WO2018143521A1 - 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템 - Google Patents

재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템 Download PDF

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WO2018143521A1
WO2018143521A1 PCT/KR2017/006375 KR2017006375W WO2018143521A1 WO 2018143521 A1 WO2018143521 A1 WO 2018143521A1 KR 2017006375 W KR2017006375 W KR 2017006375W WO 2018143521 A1 WO2018143521 A1 WO 2018143521A1
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refrigerant
condenser
evaporator
rankine cycle
organic rankine
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PCT/KR2017/006375
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진정홍
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진정홍
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    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/08—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with working fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K25/02—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid remaining in the liquid phase
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle

Definitions

  • the present invention provides a heat engine with a reheating function to improve the power generation in the existing organic Rankine cycle power generation system using renewable energy, and performs the power generation, cold to effectively utilize the secondary heat generated cold or heat
  • the present invention relates to an organic Rankine cycle power generation system provided with a heating system.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a power generation system in the same manner as the organic Rankine cycle (ORC) power generation system of the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0105162.
  • ORC organic Rankine cycle
  • the method of the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0105162 is to reverse the Rankine cycle in the cold heat generated in the evaporator by the operation of the compressor of the reverse Rankine cycle in the forward / reverse binary Rankine cycle
  • the power generation efficiency is lowered due to the degradation and the plan to effectively utilize the cold heat generated and discarded in the dual organic Rankine cycle.
  • the ORC power generation method generates a power by flowing into a turbine for power generation in a gaseous state at a relatively high temperature and high pressure while the working fluid is evaporated through an evaporator and receives heat from external renewable energy and heat energy generated by a condenser. It flows out at low temperature and low pressure gas.
  • the working fluid may be introduced into the state of a slight wet steam and fully vaporized and expanded inside the turbine to obtain a higher efficiency power.
  • the sharp drop in turbine internal temperature offsets the inflation pressure of the working fluid and does not achieve as high efficiency as expected.
  • a liquid separator is generally installed at the inlet of the turbine to separate and remove the liquid working fluid, and only the gaseous working fluid is used. It is getting into the turbine and getting power.
  • an object of the present invention is to provide a power generation system which is more efficient and economically secured than the existing organic Rankine cycle power generation system, and additionally the organic Rankine cycle and By utilizing the cold and heat generated during the heat exchange process of the reverse organic Rankine cycle for cooling / heating, by installing an organic Rankine power generation unit in the cooling / heater installed with the place and manpower necessary for real life, It is to provide an organic Rankine cycle power generation system that combines cooling and heating, which is more economical and more efficient than producing and supplying the necessary electricity from other places.
  • the present invention by providing a reheating means to the casing of the engine for power generation used in the organic Rankine cycle unit to improve the power generation efficiency by continuously replenishing the thermal energy to the engine.
  • the power generation engine is not limited to a general turbine, but is expanded to use other engines such as turbines, disc turbines, reciprocating engines, and the like, which are retrofitted with screw compressors.
  • the organic Rankine cycle power generation system provided with a reheating means according to the present invention, by providing a reheating means to the outer casing of the engine for power generation used in the organic Rankine cycle, by continuously replenishing the thermal energy to the operating engine, There is an advantage that can provide a power generation system with higher generation efficiency than ORC power generation system.
  • the organic Rankine cycle power generation system having a reheating means according to the present invention the heat generated in the condenser of the cold heat and the reverse organic Rankine cycle produced by the evaporator or the external heat exchanger of the organic Rankine cycle and reverse organic Rankine cycle
  • the heat generated in the condenser of the cold heat and the reverse organic Rankine cycle produced by the evaporator or the external heat exchanger of the organic Rankine cycle and reverse organic Rankine cycle there is an advantage that can be utilized in real life, such as cooling / heating or freezing devices.
  • the organic Rankine cycle power generation system is provided with a reheating means according to the present invention, in the manufacture of cooling / heating equipment, the power generation equipment is simply provided to the refrigeration equipment, such as heat pump to be installed in the past to provide electrical energy Self-procurement has the advantage of providing a cooling / heating device.
  • the use engine is not limited to the general impulse or recoil turbine, but to various heat engines such as disc turbine and reciprocating engine. It can be extended and applied, and there is an advantage of providing a generator with less trouble such as failure.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional forward / reverse separated organic Rankine cycle power generation system.
  • Figure 2 is a block diagram of a forward / reverse separation organic Rankine cycle power generation system having an engine equipped with a reheating means according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a block diagram of a forward / reverse separation organic Rankine cycle power generation system having an engine equipped with a reheating means according to another embodiment of the present invention and a cooling / heating equipment using the same.
  • FIG. 4 is a block diagram of a forward / reverse combined organic Rankine cycle power generation system having an engine equipped with reheating means according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a block diagram of a forward / reverse composite organic Rankine cycle power generation system having an engine equipped with a reheating means according to another embodiment of the present invention and a cooling facility using the same.
  • the present embodiment provides an engine 1 equipped with a reheating means 5 in an organic Rankine cycle, which is dualized in a forward / reverse direction to generate power by receiving externally generated renewable energy such as air heat, seawater heat, and geothermal heat.
  • a forward / reverse organic Rankine power generation system which is typically used, it is suitable for use in relatively large-scale power generation facilities, such as seawater power generation and solar / air combined heat source power generation.
  • the present embodiment includes an organic Rankine cycle unit and an inverse organic Rankine cycle unit, and the first refrigerant circulating the organic Rankine cycle unit and the second refrigerant circulating the reverse organic Rankine cycle unit are second. Heat transfer occurs through the cascade capacitor.
  • the organic Rankine cycle unit includes an engine (1), a first condenser (12), a second condenser (22), a circulation pump (25), a first evaporator (11), and a first external unit in which a generator (2) is connected to a power transmission shaft.
  • the heat exchanger 35 is sequentially arranged to be connected to each other by a pipe to form a closed loop, the first refrigerant which is a working fluid circulates the organic Rankine cycle.
  • the reverse organic Rankine cycle unit has a compressor 3, a third condenser 31, a second evaporator 21, and a second external heat exchanger 36, in which a drive motor 4 is connected to a power transmission shaft, in a sequential order. Connected to each other to form a closed loop, and a second refrigerant, which is a working fluid, circulates the reverse organic Rankine cycle part.
  • the second cascade capacitor 20 is installed by combining the second condenser 22 of the organic Rankine cycle unit and the second evaporator 21 of the reverse organic Rankine cycle unit, thereby providing the second cascade capacitor 20.
  • the latent heat of condensation of the first refrigerant that is condensed while passing through the second condenser 22 is transferred to the second refrigerant that is vaporized through the second evaporator 21. That is, heat transfer is performed between the organic Rankine cycle part and the reverse organic Rankine cycle part in the second cascade capacitor 20.
  • the first condenser condenser 10 formed by combining the first condenser 12 and the first evaporator 11 of the organic Rankine cycle unit is installed, and condensed while passing through the first condenser 12.
  • the latent heat of condensation of the first refrigerant is passed through the first evaporator 11 to the first refrigerant which is vaporized. That is, the first heat transfers the condensed latent heat of the first refrigerant that can be discarded in the first condenser 12 to the first refrigerant that is expanded and vaporized in the first evaporator 11 and circulates in the same closed circuit.
  • the refrigerants are heat-exchanged to efficiently use the latent heat of condensation of the first refrigerant.
  • a condensation heat absorber 32 is further provided between the first external heat exchanger 35 and the engine 1 of the organic Rankine cycle part, and the condensation heat absorber 32 and the reverse organic rankine of the organic Rankine cycle part.
  • a condensation heat exchanger (30) configured to combine the third condenser 31 of the cycle portion, the condensation latent heat of the second refrigerant condensed while passing through the third condenser (31) passes through the condensation heat absorber (32). It may be to deliver to the first refrigerant. That is, in the condensation heat exchanger 30, the heat exchange between the organic Rankine cycle part and the reverse organic Rankine cycle part may be performed once more.
  • the engine 1 is provided with a reheating means 5, supplying heat to the engine 1, the temperature of the first refrigerant which is introduced into the engine 1 is expanded rapidly and the expansion pressure is rapidly The first refrigerant is further heated in the engine 1 so as not to fall.
  • the reheating means 5 is preferably configured to be connected in parallel with the third condenser 31 of the reverse organic Rankine cycle portion so that a part of the second refrigerant compressed by the compressor 3 passes. That is, the pipe branched from the pipe between the compressor 3 and the third condenser 31 is connected to the reheating means 5 and the pipe connected to the refrigerant outlet of the reheating means 5 is the third condenser ( 31) is configured to join in the pipe between the second evaporator 21, a part of the second refrigerant from the compressor (3) is introduced into the third condenser (31), the other part of the reheating means To (5).
  • the reheating means 5 may be supplied with heat from the outside using the renewable energy as a heat source.
  • the first embodiment of the present invention which is a forward / reverse separation organic Rankine cycle power generation system configured as mentioned above, first, when the compressor 3 is operated by the operation of the drive motor 4 in the reverse organic Rankine cycle unit.
  • the second refrigerant gas is compressed, the pipe connected to the outlet of the compressor (3) is bifurcated and the compressed second refrigerant gas flowing through the branched pipe to the condenser (31) and the reheating means (5).
  • heat dissipation and liquefaction are joined again, and then flowed into the second evaporator 21 and vaporized, and then passed through the second external heat exchanger 36 to absorb external thermal energy such as seawater heat, air heat, and solar heat. And the circulation flowing into the compressor (3).
