WO2021054585A1 - 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법 - Google Patents

액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2021054585A1
WO2021054585A1 PCT/KR2020/008773 KR2020008773W WO2021054585A1 WO 2021054585 A1 WO2021054585 A1 WO 2021054585A1 KR 2020008773 W KR2020008773 W KR 2020008773W WO 2021054585 A1 WO2021054585 A1 WO 2021054585A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid
gas
evaporator
liquid separator
working fluid
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/008773
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이동현
최재준
위덕재
김성은
Original Assignee
한국에너지기술구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술구원 filed Critical 한국에너지기술구원
Publication of WO2021054585A1 publication Critical patent/WO2021054585A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/30—Accessories for evaporators ; Constructional details thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/145—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path by means of valves, e.g. for steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/02—Arrangements or modifications of condensate or air pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/02—Arrangements or modifications of condensate or air pumps
    • F01K9/023—Control thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water

Definitions

  • the present invention relates to a Rankine cycle system having a liquid recirculation passage and a control method of the system.
  • FIG. 1 shows a configuration diagram of a conventional organic Rankine cycle system.
  • a typical organic Rankine cycle (1) operates with a pump 10 for discharging the working fluid, and the operation discharged from the pump 10 by receiving heat from the heat medium.
  • An evaporator 20 for evaporating the fluid an expander (turbine, 50) in which gas evaporated by the evaporator 20 is introduced and expands, and a generator 51 that generates electricity through the rotational force of the expander 50, , It is configured to include a condenser 60 for condensing the working fluid discharged from the generator 51.
  • an expander inlet valve 52 is provided at the front end of the expander 50, and an expander outlet valve 53 is provided at the rear end.
  • a gas-liquid separator 30 is installed to remove droplets included in the evaporator outlet.
  • the liquid separated by the gas-liquid separator 30 does not flow into the expander 50 and the generator 51, but opens the control valve 4 of the bypass pipe 3 to the condenser 60, as shown in FIG. ) It can be seen that it is configured to flow into the inlet side.
  • the superheat degree In order to operate stably, the superheat degree must be kept high, and there is a problem in that the amount of power generation is reduced and the amount of heat to be removed from the condenser is increased, thereby increasing the load of the condenser.
  • the liquid working fluid that has not been evaporated is continuously separated from the gas-liquid separator and delivered to the inlet of the condenser with low pressure, and the separated liquid working fluid does not contribute to power generation and is in front of the expander. Since it is introduced into the condenser through the bypass line located at, there is still a problem in that the power output decreases and the load of the condenser increases.
  • the present invention was devised to solve the conventional problems as described above, and according to an embodiment of the present invention, the gas-liquid separator is positioned equal to or higher than the position of the evaporator outlet, and the liquid recirculation pipe is placed between the gas-liquid separator and the rear end of the pump.
  • the gas-liquid separator by installing a level sensor in the gas-liquid separator, or by measuring the pressure at the front of the valve, and controlling the control valve of the liquid recirculation pipe based on the differential pressure by the evaporator and the position head value of the gas-liquid separator to determine the liquid phase of the gas-liquid separator.
  • An object thereof is to provide a Rankine cycle system having a liquid recirculation flow path and a control method of the system, which can solve the problem of increasing the load of the condenser by flowing into the inlet of the evaporator and minimize the degree of superheat.
  • the gas-liquid separator is positioned equal to or higher than the position of the evaporator outlet, a Venturi pipe provided between the pump and the evaporator is installed, and a liquid recycling pipe is installed between the gas-liquid separator and the Venturi pipe.
  • the liquid phase of the gas-liquid separator can be introduced into the inlet of the evaporator to solve the problem of increasing the load of the condenser and to minimize the degree of superheat. It provides a Rankine cycle system with a liquid recirculation channel and a control method of the system. There is a purpose.
  • the pressure in the front end of the control valve is measured, and when the pressure in the front end of the control valve is higher than the pressure at the outlet of the pump (or the pressure at the rear end of the control valve), the control valve is opened, and the liquid phase of the gas-liquid separator is evaporated. It is an object of the present invention to provide a Rankine cycle system having a liquid recirculation flow path and a control method of the system, which can solve the problem of increasing the load of the condenser by flowing it into the inlet and minimize the degree of superheat.
  • control valve is configured as a check valve that is opened when the control valve is above a specific pressure, and automatically opens when the pressure at the front end of the check valve increases by the liquid head in the gas-liquid separator. It is an object of the present invention to provide a Rankine cycle system having a liquid recirculation channel and a control method of the system, which can be automatically shut off when the value is lowered, thereby solving the problem of increasing the condenser load and minimizing the degree of superheat.
  • the liquid (droplet) separated from the outlet of the evaporator which is the conventional high-pressure part, is discharged to the inlet of the condenser, which is the low-pressure part, and automatically separates it without inputting additional power without a problem that the amount of heat absorbed from the heat source is wasted. It is an object of the present invention to provide a Rankine cycle system having a liquid recirculation passage and a control method of the system, which can recirculate the liquid to the front of the evaporator to improve power generation efficiency.
  • one side of the liquid recirculation pipe is based on the sum of the differential pressure by the evaporator, the position head value of the liquid in the gas-liquid separator and/or the pressure drop by the Venturi tube without consuming separate power.
  • the first object of the present invention is a pump for discharging a working fluid, an evaporator receiving heat from a heat medium to evaporate the working fluid discharged from the pump, and a gas-liquid separator for separating gas and liquid from the working fluid discharged from the evaporator.
  • a power generation cycle system having an expander for expanding the gas by introducing the gas separated from the gas-liquid separator, and a condenser for condensing the working fluid discharged from the expander, wherein the liquid separated by the gas-liquid separator is transferred to a front end of the evaporator.
  • It may further include a control unit for controlling the opening and closing of the control valve based on the differential pressure by the evaporator and the position head value of the liquid in the gas-liquid separator.
  • the position head value of the liquid in the gas-liquid separator is the potential energy from the lower end of the liquid recycling pipe line to the liquid level in the gas-liquid separator, and the differential pressure by the evaporator is defined by Equation 1 below.
  • Equation 1 Is the positional head of the liquid in the evaporator, dP 1 is the flow differential pressure of the evaporator inlet line, dP 2 is the differential pressure due to the liquid in the evaporator, dP 3 is the differential pressure due to the gas in the evaporator, and dP 4 is the flow differential pressure of the evaporator discharge line. to be.
  • a level sensor for measuring the level of the liquid in the gas-liquid separator;
  • a first pressure sensor provided at a rear end of the pump to measure the pressure of the working fluid;
  • a second pressure sensor provided at a front end of the gas-liquid separator to measure the pressure of the working fluid, wherein the controller calculates the position head value of the liquid based on the water level value measured by the level sensor, and the It may be characterized in that the difference between the first pressure value and the second pressure value is calculated as a differential pressure by the evaporator.
  • control unit may control to open the control valve when the pressure at the front end of the control valve is higher than the outlet pressure of the pump.
  • control valve may be configured as a check valve, and may be configured to be opened when a pressure at a front end of the check valve is greater than or equal to a specific value.
  • the second object of the present invention is a pump for discharging a working fluid, an evaporator receiving heat from a heat medium to evaporate the working fluid discharged from the pump, and a gas-liquid separator for separating gas and liquid from the working fluid discharged from the evaporator.
