를 비교적 저온 열원에 의하여 증류장치 내에서 중간 압력하에 증류하여 작동유체 유분(留分)을 발생시키고,
(b) 발생된 작동 유체 유분을 이용하여 저온 비등유체보다 농도가 짙은 농후용액과 저온 비등유체에 비해 농도가 엷은 희박용액을 분리하고,
(c) 농후용액을 사용 압력까지 가압하고 비교적 저온의 열로 가열하여 기체상의 사용 작동유체를 발생시키고,
(d) 기체상의 사용 작동유체를 팽창시켜 에너지를 방출시키고,
(e) 사용후의 작동유체를 중간압력보다 낮은 압력하에서 희박용액에 용해 응축시켜 초기의 작동유체를 재생한다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 저온 열원은 다음에 열거한 것중의 하나 이상으로 구성된다 :
(a) 비교적 고온 열원의 저온부,
(b) 주농후용액을 증발시키는데 이용되지 않는 고온 열원의 일부,
(c) 비교적 저온 열원으로부터의 열,
(d) 기체상의 작동 유체로부터 회수된 열,
(e) 응축단계에서 회수된 열.
농후용액을 증발단계에서 증발시키기 전에 증류장치와 증발단계의 저온부 사이에 비교적 저온의 열을 분포시켜 농후용액을 예열한다.
에너지를 발생시키는 방법중에는 다음 단계가 포함된다 :
(a) 초기 작동유체의 압력을 중간 압력까지 증가시키고,
(b) 초기 작동유체 흐름을 1차중간류와 1차 증류류로 분리하고,
(c) 1차 증류류를 증류장치에서 부분적으로 증류하여 1차 저온 비등유분과 1차 고온 비등유분을 생성시키고,
(d) 증류장치로부터 1차 고온 비등유분을 제거하여 희박용액을 만들고,
(e) 1차 저온 비등유분을 1차 중간류에 흡수시켜 1차 농후용액을 생성시키는 것.
본 발명에 따른 제1실시예의 에너지 발생방법에는 1차 농후용액을 증류장치로부터 추출하여 주 농후용액을 생성시키는 단계가 포함된다.
제1실시예는 사용되는 열원 및 냉매가 단일 증류단계에서 작동유체를 농후하게 하여 비교적 고온의 열원에서도 효과적으로 증발되는 주농후용액을 생성시키는 경우에 적합하다.
본 발명에 따른 제2실시예의 에너지 발생방법은 2단계 이상의 증류단계로 구성되기 때문에 단일 증류단계를 거칠 때 보다 농후한 주농후용액이 생성된다.
예컨데, 2단계의 증류단계로 구성되는 에너지 발생방법에 있어서는 1차 농후용액이 다음과 같은 2차 증류단계를 거친다 :
(a) 1차 농후용액을 다음과 같은 증류단계를 거친 2차 고온 비등용액과 혼합하여 2차 작동유체를 발생히키고,
(b) 2차 작동유체류의 압력을 2차 증간 압력까지 상승시키고,
(c) 2차 작동유체류를 2차 중간류와 2차 증류류로 분리시키고,
(d) 2차 증류류를 증류장치에서 부분적으로 증류하여 2차 저온 비등유분과 2차 고온 비등유분을 발생시키고,
(e) 2차 중간류내의 2차 저온 비등유분을 흡수하여 1차 농후용액보다 농도가 짙은 2차 농후용액을 생성시키는 단계.
본 발명의 방법에 사용되는 농후용액 및 희박용액을 효과적으로 발생시키는 열원을 수용할 수 있도록 증류장치를 조정하거나 다양하게 변화시킬 수도 있다.
주 농후용액의 일부가 증발단계 이전에 증발될 경우도 있지만, 주 증발단계에서 일률적으로 증발되는 것이 바람직하다. 이때 주 농후용액을 증발시키는데 사용되는 모든 열은 효과적으로 작동유체의 사용압력을 증가시킨다.
주 농후용액의 일부만이 증발될 경우에는 증발되지 않은 용액이 비교적 저온으로 가열되지만 에너지를 발생시키지는 못한다. 따라서 효율이 저하되는 것이다.
증발되지 않은 주농후용액을 열교환에 사용하여 증발되기전의 주농후용액을 가열하거나 증류단계에 열을 공급한다 할지라도, 열교환 장치에 공급되는 열이 비교적 고온이기 때문에 상당한 에너지의 손실을 초래한다.
비교적 저온의 열을 사용하여 주증발단계에서 주농후용액의 대부분을 증발시키고, 기체상의 사용작동유체로 증발된 주농후용액을 전부 에너지 발생에 이용함으로써 고온에너지의 이용도를 극대화 할 수 있다.
비교적 저온의 열을 증류장치에서의 부분증류에 이용할 때에는 열의 손실이 상당히 감소된다. 증류장치의 열교환기에서 열손실이 발샹하는 것은 당연한 것이다. 하지만 비교적 저온의 열을 이용하기 때문에, 손실의 양을 대폭적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명에 다른 증류장치에 사용하기 위한 저온의 열은 사용후의 작동유체에서 회수되는 고온의 열, 열원으로부터 공급되는 고온의 열의 저온부, 비교적 저온의 패열, 에너지 발생과정에서 방출되는 비교적 저온의 열등으로부터 얻을 수 있다.
실제적으로, 주농후용액의 증발에 효과적으로 사용될 수 없는 저온의 열일지라도 증류장치에서는 사용할 수 있다. 또한, 예열기 및 주응축단계의 저온부에서 주 농후용액을 예열하는 데에도 저온의 열을 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 적어도 희박용액의 일부를 2차 작동유체로 사용하여 압력을 증가시키고, 2차 주 증발단계에서 증발시키고, 에너지를 발생하도록 팽창시킨 후, 다른 작동유체와 함께 응축시킨다.
이 실시예에서는 2차 작동유체와 주 작동유체가 분리된 터빈 내에서 개별적으로 팽창하여 에너지를 발생한다.
