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KR101448129B1 - an organic rankine cycle system and controlling apparatus and method thereof - Google Patents

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KR101448129B1
KR101448129B1 KR1020130042348A KR20130042348A KR101448129B1 KR 101448129 B1 KR101448129 B1 KR 101448129B1 KR 1020130042348 A KR1020130042348 A KR 1020130042348A KR 20130042348 A KR20130042348 A KR 20130042348A KR 101448129 B1 KR101448129 B1 KR 101448129B1
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evaporator
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박병식
이시우
양영민
이동현
김혁주
임용훈
이재용
정대헌
허만기
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템과 그 제어 장치 및 제어 방법은 증발기와 터빈 사이에 기액분리기를 마련하되, 상기 기액분리기에 레벨 센서를 마련하여 기액분리기 내부 포화액의 수위를 모니터링하고, 제어부를 마련하여 상기 레벨 센서의 수위에 따라 증발기의 운전 조건을 조절함으로써, 상기 터빈으로 지속적으로 포화증기 상태의 유기작동 유체가 공급될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.The organic Rankine cycle system and its control and control method according to the present invention are characterized in that a gas-liquid separator is provided between an evaporator and a turbine, a level sensor is provided in the gas-liquid separator to monitor the level of the saturated liquid in the gas- And the operating condition of the evaporator is adjusted according to the level of the level sensor so that the organic working fluid in the saturated vapor state can be continuously supplied to the turbine.

Description

유기 랭킨 사이클 시스템과 그 제어 장치 및 제어 방법 {an organic rankine cycle system and controlling apparatus and method thereof}An organic Rankine cycle system, an apparatus for controlling the same, an organic rankine cycle system and a controlling apparatus and method thereof,

본 발명은 유기 랭킨 사이클 시스템과 그 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기 랭킨 사이클의 증발기에서 발생된 증기가 포화증기 상태로 터빈으로 공급되도록 하여 사이클 효율을 최적화하는 유기 랭킨 사이클 시스템과 그 제어 장치 및 방법에 관한 발명이다.
The present invention relates to an organic Rankine cycle system and its control system and method, and more particularly, to an organic Rankine cycle system that optimizes cycle efficiency by supplying steam generated in an evaporator of an organic Rankine cycle to a turbine in a saturated steam state And a control device and method therefor.

유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle)은 기존의 랭킨 사이클(Rankine Cycle)과 마찬가지로 2개의 단열과정과 2개의 등압과정으로 구성되는 사이클로서, 작동 유체로 물보다 비등점이 낮은 유기물을 사용하는 랭킨 사이클을 의미한다.Organic Rankine Cycle is a cycle consisting of two adiabatic processes and two equi-pressure processes as in the existing Rankine Cycle, meaning a Rankine cycle that uses organic materials with lower boiling point than water as the working fluid. do.

상기 작동 유체로는 다양한 유기물이 적용될 수 있으나, 주로 팽창과정에서 응축이 발생하지 않는 R134a, R245fa 등이 작동 유체로 사용된다.Various organic materials may be used as the working fluid, but R134a and R245fa, which do not cause condensation in the expansion process, are used as the working fluid.

종래의 유기 랭킨 사이클에 있어서, 터빈에 유입되는 작동 유체가 과열증기로 과열증기 상태로 유입되는 경우에는 과열을 위하여 추가적인 에너지 유입이 요구되어 사이클의 효율이 저하되는 문제점이 있다. In the conventional organic Rankine cycle, when the working fluid flowing into the turbine flows into the superheated steam state by the superheated steam, the additional energy is required to flow to overheat the efficiency of the cycle.

반면, 증기 내에 액적을 포함하는 경우, 즉 포화액-포화증기 혼합상태(이하, 습증기라 한다)로 유입되는 경우는 팽창시에 추가적인 증발과정이 이루어져 팽창에너지를 증발에 사용하게 되어 결과적으로 터빈 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 습증기 내의 액적이 터빈 블레이드를 손상시키는 문제점이 있다.On the other hand, when a liquid is contained in a vapor, that is, when it is introduced into a saturated liquid-saturated vapor mixed state (hereinafter referred to as a wet steam), an additional evaporation process is performed at the time of expansion, so that expansion energy is used for evaporation. There is a problem that the droplet in the wet steam damages the turbine blade.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 작동 유체를 포화증기의 상태로 하여 터빈에 공급하는 것을 고려할 수 있으나, 별도의 제어 장치 없이 증발기 또는 보일러에 입력되는 열량의 조절만으로는 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 상시 터빈에 공급하는 것이 어려운 문제점이 있다.
In order to solve this problem, it is possible to consider supplying the working fluid to the turbine in the state of saturated steam. However, only by adjusting the amount of heat input to the evaporator or the boiler without a separate control device, There is a problem that it is difficult to supply.

본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 유기 작동 유체를 포화증기 상태로 터빈에 공급함으로써 터빈의 효율을 향상시키는 동시에 터빈 블레이드 손상의 문제점을 방지하고, 터빈에 공급되는 유기 작동 유체가 상시 포화증기 상태로 유지될 수 있도록 하여 시스템의 안정성을 향상시키는 유기 랭킨 사이클 시스템과 그 제어 장치 및 제어 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to improve the efficiency of a turbine by supplying an organic working fluid to the turbine in a saturated steam state, and to prevent the problem of damage of the turbine blade, The present invention also provides an organic Rankine cycle system, a controller and a control method thereof, which can be maintained in a vapor state to improve the stability of the system.