  • a power generation cycle system having an expander for expanding the gas by introducing the gas separated from the gas-liquid separator, and a condenser for condensing the working fluid discharged from the expander, wherein the liquid separated by the gas-liquid separator is transferred to a front end of the evaporator.
  • a level sensor measuring the level of the liquid in the gas-liquid separator.
  • a first pressure sensor provided at a rear end of the venturi tube to measure the pressure of the working fluid;
  • a second pressure sensor provided at a front end of the gas-liquid separator to measure the pressure of the working fluid, wherein the controller calculates the position head value of the liquid based on the water level value measured by the level sensor, and the It may be characterized in that the difference between the first pressure value and the second pressure value is calculated as a differential pressure by the evaporator.
  • controller may control the pump to adjust the flow rate of the working fluid.
  • the power generation cycle may be characterized in that the organic Rankine cycle.
  • a third object of the present invention is a method for controlling a power generation cycle system, comprising: discharging a working fluid by a pump; Evaporating the working fluid discharged from the pump by receiving heat from the heating medium by an evaporator; Separating gas and liquid from the working fluid discharged from the evaporator by a gas-liquid separator; The gas separated by the gas-liquid separator is introduced into the expander and expanded, and the generator generates electricity through the rotational force of the expander; And a step in which the condenser condenses the working fluid discharged from the generator and the condensed working fluid is discharged and circulated by the pump, wherein the gas-liquid separator is installed equal to or higher than the position of the evaporator outlet, and a gas-liquid separator When the positional head value of the internal liquid is greater than the differential pressure by the evaporator, the control unit opens a control valve on one side of the liquid recirculation pipe to control the liquid separated by the gas-liquid separator to flow between the front end of
  • control unit is configured to shut off the control valve when the liquid in the gas-liquid separator flows between the front end of the evaporator and the pump through the liquid recirculation pipe so that the position head value of the liquid in the gas-liquid separator becomes smaller than the differential pressure by the evaporator. It can be characterized by controlling.
  • control unit calculates the position head value of the liquid based on the water level value measured by the level sensor measuring the level of the liquid in the gas-liquid separator, and the operating fluid measured by the first pressure sensor provided at the rear end of the pump. It may be characterized in that the difference between the first pressure value and the second pressure of the working fluid measured by the second pressure sensor provided at the front end of the gas-liquid separator is calculated as a differential pressure by the evaporator.
  • a fourth object of the present invention is a method for controlling a power generation cycle system, comprising: discharging a working fluid by a pump; Introducing the working fluid discharged by the pump into the evaporator through the Venturi tube; Evaporating the working fluid discharged from the pump by receiving heat from the heating medium by an evaporator; Separating gas and liquid from the working fluid discharged from the evaporator by a gas-liquid separator; The gas separated by the gas-liquid separator is introduced into the expander and expanded, and the generator generates electricity through the rotational force of the expander; And a step in which the condenser condenses the working fluid discharged from the generator and the condensed working fluid is discharged and circulated by the pump, wherein the gas-liquid separator is installed equal to or higher than the position of the evaporator outlet, and a gas-liquid separator When the sum of the position head value of the internal liquid and the pressure drop value by the Venturi tube is greater than the differential pressure by the evaporator, the control unit opens
  • control unit flows the liquid in the gas-liquid separator through the liquid recycling pipe between the front end of the evaporator and the pump, so that the sum of the position head value of the liquid in the gas-liquid separator and the pressure drop value is less than the differential pressure caused by the evaporator.
  • control may be characterized in that the control to block the control valve.
  • control unit calculates the position head value of the liquid based on the water level value measured by the level sensor measuring the level of the liquid in the gas-liquid separator, and the working fluid measured by the first pressure sensor provided at the rear end of the venturi tube. It may be characterized in that the difference between the first pressure value of and the second pressure of the working fluid measured by the second pressure sensor provided at the front end of the gas-liquid separator is calculated as a differential pressure by the evaporator.
  • the gas-liquid separator is positioned equal to or higher than the position of the evaporator outlet, the liquid recirculation pipe is installed between the gas-liquid separator and the rear end of the pump, and the gas-liquid A level sensor is installed in the separator or the pressure at the front of the valve is measured, and the liquid phase of the gas-liquid separator is introduced into the inlet of the evaporator by controlling the control valve of the liquid recirculation pipe based on the differential pressure by the evaporator and the position head value of the gas-liquid separator. It has the effect of solving the problem of increasing the condenser load and minimizing the degree of overheating.
  • the gas-liquid separator is positioned equal to or higher than the position of the evaporator outlet, and a Venturi tube provided between the pump and the evaporator is installed.
  • a liquid recirculation pipe is installed between the gas-liquid separator and the Venturi pipe, and a level sensor is installed in the gas-liquid separator, or by measuring the pressure at the front end of the valve, the differential pressure by the evaporator, the positional head value of the liquid in the gas-liquid separator, and the By controlling the opening and closing of the control valve based on the sum of the pressure drop values by the Venturi tube, the liquid phase of the gas-liquid separator can be introduced into the inlet of the evaporator, thereby solving the problem of increasing the load of the condenser and minimizing the degree of superheat.
  • the pressure at the front end of the control valve is less than the pressure at the pump outlet (or the pressure at the rear end of the control valve). If it is high, the control valve is opened to introduce the liquid phase of the gas-liquid separator to the inlet of the evaporator, thereby solving the problem of increasing the load of the condenser and minimizing superheat.
  • the control valve is configured as a check valve that is opened when the pressure is higher than a specific pressure, so that the pressure at the front of the check valve is gas-liquid. It opens automatically when it increases by the liquid head in the separator, and automatically shuts off when the pressure decreases, thereby solving the problem of increasing the load of the condenser and minimizing the degree of overheating.
  • the liquid (droplets) separated from the outlet of the evaporator which is a conventional high-pressure part, is discharged to the inlet of the condenser, which is a low-pressure part, and separate power is not wasted. It has the effect of improving the power generation efficiency by being able to recirculate the automatically separated liquid to the front end of the evaporator without inputting it.
  • the Rankine Cycle system and operation method with a liquid recirculation flow path the sum of the differential pressure by the evaporator, the position head value of the liquid in the gas-liquid separator and/or the pressure drop by the Venturi tube without consuming extra power.
  • the liquid absorbed from the heat source can be recycled to the front end of the evaporator, thereby improving power generation efficiency, solving the problem of increasing the condenser load, and minimizing superheat.
  • FIG. 2 is a block diagram of a Rankine cycle system having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention
  • FIG 3 is a configuration diagram of a Rankine cycle system having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention when the differential pressure by the evaporator is greater than the position head value of the liquid in the gas-liquid separator.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a Rankine cycle system having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention, when the position head value of the liquid in the gas-liquid separator is greater than the differential pressure by the evaporator.
  • FIG. 5 is a block diagram of a Rankine cycle system having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention when the differential pressure by the evaporator is again greater than the position head value of the liquid in the gas-liquid separator.
  • FIG. 6 is a block diagram of a Rankine cycle system having a liquid recirculation passage according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a block diagram showing a signal flow of a control unit of a Rankine cycle system having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a configuration diagram of a Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows the configuration of the Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention when the differential pressure by the evaporator is greater than the position head value of the liquid in the gas-liquid separator 30.