이 실시예는 본 발명의 공정을 실행하는데 사용되는 고온의 열원이 주농후용액의 압력을 터빈 또는 기타 에너지 발생수단의 용량 이상으로 증가시킨 후에도 주 증발기에서 효과적인 증발을 시킬 수 있는 경우에 사용된다.
이때, 저온비 등 유체에 비해 희박한 2차 작동유체는 주 증발기 및 터빈의 압력용량과 일치되는 저압에서 효과적으로 증발될 수 있도록 고온의 열원에 의해서 1차적으로 가열된다. 작동 유체의 증발에 사용된 후의 고온의 열은 주농후용액을 가열하는데 사용된다. 그후에 저온의 잔류열은 증류장치에 공급된다.
본 발명에 따른 또다른 실시예에 있어서도, 초기의 작동유체는 증류장치에서 증류되어 희박용액 뿐만 아니라 서로 성분이 다른 다수의 농후용액이 발생된다. 이 실시예의 놓후 용액류는 개별적으로 가압되고, 증발된 후 팽창된다.
본 발명에 따른 에너지 발생방법의 적용 실시예에 있어서, 작동유체류는 최대한으로 농후와 되어 저온의 열원에서도 증류류를 효과적으로 증류시키고, 중간류의 저온 비등유분을 효과적으로 응축시켜 주농후용액을 생성한다.
본 발명의 열역학적 사이클에서는 다양한 형태의 열원이 사용된다. 1000℃를 상회하는 열원으로부터 해수면 등에서와 같은 저온의 열원에 이르기까지 여러 형태의 열원을 사용할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명을 이용하면 저질의 연료, 폐열, 지열, 태양열, 해수면의 열등을 에너지로 전환할 수 있는 장치의 개발이 가능하다.
본 발명에 사용되는 작동유체는 2종 이상의 저온 및 고온 비등유체의 혼합물로 구성된 다종 작동유체이다. 이러한 유체는 우수한 열역학적 특성과 광범위한 용해도를 갖는 다수의 화합물로 구성된다. 즉, 작동유체는 암모니아-물, 2종 이상의 탄화수소 호합물, 2종 이상의 프레온 화합물, 탄화수소와 프레온의 혼합물 등과 같은 2종류의 유체로 되어 있다.
암모니아와 물에 대한 엔탈피-농도 선도를 보면 비등온도의 범위가 넓고 우수한 역학적 특성을 갖고 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 암모니아와 물의 혼합물은 본 발명에 가장 알맞은 유용하고 실용적인 작동유체이다. 그러나, 본 발명의 장치를 시판용으로 개발할 경우는, 프레온-22와 톨루엔의 혼합물이나 기타 탄화수소 및 프레온의 화합물 등도 사용가치가 높다.
본 발명은 저온 비등유체와 고온 비등유체로 조성된 여러 성분의 작동유체를 사용하여 열효율을 개선하는 방법을 포함한다. 그 방법은 다음과 같이 구성된다 :
(a) 주농축용액에 비해 저온 비등유분의 농도가 짙은 농축된 증기부분을 발생시키기 위해 작동유체의 일부를 증류 또는 증발시키는 것에 의해 비교적 저온의 열을 이용하여 작동유체의 부분증류를 발생시키고,
(b) 농축된 증기부분을 잔여 작동유체의 단지 일부분과 혼합하고, 이 혼합물을 응축하여 상기 작동유체에 비해 저온 비등성분의 농도가 짙은 주농축용액을 형성하고,
(c) 주농축 용액의 압력을 증가시킨 후 비교적 고온의 열을 이용하여 주농축용액을 증발시켜 팽창을 위해 사용된 기체상의 작동유체를 발생시켜서 그 에너지를 사용 가능한 형태로 변환시키는 것.
본 발명은 유용한 열원으로부터 유용한 에너지를 발생시키는 다음과 같은 단계로 구성되는 방법을 포함한다 :
(a) 비등점이 다른 여러성분의 작동유체를 증류단계에서 부분증류시켜 비등점이 낮은 성분에 비해 농후한 작동 유체류를 생성시키는 단계,
(b) 생성된 작동유체를 완전히 증발시켜 기체상의 사용작동 유체를 만드는 단계,
(c) 사용작동유체를 팽창시켜 에너지를 방출시키는 단계.
본 발명에 있어서는 다음과 같은 단계로 구성되는 에너지 발생 방법도 제공된다 :
(a) 부분증류 장치에 여러 성분으로 구성된 초기상태의 작동 유체를 공급하는 단계,
(b) 작동유체류의 압력을 중간 압력까지 증가시키는 단계,
(c) 작동유체류의 일부를 증류 혹은 증발시키기 위해 이 작동유체를 비교적 저온의 열에 의해 부분 증류하여 저온 비등유분이 희석된 적어도 하나의 희석 작동유체류액체 유분과 농축 액체류에 비해 저온 비등유분이 농축된 적어도 하나의 농축 증기 유분을 발생시키는 단계,
(d) 작동유체류의 일부를 추출하고 초기의 압력까지 강하시켜 응축기에 공급하는 단계,
(e) 냉매에 의해 농축증기 유분을 작동유체류의 잔존부분에 응착시켜 농축용액류를 생성시키는 단계,
(f) 농축류의 압력을 사용압력까지 증가시키는단계,
(g) 비교적 고온의 열에 의해 농축용액류를 증발시켜 사용증기를 발생시키는 단계,
(h) 사용증기를 팽창시켜 에너지를 사용가능한 형태로 변화시켜 사용후 작동유체를 발생시키는 단계,
(i) 응축기에 공급된 작동유체류 부분에 사용후 작동유체를 냉매에 의해 응축시켜 초기의 작동유체류를 재생시키는 단계.