  • the engine 1 of the organic Rankine cycle part is heated by the second refrigerant passing through the reheating means 5 embedded in a casing covering the outside thereof.
  • the low-temperature, low-pressure first refrigerant gas flowing out of the engine 1 is, in the first condenser 12 installed inside the first cascade capacitor 10, the heat energy held by the first refrigerant gas in real time.
  • the phase changes to a wet steam state, and then the second condenser 20 installed inside the second cascade capacitor 20 ( In 22), after passing the remaining heat to the second refrigerant evaporating through the second evaporator 21 and completely liquefied, the inside of the first cascade capacitor 10 by the operation of the circulation pump 25 It is transferred to the first evaporator 11.
  • the first heat is absorbed while absorbing the heat energy retained by the first refrigerant, the first 1 moves to the external heat exchanger 35 to absorb external heat energy such as seawater heat, air heat, solar heat, and the like, and passes through the third condenser 31 while passing through the condensation heat absorber 32 of the condensation heat exchanger 30. It receives the heat from the second refrigerant is heated third.
  • the first refrigerant having a relatively high temperature and high pressure flowing into the engine 1 in a wet steam state expands inside the engine 1 to generate power, and also drops temperature and expansion force. While absorbing the heat of condensation of the second refrigerant continuously supplied through the reheating means 5 embedded in the casing constituting it, it is completely vaporized and further expanded to generate power, and then to the outlet pipe of the engine 1. Discharged.
  • a pipe connecting the first evaporator 11 and the first external heat exchanger 35 and a pipe phase connecting the first external heat exchanger 35 and the condensation heat exchanger 35 It is also desirable to provide a high pressure pump in each of the circuits to smooth the circulation of the first refrigerant in the circuit.
  • the first evaporator 11, the first external heat exchanger 35 and the condensation heat absorber 32 by sequentially expanding the diameter of the pipe so that the first refrigerant gas passing through the condensation heat absorber 32, the wet steam state It is also possible to enter the inlet of the engine (1).
  • the engine 1 is generally indicated by a symbol representing a turbine, but the engine for power generation 1 is not limited to a general impulse or recoil turbine, a turbine that is a retrofit screw compressor, a disc turbine Engines other than the turbine, such as a reciprocating engine, may also be applied.
  • the heat generated from the condenser is used for heating, and the cooling heat generated in the evaporator is used for liquefaction of the working fluid, and the external renewable heat energy is generated as a heat source.
  • power-saving heat pumps and compressors such as refrigerators and air conditioners are operated, power generation is performed using the heat generated from the condenser and reheated to a self-powered or combined use freezer that uses a portion of the cooling heat generated by the evaporator for freezing / cooling.
  • This embodiment is basically similar in structure to the first embodiment. Therefore, the same components and their functions will not be described repeatedly below.
  • this embodiment also largely consists of an organic Rankine cycle part and an inverse organic Rankine cycle part.
  • the organic Rankine cycle unit includes an engine (1), a first condenser (12), a second condenser (22), a circulation pump (25), a first evaporator (11), and a first external unit in which a generator (2) is connected to a power transmission shaft.
  • the heat exchanger 35 is sequentially arranged to be connected to each other by a pipe to form a closed loop, the first refrigerant which is a working fluid circulates the organic Rankine cycle.
  • the reverse organic Rankine cycle unit has a compressor 3, a third condenser 31, a second evaporator 21, and a second external heat exchanger 36, in which a drive motor 4 is connected to a power transmission shaft, in a sequential order. Connected to each other to form a closed loop, and a second refrigerant, which is a working fluid, circulates the reverse organic Rankine cycle part.
  • the second cascade capacitor 20 is formed by combining the second condenser 22 of the organic Rankine cycle unit and the second evaporator 21 of the reverse organic Rankine cycle unit.
  • the latent heat of condensation of the first refrigerant is transferred to the second refrigerant.
  • the first condenser condenser 10 is formed by coupling the first condenser 12 and the first evaporator 11 of the organic Rankine cycle unit, the first condensation in the first condenser 12
  • the latent heat of condensation of the first refrigerant is transferred to the first refrigerant in the same closed circuit vaporized while passing through the first evaporator 11, thereby efficiently utilizing the latent heat of condensation of the first refrigerant which can be discarded.
  • the engine 1 is provided with reheating means 5 so as to supply heat to the engine 1 so that the temperature and pressure of the first refrigerant flowing into the engine 1 and expanding so as not to drop rapidly.
  • the first refrigerant is continuously heated.
  • a third evaporator 23 connected in parallel with the second evaporator 21 of the reverse organic Rankine cycle unit is further installed.
  • the third evaporator 23 may be installed in the room by extending the pipe and used as a cooler or a freezer.
  • the pipe branched from the pipe between the third condenser 31 and the second evaporator 21 is connected to the third evaporator 23 and the pipe exiting from the third evaporator 23 is the second evaporator.
  • a portion of the second refrigerant from the third condenser 31 is introduced into the second evaporator 21 so as to join in a pipe between the 21 and the second external heat exchanger 36. Some are allowed to enter the third evaporator (23).
  • the third evaporator 23 since the third evaporator 23 does not always have to be operated due to the operation characteristics of the air conditioner or the freezer, when the operation of the third evaporator 23 is stopped, the second evaporator 23 flows into the third evaporator 23.
  • the fourth evaporator 26 is installed on the bypass pipe so that the second refrigerant not passing through the third evaporator 23 passes through the fourth evaporator 26.
  • the pipe branched from the pipe between the third condenser 31 and the second evaporator 21 is bifurcated again from the valve 27 so that the third evaporator 23 and the fourth evaporator 26 are separated.
  • Pipes extending from the refrigerant outlets of the third evaporator 23 and the fourth evaporator 26 are respectively connected between the second evaporator 21 and the second external heat exchanger 36.
  • the second refrigerant from the third condenser 31 is introduced into the second evaporator 21, and the other part is the third evaporator 23 or the fourth evaporator. Select (26) to pass through. Due to this configuration, when the third evaporator 23 is not operated, the second refrigerant that has passed through the third evaporator 23 passes through the fourth evaporator 26 by the action of the valve 27. do.
  • the valve 27 functions as a valve for turning on and off the operation of the third evaporator 23 used as a cooler or a freezer, between the third condenser 31 and the second evaporator 21.
  • the branched pipe is installed in a place divided into two pipes headed to the third evaporator 23 and the fourth evaporator 26 to control the flow of the second refrigerant to operate the third evaporator 23. I can regulate it.
  • a three-way valve is used as the valve 27, but any valve or a combination of valves that can be used to control the flow of fluid flowing in such a pipe or to select one of a plurality of pipes to flow. It's okay.
  • the reheating means (5) is such that the heat is supplied from the outside as a renewable energy source.
  • the reheating means 5 embedded in a casing constituting the exterior of the engine 1 of the organic Rankine cycle unit is provided with antifreeze and brine for heat transfer using renewable energy such as seawater, solar heat and air heat as heat sources. It is preferable to install a water jacket and hot water circulation pipe circulating.
  • the reheating means 5 is in parallel with the third condenser 31. It is preferable to configure so that a part of the second refrigerant compressed by the compressor (3) is passed through.
  • the condensation heat exchanger 30 as mentioned in the first embodiment, the latent heat of condensation of the second refrigerant condensed in the third condenser 31 is transferred from the condensation heat exchanger 30 to the condensation heat absorber 32. It can also be delivered to the first refrigerant passing through.
  • the second refrigerant gas is compressed and the compressor ( The second refrigerant gas discharged through the outlet of 3) is radiated while passing through the condenser 31 installed in the room to perform heating and liquefaction, and then the second evaporator 21 and the third evaporator connected in parallel to each other. Evaporate while dividing into (23) or evaporate dividing into the second evaporator (21) and the fourth evaporator (26), and then re-joins and passes through the second external heat exchanger (36) to regenerate externally. After absorbing the energy has a circulation structure flowing into the compressor (3).
  • the low-temperature, low-pressure first refrigerant gas flowing out of the engine 1 is retained by the first condenser 12 installed inside the first cascade capacitor 10. Part of is transferred to the first refrigerant passing through the first evaporator 11, and the phase changes into a wet steam state.
  • the first refrigerant having passed through the first condenser 12 passes the remaining heat through the second evaporator 21 in the second condenser 22 installed inside the second cascade capacitor 20. After passing all of the second refrigerant evaporated and completely liquefied, the first condenser 12 is passed backwards at the same time while passing through the first evaporator 11 by operation of the circulation pump 25.
  • the high-pressure pump is installed on the pipe connecting the first evaporator 11 and the first external heat exchanger 35 to circulate the first refrigerant. It is also desirable to force this.
  • the diameter of the pipe is sequentially expanded so that the first refrigerant gas passing through the first evaporator 11 and the first external heat exchanger 35 sequentially isostatically heated, and the engine 1 is kept in a wet steam state. You can also enter the inlet.
  • the high temperature is only a temperature at which renewable energy is generated, but in the description, it is referred to as a high temperature according to the need for differentiation.
  • the first refrigerant which is a working fluid provided in the organic Rankine cycle power generation facility, preferably uses a refrigerant having a somewhat higher evaporation temperature than the second refrigerant provided in the refrigeration facility that is the reverse organic Rankine cycle.