  • FIG. 2 shows a configuration diagram of a Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows the configuration of the Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention when the differential pressure by the evaporator is greater than the position head value of the liquid in the gas-liquid separator 30.
  • FIG. 2 shows a configuration diagram of a Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows the configuration of the Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation
  • FIG. 4 shows a configuration diagram of a Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention when the positional head value of the liquid in the gas-liquid separator 30 is greater than the differential pressure by the evaporator.
  • Figure 5 shows the configuration of the Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage according to an embodiment of the present invention when the differential pressure by the evaporator is again greater than the positional head value of the liquid in the gas-liquid separator 30. .
  • the power generation cycle system 100 having a liquid recirculation passage is a pump 10, an evaporator 20, a gas-liquid separator 30, an expander 50, a condenser ( 60), it can be seen that it may be configured to include a liquid recirculation pipe 40, a control valve 41, and the like.
  • the pump 10 provides power for discharging and circulating the working fluid, and the evaporator 20 receives heat from the heat medium supplied from the heat medium line 2 and evaporates the working fluid discharged from the pump 10. It is configured to be.
  • the type of heat medium heat source applied to the embodiments of the present invention is not limited, and the specific type of heat source should not affect the scope of the present invention.
  • the gas-liquid separator 30 is configured to separate gas and liquid from the working fluid discharged from the evaporator 20.
  • the gas separated by the gas-liquid separator 30 flows into the expander 50, that is, the turbine, and is configured to expand the gas.
  • the generator 51 generates electricity through the rotational force of the expander (50).
  • the condenser 60 is configured to condense the working fluid discharged from the generator 51 by the cooling medium introduced through the cooling medium line 61 which is a separate line.
  • liquid recycling pipe 40 is configured to flow the liquid separated by the gas-liquid separator 30 between the front end of the evaporator 20 and the pump 10.
  • gas-liquid separator 30 is installed at the same or higher position than the evaporator 20 outlet.
  • a control valve 41 is installed at one side of the liquid recirculation pipe 40.
  • the power generation cycle according to the embodiment of the present invention may be an organic Rankine cycle.
  • the control valve 70 of the Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage is based on the differential pressure by the evaporator 20 and the position head value of the liquid in the gas-liquid separator 30. 41) opening and closing is controlled.
  • the positional head value of the liquid in the gas-liquid separator 30 is the potential energy from the lower end of the liquid recirculation pipe 40 to the liquid level in the gas-liquid separator 30.
  • the differential pressure by the evaporator 20 may be defined by Equation 1 below. That is, the differential pressure by the evaporator 20 is a difference between the pressure value of the first pressure sensor 71 and the pressure value of the second pressure sensor 72.
  • Equation 1 Is the positional head value of the liquid in the evaporator 20
  • dP 1 is the flow differential pressure of the inlet line of the evaporator 20
  • dP 2 is the differential pressure due to the liquid in the evaporator 20
  • dP 3 is the gas in the evaporator 20.
  • the differential pressure, dP 4 is the flow differential pressure in the discharge line of the booster.
  • the level sensor 31 is configured to measure the level of the liquid in the gas-liquid separator 30 in real time.
  • the position head value of the liquid in the gas-liquid separator 30 is calculated based on the water level value measured by the level sensor 31.
  • a first pressure sensor 71 is provided at the rear end of the pump 10 to measure the pressure of the working fluid
  • a second pressure sensor 72 is provided at the front end of the gas-liquid separator 30 to measure the pressure of the working fluid. Is configured to
  • the controller 70 calculates the position head value of the liquid in the gas-liquid separator 30 based on the water level value measured by the level sensor 31, and calculates the difference between the first pressure value and the second pressure value in the evaporator 20. It is calculated as the differential pressure by.
  • the control unit 70 opens the control valve 41 on one side of the liquid recycling pipe 40 to transfer the liquid separated in the gas-liquid separator 30 to the front end of the evaporator 20 without applying additional power. It is controlled to flow through the pumps (10).
  • the liquid in the gas-liquid separator 30 through the liquid recycling pipe 40 is introduced between the front end of the evaporator 20 and the pump 10 to lower the level of the liquid in the gas-liquid separator 30,
  • the control valve 41 is controlled to be shut off.
  • control unit 70 calculates the position head value of the liquid based on the water level value measured by the level sensor 31 measuring the level of the liquid in the gas-liquid separator 30, and the pump 10
  • the difference between the first pressure value of the working fluid measured by the first pressure sensor 71 provided at the rear end and the second pressure of the working fluid measured by the second pressure sensor 72 provided at the front end of the gas-liquid separator 30 It is calculated by the differential pressure by the evaporator 20.
  • control unit 70 is configured to control the pump 10 to adjust the flow rate of the working fluid.
  • the working fluid is discharged by the pump 10.
  • the evaporator 20 receives heat from the heat medium and evaporates the working fluid discharged from the pump 10.
  • the gas-liquid separator 30 separates gas and liquid from the working fluid discharged from the evaporator 20.
  • the gas separated by the gas-liquid separator 30 flows into the expander 50 and expands, and the generator 51 generates electricity through the rotational force of the expander 50.
  • the condenser 60 condenses the working fluid discharged from the generator 51, and the condensed working fluid is discharged by the pump 10 to be circulated.
  • the gas-liquid separator 30 is installed equal to or higher than the location of the outlet of the evaporator 20, and when the position head value of the liquid in the gas-liquid separator 30 is greater than the differential pressure by the evaporator 20,
  • the control unit 70 controls the liquid separated by the gas-liquid separator 30 to flow between the front end of the evaporator 20 and the pump 10 by opening the control valve 41 on one side of the liquid recirculation pipe 40.
  • control unit 70 flows the liquid in the gas-liquid separator 30 through the liquid recirculation pipe 40 between the front end of the evaporator 20 and the pump 10, so that the positional head value of the liquid in the gas-liquid separator 30 is reduced to the evaporator ( When it becomes smaller than the differential pressure by 20), it is controlled to shut off the control valve.
  • control unit 70 calculates the position head value of the liquid based on the water level value measured by the level sensor 31 measuring the level of the liquid in the gas-liquid separator 30, and the first provided at the rear end of the pump 10
  • the difference between the first pressure value of the working fluid measured by the pressure sensor 71 and the second pressure of the working fluid measured by the second pressure sensor 72 provided at the front end of the gas-liquid separator 30 is determined by the evaporator 20. It is calculated as the differential pressure.
  • the gas-liquid separator is positioned equal to or higher than the evaporator outlet, a liquid recycling pipe is installed between the gas-liquid separator and the rear end of the pump, and a level sensor is installed in the gas-liquid separator to adjust the water level of the gas-liquid separator.
  • control valve 41 is configured as a check valve that opens in one direction only when it corresponds to a specific pressure or higher, so that the pressure above the check valve is refrigerant. It can be configured to open automatically when the head increases, and automatically shut off when the pressure decreases.
  • FIG. 6 is a block diagram of a Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage according to another embodiment of the present invention.
  • the Rankine cycle system 100 having a liquid recirculation passage includes the configuration of the aforementioned power generation cycle system, but the pump 10 and the evaporator 20 It includes a venturi pipe 80 provided between, and the lower end of the liquid recirculation pipe 40 is configured to be connected to the venturi pipe 80 so that the height of the gas-liquid separator 30 can be lowered than in the aforementioned embodiment. .