상술한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템과 그 제어 장치 및 제어 방법은 증발기와 터빈 사이에 기액분리기를 마련하여 터빈으로 지속적으로 포화증기 상태의 유기작동 유체가 공급될 수 있도록 한다. 그리고, 상기 기액분리기에 레벨 센서를 마련하여 기액분리기 내부 포화액의 수위를 모니터링하고, 제어부를 마련하여 상기 레벨 센서의 수위에 따라 증발기의 운전 조건을 조절하는 것을 특징으로 한다.
In order to accomplish the above object, an organic Rankine cycle system, a control apparatus and a control method thereof according to the present invention are provided with a gas-liquid separator between an evaporator and a turbine to continuously supply an organic working fluid in a saturated vapor state to a turbine . A level sensor is provided in the gas-liquid separator to monitor the level of the saturated liquid in the gas-liquid separator, and a control unit is provided to adjust the operating condition of the evaporator according to the level of the level sensor.

본 발명은 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 터빈으로 상시 공급할 수 있으므로 사이클의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention can always supply the organic working fluid in the saturated vapor state to the turbine, thereby improving the efficiency of the cycle.

보다 구체적으로는, 기액분리기를 마련함으로써 안정적으로 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 터빈으로 공급할 수 있다. 제어부 및 제어방법을 통하여 증발기 운전조건을 조절함으로써 기액분리기 내부의 포화액 수위를 적정 수위로 유지할 수 있으며, 포화액 배출부 및 포화액 배출단계를 통하여 한계 수위 이상으로 포화액의 수위가 높아지는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 배출된 포화액을 재생시킴으로써 사이클의 효율을 한층 더 높일 수 있는 효과가 있다.
More specifically, by providing a gas-liquid separator, an organic working fluid in a saturated vapor state can be stably supplied to the turbine. It is possible to maintain the saturation level of the saturated liquid in the gas-liquid separator at an appropriate level by controlling the operation condition of the evaporator through the control unit and the control method, and it is possible to maintain the saturation level of the saturated liquid higher than the critical level through the saturated liquid discharging unit and the saturated liquid discharging step And the efficiency of the cycle can be further increased by regenerating the discharged saturated liquid.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 주요 구성을 나타내는 계통도에 해당한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어부의 연결관계를 나타내는 계통도에 해당한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 배출부 및 혼합기를 나타내는 계통도에 해당한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 기액분리기를 나타내는 발췌도에 해당한다.1 is a schematic diagram illustrating a main configuration of an organic Rankine cycle system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow diagram illustrating a connection relationship of a controller of an organic Rankine cycle system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 corresponds to a schematic diagram illustrating the discharge and the mixer of the organic Rankine cycle system according to one embodiment of the present invention.
4 is an excerpt of a gas-liquid separator of an organic Rankine cycle system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명은 유기 랭킨 사이클 시스템에 관한 것으로서 물보다 비등점이 낮은 R134a, R245fa 등의 유기물을 작동 유체로 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 작동 유체는 이하 유기 작동 유체라 한다.The present invention relates to an organic Rankine cycle system, and is characterized by using organic materials such as R134a and R245fa, which have lower boiling points than water, as a working fluid. The working fluid is hereinafter referred to as an organic working fluid.

본 발명에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템은 일반적인 랭킨 사이클과 마찬가지로 증발기(30), 터빈(40), 응축기(10) 및 펌프(20)를 포함한다. 그러나, 본 발명에 있어서의 증발기(30)는 연료를 직접 연소하여 작동 유체를 증발시키는 일반적인 랭킨 사이클의 증발기와는 달리, 지열, 폐열, 해수열, 태양열 등 비교적 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 유기 작동 유체를 증발시키는 것이다.
The organic Rankine cycle system according to the present invention includes an evaporator 30, a turbine 40, a condenser 10, and a pump 20 in the same manner as a general Rankine cycle. However, unlike a general Rankine cycle evaporator in which the fuel is directly burned to evaporate the working fluid, the evaporator 30 in the present invention absorbs heat from a relatively low temperature heat source such as geothermal heat, waste heat, seawater heat, Thereby evaporating the working fluid.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 주요구성을 나타내는 계통도에 해당한다.1 is a schematic diagram illustrating a main configuration of an organic Rankine cycle system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템은 증발기(30)와 터빈(40) 사이에 기액분리기(50)를 마련함으로써 상기 증발기(30)로부터 유입되는 유기 작동 유체를 상시 포화증기 상태로 상기 터빈(40)으로 공급한다.1, the organic Rankine cycle system according to the present invention includes a gas-liquid separator 50 provided between an evaporator 30 and a turbine 40 to convert an organic working fluid introduced from the evaporator 30 into a saturated vapor To the turbine (40).