  • first refrigerant and the second refrigerant in the design of the present invention can be used in various ways depending on the conditions presented, such as changes in the evaporation pressure of the refrigerant according to the temperature and temperature change of the heat source provided.
  • changes in the evaporation pressure of the refrigerant according to the temperature and temperature change of the heat source provided can be used in various ways depending on the conditions presented, such as changes in the evaporation pressure of the refrigerant according to the temperature and temperature change of the heat source provided.
  • changes in the evaporation pressure of the refrigerant according to the temperature and temperature change of the heat source provided can be used in various ways depending on the conditions presented, such as changes in the evaporation pressure of the refrigerant according to the temperature and temperature change of the heat source provided.
  • there is no restriction on the use of the products already known and subsequently developed there is no restriction on the use of the products already known and subsequently developed.
  • the power produced by all the methods described in the first and second embodiments is preferably used as a power source of industry, a self-consumption power source of ships and household appliances, and is preferably used to generate power by surplus power.
  • the forward / reverse organic Rankine cycle is composed of a closed circulation circuit in which a single working fluid is circulated Shows a forward / reverse combined organic Rankine cycle power generation system.
  • the present invention proposes a method of utilizing part of the cooling heat generated while obtaining power by using the generated heat for freezing / cooling.
  • the present embodiment mainly includes an engine 1 in which a generator 2 is connected to a power transmission shaft, a compressor 3 in which a drive motor 4 is connected to a power transmission shaft, and a third condenser 31.
  • the circulation pump 25, the second evaporator 21, the first external heat exchanger 35 and the condensation heat absorber 32 are sequentially arranged to be connected to each other by a pipe to form a closed loop, the refrigerant which is a working fluid circulates .
  • any point on the pipe connecting the refrigerant outlet of the engine 1 and the refrigerant inlet of the compressor 3, and connecting the refrigerant outlet of the third condenser 31 and the circulation pump 25 A bypass conduit (7) for connecting a point on the pipe is provided, and a fourth condenser (24) is provided at any point on the bypass pipe (7) to provide the refrigerant through the engine (1).
  • a fourth condenser (24) is provided at any point on the bypass pipe (7) to provide the refrigerant through the engine (1).
  • the fourth condenser 24 in the third cascade capacitor 40 is installed.
  • the latent heat of condensation of the refrigerant condensed while passing is transferred to the refrigerant passing through the second evaporator 21.
  • a condensation heat exchanger (30) is formed by combining the condensation heat absorber (32) and the third condenser (31), and the latent heat of condensation of the refrigerant condensed while passing through the third condenser (31). Passes to the refrigerant passing through (32).
  • the engine 1 is provided with reheating means 5 to supply the heat to the engine 1 to continuously cool the refrigerant so as not to lower the temperature of the refrigerant flowing into the engine 1 and expanded. Heat.
  • the reheating means (5) is connected in parallel with the third condenser 31 is configured to pass a portion of the refrigerant compressed in the compressor (3). That is, the pipe branched from the pipe between the compressor 3 and the third condenser 31 is connected to the refrigerant inlet of the reheating means 5 and the pipe connected to the refrigerant outlet of the reheating means 5 is the first pipe.
  • the condenser 31 and the circulation pump 25 are configured to join in a pipe, so that a part of the refrigerant from the compressor 3 flows into the third condenser 31, and the other part of the reheating means. (5) It is configured to enter.
  • the high pressure pump is provided at each of the refrigerant inlet of the first external heat exchanger 35 and the refrigerant inlet of the condensation heat exchanger 35, respectively. It is also desirable to have a smooth circulation in the circuit.
  • the diameter of the pipe is sequentially expanded so that the refrigerant gas flowing through the second evaporator 21, the first external heat exchanger 35, and the condensation heat absorber 32 is isostatically heated, and the wet vapor state It is also possible to enter the inlet of the engine 1.
  • a first preheater 33 is provided inside the condensation heat exchanger 30 so that the ORC power generation system of the present embodiment can be operated smoothly, and the engine 1 is also provided with a second preheater 34.
  • the first preheater 33 and the second preheater 34 are operated first to raise the temperature inside the condensation heat exchanger 30 and the engine 1 above a set temperature. After the compressor 3 and the circulation pump 25 is preferably performed to generate power.
  • a third evaporator 23 connected to the second evaporator 21 in parallel and installed in the room to perform a freezing / cooling function may be further installed. That is, a pipe branched from the pipe between the circulation pump 25 and the second evaporator 21 is connected to the refrigerant inlet of the third evaporator 23 so that a part of the refrigerant passing through the circulation pump 25 is Inflow to the second evaporator 21, the remaining portion may be configured to flow into the third evaporator (23).
  • the amount of the refrigerant passing through the second evaporator 21 is always constant, but since the third evaporator 23 does not always need to operate due to the operation characteristics of the air conditioner or the freezer, the operation of the third evaporator 23 is stopped.
  • a separate bypass pipe is installed to bypass the refrigerant introduced into the third evaporator 23, and a fourth evaporator (on the bypass pipe) is installed. 26) Install.
  • valve 27 is installed so that the refrigerant flows by selecting one of the third evaporator 23 and the fourth evaporator 26. At this time, the valve 27 is preferably a three-way valve.
  • a pipe connecting the refrigerant outlet of the engine 1 and the refrigerant inlet of the compressor 3 The cooler 6 may be further provided to cool the refrigerant passing through the pipe.
  • the high temperature and high pressure refrigerant gas, which has passed through the compressor 3, is divided into the third condenser 31 and the reheating means 5 along a pipe branched from the refrigerant outlet side of the compressor 3 to pass the low temperature. , Liquefied at low pressure.
  • the refrigerant gas which does not flow into the compressor (3) is installed in the third cascade capacitor (40) through the bypass conduit (7).
  • 24 passes through the condenser 31 and the reheating means 5 by passing heat to the refrigerant evaporated in the second evaporator 21 installed in the third cascade capacitor 40 and liquefied. Joined with the liquefied refrigerant.
  • the joined liquid refrigerant is a second evaporator provided in the third evaporator 23 and the third cascade capacitor 40 provided indoors by the operation of the circulation pump 25.
  • the cold heat generated by the second evaporator 21 at the same time as the freezing / cooling is performed by the cold heat generated by the third evaporator 23 while being divided into 21 and transferred to the fourth cascade capacitor 40.
  • the refrigerant gas passing through the condenser 24 is liquefied.
  • the amount of the refrigerant passing through the second evaporator 21 is always constant, but since the execution of the refrigeration / cooling is turned on / off, the operation of the third evaporator 23 is stopped and the refrigerant does not pass. In this case, the excess refrigerant not passing through the second evaporator 21 passes through the fourth evaporator 26 by the operation of the valve 27 to allow the ORC power generation to be smoothly performed.
  • the refrigerant gas that has passed through the second evaporator 21, the third evaporator 23 or the fourth evaporator 26 is also preferably maintained in the wet steam state, which is just before the complete evaporation.
  • the refrigerant gas in the vaporized state of the vaporized vapor state passing through the second evaporator 21 and the third evaporator 23 or the fourth evaporator 26 is joined to pass through the first external heat exchanger 35.
  • the third condenser 31, which is additionally heat-exchanged with the renewable energy and heated secondly, is transferred to the condensation heat absorber 32 installed inside the condensation heat exchanger 30, and installed together in the condensation heat exchanger 30.
  • the wet steam refrigerant gas introduced into the engine 1 generates power due to a pressure difference between the refrigerant inlet of the engine 1 and the refrigerant inlet of the fourth condenser 24, but in the engine 1 Due to the complete evaporation and rapid expansion of the refrigerant, the power generation is canceled due to the expansion pressure decrease due to the temperature drop inside the engine 1.
  • the reheating means 5 is provided to the engine 1, and the heat is continuously supplied to the engine 1 to compensate for the sudden drop in the expansion force of the refrigerant gas, thereby improving power generation apparatus with excellent efficiency.
  • the first preheater 33 is installed together with the third condenser 31 in the condensation heat exchanger 30 so that the ORC power generation system of the present invention can operate smoothly.
  • the engine 1 is provided with the second preheater 34 together with the reheating means 5.
  • the first preheater 33 and the second preheater 34 are operated first to set the temperature inside the condensation heat exchanger 30 and the inside of the engine 1 by a user. By raising the above, smooth power generation can be performed simultaneously with the operation of the compressor (3) and the circulation pump (25).
  • the engine 1 has a larger capacity than the compressor 3 in order to generate additional power except for the power consumption of the compressor 3.
  • the first external heat exchanger 35 and the second external heat exchanger 36 are provided to obtain external renewable energy to be used as the operating heat source of the engine 1.
  • it can be arranged in each room to perform the role of the air conditioner (air conditioner).

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Abstract

본 발명은, 발전기(2)가 축으로 연결되며 재가열수단이 구비되는 엔진, 제1응축기, 제2응축기, 순환펌프, 제1증발기 및 제1외부열교환기가 순차적으로 배치되어 배관으로 연결되어 제1냉매가 순환하는 유기랭킨사이클부와; 구동모터가 축으로 연결된 압축기, 제3응축기, 제2증발기 및 제2외부열교환기가 순차적으로 배치되어 배관으로 연결되어 제2냉매가 순환하는 역유기랭킨사이클부와; 상기 제2응축기와 상기 제2증발기를 결합하여 구성되는 제2캐스케이드콘덴서와; 상기 제1응축기와 상기 제1증발기를 결합하여 구성되는 제1캐스케이드콘덴서를 포함하여 구성되며, 제3응축기를 이용한 난방과 제3증발기 및 제1외부열교환기를 이용한 냉방기능이 추가되는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템에 관한 것이다.