  • control unit 70 is controlled based on the sum of the differential pressure by the van evaporator 20 and the position head value of the liquid in the gas-liquid separator 30 and the pressure drop value by the venturi tube 80 It is configured to control the opening and closing of the valve 41.
  • the differential pressure due to the gas in the evaporator 20 decreases and the liquid level in the gas-liquid separator 30 increases, so that the sum of the position head value of the liquid in the gas-liquid separator 30 and the pressure drop value by the Venturi tube 80 is the evaporator.
  • the control unit 70 opens the control valve 41 on one side of the liquid recirculation pipe 40 to evaporate the liquid separated from the gas-liquid separator 30 without additional power application. (20) It is controlled to inflow between the front end and the pump 10.
  • the liquid in the gas-liquid separator 30 through the liquid recycling pipe 40 is introduced between the front end of the evaporator 20 and the pump 10 to lower the level of the liquid in the gas-liquid separator 30,
  • the control valve 41 is controlled to be shut off.
  • control unit 70 calculates the position head value of the liquid based on the water level value measured by the level sensor 31 measuring the level of the liquid in the gas-liquid separator 30, and the pump 10
  • the difference between the first pressure value of the working fluid measured by the first pressure sensor 71 provided at the rear end and the second pressure of the working fluid measured by the second pressure sensor 72 provided at the front end of the gas-liquid separator 30 It is calculated by the differential pressure by the evaporator 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

본 발명은 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 그 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작동유체를 토출시키는 펌프; 열매체로부터 열을 공급받아 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 증발시키는 증발기; 상기 증발기에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키는 기액분리기; 상기 기액분리기에서 분리된 기체가 유입되어 팽창시키는 팽창기; 상기 팽창기의 회전력을 통해 전기를 발전시키는 발전기; 상기 발전기에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축기; 및 상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시키는 액체재순환관;을 포함하고, 상기 기액분리기는 상기 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템에 관한 것이다.

Description

액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법
본 발명은 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 그 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 유기랭킨사이클시스템의 구성도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 유기랭킨사이클(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 작동유체를 토출시키는 펌프(10)와, 열매체로부터 열을 공급받아 펌프(10)에서 토출된 작동유체를 증발시키는 증발기(20)와, 증발기(20)에 의해 증발된 기체가 유입되어 팽창시키는 팽창기(터빈, 50)와, 이러한 팽창기(50)의 회전력을 통해 전기를 발전시키는 발전기(51)와, 발전기(51)에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축기(60)를 포함하여 구성된다. 그리고 팽창기(50)의 전단에는 팽창기입구밸브(52)가 구비되며, 후단에는 팽창기출구밸브(53)가 구비된다.
또한, 증발기(20)를 판형열교환기, 핀플레이트 열교환기로 구성하는 경우 증발기 출구에 포함된 액적을 제거하기 위해 기액분리기(30)를 설치하게 된다.
그리고 기액분리기(30)에서 분리된 액체는 도 1에 도시된 바와 같이, 팽창기(50)와 발전기(51)로 유입되지 않고 바이패스관(3)의 조절밸브(4)를 개방하여 응축기(60) 입구측으로 유입시키도록 구성됨을 알 수 있다.
안정적인 운전을 위해서는 과열도를 높게 유지하여야 하며, 이로 인하여 전력생산량이 감소되고 응축기에서 제거해 주어야 하는 열량을 증가시켜 응축기의 부하가 증가되는 문제점이 존재한다.
이를 방지하기 위해 과열도를 낮추어 운전하는 경우 증발되지 않은 액상의 작동유체가 기액분리기에서 지속적으로 분리되어 압력이 낮은 응축기 입구로 전달되며, 분리된 액상의 작동유체는 전력생산에 기여하지 못하고 팽창기 전단에 위치한 바이패스 라인을 통해 응축기로 유입되게 되므로 전력생산량이 감소하고 응축기의 부하가 증가되는 문제점이 여전히 존재한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 기액분리기를 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 위치시키고, 액체재순환관을 기액분리기와 펌프 후단 사이에 설치하고, 기액분리기에 레벨센서를 설치하거나, 상기 밸브 전단의 압력을 측정하여, 증발기에 의한 차압과 기액분리기의 위치수두값을 기반으로 액체재순환관의 제어밸브를 제어하여 기액분리기의 액상을 증발기 입구로 유입시켜 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는, 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 그 시스템의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 기액분리기를 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 위치시키고, 펌프와 상기 증발기 사이에 구비되는 벤튜리관을 설치하고, 액체재순환관을 기액분리기와 벤튜리관 사이에 설치하고, 기액분리기에 레벨센서를 설치하거나, 상기 밸브 전단의 압력을 측정하여, 증발기에 의한 차압과, 상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값과 상기 벤튜리관에 의한 압력강하값의 합을 기반으로 상기 제어밸브의 개폐를 제어하여 기액분리기의 액상을 증발기 입구로 유입시켜 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는, 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 그 시스템의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 제어밸브 전단에 압력을 측정하여, 제어밸브 전단의 압력이 펌프 출구의 압력(또는 제어밸브 후단의 압력)보다 높으면 제어밸브를 개방하도록 하여 기액분리기의 액상을 증발기 입구로 유입시켜 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는, 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 그 시스템의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 제어기 없이, 제어밸브를 특정 압력 이상인 경우 개방되는 체크밸브로 구성하여, 체크밸브 전단의 압력이 기액분리기 내의 액체 수두에 의해서 증가하면 자동으로 열리고, 압력이 낮아지면 자동으로 차단되도록 하여, 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는, 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 그 시스템의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 종래 고압부인 증발기 출구에서 분리된 액체(액적)가 저압부인 응축기 입구로 배출되어 열원으로부터 흡수한 열량이 낭비되게되는 문제없이 별도의 동력을 투입하지 않고 자동적으로 분리된 액체를 증발기 전단으로 재순환시킬 수 있어 발전효율을 향상시킬 수 있는, 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 그 시스템의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 동력을 소비하지 않고, 증발기에 의한 차압과, 기액분리기 내의 액체의 위치수두값 및/또는 벤튜리관에 의한 압력강하값의 합을 기반으로 액체재순환관 일측의 제어밸브를 제어하는 것으로 열원을 흡수한 액체를 증발기 전단으로 재순환시킬 수 있어 발전효율을 향상시키면서 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은 작동유체를 토출시키는 펌프와, 열매체로부터 열을 공급받아 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키는 기액분리기와, 상기 기액분리기에서 분리된 기체가 유입되어 상기 기체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축기를 갖는 발전사이클 시스템으로서, 상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시키는 액체재순환관;을 포함하고, 상기 기액분리기는 상기 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 설치되어, 상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값에 의해 상기 액체를 상기 증발기 전단으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 팽창기의 회전력을 통해 전기를 발전시키는 발전기; 및 상기 액체재순환관 일측에 구비되는 제어밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 증발기에 의한 차압과, 상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값을 기반으로 상기 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값은 상기 액체재순환관 라인의 하부 끝단에서 상기 기액분리기 내의 액체 수위까지의 위치에너지이고, 상기 증발기에 의한 차압은 하기 수학식 1로 정의되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020008773-appb-I000001
상기 수학식 1에서,
Figure PCTKR2020008773-appb-I000002
은 증발기 내 액체의 위치수두값이고, dP1은 증발기 유입라인의 유동차압, dP2은 증발기 내 액체에 의한 차압, dP3은 증발기 내 기체에 의한 차압, dP4은 증빌기 배출라인의 유동차압이다.
