[go: up one dir, main page]

KR920009138B1 - 에너지 발생 방법 - Google Patents

에너지 발생 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR920009138B1
KR920009138B1 KR1019850005691A KR850005691A KR920009138B1 KR 920009138 B1 KR920009138 B1 KR 920009138B1 KR 1019850005691 A KR1019850005691 A KR 1019850005691A KR 850005691 A KR850005691 A KR 850005691A KR 920009138 B1 KR920009138 B1 KR 920009138B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
working fluid
composite
lean
stream
fluid portion
Prior art date
Application number
KR1019850005691A
Other languages
English (en)
Other versions
KR860003409A (ko
Inventor
칼리나 알렉산더 아이
Original Assignee
칼리나 알렉산더 아이
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 칼리나 알렉산더 아이 filed Critical 칼리나 알렉산더 아이
Publication of KR860003409A publication Critical patent/KR860003409A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR920009138B1 publication Critical patent/KR920009138B1/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
    • 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
    • F01K25/065—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 with an absorption fluid remaining at least partly in the liquid state, e.g. water for ammonia

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

내용 없음.

Description

에너지 발생 방법
제1도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 일 시스템의 도식도.
제2도는 과열 단계가 생략되어 도시된, 제1도 시스템의 도식도.
제3도는 본 발명의 다른 예의 도식도.
제4도는 본 발명에 따른 또 세력예의 도식도.
제5도는 본 발명의 적용이 핀치 포인트 문제를 어떻게 해결할 수 있는가를 나타내는 온도/엔탈피 다이아그램.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
52 : 흡수단계 54 : 열교환기
56 : 복열기 58 : 메인 열교환기
60 : 분리기 단계 62 : 예열기
64, 66 : 펌프 68 : 제1증발기 단계
70 : 제1증발기 단계 72 : 과열기 단계
74 : 터어빈의 고압단 76 : 터어빈의 저압단
본 발명은 에너지 발생에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 본 발명은 팽창 및 재생되는 작동 유체를 사용하여 열원의 에너지를 유용한 형태로 변환시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 , 열역학 사이클내 열이용 효율을 증진시키는 방법 및 그 방법을 이용하는 신규한 열역학 사이클에 관한 것이다.