본 발명의 방법을 실행하는데는 일반적인 장치가 사용된다. 즉, 대표적인 랭킨 사이클에 사용되는 형태의 열교환기, 탱크, 펌프, 터빈, 밸브, 기타부분 등이 사용되는 것이다. 본 출원인은 부품의 재료 역시 종래의 랭킨 사이클에서 사용되는 것과 같을 것으로 생각한다. 그러나 본 발명의 경우에는 열효율이 높기 때문에 열교환기 및 보일러 설비의 원가가 절감되어 단위에너지를 발생시키는데 소요되는 비용이 상당히 감소할 것으로 본다. 열교환 장치가 집열 및 발열에 필요한 전체 설비의 일부를 점유하는 지열 및 태양을 이용한 에너지 발생장치에 본 발명을 적용하면 에너지 출력을 크게 증가시킬 수 있음을 것이다. 따라서, 단위에너지의 발생에 필요한 전체 경비가 상당히 감소된다.
고압의 사용작동유체를 저압의 사용후 작동유체로 팽창시켜 에너지를 방출시키는 것은 이미 공지된 종래의 수단에 의해 행해질 수 있다. 이렇게 발생된 에너지를 저장하거나 이용하는 것도 이미 공지된 종래의 방법을 따른다.
본 발명의 제1실시예에 있어서는, 작동유체가 팽창하면서 종래 형태의 터빈을 작동시킨다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발며의 제1실시예를 설명한다.
제1도를 참조하면, 지시번호(10.1)은 본 발명에 따른 열역학적 장치 또는 사아킬의 한 실시예를 나타낸다.
이 장치(10.1)는 주 증발기(12.1)와 처빈(16.1)과 주응축기(20.1)와 증류장치(24.1)그리고 주 농축용액펌프(28.1)로 구성된다.
암모니아-물의 2종 작동유체로 조성된 작동유체류는 초기의 압력하에서 주응축기(20.1)로부터 관(22.1)을 통하여 증류장치(24.1)로 유동된다.
증류장치(24.1)에서는 초기의 작동유체류가 중간압력까지 가열된 후 중간류와 증류류로 분리된다(제1도에는 도시하지 않았음). 증류류는 저온 열원에 의해 부분적으로 증류되어 서로 성분이 다른 작동유체유분이 발생한다. 저온 비등성분, 즉 암모니아가 농축된 유분은 1차 중간류와 혼합되고 증류장치내의 응축기에서 응축되어 주 농축용액이 된 후 관(26.1)을 따라 주 농축용액 펌프(28.1)로 흘러간다.
주 농축용액을 펌프(28.1)에 의해 가압되고 관(30.1)을 통하여 주 증발기(12.1)로 유입된다. 주 증발기내에서는 비교적 고온의 열원에 의하여 완전히 증발되어 고압의 기체상 작동유체가 된다.
기체상의 작동유체는 관(14.1)을 따라 터빈(16.1)으로 공급되어 에너지를 방출한다. 사용후의 기체상 작동유체는 터빈(16.1)으로부터 관(18.1)을 따라 주증발기(20.1)로 흘러간다. 주 증발기로 유입된 작동유체는 팽창되면서 압력이 강하되어 초기의 압력상태가 된다.
저온 비등성분, 즉 암모니아가 희석된 증류장치(24.1)내의 작동유체유분은 관(32.1)을 따라 증류장치(24.1)에서 유출되는 고온 비등 또는 희석용액류를 형성한다. 희석용액은 감압밸브(34.1)에서 감압된 후 관(36.1)을 따라 주응축기(20.1)로 흘러간다.
주 응축기(20.1)에서는 사용후의 기체상 작동유체가 희석용액에 흡수되면서 적절한 냉매에 의해 냉각된다.
본 발명 장치의 작동에 이용되고 남은 비교적 고온의 패열을 지시번호(40.1)로 도시하였다. 이 폐열(40.1)은 주 증발기(12.1)로 공급되어 주 농축용액을 완전히 증발시키는데 이용된다. 주 증발기(12.1)에서 이용되고 남은 잔류열은 비교적 저온이 된다. 따라서 저온의 잔류열은 점선을 따라 증류장치(24.1)로 공급되어 작동유체의 증류에 이용된다.
저온의 열(44.1)이 되어 증류기로 공급되는 상기 열외에도 비교적 저온의 열은 다른 저온의 열원이나 주응축기(20.1)에서 추출되는 열 또는 터빈(16.1)과 주응축기(20.1) 사이의 가스상의 작동유체에서 회수되는 열 등이 있다.
열을 효과적으로 이용하기 위해서 대량으로 조합할 수도 있다. 열을 작동유체의 증발과 증류장치(24.1)에서의 부분증류에 이용하는 방법은 사용되는 장치와, 터빈(16.1)의 용량과, 사용되는 작동유체와, 열원으로 이용되는 열의 형태, 그리고 비교적 저온의 열과 고온의 열을 이용하는 정도에 따라 다르다.
즉, 제1도의 실시예에 있어서는 주 증발기(12.1)가 예열기(13.1)를 포함한다. 비교적 저온의 열이 예열기(13.1)로 공급되어 주 농축용액이 증발하기 전에 예열을 하는 것이다.
이와 같은 저온의 열에는 다음과 같은 것이 있다 :
(a)점선으로 표시한 관(42.1)으로 부터 분기되어 수직으로 표시된 관(43.1)을 따라 예열기(13.1)에 공급되는 열(44.1),
(b) 주 응축기(20.1)의 고온의 열로부터 추출되어 관(45.1)을 따라 예열기(13.1)에 공급되는 열,
(c) 터빈(16.1)에서 유출되는 기체상의 사용후 작동 유체에서 회수되어 관(45.1)을 따라 예열기(13.1)로 공급되는 열,
(d) 유용한 열원으로부터 관(49.1)을 따라 예열기(13.1)에 공급되는 열.
제2도에 있어서, 제1도의 실시예에 따른 본 발명의 장치가 상세하게 도시되어 있다.
이 장치(10.2)는 제1도의 장치(10.1)과 동일하다. 따라서 동일한 부품에 대한 지시번호는 끝자리를 "1"에서 "2"으로 변화시킨 것을 제외하면 동일하다.
이 장치(10.2)의 증류장치(24.2)는 명확한 도시를 위하여 일점쇄선으로 구분했다.
초기의 작동유체류는 초기의 저압하에서 응축기(20.2)를 나와 관(22.2)을 따라 증류장치(24.2)로 흘러간다. 증류장치로 공급되는 초기의 작동유체는 1차펌프(50.2)를 지나면서 중간 압력까지 가압된다.