또한 상기 기액분리기 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서; 상기 펌프 후단에 구비되어 작동유체의 압력을 측정하는 제1압력센서; 및 상기 기액분리기 전단에 구비되어 상기 작동유체의 압력을 측정하는 제2압력센서;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 레벨센서에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 상기 제1압력값과 상기 제2압력값의 차이를 상기 증발기에 의한 차압으로 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제어밸브 전단의 압력이 상기 펌프의 출구 압력보다 높으면 상기 제어밸브를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제어밸브는 체크밸브로 구성되어, 체크밸브 전단의 압력이 특정값 이상이되면 개방되도록 구성되는 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 작동유체를 토출시키는 펌프와, 열매체로부터 열을 공급받아 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키는 기액분리기와, 상기 기액분리기에서 분리된 기체가 유입되어 상기 기체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축기를 갖는 발전사이클 시스템으로서, 상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시키는 액체재순환관; 상기 액체재순환관 라인 일측에 구비되는 제어밸브; 및 상기 펌프와 상기 증발기 사이에 구비되는 벤튜리관;을 포함하며, 상기 액체재순환관 하부 끝단은 상기 벤튜리관에 연결되며, 상기 기액분리기는 상기 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 설치되어, 상기 증발기에 의한 차압과, 상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값과 상기 벤튜리관에 의한 압력강하값의 합을 기반으로 상기 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 기액분리기 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서; 상기 벤튜리관 후단에 구비되어 작동유체의 압력을 측정하는 제1압력센서; 및 상기 기액분리기 전단에 구비되어 상기 작동유체의 압력을 측정하는 제2압력센서;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 레벨센서에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 상기 제1압력값과 상기 제2압력값의 차이를 상기 증발기에 의한 차압으로 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 펌프를 제어하여 상기 작동유체의 유속을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 발전사이클은 유기랭킨사이클인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 발전사이클 시스템의 제어방법에 있어서, 펌프에 의해 작동유체가 토출되는 단계; 증발기가 열매체로부터 열을 공급받아 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 증발시키는 단계; 기액분리기가 상기 증발기에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키는 단계; 상기 기액분리기에서 분리된 기체가 팽창기에 유입되어 팽창되고, 발전기가 팽창기의 회전력을 통해 전기를 발전시키는 단계; 및 응축기가 상기 발전기에서 배출되는 작동유체를 응축시키고 응축된 작동유체는 상기 펌프에 의해 토출되어 순환되는 단계:를 포함하고, 상기 기액분리기는 상기 증발기 출구의 위치 보다 같거나 높게 설치되며, 기액분리기 내 액체의 위치수두값이 상기 증발기에 의한 차압보다 커질 경우, 제어부는 액체재순환관 일측의 제어밸브를 개방하여, 상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법으로서 달성될 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 액체재순환관을 통해 상기 기액분리기 내의 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시켜 기액분리기 내 액체의 위치수두값이 상기 증발기에 의한 차압보다 작아지는 경우, 상기 제어밸브를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제어부는 상기 기액분리기 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 상기 펌프 후단에 구비된 제1압력센서에서 측정된 작동유체의 제1압력값과 상기 기액분리기 전단에 구비된 제2압력센서에서 측정된 작동유체의 제2압력의 차이를 상기 증발기에 의한 차압으로 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은 발전사이클 시스템의 제어방법에 있어서, 펌프에 의해 작동유체가 토출되는 단계; 펌프에 의해 토출된 작동유체가 벤튜리관을 거쳐 증발기로 유입되는 단계; 증발기가 열매체로부터 열을 공급받아 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 증발시키는 단계; 기액분리기가 상기 증발기에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키는 단계; 상기 기액분리기에서 분리된 기체가 팽창기에 유입되어 팽창되고, 발전기가 팽창기의 회전력을 통해 전기를 발전시키는 단계; 및 응축기가 상기 발전기에서 배출되는 작동유체를 응축시키고 응축된 작동유체는 상기 펌프에 의해 토출되어 순환되는 단계:를 포함하고, 상기 기액분리기는 상기 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 설치되며, 기액분리기 내 액체의 위치수두값과 상기 벤튜리관에 의한 압력강하값의 합이 상기 증발기에 의한 차압보다 커질 경우, 제어부는 액체재순환관 일측의 제어밸브를 개방하여, 상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 제어부는 상기 액체재순환관을 통해 상기 기액분리기 내의 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시켜 기액분리기 내 액체의 위치수두값과 상기 압력강하값의 합이 상기 증발기에 의한 차압보다 작아지는 경우, 상기 제어밸브를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 기액분리기 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 상기 벤튜리관 후단에 구비된 제1압력센서에서 측정된 작동유체의 제1압력값과 상기 기액분리기 전단에 구비된 제2압력센서에서 측정된 작동유체의 제2압력의 차이를 상기 증발기에 의한 차압으로 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제어부가 상기 펌프를 제어하여 상기 작동유체의 유속을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법에 따르면, 기액분리기를 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 위치시키고, 액체재순환관을 기액분리기와 펌프 후단 사이에 설치하고, 기액분리기에 레벨센서를 설치하거나, 상기 밸브 전단의 압력을 측정하여, 증발기에 의한 차압과 기액분리기의 위치수두값을 기반으로 액체재순환관의 제어밸브를 제어하여 기액분리기의 액상을 증발기 입구로 유입시켜 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법에 따르면, 기액분리기를 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 위치시키고, 펌프와 상기 증발기 사이에 구비되는 벤튜리관을 설치하고, 액체재순환관을 기액분리기와 벤튜리관 사이에 설치하고, 기액분리기에 레벨센서를 설치하거나, 상기 밸브 전단의 압력을 측정하여, 증발기에 의한 차압과, 상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값과 상기 벤튜리관에 의한 압력강하값의 합을 기반으로 상기 제어밸브의 개폐를 제어하여 기액분리기의 액상을 증발기 입구로 유입시켜 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법에 따르면, 제어밸브 전단에 압력을 측정하여, 제어밸브 전단의 압력이 펌프 출구의 압력(또는 제어밸브 후단의 압력)보다 높으면 제어밸브를 개방하도록 하여 기액분리기의 액상을 증발기 입구로 유입시켜 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법에 따르면, 별도의 제어기 없이, 제어밸브를 특정 압력 이상인 경우 개방되는 체크밸브로 구성하여, 체크밸브 전단의 압력이 기액분리기 내의 액체 수두에 의해서 증가하면 자동으로 열리고, 압력이 낮아지면 자동으로 차단되도록 하여, 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법에 따르면, 종래 고압부인 증발기 출구에서 분리된 액체(액적)가 저압부인 응축기 입구로 배출되어 열원으로부터 흡수한 열량이 낭비되게 되는 문제없이 별도의 동력을 투입하지 않고 자동적으로 분리된 액체를 증발기 전단으로 재순환시킬 수 있어 발전효율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법에 따르면, 별도의 동력을 소비하지 않고, 증발기에 의한 차압과, 기액분리기 내의 액체의 위치수두값 및/또는벤튜리관에 의한 압력강하값의 합을 기반으로 액체재순환관 일측의 제어밸브를 제어하는 것으로 열원을 흡수한 액체를 증발기 전단으로 재순환시킬 수 있어 발전효율을 향상시키면서 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있고 과열도를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 유기랭킨사이클시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 구성도,
도 3은 증발기에 의한 차압이 기액분리기 내 액체의 위치수두값보다 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 구성도,
도 4는 기액분리기 내 액체의 위치수두값이 증발기에 의한 차압보다 커진 경우, 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 구성도,
도 5는 증발기에 의한 차압이 다시 기액분리기 내 액체의 위치수두값보다 커진 경우, 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 구성도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 구성도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템(100)의 구성, 기능 및 그 제어방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 3은 증발기에 의한 차압이 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값보다 큰 경우, 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 또한, 도 4는 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값이 증발기에 의한 차압보다 커진 경우, 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 5는 증발기에 의한 차압이 다시 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값보다 커진 경우, 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 발전사이클 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 펌프(10), 증발기(20), 기액분리기(30), 팽창기(50), 응축기(60), 액체재순환관(40), 제어밸브(41) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
펌프(10)는 작동유체를 토출, 순환시키기 위한 동력을 제공하며, 증발기(20)는 열매체라인(2)으로 부터 공급되는 열매체에서 열을 공급받아 펌프(10)에서 토출된 작동유체를 증발시키도록 구성된다. 본 발명의 실시예에 적용되는 열매체 열원의 종류는 제한되지 않으며 구체적인 열원의 종류는 본 발명의 권리범위에 영향을 미쳐서는 아니된다.