상기 증발기(30)로부터 기액분리기(50)로 유입되는 유기 작동 유체는 증발기(30) 운전조건에 따라 습증기 상태, 포화증기 상태 또는 과열증기 상태로 배출되므로, 상기 기액분리기(50)를 마련함으로써 보다 안정적으로 상기 유기 작동 유체를 포화증기 상태로 유지하여 터빈(40)에 공급할 수 있다.
The organic working fluid flowing into the gas-liquid separator 50 from the evaporator 30 is discharged in a wet state, a saturated steam state, or an overheated steam state according to the operation conditions of the evaporator 30, The organic working fluid can be stably maintained in the saturated vapor state and supplied to the turbine 40. [

한편, 상기 기액분리기(50)는 내측 하부에 기포발생기(51)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 기포발생기(51)는 기액분리기(50) 하부의 포화액에 충분히 잠길 수 있도록 초기운전단계에서는 습증기가 상기 기액분리기(50)로 유입되도록 하여 상기 기포발생기(51)가 기액분리기(50)에 잠길 만큼 충분한 포화액을 축적하게 된다. 기액분리기(50) 하부에 축적되는 유기 작동 유체는 이론적으로는 포화액의 상태에 해당하나, 완전한 단열이 이루어지지 않는 경우 외부로의 열 방출로 인하여 압축액 상태로 축적될 수도 있다. 따라서, 이하에서 사용하는 포화액의 용어는 포화증기와 대별되는 의미로서, 포화액 상태와 압축액 상태를 포함하는 액체 상태를 의미한다.
On the other hand, the gas-liquid separator 50 preferably includes a bubble generator 51 at an inner lower portion thereof. The bubbler 51 is caused to flow into the gas-liquid separator 50 in the initial operation stage so that the bubbler 51 can be sufficiently submerged in the saturated liquid below the gas-liquid separator 50, It will accumulate enough saturated liquid to be locked. The organic working fluid accumulated in the lower portion of the gas-liquid separator 50 may theoretically be in the state of a saturated liquid, but may be accumulated in a compressed liquid state due to heat release to the outside if complete insulation is not achieved. Therefore, the term saturated liquid used herein means a liquid state including a saturated liquid state and a compressed liquid state, as distinguished from saturated steam.

상술한 바와 같이, 증발기(30)를 거쳐 상기 기포발생기(51)로 유입되는 유기 작동 유체는 습증기, 포화증기 또는 과열증기 상태로 유입된다.As described above, the organic working fluid flowing into the bubble generator 51 through the evaporator 30 flows into the humidifier, the saturated vapor, or the superheated steam.

먼저, 습증기 상태로 유입되는 경우, 상기 기포발생기(51)는 상기 습증기에 포함된 액적을 일차적으로 제거하는 역할을 수행한다. 반면, 과열증기 상태로 유입되는 경우 기액분리기(50) 하부에 축적된 포화액과의 열교환을 통하여 상기 포화액을 포화증기로 증발시키는 동시에 과열증기 또한 포화증기로 전환된다. 한편, 포화증기 상태로 공급되는 경우에는 이론적으로 특별한 열교환 없이 그대로 상기 포화액을 통과하지만, 상기 포화액이 압축액 상태인 경우 상기 포화증기의 일부는 상기 포화액과의 열교환을 거쳐 일부는 포화액으로 전환되고 나머지는 포화증기 상태를 유지하게 된다.First, in the case of entering the wet state, the bubble generator 51 plays a role of primarily removing droplets contained in the wet vapor. On the other hand, when the refrigerant flows into the superheated steam state, the saturated liquid is heat-exchanged with the saturated liquid accumulated in the lower portion of the gas-liquid separator 50, and the superheated steam is also converted into the saturated steam. On the other hand, when the saturated liquid is supplied in a saturated vapor state, the saturated liquid passes through the saturated liquid as it is without any special heat exchange. However, when the saturated liquid is in the compressed liquid state, a part of the saturated vapor is subjected to heat exchange with the saturated liquid, And the remainder is maintained in a saturated steam state.

그리고, 상기 기포발생기(51)는 상기 증발기(30)로부터 유입되는 유기 작동 유체와 포화액의 열교환이 충분히 이루어질 수 있도록 기포를 발생시키는 무수히 많은 미세구멍을 포함한다.
The bubble generator 51 includes a large number of fine holes for generating bubbles so that heat exchange between the organic working fluid flowing from the evaporator 30 and the saturated liquid can be sufficiently performed.

한편, 상기 기액분리기(50)의 내측 상부에는 액적을 걸러내는 엘리미네이터(53)(eliminator)를 더 포함하는 것이 바람직하다.The gas-liquid separator 50 may further include an eliminator 53 for filtering droplets.

상기 엘리미네이터(53)는 터빈(40)으로 공급되는 유기 작동 유체에 포함된 액적을 최종적으로 걸러내는 역할을 수행한다. 특히 초기운전단계에서는 축적된 포화액이 없으므로 증발기(30)로부터 유입된 습증기의 액적을 걸러내고 이를 낙하시켜 상기 기액분리기(50) 하부에 포화액을 축적시키는 역할을 수행한다.
The eliminator 53 serves to finally filter droplets contained in the organic working fluid supplied to the turbine 40. In particular, since there is no accumulated saturated liquid in the initial operation stage, the droplet of the wet vapor introduced from the evaporator 30 is filtered and dropped to accumulate the saturated liquid in the lower portion of the gas-liquid separator 50.

한편, 상기 기액분리기(50)는 레벨 센서(52)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 레벨 센서(52)는 기액분리기(50) 내부의 포화액의 수위를 측정하여 제어부(60)로 수위 정보를 제공한다.The gas-liquid separator 50 may further include a level sensor 52. The level sensor 52 measures the level of the saturated liquid in the gas-liquid separator 50 and provides the level information to the controller 60.