초기의 작동유체류는 1차펌프(50.2)의 하류단에서 관(52.2)를 따라 흐르는 1차 중간류와 관(54.2)를 따라 흐르는 1차 증류로 분리된다.
증류장치(24.2)는 관(54.2)를 따라 흐르는 1차 증류류와 관(18.2)를 따라 흐르는 사용후의 기체상 작동유체를 열교환 관계로 배치하는 열교환기 형태의 제1증류기(D1)을 포함한다.
사용후의 기체상 작동유체에서 공급되는 비교적 저온의 열은 제1증류기(D1)에서 1차 증류루를 부분적으로 증류하여 서로다른 성분의 작동유체 유분을 발생시킨다. 이때 발생한 작동유체 유분은 관(56.2)를 따라 제1분리기(S1)로 흘러간다.
제1분리기(S1)는 이미 공지된 형태의 것을 사용한다.
분리기(S1)에서 작동유체 유분은 저온 비등유분과 고온 비등유분으로 분리된다. 암모니아가 희석된 고온 비등유분은 관(32.2)를 따라 증류장치(24.2)에서 흘러나와 감압밸브(34.2)를 통과한 후 관(36.2)를 지나 주응축기(20.2)로 흘러간다.
암모니아가 농축된 저온 비등유분은 관(58.2)를 따라 흘러나와 관(52.2)내를 흐르는 1차 중간류와 혼합되어 1차 중간류를 농축시킨다. 저온 비등유분과 혼합된 1차중간류는 제1응축기(C1)에서 1차 농축용액류를 형성하여 제1응축기(C1)를 벗어난다.
본 실시예의 증류장치(24.2)는 단일 증류기로 구성된다. 제1응축기(C1)에서 유출된 제1농축용액류는 주 농축용액류를 형성하여 주농축용액펌프(28.2)를 흘러가서 압력이 증가된 후, 주 증발기(12.2)에서 증발된다.
본 실시예의 장치(10.2)에서는 대기와 같은 온도의 냉각수를 사용하여 주응축기(20.2)과 제1응축기(C1)에 공급된 기체상의 유분을 액화시킨다. 주증발기(12.2)에서 주 농축용액을 증발시킬 때에는 비교적 고온의 열을 이용하기 때문에 디이젤 엔진의 배기가스도 열원으로 사용할 수 있다.
디이젤 엔진으로부터 폐열을 회수하는 것이 관해 연구되었으며, 이러한 엔진에서 회수할 수 있는 유용한 열을 배기가스와 냉각수 그리고 윤활유 등에 분포된 것이다. 제2도의 실시예에서는 저온의 열은 효용가치가 적기때문에 배기가스에서 방출되는 열원만을 이용했다.
그러나 제3도의 실시예에 있어서는 배기가스의 열 뿐만 아니라 냉각수의 열까지도 열원으로 사용했다.
이때 사용한 엔진은 "트랜스 아메리카 드 라발 인코포레이티드(Trans America De Laval Inc.)"에서 생상한 DSRV-12-4형 엔진으로서, 총제동마력(gross bhp)이 7390이고 정미제동마력(net bhp) 7313이었다.
드라발 디이젤 엔진에서 얻을 수 있는 유용한 열원은 다음과 같다 :
Figure kpo00001
유용한 열원에 있어서의 익저지(Exergy)
익저지는 냉각수의 초기 온도 85℉와 최종 온도 105℉에서 정의된다. 초기 온도가 160℉ 이하인 열원에서 익저지는 최소한으로 생각되므로 무시된다.
유용한 열원에서의 익저지(Exergy)는 다음과 같다.
(a) 배기가스-1431.4Kw 또는 1, 230, 670Kcal/hr
(b) 냉각수-277.9Kw 또는 238, 190Kcal/hr
(c) 윤활유-78.3Kw 또는 67, 329Kcal/hr
(d) 합계-1787.5Kw 또는 1, 536, 846Kcal/hr
이상의 연구에서 사용된 온도, 압력, 농도는 물과 암모니아의 엔탈피-농도선도에서 참조한 것이다.
또한, 이 연구는 제2도의 장치(10.2)에 준하여 시행한 것이며, 표 1에 나타낸 것과 같은 매개변수를 사용했다.
[표 1]
Figure kpo00002
표 1에서 1부터 21까지의 일련번호로 나타낸 매개변수는 제2도에 도시한 각 점의 번호에 대응한다 :
이 연구에서 다음과 같은 자료를 얻었다 :
(1) 터빈 출력(효율 75%에서)-774.7Kw ;
(2) 전체펌프일-11.3Kw ;
(3) 정미 출력-763.4Kw 또는 656, 400Kcal/hr ;
(4) 열효율-21.2% ;
(5) 제2법칙 효율-53.9% ;
(6) 익저지 이용 효율-42.7% ;
(7) 내부 사이클 효율-71.9% ;
(8) 명판(name plate)에너지 회수비율-14.6% ;
종래의 랭킨 사이클의 제2법칙효율이 42.8%인 것에 비해서 실시예의 장치(10.2)는 제2법칙 효율이 53.9%로 향상되었다. 또한, 익저지 이용효율은 종래의 랭킨 사이클이 34.2%인 것에 비해서 제2도에 도시한 장치(10.2)에서는 42.8%였다.
이와같이 효율을 개선함으로써 1Kw를 생산하는데 필요한 설비비를 40 내지 60%정도 절감할 수 있다.
제2도에 도시한 장치(10.2)의 매개변수(parameter)계산에 있어서는, 시발점을 사용후 기계상 작동유체의 압력을 측정할 수 있는 점(11)로 정했다. 이 점은 압력누출 문제를 야기시키지 않고 간편한 측정을 할 수 있는 최저 압력점이다.
상기한 압력을 시발점으로 이용하면, 점(15)에서의 온도는 냉각수의 온도에 준하는 35℃가 될 것이다. 그러므로 점(15)에서 초기 작동유체류의 농도는 물과 암모니아에 대한 엔탈피-농도 선도로 부터 구할 수 있다.