기액분리기(30)는 증발기(20)에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키도록 구성된다. 또한, 팽창기(50) 즉 터빈으로 기액분리기(30)에서 분리된 기체가 유입되고 이러한 기체를 팽창시키도록 구성된다. 그리고 발전기(51)는 팽창기(50)의 회전력을 통해 전기를 생산하게 된다.
응축기(60)에서는 별도의 라인인 냉각매체라인(61)을 통해 유입되는 냉각매체에 의해 발전기(51)에서 배출되는 작동유체를 응축시키도록 구성된다.
그리고 액체재순환관(40)은 기액분리기(30)에서 분리된 액체를 증발기(20) 전단과 펌프(10) 사이로 유입시킬 수 있도록 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기액분리기(30)는 증발기(20) 출구보다 위치적으로 같거나 높게 설치된다. 그리고 액체재순환관(40) 일측에는 제어밸브(41)가 설치된다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 발전사이클은 유기랭킨사이클일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템(100)의 제어부(70)는 증발기(20)에 의한 차압과, 기액분리기(30) 내의 액체의 위치수두값을 기반으로 제어밸브(41)의 개폐를 제어하게 된다.
여기서 기액분리기(30) 내의 액체의 위치수두값은 액체재순환관(40)의 하부 끝단에서 기액분리기(30) 내의 액체 수위까지의 위치에너지이다.
그리고 증발기(20)에 의한 차압은 하기 수학식 1로 정의될 수 있다. 즉, 증발기(20)에 의한 차압은 제1압력센서(71) 압력값과 제2압력센서(72) 압력값의 차이이다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020008773-appb-I000003
이러한 수학식 1에서,
Figure PCTKR2020008773-appb-I000004
은 증발기(20) 내 액체의 위치수두값이고, dP1은 증발기(20) 유입라인의 유동차압, dP2은 증발기(20) 내 액체에 의한 차압, dP3은 증발기(20) 내 기체에 의한 차압, dP4은 증빌기 배출라인의 유동차압이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템(100)의 제어부(70)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 레벨센서(31)는 기액분리기(30) 내의 액체의 수위를 실시간으로 측정하도록 구성된다. 이러한 레벨센서(31)에서 측정된 수위값을 기반으로 기액분리기(30) 내의 액체의 위치수두값이 산출된다.
또한, 펌프(10) 후단에 제1압력센서(71)가 구비되어 작동유체의 압력을 측정하게 되며, 기액분리기(30) 전단에 제2압력센서(72)가 구비되어 작동유체의 압력을 측정하도록 구성된다.
따라서 제어부(70)는 레벨센서(31)에서 측정된 수위값을 기반으로 기액분리기(30) 내의 액체의 위치수두값을 연산하고, 제1압력값과 제2압력값의 차이를 증발기(20)에 의한 차압으로 연산하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 증발기(20)에 의한 차압이 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값보다 큰 경우, 제어밸브(41)는 닫혀 있음을 알 수 있다.
그리고 증발기(20) 내의 기체에 의한 차압이 작아지고 기액분리기(30) 내의 액체의 수위가 높아져 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값이 증발기(20)에 의한 차압보다 커지게 되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(70)는 액체재순환관(40) 일측의 제어밸브(41)를 개방하여, 별도의 동력 인가 없이 기액분리기(30)에서 분리된 액체를 증발기(20) 전단과 펌프(10) 사이로 유입시키도록 제어하게 된다.
또한, 액체재순환관(40)을 통해 기액분리기(30) 내의 액체를 증발기(20) 전단과 상기 펌프(10) 사이로 유입시켜 기액분리기(30) 내의 액체의 수위가 낮아져, 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값이 증발기(20)에 의한 차압보다 다시 작아지게 되는 경우, 제어밸브(41)를 차단하도록 제어하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 제어부(70)는 기액분리기(30) 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서(31)에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 펌프(10) 후단에 구비된 제1압력센서(71)에서 측정된 작동유체의 제1압력값과 기액분리기(30) 전단에 구비된 제2압력센서(72)에서 측정된 작동유체의 제2압력의 차이를 증발기(20)에 의한 차압으로 연산하게 된다.
또한, 제어부(70)는 펌프(10)를 제어하여 작동유체의 유속을 조절하도록 구성된다.
이하에서는 앞서 언급한 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저 펌프(10)에 의해 작동유체가 토출되게 된다.
그리고 증발기(20)가 열매체로부터 열을 공급받아 펌프(10)에서 토출된 작동유체를 증발시키게 된다. 그리고 기액분리기(30)는 증발기(20)에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키게 된다.
그리고 기액분리기(30)에서 분리된 기체가 팽창기(50)에 유입되어 팽창되고, 발전기(51)가 팽창기(50)의 회전력을 통해 전기를 발전시키게 된다.
그리고 응축기(60)는 발전기(51)에서 배출되는 작동유체를 응축시키고 응축된 작동유체는 펌프(10)에 의해 토출되어 순환되게 된다.
이때 앞서 언급한 바와 같이, 기액분리기(30)는 증발기(20) 출구의 위치 보다 같거나 높게 설치되며, 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값이 증발기(20)에 의한 차압보다 커질 경우, 제어부(70)는 액체재순환관(40) 일측의 제어밸브(41)를 개방하여, 기액분리기(30)에서 분리된 액체를 증발기(20) 전단과 펌프(10) 사이로 유입시키도록 제어하게 된다.
또한, 제어부(70)는 액체재순환관(40)을 통해 기액분리기(30) 내의 액체를 증발기(20) 전단과 펌프(10) 사이로 유입시켜 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값이 증발기(20)에 의한 차압보다 작아지는 경우, 제어밸브를 차단하도록 제어하게 된다.