상기 레벨 센서(52)는 관 형태로 이루어지며 상기 기액분리기(50)의 측면 상, 하부에 양단이 연결되어 상기 관의 내부로 상기 포화액이 유입될 수 있도록 하여 수위를 측정하는 방식으로 이루어진다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기액분리기(50)의 높이 방향 중심부의 단면적을 좁힌 병목부(55)를 형성함으로써 수위 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
The level sensor 52 has a tube shape and is connected to both sides of the gas-liquid separator 50 so that the saturated liquid can be introduced into the tube, thereby measuring the water level. 4, the accuracy of the water level measurement can be improved by forming the bottleneck portion 55 in which the cross-sectional area of the center portion in the height direction of the gas-liquid separator 50 is narrowed.

한편, 상기 제어부(60)는 상기 레벨 센서(52)로부터 수위 정보를 제공받아 증발기(30), 펌프(20) 등을 제어하는 역할을 수행한다. 증발기(30), 펌프(20) 등의 운전조건을 제어하여 상기 기액분리기(50) 내부의 포화액 수위를 조절하는 것이다. 도 2는 제어부(60)와 레벨 센서(52), 증발기(30), 펌프(20)의 연결관계를 나타내는 계통도에 해당한다.
The controller 60 receives the level information from the level sensor 52 and controls the evaporator 30, the pump 20, and the like. Liquid separator 50 is controlled by controlling the operation conditions of the evaporator 30, the pump 20, and the like. 2 is a system diagram showing the connection relationship between the controller 60 and the level sensor 52, the evaporator 30, and the pump 20.

상기 제어부(60)가 상기 증발기(30)의 운전조건을 제어하는 과정은 다음과 같다.The process of controlling the operation condition of the evaporator 30 by the controller 60 is as follows.

먼저, 상기 제어부(60)는 초기 운전 상태에 있어서 상기 기포발생기(51)가 상기 포화액에 잠길 수 있도록 상기 기액분리기(50) 내부의 상기 포화액의 수위를 조절한다. 구체적으로는 상기 제어부(60)는 상기 기포발생기(51)가 상기 포화액에 잠길 때까지 습증기 상태의 유기 작동 유체가 상기 증발기(30)로부터 상기 기액분리기(50)로 공급되도록 하는 것으로서, 상기 증발기(30)로 유입되는 상기 유기 작동 유체의 유량, 열원의 온도 또는 유량을 조절하게 된다.First, the controller 60 adjusts the level of the saturated liquid in the gas-liquid separator 50 so that the bubble generator 51 can be locked in the saturated liquid in the initial operation state. Specifically, the controller 60 controls the supply of the organic working fluid in a wet state from the evaporator 30 to the gas-liquid separator 50 until the bubble generator 51 is immersed in the saturated liquid. The flow rate of the organic working fluid, the temperature of the heat source, or the flow rate of the organic working fluid.

그리고, 상기 제어부(60)는 정상운전과정 중에는 상기 기액분리기(50) 내부의 적정 수위를 유지하도록 포화액의 수위를 조절한다. 여기서, 정상운전과정이라 함은 상기 초기운전단계를 지나 포화액의 수위가 기포발생기(51) 이상으로 축적된 상태에서의 운전을 의미한다.During the normal operation, the controller 60 adjusts the level of the saturated liquid to maintain the proper level in the gas-liquid separator 50. Here, the normal operation means the operation in a state where the water level of the saturated liquid has accumulated above the bubble generator 51 after the initial operation.

상기 적정 수위는 상기 기포발생기(51)와 엘리미네이터(53) 사이로 결정되며, 일 예로 상기 기포발생기(51)와 엘리미네이터(53)의 중간 지점을 적정 수위의 설정치로 지정할 수 있다.The appropriate level may be determined between the bubble generator 51 and the eliminator 53. For example, the intermediate level between the bubble generator 51 and the eliminator 53 may be set to a predetermined level.

상기 레벨 센서(52)의 측정 수위가 설정치 보다 높을 경우, 상기 증발기(30)로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 줄이거나, 상기 증발기(30)로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 증가시키게 된다. 즉, 증발기(30)에서 과열증기 상태의 유기 작동 유체를 배출하여 기액분리기(50) 내부로 유입시킴으로써, 기액분리기(50) 내부의 포화액을 증발시켜 수위를 낮추게 된다.The flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator 30 is decreased or the temperature or the flow rate of the heat source flowing into the evaporator 30 is increased when the measured water level of the level sensor 52 is higher than the set value. That is, the organic working fluid in an overheated steam state is discharged from the evaporator 30 and introduced into the gas-liquid separator 50, thereby lowering the water level by evaporating the saturated liquid in the gas-liquid separator 50.

반면, 상기 레벨 센서(52)의 측정 수위가 설정치 보다 낮을 경우에는, 상기 증발기(30)로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 증가시키거나, 상기 증발기(30)로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 감소시키게 된다. 이 경우에는 습증기 상태의 유기 작동 유체를 기액분리기(50)로 공급함으로써 기액분리기(50) 내부 포화액의 수위를 높이게 된다.
On the other hand, when the measured water level of the level sensor 52 is lower than the set value, the flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator 30 is increased or the temperature or flow rate of the heat source flowing into the evaporator 30 is increased . In this case, the organic working fluid in the wet state is supplied to the gas-liquid separator 50 to raise the level of the saturated liquid in the gas-liquid separator 50.