초기 작동유체류의 압력은 1차펌프(50.2)에 의해서 1차 증류류가 1차 증류기(D1)에서 효과적으로 증발되는 압력까지 가압되기 때문에 1차 응축기(C1)에서는 효과적인 응축이 진행된다.
실험적인 연구 결과에 따르면 열역학적 또는 경제적 측면에서 볼 때 상기의 장치가 가장 효과적이라 할 수는 없다.
사실상, 매개변수는 설비비의 균형을 유지하면서 저온 열원과 고온열원을 효과적으로 이용할 수 있도록 변화한다.
제2도의 실시예에 관하여 상기의 연구에서 행한 이론적 계산에 의거하면 고온의 폐열을 가열매체로 사용하는 경우 조차도 종래의 랭킨 사이클에 비해 상당한 잇점을 부여한다. 이론적인 근거가 없다 할지라도, 증발기에서 고온의 열을 효과적으로 이용하고 증류기에서 저온의 열을 효과적으로 이용하여 열손실을 방지한다면 이러한 잇점을 얻을 수 있을 것이다.
제3도는 본 발명에 따른 제2의 실시예의 장치(10.3)를 도시한 것이다. 이 장치(10.3)는 전기한 장치(10,1, 10.2)와 상당히 유사하다.
따라성 동일한 부품에 대해서는 지시번호의 끝자리 수단 "2"에서 "3"으로 변경했다.
이 장치(10.3)역시 증류장치(24.3)을 구비하고 있으며, 증류장치(24.3)을 구성하는 부분을 명확히 구분하기 위해서 일점쇄선으로 도시했다.
증류장치(24.3)은 2개의 증류유닛으로 구성된다. 제1증류유닛은 제1증류기(D1)과 제1분리기(S1), 그리고 제1응축기(C1)으로 구성되고, 제2증류유닛은 제2증류기(D2)와 제2분리기(S2) 그리고 제2응축기(C2)로 구성된다.
이 장치(10.3)에 있어서, 드라발 디이젤 엔진의 냉각수를 저온열원으로 사용하여 관(54.3)을 통해 제1증류기(D1)으로 유입되는 제1증류류를 부분증류한다.
제1증류기(D1)에서 부분증류된 증류류는 관(56.3)을 따라 제1분리기(S1)으로 흘러간다. 앞에서 설명한 것과같이, 고온 비등유분은 관(32.3)을 따라 감압밸브(34.3)을 지난후 관(36.3)을 통하여 주응축기(20.3)으로 유입된다. 1차 저온비등유분은 1차 중간류와 혼합되어 응축기(C1)에서 응축된다.
2차 고온비등유분은 제2증류유닛으로 부터 관(63.3)을 따라 감압밸브(65.3)을 지난후 제1응축기(C1)으로 흘러간다.
제1응축기(C1)은 대기온도와 같은 온도의 냉각수에 의해 냉각되면서 암모니아가 농축된 1차 저온 비등유분을 응축시킨다.
따라서, 제1응축기(C1)에서 생성된 2차 작동유체류는 관(67.3)을 통하여 2차펌프(69.3)으로 흘러간다. 2차 펌프(69.3)에서 가압된 2차 작동유체류는 관(71.3)을 따라 흐르는 2차 중간류와 관(73.3)을 따라 흐르는 2차 증류류로 분리된다.
2차 증류류는 관(18.3)애를 흐르는 사용후 작동유체와 열교환을 하는 제2증류기(D2)로 흘러간다. 제2증류기에서 부분증류된 증류류는 관(75.3)을 통하여 제2분리기(S2)로 유입된다. 제2분리기(S2)의 고온비등유분은 2차 고온비등유분이 되어 관(63.3)을 통하여 제1응축기(C1)로 흘러간다. 2차 저온비등유분은 관(77.3)을 따라 제2응축기(C2)로 흘러가서 2차 중간류와 혼합된다.
증류장치(24.3)에서 생성된 주 농축용액은 관(26.3)을 따라 농축용액펌프(28.3)으로 흘러가 증발에 적당한 압력으로 가압된 후 주증발기(12.3)에서 드라발 디이젤 엔진의 배기가스에 의해 완전히 증발된다.
제2도의 장치(10.2)와 같이 제3도의 장치(10.3)에 있어서도, 고열원으로 드라발 엔진의 배기가스를 이용하고 증류장치(24.3)에 사용되는 저열원으로 엔진의 냉각수를 사용하려는 연구를 했다.
암모니아와 물의 표준 엔탈피-농도 선도를 참조하여 이론적으로 계산한 매개변수는 다음의 표 2와 같다. 표 2의 제1열에 열거한 1부터 35까지의 일련번호는 제3도에 도시한 특정지점의 번호에 대응한다.
[표 2]
Figure kpo00003
Figure kpo00004
이 연구결과 다음과 같이 자료를 얻었다 :
1. 터빈 출력(효율 75%일때)-875.4Kw,
2. 전체 펌프일-14.5Kw
3. 정미출력-860.9Kw 또는 740.159Kcal/hr
4. 열 효율-15.2%
5. 제2법칙효율-51.9%
6. 익저지 이용효율-48.2%
7. 내부 사이클 효율-69.2%
8. 명판에너지 회수비율-16.5%
제3도의 장치(10.3)에 대한 이론적 계산치와 일반적인 랭킨 사이클의 이론값을 비교해보면, 본 발명에 따른 장치(10.3)의 제2법칙효율이 51.9%인 것에 비하여 랭킨 사이클의 효율은 42.8%에 불과하다는 것을 알 수 있다. 익저지 이용효율 역시 상기 장치(10.3)이 48.2%인 것에 비하여 종래의 랭킨사이클은 34.2%였다. 이와같이 상기 장치(10.3)의 효율이 제2도의 장치(10.2)에 비하여 개선된 이유는 드라발엔진에서 발생되는 저온의 폐열을 효과적으로 이용했기 때문이다.