Description

재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템
본 발명은 재생에너지를 이용하는 기존의 유기랭킨사이클 발전시스템에 있어서, 발전의 효율을 향상시키기 위해 재가열 기능이 부가된 열기관을 제공하여 발전을 수행하고, 부수적으로 생성되는 냉열 또는 온열을 효과적으로 활용하는 냉, 난방 시스템이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템에 관한 것이다.
도 1은 대한민국 특허공개 제10-2015-0105162호의 유기랭킨사이클(ORC) 발전시스템과 동일한 방식의 발전시스템을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 대한민국 특허공개 제10-2015-0105162호의 방식은 정/역으로 이원화된 유기랭킨사이클에서 역랭킨사이클의 압축기의 가동으로 증발기에서 생성되는 냉열로 랭킨사이클을 순환하는 작동 유체를 액화시키고, 다시 외부의 재생에너지와 상기 압축기의 가동으로 응축기에서 생성되는 온열에너지를 열원으로 하여 발전용 터빈을 돌려 동력을 획득하는 방식으로서, 터빈 내부에서 작동 유체의 급격한 팽창에 따른 온도저하로 인한 발전 효율이 저하되는 문제점과 이원화된 유기랭킨사이클에서 생성되어 폐기되는 냉열을 효과적으로 활용하는 방안을 제시하지 못하고 있다.
일반적인 ORC발전 방식은 작동 유체가 증발기를 거치면서 기화되고 외부의 재생에너지와 응축기에서 생성된 열에너지를 열을 전달받는 과정을 거치면서 비교적 고온 고압의 기체상태로 발전용 터빈에 유입되어 동력을 발생시키고 저온 저압의 기체상태로 유출된다.
하지만, 보다 높은 동력을 획득하기 위해서 작동 유체가 약간의 습증기 상태로 유입되어 터빈 내부에서 완전 기화되고 팽창되면 더욱 높은 효율의 동력을 획득할 수 있겠지만, 그 역작용으로 완전 기화에 따른 기화열의 흡수로 인해 터빈 내부 온도의 급격한 저하로 작동 유체의 팽창압력을 상쇄시켜 기대만큼의 높은 효율의 발전은 달성하지 못한다.
또한, 습증기 상태의 작동 유체가 터빈 내부로의 유입되는 경우, 블레이드 등의 손상을 초래할 수 있기에 일반적으로 터빈의 유입구에 액분리기를 설치하여 액체상태의 작동 유체를 분리 제거하고 기체상태의 작동 유체만 터빈에 유입시켜 동력을 획득하고 있다.
한편, 물을 작동 유체로 사용하는 랭킨사이클에서는 터빈이 가동되는 중간에 증기를 일부 뽑아내는 추기(抽氣: bleeding)를 하여 재열(再熱: reheating) 과정을 거치면 온도와 압력을 상승시켜 터빈의 발전효율을 높이는데 효과적이었으나, 유기 냉매를 작동 유체로 사용하고 신·재생에너지를 열원으로 하는 저온용 유기랭킨사이클에서는 중간에 추기하여 재열한다 해도 온도 상승폭이 작아 그 효과가 미미해 이런 방식은 이용되지 않는다.
또한, 신·재생에너지를 이용하는 ORC 발전에서는, 설비의 제공과 함께 유지관리 보수를 위한 인력확보 등의 비용지출이 있기에, 이에 상응하여 경제성을 담보할 수 있는 규모의 설비가 필요하고, 또 그 설치에 따른 장소가 요구되며 주변의 입지조건 등이 적합해야 하는 제약이 있다.
이에 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 유기랭킨사이클 발전시스템보다 효율적이고 경제성이 더욱 확보된 발전시스템을 제공하고, 부수적으로 상기 유기랭킨사이클과 역유기랭킨사이클의 열교환 과정에서 생성되는 냉, 온열을 냉/난방에 활용함으로써, 실생활에 꼭 필요하여 기왕에 제공되는 장소와 인력과 함께 설치되는 냉/난방기에 유기랭킨 발전설비를 추가로 설치함으로써, 필요한 전기를 타지에서 생산하여 공급하는 방식보다 경제성 및 효율성이 더욱 바람직한 냉/난방을 겸한 유기랭킨사이클 발전시스템를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 유기랭킨사이클부에서 사용되는 발전용 엔진의 케이싱에 재가열수단을 제공하여 가동되는 엔진에 지속적으로 열에너지를 보충함으로써 발전효율을 향상시키다.
또한, 상기 발전용 엔진을 일반적인 터빈에 국한하지 않고 스크류 압축기를 개조한 터빈, 원반형 터빈, 왕복동 엔진 등 기타 엔진의 사용으로 확대한다.
또한, 상기 유기랭킨사이클부과 역유기랭킨사이클부의 증발기에서 생성되는 냉열과 역유기랭킨사이클부의 응축기에서 생성되는 온열을 이용하여 냉/난방 또는 냉동장치 등 실생활에 활용할 수 있는 유기랭킨사이클 발전시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템에 의하면, 상기 유기랭킨사이클에서 사용되는 발전용 엔진의 외부 케이싱에 재가열수단을 제공하여, 가동되는 엔진에 지속적으로 열에너지를 보충함으로써, 종래의 ORC 발전시스템보다 발전효율이 높은 발전시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템에 의하면, 상기 유기랭킨사이클과 역유기랭킨사이클의 증발기 혹은 외부열교환기에서 생성되는 냉열과 역유기랭킨사이클의 응축기에서 생성되는 온열을 이용하여 냉/난방 또는 냉동장치 등 실생활에 활용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템에 의하면, 냉/난방설비를 제조함에 있어서, 기왕 설치되어야 할 히트펌프 등 냉동 설비에 간단하게 발전설비가 추가로 제공되어 전기에너지를 자체조달할 수 있는 냉/난방장치가 제공되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템에 의하면, 발전설비를 제조함에 있어서, 사용엔진을 일반적인 충동식 또는 반동식 터빈에만 국한하지 않고 원반형 터빈 및 왕복동 엔진 등 기타 다양한 열기관에 확대 적용할 수 있으며, 고장 등 하자발생이 적은 발전기를 제공하는 장점이 있다.
도 1은 종래의 정/역 분리 유기랭킨사이클 발전시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재가열 수단이 장착된 엔진을 구비하는 정/역 분리 유기랭킨사이클 발전시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 재가열 수단이 장착된 엔진을 구비하는 정/역 분리 유기랭킨사이클 발전시스템과 이를 이용한 냉/난방설비의 구성도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재가열 수단이 장착된 엔진을 구비하는 정/역 복합 유기랭킨사이클 발전시스템의 구성도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재가열 수단이 장착된 엔진을 구비하는 정/역 복합 유기랭킨사이클 발전시스템과 이를 이용한 냉방설비의 구성도.
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
후술하는 각 실시예에서 언급되는 모든 증발기들은 모두 액체 냉매의 기화를 위한 팽창밸브 및 분사노즐이 구비되어 제공되는 것으로 이후 설명에서는 그 부품의 언급을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면과 함께 더욱 상세히 설명한다.
[제1실시예]
본 실시예는 공기열, 해수열, 지열 등 외부에서 생성된 재생에너지를 공급받아 발전을 수행하는 정/역으로 이원화된 유기랭킨사이클에 재가열수단(5)이 구비된 엔진(1)을 제공하여 발전을 수행하는 정/역 분리 유기랭킨 발전시스템을 설명하는 것으로서, 대표적으로 해수이용발전, 태양열/공기열 복합열원이용 발전 등, 비교적 대용량의 동력생산설비에 그 사용이 적합한 시스템이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 크게 유기랭킨사이클부와 역유기랭킨사이클부로 이루어지며, 상기 유기랭킨사이클부를 순환하는 제1냉매와 역유기랭킨사이클부를 순환하는 제2냉매는 제2캐스케이드콘덴서를 통하여 열전달이 이루어진다.
상기 유기랭킨사이클부는 발전기(2)가 동력전달 축으로 연결된 엔진(1), 제1응축기(12), 제2응축기(22), 순환펌프(25), 제1증발기(11) 및 제1외부열교환기(35)가 순차적으로 배치되어 배관으로 서로 연결되어 폐루프를 형성하고, 작동유체인 제1냉매가 상기 유기랭킨사이클부를 순환한다.
상기 역유기랭킨사이클부는 구동모터(4)가 동력전달 축으로 연결된 압축기(3), 제3응축기(31), 제2증발기(21) 및 제2외부열교환기(36)가 순차적으로 배치되어 배관으로 서로 연결되어 폐루프를 형성하고, 작동유체인 제2냉매가 상기 역유기랭킨사이클부를 순환한다.
이때, 상기 유기랭킨사이클부의 제2응축기(22)와 상기 역유기랭킨사이클부의 제2증발기(21)를 결합하여 구성되는 상기 제2캐스케이드콘덴서(20)를 설치하여, 상기 제2캐스케이드콘덴서(20)에서 상기 제2응축기(22)를 통과하면서 응축되는 제1냉매의 응축잠열을 상기 제2증발기(21)를 통과하여 기화하는 제2냉매에 전달한다. 즉, 상기 제2캐스케이드콘덴서(20)에서 상기 유기랭킨사이클부와 상기 역유기랭킨사이클부 사이에 열전달이 이루어진다.