한편, 기액분리기(50) 내부 포화액의 수위가 엘리미네이터(53)에 인접하게 되는 경우, 기포 발생 과정에서 엘리미네이터(53)에 포화액이 접촉하게 되어 엘리미네이터(53)의 성능이 저하될 수 있다. 그리고, 포화액의 수위가 엘리미네이터(53)를 초과하게 되는 경우에는 습증기가 터빈(40)으로 공급되는 문제점이 발생된다.On the other hand, when the water level of the saturated liquid in the gas-liquid separator 50 is adjacent to the eliminator 53, the saturated liquid comes into contact with the eliminator 53 during the bubble generation process and the performance of the eliminator 53 Can be lowered. When the level of the saturated liquid exceeds the level of the eliminator 53, a problem occurs that the wet steam is supplied to the turbine 40.

따라서, 엘리미네이터(53)의 인접 하부에 포화액의 한계 수위를 설정하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to set the limit level of the saturated liquid to the adjacent lower portion of the eliminator 53.

도 3은 기액분리기(50)에 마련된 포화액 배출부(54) 및 상기 포화액 배출부(54)에 연결되는 혼합기를 나타낸다. 도3에 도시된 바와 같이, 상기 기액분리기(50)는 포화액의 수위가 한계 수위에 도달할 경우 상기 포화액을 배출하는 포화액 배출부(54)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 포화액 배출부(54)는 배출구와 상기 배출구의 개폐를 조절하는 밸브로 구성될 수 있으며, 상기 포화액 배출부(54)는 상기 증발기(30)와 상기 펌프(20) 사이에 마련된 혼합기로 연결된다. 그리고, 상기 혼합기에서는 상기 포화액 배출부(54)로 배출된 포화액과 펌프(20)에서 배출된 유기 작동 유체가 혼합되며, 혼합된 유기 작동 유체는 증발기(30) 내부로 다시 공급된다. 3 shows a saturated liquid discharging portion 54 provided in the gas-liquid separator 50 and a mixer connected to the saturated liquid discharging portion 54. 3, the gas-liquid separator 50 may further include a saturated liquid discharge unit 54 for discharging the saturated liquid when the liquid level of the saturated liquid reaches the critical water level. The saturated liquid discharge unit 54 may include a discharge port and a valve for controlling opening and closing of the discharge port and the saturated liquid discharge unit 54 may be a mixer provided between the evaporator 30 and the pump 20 . In the mixer, the saturated liquid discharged to the saturated liquid discharge unit 54 is mixed with the organic working fluid discharged from the pump 20, and the mixed organic working fluid is supplied again into the evaporator 30.

배출되는 포화액은 증발과정을 거친 것이므로 비교적 고온에 해당한다. 이러한 포화액을 재생하여 증발기(30)로 공급되는 유기 작동 유체를 가열하게 되므로, 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.
The discharged saturated liquid is subjected to a process of evaporation and is therefore relatively high in temperature. Since the saturated vapor is regenerated to heat the organic working fluid supplied to the evaporator 30, the efficiency of the entire system can be improved.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법은 다음과 같다.Meanwhile, a control method of the organic Rankine cycle system according to an embodiment of the present invention is as follows.

본 발명에 따른 유기 랭킨 사이클 제어방법은 증발기(30)와 터빈(40) 사이에 기액분리기(50)를 마련하여 상기 터빈(40)으로 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 유입시키는 것에 해당하며, 이하의 각 단계를 포함한다.The organic Rankine cycle control method according to the present invention is a method of providing a gas-liquid separator 50 between an evaporator 30 and a turbine 40 to introduce an organic working fluid in a saturated vapor state into the turbine 40, Respectively.

상기 레벨 센서(52)를 이용하여 기액분리기(50) 내부의 포화액 수위를 모니터링하는 수위모니터링단계를 단계를 거친다.A level monitoring step of monitoring the saturated liquid level in the gas-liquid separator 50 using the level sensor 52 is performed.

그리고, 상기 포화액의 수위에 따라서 상기 증발기(30)의 운전조건을 조절하는 증발기제어단계를 거치게 되며, 상기 증발기제어단계는 다음과 같은 세부 단계를 포함한다. i) 상기 포화액의 수위가 설정치 보다 높을 경우, 상기 증발기(30)로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 줄이는 단계, ii) 상기 포화액의 수위가 설정치 보다 낮을 경우, 상기 증발기(30)로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 증가시키는 단계, iii) 상기 포화액의 수위가 설정치 보다 높을 경우, 상기 증발기(30)로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 증가시키는 단계, iv) 상기 포화액의 수위가 설정치 보다 낮을 경우, 상기 증발기(30)로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 감소시키는 단계를 포함한다.
In accordance with the level of the saturated liquid, an evaporator control step is performed to control an operation condition of the evaporator 30. The evaporator control step includes the following detailed steps. (i) reducing the flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator (30) when the level of the saturated liquid is higher than the set value, (ii) if the level of the saturated liquid is lower than the set value, Iii) increasing the temperature or flow rate of the heat source flowing into the evaporator (30) when the level of the saturated liquid is higher than the set value, iv) increasing the level of the saturated liquid And reducing the temperature or the flow rate of the heat source flowing into the evaporator (30) when the temperature is lower than the set value.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법은 시스템의 시동 시의 초기운전단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 초기운전 단계는 시스템 시동시에 적용되는 단계로서 상기 수위모니터링단계를 통하여 쉬위를 수위 정보를 제공받으며 상기 증발기제어단계를 통하여 습증기가 기액분리기로 공급되도록 증발기 운전조건을 제어하게 된다.Meanwhile, the control method of the organic Rankine cycle system according to an embodiment of the present invention preferably further includes an initial operation step at startup of the system. The initial operation step is a step applied at the start of the system. The evaporator operating condition is controlled through the evaporator control step, and the evaporator operating condition is controlled such that humid steam is supplied to the gas-liquid separator through the evaporator control step.