열원으로부터 유용한 에너지를 발생시키기 위한 가장 일반식으로 이용되는 열역학 사이클은 랭킨 사이클이다. 랭킨 사이클에서, 물, 암모니아 또는 프레온과 같은 작동 유체는 입수가능한 열원을 이용하는 증발기내에서 증발된다. 다음, 그 증발된 기체상의 작동 유체는 그의 에너지를 유용한 형태로 변환시키기 위해 터어빈을 가로질러 통과하여 팽창된다. 다음, 소비된 기체상 작동 유체는 냉각매체를 사용하여 응축기내에서 응축된다. 다음, 응축된 작동매체의 압력은 그 매체를 증가된 압력까지 펌핑함에 의해 증대되고, 그후 고압의 작동 유체가 다시 증발되는등 상기 사이클을 계속한다. 랭킨 사이클이 효과적으로 작동하지만, 비교적 낮은 효율을 가진다.
랭킨 사이클의 것보다 증가된 효율을 가진 열역학 사이클은 Kw당 설치비용을 감소시킬 수 있다. 현재의 연료비에서, 그러한 개선된 사이클은 각종 폐열원을 이용하는데 상업적으로 유용할 수 있다.
본 출원인의 미국특허 제4,346,561호(1980.4.24. 출원)는, 2성분 또는 다성분 작동 유체를 이용하는 에너지 발생 시스탬에 관한 것이다. 이 시스템(엑서지(Exergy) 시스템으로 불림)은 일반적으로, 2성분 작동 유체가 액체로서 높은 작동압력까지 펌프되는 원리로 작동한다. 그 유체는 그 작동 유체를 부분적으로 증발시키기 위해 가열되고, 고비점 작동 유체와 저비점 작동 유체를 분리시키도록 플래시(flash)되고, 저비점 성분은 터어빈을 구동시키도록 터어빈을 통과하면서 팽창되고 반면, 고비점 성분은 증발전 2성분 작동 유체를 가열하는데 사용하기 위해 열 회수되고, 상기 소비된 저비점 작동 유체와 혼합되어 냉각 매체의 존재하에 응축기내에서 상기 소비된 작동 유체를 흡수한다.
상기 특허의 ＂액서지＂사이클이 그 ＂액서지＂사이클의 증진된 효율과 이점들을 나타내기 위해 본 출원인의 선행 특허에서의 랭킨사이클과 이론적으로 비교되었다. 이 이론적인 비교결과, 예를들어 해수와 같은 비교적 저온의 열원이 이용될때 본 출원인의 액서지 사이클이 랭킨 사이클보다 증진된 효율을 가짐이 나타났다.
그러나, 본 출원인은, 고온의 열원이 이용된때는 액서지 사이클이 통상의 랭킨 사이클보다 적은 이론적 이점들을 제공함을 알았다. 따라서, 본 출원인은 그러한 적용예를 위한 개선된 열역학 사이클을 제공하기 위해 또다른 발명을 하기에 이르렀고, 이 발명은, 작동 유체의 일부분이 작동 유체 성분의 재상을 돕도록 증류되는 증류시스템을 이용한다. 이 발명이 1982.8.6 출원된 본 출원인의 선출원 미국 특허원 제405,942호의 주제이다.
본 출원인은, 작동 유체가 열원에 의해 증발될때 핀치 포인트(ponch point) 문제영향을 감소시키도록 효과적인 단계들이 취해지는 경우 열역학 사이클이 개선될 수 있는 것으로 믿는다.
따라서, 본 발명의 목적들중 하나는 핀치 포인트 문제의 영향을 감소시킬 수 있는 열역학적 사이클을 제공하는데 있다.
본 발명의 일면에 따른 에너지 발생 방법은, (a) 초기 복합물 흐름의 일부를 증류 또는 증발시켜, 짙은 (rich) 작동 유체 부분과 희박한(lean) 작동 유체 부분에 비해서 저비점 성분으로 진하게된 농축(enrich)증기 부분을 생성하도록, 증류 시스템에서, 고비점 성분 및 저비점 성분의 초기 조성을 갖는 상기 초기 복합물 흐름의 적어도 일부분을 중간 압력으로 증류시키고, (b) 상기 농축 증기 부분을 복합물 흐름의 일부와 혼합시키고, 복합 작동 유체에 비하여 저비점 성분으로 진하게된 적어도 하나의 짙은 작동 유체 부분을 생성하도록 상기 농축증기 부분을 흡수시키고, (c) 상기 복합 작동 유체에 비하여 저비점 성분으로 희박하게된 적어도 하나의 희박한 작동 유체 부분을 상기 복합물 흐름의 일부분으로부터 발생시키고, (d) 초기 복합물 흐름의 나머지 부분을 응축물 흐름으로 사용하고, (e) 짙은 작동 유체 부분과 희박한 작동 유체 부분에 함유된 증기를 그가 어느 하나의 유체 부분에 존재하는 정도까지 응축시키고, (f) 액체 형태의 짙은 작동 유체 부분 및 희박한 작동 유체 부분의 압력들을 투입 고압 수준까지 증가시키고, (g)희박한 작동유체 부분을 그의 비점까지 가열하고, 짙은 작동 유체 부분의 적어도 일부를 증발시키도록 짙은 작동 유체부분과 희박한 작동 유체 부분을 별도로 제1증발기 단계에 공급하고 , (h)복합 작동 유체를 생성하도록 희박한 작동 유체 부분과 짙은 작동 유체 부분을 혼합하고, (i) 투입 복합 작동 유체를 생성하도록 제2증발기 단계에서 상기 복합 작동 유체를 증발시키고, (j) 투입 복합 작동 유체의 에너지를 유용한 형태로 변환시키도록 상기 투입 복합 작동 유체를 소비된 저압 수준까지 팽창시키고, (k) 소비된 복합 작동 유체를 중간 압력보다 낮은 압력의 응축물 흐름에 냉각 및 흡수시켜 초기 복합물 흐름을 재생시키도록 함에 의해 상기 소비된 복합 작동 유체를 흡수단계에서 응축시키는 단계들로 이루어져 있다.