그리고 제어부(70)는 기액분리기(30) 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서(31)에서 측정된 수위값을 기반으로 액체의 위치수두값을 연산하고, 펌프(10) 후단에 구비된 제1압력센서(71)에서 측정된 작동유체의 제1압력값과 기액분리기(30) 전단에 구비된 제2압력센서(72)에서 측정된 작동유체의 제2압력의 차이를 증발기(20)에 의한 차압으로 연산하게 된다.
따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 기액분리기를 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 위치시키고, 액체재순환관을 기액분리기와 펌프 후단 사이에 설치하고, 기액분리기에 레벨센서를 설치하여 기액분리기의 수위를 측정하여, 증발기에 의한 차압과 기액분리기의 위치수두값을 기반으로 액체재순환관의 제어밸브를 제어하여 기액분리기의 액상을 증발기 입구로 유입시켜 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있게 된다.
또는 본 발명의 실시예에 따르면, 압력을 통한 제어를 할 때, 수위를 측정하여 수두를 계산하는 방법과, 제어밸브(41) 전단에 압력을 직접측정하여, 제어밸브(41) 전단의 압력이 펌프(10) 출구의 압력(또는 제어밸브(41) 후단의 압력)보다 높으면 밸브를 개방하도록 제어하여, 기액분리기의 액상을 증발기 입구로 유입시켜 응축기 부하증가 문제를 해결할 수 있다.
또한, 별도의 제어부에 의한 제어밸브(41)를 제어하는 방식 외에, 제어밸브(41)를 특정압력 이상에 해당하는 경우에만 일측 방향으로 개방되는 체크밸브로 구성하여, 체크밸브 상부의 압력이 냉매 수두에 의해서 증가하면 자동으로 열리고, 압력이 낮아지면 자동으로 차단되도록 구성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템(100)은 앞서 언급한 발전사이클시스템의 구성을 포함하나, 펌프(10)와 증발기(20) 사이에 구비되는 벤튜리관(80)을 포함하고, 액체재순환관(40) 하부 끝단은 이러한 벤튜리관(80)에 연결되도록 구성하여 기액분리기(30)의 높이를 앞서 언급한 실시예보다 낮출수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 제어부(70)븐 증발기(20)에 의한 차압과, 기액분리기(30) 내의 액체의 위치수두값과 벤튜리관(80)에 의한 압력강하값의 합을 기반으로 제어밸브(41)의 개폐를 제어하도록 구성된다.
증발기(20)에 의한 차압이 벤튜리관(80)에 의한 압력강하값과 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값보다 큰 경우, 제어밸브(41)는 닫혀 있게 된다.
그리고 증발기(20) 내의 기체에 의한 차압이 작아지고 기액분리기(30) 내의 액체의 수위가 높아져 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값과 벤튜리관(80)에 의한 압력강하값의 합이 증발기(20)에 의한 차압보다 커지게 되는 경우, 제어부(70)는 액체재순환관(40) 일측의 제어밸브(41)를 개방하여, 별도의 동력 인가 없이 기액분리기(30)에서 분리된 액체를 증발기(20) 전단과 펌프(10) 사이로 유입시키도록 제어하게 된다.
또한, 액체재순환관(40)을 통해 기액분리기(30) 내의 액체를 증발기(20) 전단과 상기 펌프(10) 사이로 유입시켜 기액분리기(30) 내의 액체의 수위가 낮아져, 기액분리기(30) 내 액체의 위치수두값과 벤튜리관(80)에 의한 압력강하값의 합이 증발기(20)에 의한 차압보다 다시 작아지게 되는 경우, 제어밸브(41)를 차단하도록 제어하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 제어부(70)는 기액분리기(30) 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서(31)에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 펌프(10) 후단에 구비된 제1압력센서(71)에서 측정된 작동유체의 제1압력값과 기액분리기(30) 전단에 구비된 제2압력센서(72)에서 측정된 작동유체의 제2압력의 차이를 증발기(20)에 의한 차압으로 연산하게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (18)

  1. 작동유체를 토출시키는 펌프와, 열매체로부터 열을 공급받아 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키는 기액분리기와, 상기 기액분리기에서 분리된 기체가 유입되어 상기 기체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축기를 갖는 발전사이클 시스템으로서,
    상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시키는 액체재순환관;을 포함하고,
    상기 기액분리기는 상기 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 설치되어, 상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값에 의해 상기 액체를 상기 증발기 전단으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 팽창기의 회전력을 통해 전기를 발전시키는 발전기; 및
    상기 액체재순환관 일측에 구비되는 제어밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 증발기에 의한 차압과, 상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값을 기반으로 상기 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값은 상기 액체재순환관 라인의 하부 끝단에서 상기 기액분리기 내의 액체 수위까지의 위치에너지이고,
    상기 증발기에 의한 차압은 하기 수학식 1로 정의되는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템:
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2020008773-appb-I000005
    상기 수학식 1에서,
    Figure PCTKR2020008773-appb-I000006
    은 증발기 내 액체의 위치수두값이고, dP1은 증발기 유입라인의 유동차압, dP2은 증발기 내 액체에 의한 차압, dP3은 증발기 내 기체에 의한 차압, dP4은 증빌기 배출라인의 유동차압이다.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 기액분리기 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서;
    상기 펌프 후단에 구비되어 작동유체의 압력을 측정하는 제1압력센서; 및
    상기 기액분리기 전단에 구비되어 상기 작동유체의 압력을 측정하는 제2압력센서;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 레벨센서에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 상기 제1압력값과 상기 제2압력값의 차이를 상기 증발기에 의한 차압으로 연산하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제어밸브 전단의 압력이 상기 펌프의 출구 압력보다 높으면 상기 제어밸브를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제어밸브는 체크밸브로 구성되어, 체크밸브 전단의 압력이 특정값 이상이되면 개방되도록 구성되는 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  8. 작동유체를 토출시키는 펌프와, 열매체로부터 열을 공급받아 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키는 기액분리기와, 상기 기액분리기에서 분리된 기체가 유입되어 상기 기체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에서 배출되는 작동유체를 응축시키는 응축기를 갖는 발전사이클 시스템으로서,
    상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시키는 액체재순환관;
    상기 액체재순환관 라인 일측에 구비되는 제어밸브; 및
    상기 펌프와 상기 증발기 사이에 구비되는 벤튜리관;을 포함하며,
    상기 액체재순환관 하부 끝단은 상기 벤튜리관에 연결되며, 상기 기액분리기는 상기 증발기 출구의 위치보다 같거나 같거나 높게 설치되어,
    상기 증발기에 의한 차압과, 상기 기액분리기 내의 액체의 위치수두값과 상기 벤튜리관에 의한 압력강하값의 합을 기반으로 상기 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기액분리기 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서;
    상기 벤튜리관 후단에 구비되어 작동유체의 압력을 측정하는 제1압력센서; 및
    상기 기액분리기 전단에 구비되어 상기 작동유체의 압력을 측정하는 제2압력센서;를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 레벨센서에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 상기 제1압력값과 상기 제2압력값의 차이를 상기 증발기에 의한 차압으로 연산하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  10. 제 1항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 펌프를 제어하여 상기 작동유체의 유속을 조절하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  11. 제 1항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 발전사이클은 유기랭킨사이클인 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템.