상기 초기운전단계는 상기 기포발생기(51)가 상기 포화액에 잠길 때까지, 습증기 상태의 유기 작동 유체가 상기 증발기(30)로부터 상기 기액분리기(50)로 공급되도록, 상기 증발기(30)로 유입되는 상기 유기 작동 유체의 유량, 열원의 온도 또는 유량을 조절하는 것이다.
Liquid separator 50 so that an organic working fluid in a wet state is supplied from the evaporator 30 to the gas-liquid separator 50 until the bubble generator 51 is immersed in the saturated liquid, The flow rate of the organic working fluid, the temperature or the flow rate of the heat source.

그리고, 상기 포화액의 수위가 한계 수위에 도달할 경우 상기 포화액을 배출하는 포화액배출단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 포화액배출단계를 통해 배출된 포화액은 이하의 혼합단계를 거치게 된다. 상기 혼합단계는 상기 포화액배출단계를 통해 배출된 포화액을 상기 증발기(30)와 펌프(20) 사이에 마련된 혼합기로 유입시켜 상기 펌프(20)에서 공급되는 유기 작동 유체와 혼합된 후 상기 증발기(30)로 다시 공급하는 과정에 해당한다.
And a saturated liquid discharging step of discharging the saturated liquid when the liquid level of the saturated liquid reaches a critical water level. The saturated liquid discharged through the saturated liquid discharging step is subjected to the following mixing step. In the mixing step, the saturated liquid discharged through the saturated liquid discharging step is introduced into the mixer provided between the evaporator 30 and the pump 20, mixed with the organic working fluid supplied from the pump 20, (30). ≪ / RTI >

10: 응축기
20: 펌프
30: 증발기
40: 터빈
50: 기액분리기
51: 기포발생기
52: 레벨 센서
53: 엘리미네이터
54: 포화액 배출부
55: 병목부
60: 제어부10: Condenser
20: Pump
30: Evaporator
40: Turbine
50: gas-liquid separator
51: Bubble generator
52: Level sensor
53: Eliminator
54: Saturated liquid discharge portion
55: bottleneck
60:

Claims (27)

증발기, 터빈, 응축기 및 펌프를 포함하는 유기 랭킨 사이클 시스템에 있어서,
상기 증발기와 상기 터빈 사이에 마련되어 상기 터빈에 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 공급하는 기액분리기;를 포함하되, 상기 기액분리기는 내측 하부에 기포발생기 및 포화액의 수위를 모니터링하는 레벨 센서를 포함하며,
상기 레벨 센서의 수위에 따라 증발기의 운전 조건을 조절하는 제어부;를 더 포함하며, 상기 제어부는 초기 운전 상태에 있어서 상기 기포발생기가 상기 포화액에 잠길 수 있도록 상기 기액분리기 내부의 상기 포화액의 수위를 조절하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.

In an organic Rankine cycle system comprising an evaporator, a turbine, a condenser and a pump,
And a gas-liquid separator provided between the evaporator and the turbine to supply an organic working fluid in a saturated vapor state to the turbine, wherein the gas-liquid separator includes a level sensor for monitoring the level of the bubbler and the saturated liquid at an inner lower portion thereof, ,
And a controller for controlling an operation condition of the evaporator according to a level of the level sensor, wherein the controller controls the level of the saturated liquid in the gas-liquid separator so that the bubble generator can be immersed in the saturated liquid in an initial operation state Of the organic Rankine cycle system.

삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기액분리기는 높이 방향의 중심부에 단면적을 좁힌 병목부를 마련하여 상기 레벨 센서의 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the gas-liquid separator improves the accuracy of the level sensor by providing a bottleneck portion having a narrowed cross-sectional area at the central portion in the height direction.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기포발생기가 상기 포화액에 잠길 때까지, 습증기 상태의 유기 작동 유체가 상기 증발기로부터 상기 기액분리기로 공급되도록 상기 증발기로 유입되는 상기 유기 작동 유체의 유량, 열원의 온도 또는 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.
The method according to claim 1,
The controller controls the flow rate of the organic working fluid, the temperature of the heat source or the flow rate of the organic working fluid introduced into the evaporator so that the organic working fluid in a wet state is supplied from the evaporator to the gas-liquid separator until the bubble generator is submerged in the saturated liquid ≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 레벨 센서의 측정 수위가 설정치 보다 높을 경우, 상기 증발기로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 줄이며,
상기 레벨 센서의 측정 수위가 설정치 보다 낮을 경우, 상기 증발기로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein,
A flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator is reduced when the measured water level of the level sensor is higher than a set value,
Wherein the flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator is increased when the measured water level of the level sensor is lower than the set value.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 레벨 센서의 측정 수위가 설정치 보다 높을 경우, 상기 증발기로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 증가시키며,
상기 레벨 센서의 측정 수위가 설정치 보다 낮을 경우, 상기 증발기로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein,
The temperature or flow rate of the heat source flowing into the evaporator is increased when the measured water level of the level sensor is higher than the set value,
Wherein the temperature or flow rate of the heat source flowing into the evaporator is reduced when the measured water level of the level sensor is lower than a set value.
증발기, 터빈, 응축기 및 펌프를 포함하는 유기 랭킨 사이클 시스템에 있어서,
상기 증발기와 상기 터빈 사이에 마련되어 상기 터빈에 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 공급하는 기액분리기;를 포함하되, 상기 기액분리기는 내측 하부에 기포발생기 및 포화액의 수위를 모니터링하는 레벨 센서를 포함하며,
상기 기액분리기는 포화액의 수위가 한계 수위에 도달할 경우 상기 포화액을 배출하는 포화액 배출부;를 더 포함하고,
상기 포화액 배출부는 상기 증발기와 상기 펌프 사이에 마련된 혼합기로 연결되며, 상기 혼합기는 상기 포화액 배출부로 배출된 포화액과 펌프에서 배출된 유기 작동 유체를 혼합하여 상기 증발기로 유입시키는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템.
In an organic Rankine cycle system comprising an evaporator, a turbine, a condenser and a pump,
And a gas-liquid separator provided between the evaporator and the turbine to supply an organic working fluid in a saturated vapor state to the turbine, wherein the gas-liquid separator includes a level sensor for monitoring the level of the bubbler and the saturated liquid at an inner lower portion thereof, ,
Wherein the gas-liquid separator further comprises a saturated liquid discharging portion for discharging the saturated liquid when the liquid level of the saturated liquid reaches a critical level,
Wherein the saturated liquid discharging portion is connected to a mixer provided between the evaporator and the pump and the mixer mixes the saturated liquid discharged to the saturated liquid discharging portion and the organic working fluid discharged from the pump into the evaporator, Organic Rankine Cycle System.
삭제delete 증발기와 터빈 사이에 마련되어 상기 터빈에 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 공급하는 기액분리기;
상기 기액분리기 내부 포화액의 수위를 모니터링 하는 레벨 센서; 및
상기 레벨 센서의 수위에 따라 증발기의 운전 조건을 변경하는 제어부;
를 포함하되,
상기 기액분리기는 내측 하부에 기포발생기를 포함하며,
상기 제어부는 상기 기포발생기가 상기 포화액에 잠길 수 있도록 상기 기액분리기 내부의 상기 포화액의 수위를 조절하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 장치.
A gas-liquid separator provided between the evaporator and the turbine to supply an organic working fluid in a saturated vapor state to the turbine;
A level sensor for monitoring a level of the saturated liquid in the gas-liquid separator; And
A control unit for changing an operation condition of the evaporator according to a level of the level sensor;
, ≪ / RTI &
The gas-liquid separator includes a bubble generator at an inner lower portion thereof,
Wherein the controller adjusts the level of the saturated liquid in the gas-liquid separator so that the bubble generator can be submerged in the saturated liquid.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 기액분리기는 내측 상부에 액적을 제거하여 포화증기 상태의 유기 작동 유체만을 통과시키는 엘리미네이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the gas-liquid separator includes an eliminator for removing droplets on the inner upper portion to pass only the organic working fluid in a saturated vapor state.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 제어부는 초기 운전 상태에 있어서 상기 기포발생기가 상기 포화액에 잠길 때까지 습증기 상태의 유기 작동 유체가 상기 증발기로부터 상기 기액분리기로 공급되도록 상기 증발기로 유입되는 상기 유기 작동 유체의 유량, 열원의 온도 또는 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the controller controls the flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator so that the organic working fluid in a wet state is supplied from the evaporator to the gas-liquid separator until the bubbler is immersed in the saturated liquid in an initial operating state, Or the flow rate of the refrigerant is controlled.
제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 레벨 센서의 측정 수위가 설정치 보다 높을 경우, 상기 증발기로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 줄이며,
상기 레벨 센서의 측정 수위가 설정치 보다 낮을 경우, 상기 증발기로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein,
A flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator is reduced when the measured water level of the level sensor is higher than a set value,
Wherein the flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator is increased when the measured water level of the level sensor is lower than the set value.
제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 레벨 센서의 측정 수위가 설정치 보다 높을 경우, 상기 증발기로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 증가시키며,
상기 레벨 센서의 측정 수위가 설정치 보다 낮을 경우, 상기 증발기로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein,