또한, 상기 유기랭킨사이클부의 상기 제1응축기(12)와 상기 제1증발기(11)를 결합하여 구성되는 제1캐스케이드콘덴서(10)를 설치하여, 상기 제1응축기(12)를 통과하면서 응축되는 제1냉매의 응축잠열을 상기 제1증발기(11)를 통과하여 기화하는 상기 제1냉매에 전달한다. 즉, 상기 제1응축기(12)에서 버려질 수 있는 상기 제1냉매의 응축잠열을 상기 제1증발기(11)에서 팽창하여 기화되는 상기 제1냉매에 열전달하여, 동일 폐회로를 순환하는 상기 제1냉매끼리 열교환하여 상기 제1냉매의 응축잠열을 효율적으로 이용하는 것이다.
한편, 상기 유기랭킨사이클부의 상기 제1외부열교환기(35)과 상기 엔진(1) 사이에 응축열흡수기(32)를 더욱 구비하고, 상기 유기랭킨사이클부의 상기 응축열흡수기(32)와 상기 역유기랭킨사이클부의 제3응축기(31)를 결합하여 구성되는 응축열교환기(30)를 설치하여, 상기 제3응축기(31)를 통과하면서 응축되는 상기 제2냉매의 응축잠열을 상기 응축열흡수기(32)를 통과하는 상기 제1냉매에 전달하도록 할 수도 있다. 즉, 상기 응축열교환기(30)에서 상기 유기랭킨사이클부와 상기 역유기랭킨사이클부 사이에 열교환이 한번 더 이루어 질 수 있도록 한다.
그리고, 상기 엔진(1)에는 재가열수단(5)이 설치되어, 상기 엔진(1)에 열을 공급하여 상기 엔진(1)으로 유입되어 팽창되는 상기 제1냉매의 온도가 급격히 낮아져서 팽창압력이 급격히 하락하지 않도록 상기 엔진(1)에서 제1냉매를 추가적으로 가열한다.
상기 재가열수단(5)은 상기 역유기랭킨사이클부의 상기 제3응축기(31)와 병렬로 연결되어 상기 압축기(3)에서 압축된 제2냉매의 일부가 통과하도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 압축기(3)와 상기 제3응축기(31) 사이의 배관에서 분기한 배관이 상기 재가열수단(5)으로 연결되고 상기 재가열수단(5)의 냉매출구와 연결된 배관이 상기 제3응축기(31)와 상기 제2증발기(21) 사이의 배관에서 합류하도록 구성하여, 상기 압축기(3)에서 나오는 상기 제2냉매의 일부는 상기 제3응축기(31)로 유입되고, 나머지 일부는 상기 재가열수단(5)으로 유입되도록 한다.
한편, 상기 재가열수단(5)은 재생에너지를 열원으로 하여 외부에서 열이 공급되도록 할 수도 있다.
위에서 언급된 바와 같이 구성되는 정/역 분리 유기랭킨사이클 발전시스템인 본 발명의 제1실시예는, 먼저, 상기 역유기랭킨사이클부에서 구동모터(4)의 가동으로 압축기(3)가 가동되면 제2냉매 가스는 압축되며, 상기 압축기(3)의 출구와 연결되는 배관은 두 갈래로 분기되며 분기된 배관을 유동하는 압축된 제2냉매 가스는 상기 응축기(31)와 재가열수단(5)으로 나뉘어 공급되면서 방열하고 액화되어 다시 합류된 후, 상기 제2증발기(21)로 유입되어 기화된 후, 상기 제2외부열교환기(36)로 거치면서 해수열, 공기열, 태양열 등 외부의 열에너지를 흡수하고 압축기(3)로 유입되는 순환을 한다.
다음, 상기 유기랭킨사이클부의 상기 엔진(1)은, 그 외부를 덮는 케이싱에 매설되는 상기 재가열수단(5)을 통과하는 상기 제2냉매에 의해 가열된다.
상기 엔진(1)을 유동하여 나온 저온, 저압의 제1냉매 가스는, 상기 제1캐스케이드콘덴서(10) 내부에 설치되는 상기 제1응축기(12)에서, 상기 제1냉매 가스가 보유한 열에너지를 실시간, 동일회로를 선행하여 순환하면서 상기 제1증발기(11)를 통과하는 제1냉매에 전달하여, 습증기 상태로 상 변화하며, 이후 상기 제2캐스케이드콘덴서(20) 내부에 설치되는 상기 제2응축기(22)에서 제2증발기(21)를 통과하며 기화하는 제2냉매에 잔여 열을 더욱 전달하여 완전히 액화된 후, 상기 순환펌프(25)의 가동에 의해 상기 제1캐스케이드콘덴서(10) 내부의 상기 제1증발기(11)로 이송된다. 상기 제1증발기(11)를 통과하면서 비교적 적은 체적의 고압의 습증기 상태로 기화하고 상기 제1응축기(12)로부터 열을 전달받아 상기 제1냉매가 보유한 열에너지를 흡수하면서 1차로 가열되고, 상기 제1외부열교환기(35)로 이동하여 해수열, 공기열, 태양열 등 외부 열에너지를 2차로 흡수하며, 상기 응축열교환기(30)의 상기 응축열흡수기(32)를 통과하면서 상기 제3응축기(31)를 경과하는 제2냉매로부터 열을 전달받아 3차로 가열된다.
상기 제1외부열교환기(35)를 실내에 설치하여 냉방기로서 이용하는 것도 가능하다.
습증기 상태로 상기 엔진(1)에 유입되는 비교적 고온, 고압의 상기 제1냉매는, 상기 엔진(1) 내부에서 팽창하여 동력을 발생시키고 온도와 팽창력 또한 급락하는데, 상기 엔진(1)의 외부를 구성하는 케이싱 내부에 매설된 상기 재가열수단(5)을 통해 지속적으로 공급되는 상기 제2냉매의 응축열을 흡수하면서 완전 기화되고 더욱 팽창하여 동력을 추가하여 발생시키고 상기 엔진(1)의 출구측 배관으로 배출된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 상기 제1증발기(11)와 상기 제1외부열교환기(35)를 연결하는 배관과, 상기 제1외부열교환기(35)와 상기 응축열교환기(35)를 연결하는 배관 상에, 각각 고압펌프를 설치하여 제1냉매의 회로 내 순환을 원활하게 하는 방안도 바람직하다.
또한, 상기 제1증발기(11), 상기 제1외부열교환기(35) 및 상기 응축열흡수기(32)를 순차적으로 경과하는 제1냉매 가스가 등압 가열되도록 배관의 직경을 순차적으로 확장시켜, 습증기 상태로 상기 엔진(1)의 유입구로 진입하게 할 수도 있다.
첨부된 도면에서는 상기 엔진(1)을 일반적으로 터빈을 표시하는 기호로 표시하였으나, 상기 발전용 엔진(1)은 일반적인 충동식, 반동식 터빈에 국한되지 않으며, 스크류 압축기를 개조한 터빈, 원반형 터빈, 왕복동 엔진 등 상기 터빈 이외의 엔진들도 적용될 수 있다.
[제2실시예]
본 실시예는 압축기(3)를 가동할 때, 응축기에서 발생하는 온열을 이용하여 난방에 활용하고 증발기에서 생성되는 냉열을 이용하여 작동유체의 액화에 사용하며 외부의 재생 열에너지를 열원으로 발전을 수행하는 절전형 히트펌프와, 냉동기/에어컨 등의 압축기를 가동할 때 응축기에서 생성되는 온열을 이용하여 발전을 수행하고 증발기에서 생성되는 냉열의 일부를 냉동/냉방에 활용하는 자가발전 또는 발전 겸용 냉동기에 재가열수단이 구비된 엔진을 제공하여 효율이 우수한 전력생산 방법을 제시한다.
본 실시예는 기본적으로 상기 제1실시예와 구조가 유사하다. 따라서, 동일한 구성요소 및 그 기능에 관하여는 아래에서 반복하여 설명하지 않도록 한다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 본 실시예 역시 크게 유기랭킨사이클부와 역유기랭킨사이클부로 이루어진다.
상기 유기랭킨사이클부는 발전기(2)가 동력전달 축으로 연결된 엔진(1), 제1응축기(12), 제2응축기(22), 순환펌프(25), 제1증발기(11) 및 제1외부열교환기(35)가 순차적으로 배치되어 배관으로 서로 연결되어 폐루프를 형성하고, 작동유체인 제1냉매가 상기 유기랭킨사이클부를 순환한다.
상기 역유기랭킨사이클부는 구동모터(4)가 동력전달 축으로 연결된 압축기(3), 제3응축기(31), 제2증발기(21) 및 제2외부열교환기(36)가 순차적으로 배치되어 배관으로 서로 연결되어 폐루프를 형성하고, 작동유체인 제2냉매가 상기 역유기랭킨사이클부를 순환한다.
이때, 상기 제1실시예와 동일하게, 상기 유기랭킨사이클부의 제2응축기(22)와 상기 역유기랭킨사이클부의 제2증발기(21)를 결합하여 구성되는 상기 제2캐스케이드콘덴서(20)를 설치하여, 상기 제1냉매의 응축잠열을 상기 제2냉매에 전달한다.