결과적으로 제3도에 도시한 장치를 사용할 경우에는 임의의 전력발생에 소요되는 비용이 일반적인 랭킨 사이클을 사용할때보다 50∼60%가 절감된다. 그러나 상기의 결과는 이론적인 계산을 기준으로 한것이기 때문에 실제적인 경우에 있어서는 발전소의 구조나 위치 및 규모 등에 따라 계산치가 다를 수도 있다는 점을 감안해야 한다.
하지만, 제2도 사이클의 장치(10.2)과 제3도의 사이클의 장치(10.3)에 대한 구조연구결과에 따르면, 열 이용효율을 개선한 본 발명의 사이클을 사용할 경우에는 내연기관에서 배출되는 폐열을 명단용량이 15 내지 20%에 이르는 유용한 에너지 출력으로 전환시킬 수 있다는 것이 밝혀 졌다.
제4도는 본 발명에 따른 열역학적 사이클의 장치(10.4)의 제4실시예이다. 이 장치(10.4)는 제1도의 장치(10.1)과 대체적으로 유사하다.
따라서 제1도의 장치와 동일한 부품에 대해서는 지시번호의 끝자리수를 "1"에서 "4"로 변경했다.
폐열을 이용하는데 사용되는 이 장치(10.4)는 농축용액의 압력이 주증발기(12)나 터빈(16)의 압력보다 높은-경우일지라도 농축용액을 증발시킬 수 있는 정도의 높은 열에도 사용이 가능하다.
따라서, 본 사이클의 장치(10.4)는 주-증발기나 터빈이 수용할 수 없을 정도의 높은 압력을 발생시키지 않으면서 효과적인 방법으로 열을 이요할 수 있도록 설계되어 있다.
이 장치(10.4)에 있어서도 상기한 실시예에서와 같이, 증류장치(24.4)에서 생성된 희석용액이고 관(32.4)을 통하여 감압밸브(34.4)에 유입된 후, 다시 관(36.4)를 따라 주 응축기(20.4)로 흘러간다.
이때 증류장치(24.4)에서는 서로 성분이 다른 두 종류의 농축용액류가 생성된다. 저온비등 암모니아가 거의 농축되지 않아서 비등점이 높은 제1농축용액류는 관(26.4)를 통해 펌프(28.4)로 공급되고, 펌프에 의해 가압된 후 주 증발기(12.4)로 유입되어 고온의 열에 의해 증발된다. 증발된 기체상의 작동유체는 제1터빈(16.4)을 팽창시켜 에너지를 방출한다.
저온비등 암모니아가 농축되어 다른 농축용액에 비해 비등점이 낮은 제2농축용액류는 관(27.4)를 통해 펌프(29.4)로 공급되어 적절한 압력으로 가압된다. 가압된 제2농축용액류는 관(80.4)를 통하여 사용후 작동유체와 열교환을 하는 예열기(82.4)로 공급된다. 예열기를 지난 제2농축용액류는 관(84.4)를 따라 제2의 증발기(13.4)로 공급되어 주 증발기(12.4)보다 약간 낮은 온도에서 증발된다. 제2농축용액류는 다른 농축용액보다 암모니아의 함량이 많기 때문에 주 증발기(12.4)보다 낮은 온도에서도 효과적으로 증발된다.
따라서 제2증발기(13.4)에서는 기체상의 2차 작동유체가 생성되고, 제2터빈(17.4)을 팽창시켜 에너지를 방출한다. 이때 배출되는 사용후 작동유체는 제1터빈(16.4)에서 배출되는 작동유체와 함께 주 응축기(20.4)로 흘러간다.
관(26.4)내를 흐르는 제1농축용액류는 응축기(20.4)를 흘러나가는 용액과 조성이 같다. 제4도의 장치(10.4)를 제5도에서 상세히 도시한다.
증류장치(24.5)는 일점쇄선으로 구분했다. 이 증류장치(24.5)는 주 증류기(D1,D2)와 주 응축기(C1,C2) 그리고 다수의 분리기(S1,S2,S3)를 구비한 일련의 증류유닛으로 구성된다.
드라발 디이젤 엔진의 배기가수와 냉각수 그리고 윤활유를 열원으로 이용하는 제5도의 장치(10.5)에 대하여 설계치를 산출했다. 이 계산결과에 따르면 제5도의 사이클의 장치에서의 제2법칙-효율이 52.6%인 것에 비하여 일반적인 랭킨 사이클의 제2법칙효율은 42.8%였다. 익저지 이용효율 역시 상기한 사이클이 51.5%인 것에 비하여 종래의 랭킨 사이클은 34.2%에 불과했다.
제5도의 실시예는 고온에서 부터 저온에 이르는 광법위한 열원을 효과적으로 이용하기 위하여 본 발명에 따른 사이클의 매개변수를 변화시키는 방법을 예시한 것이다.
특정한 작동유체에 대한 다성분 선도를 이용하여 가장 적절한 매개변수를 산출하기 위해서는 본 발명에 이용되는 각각이 유용한 열원과 열원의 이용에 필요한 설비비의 균형이 이루어져야 한다.
본 발명의 사이클에서는 온도가 서로 다른 일련의 열원을 효과적으로 이용하여 에너지를 발생시킴으로써 열이용도를 높이고 열손실을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 사이클과 종래의 랭킨 사이클을 비교하기 위한 실험을 하였다. 그 결과 본 발명의 사이클에 대한 제2법칙효율이 59.7%인 것에 비해 랭킨 사이클의 효율은 29.7%에 불과했다. 이때 사용된 실험장치는 해양 열에너지 전환장치였으며, 해수면과 심해수(深海水)를 각각 열원 및 냉매로 사용했다. 태양열을 열원으로 하는 장치에 본 발명의 사이클의 장치를 적용해 본 결과, 제2법칙효율과 익저지 이용효율은 각각 80%로 나타났으나, 종래의 랭킨사이클에 있어서는 56%에 불과했다.
제6도는 지열을 열원으로 하는 본 발명에 따른 장치를 도시한 것이다.
제6도는 실시예는 제2동의 실시예와 근본적으로 같다.
따라서 동일한 부품의 지시번호에 대해서는 끝자리 수만을 "2"에서 "6"으로 변경해다.