The temperature or flow rate of the heat source flowing into the evaporator is increased when the measured water level of the level sensor is higher than the set value,
Wherein the temperature or flow rate of the heat source flowing into the evaporator is reduced when the measured water level of the level sensor is lower than the set value.
증발기와 터빈 사이에 마련되어 상기 터빈에 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 공급하는 기액분리기;
상기 기액분리기 내부 포화액의 수위를 모니터링 하는 레벨 센서; 및
상기 레벨 센서의 수위에 따라 증발기의 운전 조건을 변경하는 제어부;
를 포함하되,
상기 기액분리기는 포화액의 수위가 일정 이상일 경우 상기 포화액을 배출하는 포화액 배출부;를 포함하며,
상기 포화액 배출부는 상기 증발기와 펌프 사이에 마련된 혼합기로 연결되며, 상기 혼합기는 상기 포화액 배출부로 배출된 포화액과 펌프에서 배출된 유기 작동 유체를 혼합하여 상기 증발기로 유입시키는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 장치.
A gas-liquid separator provided between the evaporator and the turbine to supply an organic working fluid in a saturated vapor state to the turbine;
A level sensor for monitoring a level of the saturated liquid in the gas-liquid separator; And
A control unit for changing an operation condition of the evaporator according to a level of the level sensor;
, ≪ / RTI &
Wherein the gas-liquid separator includes a saturated liquid discharging portion for discharging the saturated liquid when the liquid level of the saturated liquid is a predetermined level or higher,
Wherein the saturated liquid discharge portion is connected to a mixer provided between the evaporator and the pump and the mixer mixes the saturated liquid discharged to the saturated liquid discharge portion and the organic working fluid discharged from the pump and flows into the evaporator. A control device of a Rankine cycle system.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 레벨 센서는 관 형태로 이루어지되, 상기 기액분리기의 측면 상, 하부에 상기 관의 양단이 연결되어 상기 관의 내부로 상기 포화액이 유입되는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 장치.
12. The method of claim 11,
Wherein the level sensor is formed in a tube shape, and both ends of the tube are connected to the side and the bottom of the gas-liquid separator, and the saturated liquid flows into the tube.
제20항에 있어서,
상기 기액분리기는 높이 방향의 중심부에 단면적을 좁힌 병목부를 마련하여 상기 레벨 센서의 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 장치.
21. The method of claim 20,
Wherein the gas-liquid separator is provided with a bottleneck portion having a narrowed cross-sectional area at a central portion in the height direction, thereby improving the accuracy of the level sensor.
증발기와 터빈 사이에 기액분리기를 마련하여 상기 터빈으로 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 유입시키는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법으로서,
상기 기액분리기 내부의 포화액 수위를 모니터링하는 수위모니터링단계;
상기 포화액의 수위에 따라서 상기 증발기의 운전조건을 조절하는 증발기제어단계;를 포함하며,
시스템의 시동 시의 초기운전단계;를 더 포함하되,
상기 초기운전단계는,
상기 기액분리기의 내측 하부에 마련된 기포발생기가 상기 포화액에 잠길 때까지, 습증기 상태의 유기 작동 유체가 상기 증발기로부터 상기 기액분리기로 공급되도록, 상기 증발기로 유입되는 상기 유기 작동 유체의 유량, 열원의 온도 또는 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법.
A method for controlling an organic Rankine cycle system in which a vapor-liquid separator is provided between an evaporator and a turbine to introduce an organic working fluid in a saturated vapor state into the turbine,
A water level monitoring step of monitoring a saturated water level in the gas-liquid separator;
And an evaporator control step of controlling an operating condition of the evaporator according to the level of the saturated liquid,
An initial operation phase at the start of the system,
In the initial operation step,
Liquid separator and the gas-liquid separator, wherein a flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator, a flow rate of a heat source Wherein the temperature or flow rate is controlled.
제22항에 있어서,
상기 증발기제어단계는,
상기 포화액의 수위가 설정치 보다 높을 경우, 상기 증발기로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 줄이며,
상기 포화액의 수위가 설정치 보다 낮을 경우, 상기 증발기로 유입되는 유기 작동 유체의 유량을 증가시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법.
23. The method of claim 22,
The evaporator control step includes:
The flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator is reduced when the water level of the saturated liquid is higher than a set value,
And increasing the flow rate of the organic working fluid flowing into the evaporator when the level of the saturated liquid is lower than a set value.
제22항에 있어서,
상기 증발기제어단계는,
상기 포화액의 수위가 설정치 보다 높을 경우, 상기 증발기로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 증가시키며,
상기 포화액의 수위가 설정치 보다 낮을 경우, 상기 증발기로 유입되는 열원의 온도 또는 유량을 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법.
23. The method of claim 22,
The evaporator control step includes:
The temperature or the flow rate of the heat source flowing into the evaporator is increased when the water level of the saturated liquid is higher than the set value,
And reducing the temperature or the flow rate of the heat source flowing into the evaporator when the level of the saturated liquid is lower than a set value.
삭제delete 증발기와 터빈 사이에 기액분리기를 마련하여 상기 터빈으로 포화증기 상태의 유기 작동 유체를 유입시키는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법으로서,
상기 기액분리기 내부의 포화액 수위를 모니터링하는 수위모니터링단계;
상기 포화액의 수위에 따라서 상기 증발기의 운전조건을 조절하는 증발기제어단계;
상기 포화액의 수위가 한계 수위에 도달할 경우 상기 포화액을 배출하는 포화액배출단계; 및
상기 배출된 포화액을 상기 증발기와 펌프 사이에 마련된 혼합기로 유입시켜 상기 펌프에서 공급되는 유기 작동 유체와 혼합시켜 상기 증발기로 공급하는 혼합단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 랭킨 사이클 시스템의 제어 방법.A method for controlling an organic Rankine cycle system in which a vapor-liquid separator is provided between an evaporator and a turbine to introduce an organic working fluid in a saturated vapor state into the turbine,
A water level monitoring step of monitoring a saturated water level in the gas-liquid separator;
An evaporator control step of controlling an operation condition of the evaporator according to the level of the saturated liquid;
A saturated liquid discharging step of discharging the saturated liquid when the liquid level of the saturated liquid reaches a critical level; And
And a mixing step of flowing the discharged saturated liquid into a mixer provided between the evaporator and the pump, mixing the discharged saturated liquid with the organic working fluid supplied from the pump, and supplying the mixture to the evaporator. Way. 삭제delete
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