또한, 상기 유기랭킨사이클부의 상기 제1응축기(12)와 상기 제1증발기(11)를 결합하여 구성되는 제1캐스케이드콘덴서(10)를 설치하여, 상기 제1응축기(12)에서 응축되는 상기 제1냉매의 응축잠열을 상기 제1증발기(11)를 통과하면서 기화되는 동일 폐회로상의 상기 제1냉매에 열전달하여, 버려질 수 있는 상기 제1냉매의 응축잠열을 효율적으로 이용한다.
그리고, 상기 엔진(1)에는 재가열수단(5)이 설치되어, 상기 엔진(1)에 열을 공급하여 상기 엔진(1)으로 유입되어 팽창되는 상기 제1냉매의 온도와 압력이 급격히 하락하지 않도록 상기 제1냉매를 지속적으로 가열한다.
또한, 상기 역유기랭킨사이클부의 제2증발기(21)와 병렬로 연결되는 제3증발기(23)가 더욱 설치된다. 상기 제3증발기(23)는 상기 배관을 연장하여 실내에 설치하여 냉방기나 냉동기로 이용할 수 있다.
즉, 상기 제3응축기(31)와 상기 제2증발기(21) 사이의 배관에서 분기한 배관이 상기 제3증발기(23)로 연결되고 상기 제3증발기(23)에서 나오는 배관이 상기 제2증발기(21)와 상기 제2외부열교환기(36) 사이의 배관에서 합류하도록 구성하여, 상기 제3응축기(31)에서 나오는 상기 제2냉매의 일부는 상기 제2증발기(21)로 유입되고, 나머지 일부는 상기 제3증발기(23)로 유입되도록 한다.
이때, 상기 냉방기나 냉동기의 동작 특성상 상기 제3증발기(23)가 항상 가동될 필요가 없으므로, 상기 제3증발기(23)의 작동이 중단되는 경우, 상기 제3증발기(23)로 유입되던 제2냉매가 우회할 수 있도록, 상기 제3증발기(23)의 냉매 입구측 배관에 밸브(27)를 구비하여 별도의 바이패스 배관을 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 바이패스 배관상에 제4증발기(26)를 설치하여, 상기 제3증발기(23)를 거치지 않는 제2냉매는 상기 제4증발기(26)를 통과하도록 구성한다. 즉, 상기 제3응축기(31)와 상기 제2증발기(21) 사이의 배관에서 분기한 배관이 상기 밸브(27)에서 다시 두 갈래로 갈라져서 상기 제3증발기(23)와 상기 제4증발기(26)로 각각 연결되고, 상기 제3증발기(23)와 상기 제4증발기(26)의 각 냉매 출구에서 연장되어 나오는 배관들이, 상기 제2증발기(21)와 상기 제2외부열교환기(36) 사이의 배관에서 다시 합류하도록 구성하여, 상기 제3응축기(31)에서 나오는 상기 제2냉매의 일부는 상기 제2증발기(21)로 유입되고, 나머지 일부는 상기 제3증발기(23) 혹은 제4증발기(26)를 선택하여 통과하도록 구성한다. 이러한 구성으로 인하여, 상기 제3증발기(23)가 작동하지 않을 때에는 상기 제3증발기(23)를 통과하던 제2냉매는 상기 밸브(27)의 작용에 의해 상기 제4증발기(26)를 통과하게 된다.
상기 밸브(27)는 냉방기나 냉동기로 이용되는 상기 제3증발기(23)의 작동을 온-오프하기 위한 밸브로서의 기능을 하는데, 상기 제3응축기(31)와 상기 제2증발기(21) 사이에서 분기되어 나온 배관이 상기 제3증발기(23)와 상기 제4증발기(26)로 향하는 두 배관으로 나누어지는 곳에 설치되어, 상기 제2냉매의 흐름을 조절하여 상기 제3증발기(23)의 가동을 조절할 수 있다. 이때, 상기 밸브(27)로서는 삼방밸브가 사용되는 것이 바람직하지만, 이러한 배관에 흐르는 유체의 흐름을 단속하거나 다수의 배관 중 하나를 선택하여 흐르게 하기 위하여 사용될 수 있는 밸브 또는 밸브들의 조합이면 어느 것이든 무방하다.
또한, 상기 제3응축기(31)를 실내에 설치하여, 상기 제3응축기(31)에서 상기 제2냉매가 응축될 때 발생되는 열을 난방 등에 활용할 수도 있다. 이때, 상기 재가열수단(5)은 재생에너지를 열원으로 외부에서 열이 공급되도록 한다.
본 실시예에서 상기 유기랭킨사이클부의 상기 엔진(1)의 외부를 구성하는 케이싱에 매설되는 상기 재가열수단(5)은 해수 및 태양열, 공기열 등 재생에너지를 열원으로 하여 열전달용으로 부동액 및 브라인이 제공되어 순환하는 워터자켓 및 온수 순환배관을 설치함이 바람직하다.
상기 제3응축기(31)를 난방에 사용하지 않고자 하는 경우에는, 상기 제1실시예에서 언급되고 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 재가열수단(5)은 상기 제3응축기(31)와 병렬로 연결되어 상기 압축기(3)에서 압축된 제2냉매의 일부가 통과하도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1실시예에서 언급된 바와 같은 응축열교환기(30)을 설치하여 상기 제3응축기(31)에서 응축되는 제2냉매의 응축잠열을 상기 응축열교환기(30)에서 응축열흡수기(32)를 통과하는 제1냉매에 전달할 수도 있다.
이와 같이 구성되는 정/역 분리 유기랭킨사이클 발전시스템에서, 상기 역유기랭킨사이클부의 상기 구동모터(4)의 가동으로 상기 압축기(3)가 가동되면 상기 제2냉매 가스는 압축되며, 상기 압축기(3)의 출구를 통하여 나온 상기 제2냉매 가스는 실내에 설치되는 상기 응축기(31)를 통과하면서 방열하여 난방을 실행하고 액화된 후, 서로 병렬 연결된 상기 제2증발기(21)와 상기 제3증발기(23)로 나뉘어 통과하면서 기화하거나 상기 제2증발기(21)와 상기 제4증발기(26)로 나뉘어 통과하면서 기화한 후, 다시 합류하여 상기 제2외부열교환기(36)를 통과하면서 외부의 재생에너지를 흡수한 후 상기 압축기(3)로 유입되는 순환 구조를 갖는다.
상기 유기랭킨사이클부에서는, 상기 엔진(1)을 유동하여 나온 저온, 저압의 상기 제1냉매 가스가, 상기 제1캐스케이드콘덴서(10)의 내부에 설치되는 상기 제1응축기(12)에서 보유 열에너지의 일부를 상기 제1증발기(11)를 선행하여 통과하는 제1냉매에 전달하여, 습증기 상태로 상 변화한다. 상기 제1응축기(12)를 거친 상기 제1냉매는, 상기 제2캐스케이드콘덴서(20)의 내부에 설치되는 상기 제2응축기(22)에서, 잔여 열을, 상기 제2증발기(21)를 통과하면서 기화하는 제2냉매에 모두 전달하고 완전 액화된 후, 상기 순환펌프(25)의 가동에 의해 상기 제1증발기(11)를 통과하면서, 동시간에 상기 제1응축기(12)를 후행하여 통과하는 제1냉매로부터 열을 흡수하여 다시 비교적 적은 체적의 고압의 습증기 상태로 기화하여 1차 가열되고 가압된 후, 상기 제1외부열교환기(35)로 이동하여 해수열, 공기열, 태양열 등 외부 열에너지를 흡수하여 2차로 가압, 가열된 후, 상기 엔진(1) 내부로 유입되어 완전 기화되면서 팽창하여 동력을 발생시키면서, 상기 재가열수단(5)의 열에너지를 흡수하여 더욱 팽창하고 동력발생을 증가시킨다.
상기 제1외부열교환기(35)에 연결되는 배관을 연장하여 실내에 설치하여 상기 제1외부열교환기(35)를 냉방기로서 이용하는 것도 가능함은 물론이다.
상기 제1실시예에서와 동일한 경우로서 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 제1증발기(11)와 상기 제1외부열교환기(35)를 연결하는 배관 상에, 고압펌프를 설치하여 제1냉매의 순환을 강제하는 방안 역시 바람직하다.
또한, 상기 제1증발기(11), 상기 제1외부열교환기(35)를 순차적으로 경과하는 제1냉매 가스가 등압 가열되도록 배관의 직경을 순차적으로 확장시켜, 습증기 상태로 상기 엔진(1)의 유입구로 진입하게 할 수도 있다.
이렇게 본 실시예에서 설명한 바와 같이, 히트펌프를 가동하거나 에어컨 등 냉방기/냉동기를 가동함에 있어 최소한의 설비추가와 간단한 설계변경만으로 발전과 함께 냉/난방도 실시할 수 있는 경제적인 생활기기를 제공할 수 있다.
상기 유기랭킨사이클에서 고온이라 함은 재생에너지가 생성되는 온도에 불과하지만 설명상, 차별화의 필요에 따라 고온이라 언급한다.
상기 유기랭킨사이클인 발전설비에서 제공되는 작동유체인 상기 제1냉매는 상기 역유기랭킨사이클인 냉동기 설비에서 제공되는 상기 제2냉매보다 증발온도가 다소 높은 냉매를 사용함이 바람직하다.