제6도의 장치(10.6)은 미합중국에 널리 알려진 이스트 메사(East Mesa)와 같은 지열발생지역의 지열을 이용하기 위하여 이론적으로 설계한 것이다.
335℉(168.3℃)에서 134.8℉(560℃)로 냉각된 비교적 고온의 열의 소금물 용액의 형태로 주 증발기(40,6)에 공급된다.
제6도의 장치(10.6)은 2개의 증류기(D1,D2)를 구비한 단일 증류유닛으로 구성된다. 따라서 분리기(S1)로 부터의 흘러오는 고온비등유분은 관(36.6)이 관(18.6)과 접속되는 지점에서 사용후 작동유체와 혼합된다. 이 혼합류는 부분 증류 열 교환기(D1)을 통과하면서 1차 증류류와 열교환을 한다.
상기한 실시예에서와 같이, 사용 작동유체가 터빈(16.6)에서 팽창한 후에는 압력이 감소하여 감압밸브(34.6)에 의해 감압된 희석용액의 압력과 일치하게 된다.
다른 실시예에서와 마찬가지로 본 실시예에 있어서도 저온열원으로서 지열을 이용하고 대기를 응축기(20.6)의 냉매로 이용할 수 있는 사이클을 설계하기 위한 연구를 했다.
암모니아의 물의 엔탈피-농도 선도를 이용하여 이론적으로 산출한 매개변수를 표 3에 도시했다.
[표 3]
Figure kpo00005
표 3의 제1열에 열거한 1에서 17까지의 일련번호는 제6도에 표시한 특정지점의 번호에 각각 대응한다.
이 연구에서 다음과 같은 결과를 얻었다.
Figure kpo00006
이상의 결과를 보면 본 발명의 실시예가 종래의 랭킨 사이클에 비해 상당히 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 지연을 고온의 열원으로 사용하여 농축된 고압의 작동유체를 완전 증발시키고, 사용후 작동유체에서 발산되는 비교적 저온의 열을 저온 열원으로 사용하여 초기의 작도유체를 부분 증류시킴으로써 효과적인 농축이 진행되는 것을 예시하고 있다.
전혀 성분이 다른 작동유체를 증발기와 응축기에 공급하면, 증발기에서 효과적이고 완전하게 작동유체의 농축부분을 증발시킬 수 있다. 따라서 주응축기에 희석용액을 공급함으로써 사용후 작동유체를 효과적으로 응축하여 초기의 작동유체를 재생시킬 수 있다.
이상의 설명에서, 자체적인 사이클의 각 지점이나 외부의 다양한 열원에서 발생하는 열을 비교적 고온열원으로 이용하여 증발효과를 증진하고, 기타 열원에서 공급되는 열을 부분증류와 작동유체의 농축에 이용할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. (a) 저온비등 성분과 고온 비등성분으로 구성된 초기 다성분 작동유체류의 일부를 증류장치내에서 중간압력하에 부분 가열하여 가열된 유체류의 단지 일부만을 증류 혹은 증발시켜서 주 농축용액에 비해서 저온 비등성분이 농축된 증기를 발생시키고, (b) 초기 작동유체류에 비해 저온비등성분이 농축된 적어도 하나의 주농축 용액을 형성하기 위해 상기 농축된 증기를 초기의 작동유체류와 혼합하여 흡수하고, 초기 작동유체류의 잔여부분을 주농축용액에 비해 저온비등성분이 희박한 적어도 하나의 희석용액으로 이용하고, (c) 주 농축용액을 고압으로 가압하고 증발기켜서 기체상의 주사용 작동유체를 발생시키고, (d) 기체상의 주 사용작동유체를 사용후의 저압으로 팽창시켜 에너지를 사용가능한 형태로 방출하고, (e) 기체상의 사용후 작동유체를 주응축기 내에서 중간압력보다 낮은 압력하에 희석용액에 용해하는 것에 의해 냉각 응축시켜 초기의 작동유체를 재생하는 단계를 포함하는 에너지 발생방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초기의 다성분 작동유체류는 비교적 저온의 열에 의해 부분 증류되며, 상기 주 농축용액은 비교적 고온의 열을 사용하는 증발되며, 상기 비교적 저온의 열이, (a) 비교적 고온의 열의 저온부, (b) 주 농축용액을 증발시키는데 이용되지 않는 비교적 고온의 열, (c) 비교적 저온의 열원으로 부터의 열, (d) 기체상의 사용후 작동유체로 부터 회수된 열, (e) 주응축기에서 회수된 열중의 어느하나로 부터 얻어지거나, (f) 이를 열원중의 여럿으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  3. 제2항에 있어서, 주 농축용액이 주 증발기에서 증발되기 전에 주 농축용액을 예열하기 위하여 증류장치와 주 증발기의 저온부 사이에 비교적 저온의 열이 분포되도록 한것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, (a) 초기 작동유체를 1차중간류와 1차 증류류로 분리하고, (b) 일부분을 증발시키기 위해 1차 증류류를 증류장치에서 부분증류하여 농축증기부분을 1차저온 비등 증기부분으로 발생시키고, 1차 증류류의 나머지 부분을 1차 고온비등액체부분으로 발생시키고, (c) 1차 고온 비등액체부분을 증류장치에서 제거하여 희석용액을 만들고, (d) 1차 저온 비등증기부분을 1차 중간류에 혼합시켜 초기작동유체류에 비해 저온 비등 부분이 농축된 1차 농후용액을 생성시키고, 그리고 (e) 1차 농축용액을 이용하여 주농축용액을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 발생 방법.