  12. 발전사이클 시스템의 제어방법에 있어서,
    펌프에 의해 작동유체가 토출되는 단계;
    증발기가 열매체로부터 열을 공급받아 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 증발시키는 단계;
    기액분리기가 상기 증발기에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키는 단계;
    상기 기액분리기에서 분리된 기체가 팽창기에 유입되어 팽창되고, 발전기가 팽창기의 회전력을 통해 전기를 발전시키는 단계; 및
    응축기가 상기 발전기에서 배출되는 작동유체를 응축시키고 응축된 작동유체는 상기 펌프에 의해 토출되어 순환되는 단계:를 포함하고, 상기 기액분리기는 상기 증발기 출구의 위치 보다 같거나 높게 설치되며,
    기액분리기 내 액체의 위치수두값이 상기 증발기에 의한 차압보다 커질 경우, 제어부는 액체재순환관 일측의 제어밸브를 개방하여, 상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 액체재순환관을 통해 상기 기액분리기 내의 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시켜 기액분리기 내 액체의 위치수두값이 상기 증발기에 의한 차압보다 작아지는 경우, 상기 제어밸브를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기액분리기 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 상기 펌프 후단에 구비된 제1압력센서에서 측정된 작동유체의 제1압력값과 상기 기액분리기 전단에 구비된 제2압력센서에서 측정된 작동유체의 제2압력의 차이를 상기 증발기에 의한 차압으로 연산하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법.
  15. 발전사이클 시스템의 제어방법에 있어서,
    펌프에 의해 작동유체가 토출되는 단계;
    펌프에 의해 토출된 작동유체가 벤튜리관을 거쳐 증발기로 유입되는 단계;
    증발기가 열매체로부터 열을 공급받아 상기 펌프에서 토출된 작동유체를 증발시키는 단계;
    기액분리기가 상기 증발기에서 배출된 작동유체에서 기체와 액체를 분리시키는 단계;
    상기 기액분리기에서 분리된 기체가 팽창기에 유입되어 팽창되고, 발전기가 팽창기의 회전력을 통해 전기를 발전시키는 단계; 및
    응축기가 상기 발전기에서 배출되는 작동유체를 응축시키고 응축된 작동유체는 상기 펌프에 의해 토출되어 순환되는 단계:를 포함하고, 상기 기액분리기는 상기 증발기 출구의 위치보다 같거나 높게 설치되며,
    기액분리기 내 액체의 위치수두값과 상기 벤튜리관에 의한 압력강하값의 합이 상기 증발기에 의한 차압보다 커질 경우, 제어부는 액체재순환관 일측의 제어밸브를 개방하여, 상기 기액분리기에서 분리된 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 액체재순환관을 통해 상기 기액분리기 내의 액체를 상기 증발기 전단과 상기 펌프 사이로 유입시켜 기액분리기 내 액체의 위치수두값과 상기 압력강하값의 합이 상기 증발기에 의한 차압보다 작아지는 경우, 상기 제어밸브를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기액분리기 내의 액체의 수위를 측정하는 레벨센서에서 측정된 수위값을 기반으로 상기 액체의 위치수두값을 연산하고, 상기 벤튜리관 후단에 구비된 제1압력센서에서 측정된 작동유체의 제1압력값과 상기 기액분리기 전단에 구비된 제2압력센서에서 측정된 작동유체의 제2압력의 차이를 상기 증발기에 의한 차압으로 연산하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법.
  18. 제 12항 또는 제 15항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 펌프를 제어하여 상기 작동유체의 유속을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템의 제어방법.
PCT/KR2020/008773 2019-09-18 2020-07-06 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법 WO2021054585A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0114902 2019-09-18
KR1020190114902A KR102243702B1 (ko) 2019-09-18 2019-09-18 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021054585A1 true WO2021054585A1 (ko) 2021-03-25

Family

ID=74882983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/008773 WO2021054585A1 (ko) 2019-09-18 2020-07-06 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102243702B1 (ko)
WO (1) WO2021054585A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2513936B2 (ja) * 1991-03-27 1996-07-10 株式会社日阪製作所 低沸点媒体システム
JP2011069327A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Ihi Corp 廃熱利用装置
KR101448129B1 (ko) * 2013-04-17 2014-10-08 한국에너지기술연구원 유기 랭킨 사이클 시스템과 그 제어 장치 및 제어 방법
JP6027485B2 (ja) * 2013-04-26 2016-11-16 株式会社日立システムズ 電子取引システム、電子取引方法、及びプログラム
KR20170008808A (ko) * 2014-06-16 2017-01-24 아르끄마 프랑스 랭킨 사이클의 제어 시스템

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5200165B2 (ja) 2009-05-25 2013-05-15 春男 上原 蒸気動力サイクル装置
KR101917430B1 (ko) 2016-10-27 2018-11-12 주식회사 포스코 발전장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2513936B2 (ja) * 1991-03-27 1996-07-10 株式会社日阪製作所 低沸点媒体システム
JP2011069327A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Ihi Corp 廃熱利用装置
KR101448129B1 (ko) * 2013-04-17 2014-10-08 한국에너지기술연구원 유기 랭킨 사이클 시스템과 그 제어 장치 및 제어 방법
JP6027485B2 (ja) * 2013-04-26 2016-11-16 株式会社日立システムズ 電子取引システム、電子取引方法、及びプログラム
KR20170008808A (ko) * 2014-06-16 2017-01-24 아르끄마 프랑스 랭킨 사이클의 제어 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210033595A (ko) 2021-03-29
KR102243702B1 (ko) 2021-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015160018A1 (ko) 통합 운전과 소모 스팀 감량화가 가능한 다단 스트리퍼를 이용하는 증류 시스템
JP4540472B2 (ja) 廃熱式蒸気発生装置
WO2011108780A1 (ko) 칠러
WO2015111913A1 (ko) 차량용 에어컨시스템
WO2012020955A2 (ko) 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템 및 그 제어방법
WO2010056000A2 (ko) 재증발 증기 및 응축수 회수 장치
WO2021054585A1 (ko) 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법
CN104093942B (zh) 水/蒸汽循环和用于操作其的方法
WO2018182084A1 (ko) 냉온동시 히트펌프 시스템
WO2016182150A1 (ko) 이젝터 냉동 사이클을 이용한 발전 시스템
WO2024106748A1 (ko) 연료전지 배열 활용 고효율 일체형 흡수식 냉방시스템
WO2017217585A1 (ko) 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템
WO2011105662A1 (ko) 칠러
WO2010053278A2 (ko) 폐열회수기를 구비한 입형 및 횡형 타입 일체형 열교환 유닛
WO2018117365A1 (ko) 폐열회수장치 및 그 제어방법
JP3679094B2 (ja) ガス・蒸気複合タービン設備の運転方法とその設備
WO2013062242A1 (ko) 공기조화기 및 그 운전 방법
WO2013103198A1 (ko) 액체필터부를 구비한 입자회수장치
WO2021054586A1 (ko) 플래쉬탱크를 이용한 발전사이클시스템 및 그 제어방법
WO2014171623A1 (ko) 유기 랭킨 사이클 시스템과 그 제어 장치 및 제어 방법
JP7541196B2 (ja) 蒸気熱交換器
WO2013111577A1 (ja) 空冷凝縮器およびそれを備えた発電装置
WO2014148704A1 (ko) 하이브리드형 공기열 히트펌프 시스템
WO2015182808A1 (ko) 다단 압축모듈 시스템
JP2812751B2 (ja) 蒸気タービン設備，およびその蒸気供給方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20866875

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20866875

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1