또한, 상기 제1냉매와 상기 제2냉매는 본 건 발명제품의 설계시에, 제공되는 열원의 온도 및 온도 변화에 따른 냉매의 증발압력 변화 등 제시되는 조건에 따라 각각 다양하게 선택하여 사용할 수 있을 것이나, 어느 경우라도 모두 부식성, 안정성, 기계 및 환경과의 친화성, 가격 등 경제적인 면에서 우수하다면 이미 생산되어 알려진 제품 및 추후 개발될 어떤 제품도 그 사용에 제한을 두지 않는다.
상기 제1 및 제2 실시예에서 설명한 모든 방법으로 생산된 동력은 산업체의 동력원, 선박 및 생활기기의 자가소비 동력원으로 먼저 사용하고 잉여동력으로 발전을 수행함이 바람직하다.
[제3실시예]
본 실시예에서는 상기 제1 및 제2 실시예에서 설명한 바와 달리, 소용량의 자가발전 냉동, 공조기에 사용이 적합한 시스템으로서, 정/역 유기랭킨사이클이 단일의 작동유체가 순환하는 폐순환회로 구성되는 복합된 형식의 정/역 복합 유기랭킨사이클 발전시스템을 보여준다. 냉동기를 가동할 때, 생성되는 온열을 이용하여 동력을 획득하면서 생성되는 냉열의 일부를 냉동/냉방에 활용하는 방안을 제시한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예는 크게 발전기(2)가 동력전달 축으로 연결된 엔진(1), 구동모터(4)가 동력전달 축으로 연결된 압축기(3), 제3응축기(31), 순환펌프(25), 제2증발기(21), 제1외부열교환기(35) 및 응축열흡수기(32)가 순차적으로 배치되어 배관으로 서로 연결되어 폐루프를 형성하고, 작동유체인 냉매가 순환한다.
또한, 상기 엔진(1)의 냉매 출구와 상기 압축기(3)의 냉매 입구를 연결하는 배관 상의 어느 한 지점과, 상기 제3응축기(31)의 냉매 출구와 상기 순환펌프(25) 사이를 연결하는 배관 상의 어느 한 지점을 연결하는 바이패스배관(7)을 설치하고, 상기 바이패스배관(7) 상의 어느 한 지점에 제4응축기(24)가 구비되어, 상기 엔진(1)을 거쳐 나오는 냉매의 일부가 상기 압축기(3)로 이송되지 않고 상기 바이패스배관(7)을 통하여 상기 제4응축기(24)를 통과하여, 상기 제3응축기(31)와 상기 순환펌프(25) 사이의 배관에서, 상기 압축기(3)를 통과한 냉매와 합류한다.
또한, 상기 제4응축기(24)와 제2증발기(21)를 결합하여 구성되는 상기 제3캐스케이드콘덴서(40)를 설치하여, 상기 제3캐스케이드콘덴서(40)에서 상기 제4응축기(24)를 통과하면서 응축되는 냉매의 응축잠열을 상기 제2증발기(21)를 통과하는 냉매에 전달한다.
그리고, 상기 응축열흡수기(32)와 제3응축기(31)를 결합하여 구성되는 응축열교환기(30)를 설치하여, 상기 제3응축기(31)를 통과하면서 응축되는 상기 냉매의 응축잠열을 상기 응축열흡수기(32)를 통과하는 상기 냉매에 전달한다.
그리고, 상기 엔진(1)에는 재가열수단(5)이 설치되어, 상기 엔진(1)에 열을 공급하여 상기 엔진(1)으로 유입되어 팽창되는 상기 냉매의 온도가 낮아지지 않도록 상기 냉매를 지속적으로 가열한다.
상기 재가열수단(5)은 상기 제3응축기(31)와 병렬로 연결되어 상기 압축기(3)에서 압축된 냉매의 일부가 통과하도록 구성한다. 즉, 상기 압축기(3)와 상기 제3응축기(31) 사이의 배관에서 분기한 배관이 상기 재가열수단(5)의 냉매 유입구와 연결되고 상기 재가열수단(5)의 냉매 유출구와 연결된 배관이 상기 제3응축기(31)와 상기 순환펌프(25) 사이의 배관에서 합류하도록 구성하여, 상기 압축기(3)에서 나오는 상기 냉매의 일부는 상기 제3응축기(31)로 유입되고, 나머지 일부는 상기 재가열수단(5)으로 유입되도록 구성한다.
상기 제1실시예와 동일한 경우로서 역시 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 제1외부열교환기(35)의 냉매유입구와, 상기 응축열교환기(35)의 냉매유입구에, 각각 고압펌프를 설치하여 상기 냉매의 회로내 순환을 원활하게 하는 방안도 바람직하다.
또한, 상기 제2증발기(21), 상기 제1외부열교환기(35) 및 상기 응축열흡수기(32)를 순차적으로 유동하는 냉매 가스가 등압 가열되도록 배관의 직경을 순차적으로 확장시켜, 습증기 상태로 상기 엔진(1)의 유입구로 진입하게 할 수도 있다.
또한, 본 실시예의 ORC 발전시스템이 원활하게 작동될 수 있도록 상기 응축열교환기(30) 내부에 제1예열기(33)가 구비되며, 상기 엔진(1)에도 제2예열기(34)가 구비되어, 상기 구동모터(4)를 가동하기 전에 상기 제1예열기(33)와 제2예열기(34)를 먼저 가동시켜 상기 응축열교환기(30) 내부와 상기 엔진(1) 내부의 온도를 설정온도 이상으로 상승시킨 후 상기 압축기(3)와 상기 순환펌프(25)를 가동시켜 발전을 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2증발기(21)와 병렬로 연결되어 실내에 설치되어 냉동/냉방 작용을 수행하는 제3증발기(23)가 더욱 설치될 수 있다. 즉, 상기 순환펌프(25)와 상기 제2증발기(21) 사이의 배관에서 분기한 배관이 상기 제3증발기(23)의 냉매 입구로 연결되어 상기 순환펌프(25)를 거친 냉매의 일부는 상기 제2증발기(21)로 유입되고, 나머지 일부는 상기 제3증발기(23)로 유입되도록 구성할 수 있다.
상기 제2증발기(21)를 통과하는 냉매의 양은 항상 일정하나, 냉방기나 냉동기의 동작 특성상 상기 제3증발기(23)가 항상 가동될 필요가 없으므로, 상기 제3증발기(23)의 작동이 중단되어 상기 제3증발기(23)로 냉매가 유입되지 않는 경우, 상기 제3증발기(23)로 유입되던 냉매가 우회할 수 있도록, 별도의 바이패스배관을 설치하고 상기 바이패스배관 상에 제4증발기(26)를 설치한다.
상기 냉매가 상기 제3증발기(23)와 상기 제4증발기(26) 중 하나를 선택하여 흐를수 있도록 하는 밸브(27)가 설치됨은 물론이다. 이때 상기 밸브(27)는 삼방밸브가 되는 것이 바람직하다.
상기 제3증발기(23)와 상기 제4증발기(26)의 냉매 출구로부터 연장되어 나오는 각각의 배관이, 상기 제2증발기(21)와 상기 제1외부열교환기(35) 사이의 배관에서 합류하도록 구성된다.
상기 제3증발기(23), 상기 제4증발기(26) 및 상기 밸브(27)의 설치, 구조 및 작동방식은 상기 제2실시예의 경우와 동일한 것으로서 제3실시예에서도 동일하게 적용되므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 엔진(1)에서 배출되는 냉매의 온도가 원하는 온도보다 높은 경우에 상기 냉매의 온도를 낮춰주기 위하여, 상기 엔진(1)의 냉매 출구와 상기 압축기(3)의 냉매 입구를 연결하는 배관 상에 설치되어 상기 배관을 통과하는 냉매를 식혀주는 냉각기(6)가 더욱 구비될 수도 있다.
상기 언급된 바와 같은 본 실시예에 따른 정/역 복합 유기랭킨사이클 발전시스템의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
상기 엔진(1)의 냉매 출구를 통하여 배출된 냉매 가스의 일부는 압축기(3)로 유입된다.
상기 압축기(3)를 거쳐 나온 고온, 고압의 냉매 가스는, 상기 압축기(3)의 냉매 출구 측에서 분기된 배관을 따라 상기 제3응축기(31)와 상기 재가열수단(5)으로 나뉘어 통과하면서 저온, 저압으로 액화된다.
상기 엔진(1)에서 배출되어 나온 냉매 가스 중 상기 압축기(3)로 유입되지 않은 냉매 가스는 상기 바이패스도관(7)을 통하여 상기 제3캐스케이드콘덴서(40) 내부에 설치되는 상기 제4응축기(24)를 통과하면서 상기 제3캐스케이드콘덴서(40) 내부에 설치된 제2증발기(21)에서 기화하는 냉매에 열을 전달하고 액화되어서, 상기의 응축기(31)와 상기 재가열수단(5)를 경과하여 액화된 냉매와 합류된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 합류된 액체 냉매는 상기 순환펌프(25)의 작동으로 실내에 구비되는 상기 제3증발기(23)와 상기 제3캐스케이드콘덴서(40) 내부에 구비되는 제2증발기(21)로 나뉘어 이송되면서 상기 제3증발기(23)에서 생성되는 냉열로 냉동/냉방의 실행과 동시에 제2증발기(21)에서 생성되는 냉열은 상기 제3캐스케이드콘덴서(40)에 내장되는 상기 제4응축기(24)를 통과하는 냉매 가스를 액화시킨다.