  5. 제4항에 있어서, (a) 1차 농축용액을 증류장치의 연속증류기로 부터 재순환되는 2차 고온 비등 유분과 혼합하여 2차 작동유체류를 생성시키고, (b) 2차 작동유체류의 압력을 2차 중간 압력까지 상승시키고, (c) 2차 작동유체류를 2차 중간류와 2차 증류류로 분리하고, (d) 일부를 증류 또는 증발시키기 위해 2차 증류류를 증류장치에서 부분 증류하여 2차 저온 비등유분과, 재순환되어 1차 농축용액과 혼합되는 2차 고온비등유분을 발생시키고, (e) 2차 저온비등유분을 2차중간류에 흡착시켜 1차 농축용액보다 저온비등유분의 농도가 짙은 2차 농축용액을 만들고, 그리고 (f) 2차 농축용액을 이용하여 주농축 용액을 생성시킴으로써 1차 농축용액을 적어도 하나의 2차 증류단계에서 처리하는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  6. 제5항에 있어서, 2차 농축용액을 부가된 증류단계에서 부분증류시켜 2차 농축용액보다 농도가 짙은 후속농축용액을 만들어 주농축용액으로 사용하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  7. 제1항에 있어서, 주 농축용액이 열원으로 부터 고온의 열을 공급받는 주 증발기에서 완전히 증발되고, 상기 한 열원의 저온부가 작동유체의 부분증류에 이용되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  8. 제7항에 있어서, 저온 열의 적어도 일부가 주농축용액의 증발에 사용되고 남은 고온의 열을 포함하도록 열원으로 부터의 열이 연속해서 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  9. 제1항에 있어서, 주 농축용액이 비교적 고온의 열에 의하여 완전히 증발되고, 주 농축 용액의 증발에 효과적으로 사용될 수 없는 비교적 저온의 열을 사용하여 부분증류가 발생되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  10. 제1항에 있어서, 희석용액의 적어도 일부를 2차 작동 유체로 사용하여 압력을 증가시키고 제2증발기에서 증발시키고, 에너지를 방출하도록 팽창시키고, 다른 사용후 작동유체 및 잔류 희석용액과 함께 주응축기에서 응축시키는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 초기의 작동유체류를 증류장치에서 증류하여 희석용액외에도 서로 다른 성분을 갖는 일련의 농축용액류를 발생시키고, 농축용액류를 개별적으로 가압하고 증발 및 팽창시키며, 각각의 농축용액류는 각성분의 특정한 온도 범위에 부합되는 온도범위를 갖는 열원에 의해 증발되는 것을 특징으로하는 에너지 발생방법.
  12. 제4항에 있어서, 각 증류기에서의 작동유체류의 압력이 중간압력까지 증가되고, 유용한 열원에 의해 증류류가 효과적으로 증류되며, 각 응축기에서는 유용한 냉매에 의해 중간류에 포함된 저온 비등 유분이 효과적으로 응축되어 비교적 고온의 열에 의하여 쉽게 증발될 수 있도록 농축된 주농축용액이 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  13. 제12항에 있어서, 주 농축용액을 압축하여 고온의 열원에 의해 증발되고 팽창수단을 팽창시키도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  14. 제1항에 있어서, 작동유체류가 물과 암모니아의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  15. 저온 비등성분과 고온 비등성분을 함유한 다성분 작동유체를 사용하는 열역학적 사이클이 열 이용효율을 개선시키기 위한 방법으로서, (a) 주농축용액에 비해 저온비등유분의 농도가 짙은 농축된 증기부분을 발생시키기 위해 작동유체의 일부를 증류 또는 증발시키는 것에 의해 비교적 저온의 열을 이용하여 작동유체의 부분증류를 발생시키고, (b)농축된 증기부분을 잔여 작동유체의 단지 일부분과 혼합하고, 이 혼합물을 응축하여 상기 작동유체에 비해 저온비등 성분의 농도가 짙은 주농축용액을 형성하고, (c)주농축 용액의 압력을 증가시킨 후 비교적 고온의 열을 이용하여 주농축 용액을 증발시켜 팽창을 위해 사용된 기체상의 작동유체를 발생시켜서 그 에너지를 사용가능한 형태로 변환시키는 것을 포함하는 다성분 작동유체를 사용하는 열역학적 사이클의 열 이용효율 개선방법.
  16. 제15항에 있어서, 사용된 기체상의 작동유체를 팽창시켜 에너지를 사용가능한 형태로 변환시키고, 사용후 작동유체를 냉매의 존재하에 저온 비등유분이 희석되고 농축된 증기부분과 혼합되지 않은 작동유체의 잔존부분에 흡수시켜 응축시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 이용효율 개선방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 비교적 고온의 열이 유용한 열원으로 부터 공급되고, 비교적 저온의 열이 비교적 고온인 사용후 잔류열을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 이용효율 개선방법.
  18. 제17항에 있어서, 비교적 저온의 열이 사이클 자체에서 회수된 열로서 작동유체의 농축부를 효과적으로 증발시킬 수 없는 열을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 이용효율 개선방법.
  19. (a) 초기의 다성분 작동유체류를 초기의 압력하에서 부분증류장치에 공급하고, (b) 초기의 작동유체류의 압력을 중간 압력까지 상승시키고, (c) 작동유체류의 일부를 증류혹은 증발시키기 위해 이 작동유체류를 비교적 저온의 열에 의해 부분 증류하여 저온 비등유분이 희석된 적어도 하나의 희석 작동유체류액체 유분과, 농축 액체류에 비해 저온 비등유분이 농축된 적어도 하나의 농축 증기 유분을 발생시키고, (d)작동유체류의 일부를 추출하고 초기의 압력까지 강하시켜 응축기에 공급하고, (e)냉매에 의해 농축증기 유분을 작동유체류의 잔존부분에 응착시켜 농축용액류를 생성시키고, (f) 농축용액류의 압력을 사용압력까지 상승시키고, (g) 비교적 고온의 열에 의해 농축용액류를 증발시켜 사용증기를 발생시키고, (h) 사용증기를 팽창시켜 에너지를 사용가능한 형태로 변환시켜 사용후 작동유체를 발생시키고, (i) 응축기에 공급된 작동유체류 부분에 사용후 작동유체를 냉매에 의해 응축시켜 초기의 작동유체류를 재생하는 단계를 포함하는 에너지 발생 방법.
  20. 제19항에 있어서, 일련의 연속적인 부분 증류단계가 용액의 농도를 연속적으로 증가시켜 주 농축용액류를 생성시키기 위해 실시되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
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