이때, 상기 제2증발기(21)를 통과하는 냉매의 양은 항상 일정하나, 냉동/냉방의 실시는 그 실행이 온/오프가 되므로 상기 제3증발기(23)의 작동이 중단되어 냉매가 통과하지 않는 경우, 상기 제2증발기(21)를 경유하지 않는 잉여 냉매는 상기 밸브(27)의 작동으로 상기 제4증발기(26)를 통과하여 ORC 발전이 원활히 수행될 수 있게 한다.
상기 제2증발기(21)와 상기 제3증발기(23) 또는 상기 제4증발기(26)를 통과하여 나온 냉매 가스도 역시 완전 기화되기 직전 단계인 습증기 상태를 유지함이 바람직하다.
상기 제2증발기(21)와 상기 제3증발기(23) 또는 상기 제4증발기(26)를 경과하면서 기화한 습증기 상태의 냉매 가스는 합류되어 상기 제1외부열교환기(35)을 통과하면서 외부의 재생에너지와 추가적으로 열교환하여 2차로 가열되며, 다시 상기 응축열교환기(30) 내부에 설치된 상기 응축열흡수기(32)로 이송되어, 상기 응축열교환기(30) 내부에 함께 설치되는 상기 제3응축기(31)를 통과하는 냉매 가스와 3차로 열교환하여 더욱 고온, 고압의 습증기 상태의 냉매가스로 되어 상기 엔진(1)으로 유입되고 팽창되어 동력을 발생시킨다.
상기 엔진(1) 내부로 유입되는 습증기 냉매 가스는 상기 엔진(1)의 냉매 유입구와 상기 제4응축기(24)의 냉매 유입구 사이의 압력차로 인해 동력을 발생시키나, 상기 엔진(1)의 내부에서 냉매의 완전한 기화와 급격한 팽창으로 인해 상기 엔진(1) 내부의 온도 하강에 따른 팽창압력 저하로 인하여 동력발생이 상쇄된다.
따라서, 이를 방지하기 위해 상기 엔진(1)에 상기 재가열수단(5)이 제공되며, 상기 엔진(1)에 지속적으로 열을 공급하여 상기 냉매 가스의 팽창력의 급격한 하강을 보완하여 우수한 효율의 발전장치를 제공할 수 있게 한다.
상기 구동모터(4)의 가동 시작시에, 본 발명 ORC 발전시스템이 원활히 작동할 수 있도록, 상기 응축열교환기(30) 내부에 상기 제3응축기(31)와 함께 상기 제1예열기(33)를 설치하고, 동일한 방식으로 상기 엔진(1)에도 상기 재가열수단(5)과 함께 상기 제2예열기(34)를 설치한다. 상기 구동모터(4)의 가동 전에 상기 제1예열기(33)와 상기 제2예열기(34)를 먼저 작동시켜 상기 응축열교환기(30) 내부와 상기 엔진(1)의 내부의 온도를 사용자의 설정온도 이상으로 상승시킴으로써, 상기 압축기(3)와 상기 순환펌프(25)의 가동과 동시에 원활한 발전이 수행될 수 있도록 한다.
상기 설명된 바와 같은 구성으로 상기 엔진(1)은 상기 압축기(3)의 소모동력을 제외하고도 추가 동력을 발생시키기 위해서 상기 압축기(3)보다 용량이 충분히 크게 구성한다.
상기 모든 실시예에서 언급된 바와 같이, 상기 엔진(1)의 가동 열원으로 사용될 외부의 재생에너지를 획득하기 위하여 제공되는 상기 제1외부열교환기(35)와 상기 제2외부열교환기(36)를 각각 실내에 배치하여 냉방기(에어컨)의 역할을 수행할 수 있음은 물론이다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 발전기가 동력전달 축으로 연결되며 제1냉매를 이용하여 가동되는 엔진과, 상기 엔진을 거친 상기 제1냉매가 통과하면서 응축되는 제1응축기 및 제2응축기와, 상기 제1냉매를 순환시키는 순환펌프와, 팽창밸브가 구비되며 상기 제1냉매가 팽창하여 기화되는 제1증발기와, 상기 제1냉매가 통과하면서 외부의 열을 흡수하는 제1외부열교환기를 포함하여, 서로 배관으로 연결되는 폐루프를 형성하여, 상기 제1냉매가 순환하는 유기랭킨사이클부와;
    구동모터가 동력전달 축으로 연결되며 제2냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기를 거친 제2냉매가 통과하면서 응축되는 제3응축기와, 팽창밸브가 구비되며 상기 제2냉매가 팽창하여 기화되는 제2증발기와, 상기 제2냉매가 통과하면서 외부의 열을 흡수하는 제2외부열교환기를 포함하여, 서로 배관으로 연결되는 폐루프를 형성하여, 상기 제2냉매가 순환하는 역유기랭킨사이클부와;
    상기 엔진에 구비되며, 상기 엔진에 유입되는 상기 제1냉매에 열을 공급하는 재가열수단;
    을 포함하여 구성되며,
    상기 제2응축기와 상기 제2증발기를 결합하여 구성되는 제2캐스케이드콘덴서가 설치되어, 상기 제2캐스케이드콘덴서에서 상기 제2응축기를 통과하는 제1냉매의 열이 상기 제2증발기를 통과하는 제2냉매로 전달되도록 하며,
    상기 제1응축기와 상기 제1증발기를 결합하여 구성되는 제1캐스케이드콘덴서가 설치되어, 상기 제1캐스케이드콘덴서에서 상기 제1응축기를 통과하는 제1냉매의 열이 상기 제1증발기를 통과하는 제1냉매로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재가열수단은,
    재생에너지를 열원으로 하여 외부에서 열을 공급해주는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 재가열수단은,
    상기 제3응축기와 병렬로 연결되어, 상기 압축기를 거친 상기 제2냉매의 일부가 통과하면서 상기 제2냉매의 응축열을 상기 엔진으로 전달하는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유기랭킨사이클부에는 상기 제1외부열교환기와 엔진 사이의 상기 배관 상에 응축열흡수기가 구비되고, 상기 응축열흡수기와 상기 제3응축기를 결합하여 구성되는 응축열교환기를 설치하여, 상기 제3응축기를 통과하는 상기 제2냉매의 열이 상기 응축열흡수기를 통과하는 상기 제1냉매로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 역유기랭킨사이클부에는,
    상기 제2증발기와 병렬로 연결되며, 실내에 설치되는 제3증발기를 구비하여, 상기 제3증발기의 냉열을 냉방이나 냉동에 이용하는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1외부열교환기는,
    실내에 설치되어 냉방기의 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제3응축기는,
    실내에 설치되어 난방기의 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
  8. 발전기가 동력전달 축으로 연결되며 냉매를 이용하여 가동되는 엔진과;
    구동모터가 동력전달 축으로 연결되며, 상기 엔진을 거친 상기 냉매를 압축시키는 압축기와;
    상기 압축기를 거친 냉매가 통과하면서 응축되는 제3응축기와;
    상기 제3응축기와 병렬로 연결되어 상기 엔진에 설치되며, 상기 압축기를 거친 상기 냉매의 일부가 통과하면서 상기 냉매의 응축열을 상기 엔진으로 전달하는 재가열수단과;
    상기 엔진과 상기 압축기를 연결하는 배관 상의 어느 한 지점과, 상기 제3응축기의 냉매 출구에서 연장되어 나오는 배관 상의 어느 한 지점을 연결하는 바이패스배관과;
    상기 바이패스배관 상에 설치되며, 상기 엔진을 거친 상기 냉매의 일부가 통과하면서 응축되는 제4응축기와;
    팽창밸브가 구비되며 상기 냉매가 팽창하여 기화되는 제2증발기와;
    상기 제3응축기, 상기 재가열수단 및 상기 제4응축기 각각의 냉매 유출구와 연결되는 각 배관들이 합류되는 지점과 상기 제2증발기의 냉매 유입구를 연결하는 배관 상의 한 지점에 설치되는 순환펌프와;
    상기 제2증발기를 거친 상기 냉매가 통과하면서 외부의 열을 흡수하는 제1외부열교환기와;
    상기 제1외부열교환기를 거친 상기 냉매가 열을 흡수하는 응축열흡수기와;
    를 포함하여, 서로 배관으로 연결되는 폐루프를 형성하여, 상기 냉매가 순환하도록 구성되며,
    상기 제4응축기와 상기 제2증발기를 결합하여 구성되는 제3캐스케이드콘덴서를 설치하여, 상기 제4응축기를 통과하는 냉매의 열이 상기 제2증발기를 통과하는 냉매로 전달되도록 하며,
    상기 제3응축기와 상기 응축열흡수기를 결합하여 구성되는 응축열교환기를 설치하여, 상기 제3응축기를 통과하는 냉매의 열이 상기 응축열흡수기를 통과하는 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유기랭킨사이클 발전시스템은,
    상기 순환펌프의 냉매 출구쪽에 연결되는 배관에서 분기되어 상기 제2증발기와 병렬로 연결되며, 상기 분기된 배관을 실내 또는 냉동장치로 연장하여 설치되는 제3증발기를 더욱 구비하여, 상기 제3증발기의 냉열을 냉방이나 냉동에 이용하는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
  10. 제7항 또는 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1외부열교환기는,
    실내에 설치되어 냉방기의 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 재가열수단이 구비되는 유기랭킨사이클 발전시스템.
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