희박한 작동 유체 부분과 짙은 작동 유체 부분은, 그들의 압력이 투입 고압 수준까지 증가되기전에 그들을 바람직하게는 완전히 또는 사실상 완전히 액체형태로 응축시키도록, 그들이 액체 형태로 되지 않는 정도까지 냉각된다.
짙은 작동 유체 부분과 희박한 작동 유체 부분들은, 그들이 투입고압 수준까지 펌프되기전에 그들이 액체 형태로 되도록 응축을 대개 요한다.
본 발명의 일 예에서, 전체 초기 복합물 흐름은, 농축 증기 부분을 생성하고 또한 농축 증기 부분이 제거된 잔류 액체 부분을 생성하도록 증류 시스템내에서 증류될 수 있다.
본 발명의 이 구체에의 일 실시예에 있어서, 농축 증기 부분은 제1 및 제2농축 증기 부분 흐름들로 분할될 수 있고, 상기 잔류 액체 부분은 제1, 제2 및 제3잔류 액체 부분 흐름들로 분할될 수 있다. 다음, 제1농축 증기 부분 흐름은 짙은 작동 유체 부분을 생성하도록 제1잔류 액체 부분 흐름과 혼합될 수 있고, 제2농축 증기 부분 흐름은 희박한 작동 유체 부분을 생성하도록 제2잔류 액체 부분흐름과 혼합될 수 있으며, 제3잔류 액체 부분 흐름은 응축물 흐름으로 사용되는 초기 복합물 흐름의 나머지 부분으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 이 예의 다른 실시예에 있어서는, 잔류 액체 부분은 제1, 제2, 제3잔류 액체 부분 흐름들로 분할될 수 있고, 농축 증기 부분은 짙은 작동 유체 부분을 생성하도록 제1잔류 액체 부분 흐름과 혼합될 수 있으며, 제2잔류 액체 부분 흐름은 희박 작동 유체 부분을 포함하는 초기 복합믈 흐름의 일부로서 사용될 수 있고, 제3잔류 액체 부분 흐름은 응축물 흐름을 이루도록 초기 복합물 흐름의 나머지 부분으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 예에서, 초기 복합물 흐름의 일부분만이, 농축 증기 부분을 생성하고 그 농축 증기 부분이 제거된 잔류 액체 부분을 생성하도록 증류 시스템 내에서 증류될 수 있다.
본 발명의 이 예에서, 농축 증기 부분은 예를들어 제1 및 제2농축 증기 부분 흐름들로 분할될 수 있고, 잔류 액체 부분은 응축물 흐름을 이루는데 사용될 수 있다. 본 발명의 이 예에서, 증류되지 않은 초기 복합물 흐름의 나머지 부분은 예를들어 제1 및 제2복합물 흐름들로 분할될 수 있다. 제1 및 제2농축 증기 부분 흐름들은 짙은 작동 유체 부분 및 희박 작동 유체 부분을 생성하도록 각각 제1 및 제2복합물 흐름과 혼합될 수 있다.
입수가능한 열원 및 냉각원을 포함한 조건 및 환경에 따라, 상기 희박 및 짙은 작동 유체 부분들은 각종 비율의 농축 증기 부분을 각종 비율의 하나이상의 잔류 액체 부분 및 증류되지 않은 하나이상의 초기 복합물 흐름 부분들과 혼합함에 의해 또는 본 발명에 따라 핀치 포인트 문제를 감소시키기 위해 소망의 짙은 및 희박한 작동 유체 부분들을 얻는 어떤 조합을 행함에 의해 발생될 수 있음이 쉽게 인식될 것이다.
또한, 농축 증기 부분, 잔류 액체 부분 및 초기 복합물 흐름으로부터의 적절한 선택에 의해, 어떤 범위의 저비점 성분 농도를 가지는 3가지 이상의 작동 유체 부분들이 생성될 수 있음이 인식될 것이다. 상기 작동유체 부분들은 또한, 제1증발기 단계에서 별도로 효과적으로 가열되고, 3가지 이상의 흐름들을 혼합하고, 후속 증발기 단계에서 별도로 가열되고, 흐름들의 수를 감소시키도록 유체 흐름들을 혼합하고, 후속 증발기단계에서 증발되고, 또한 에너지를 유용한 형태로 전환시키기 위해 증발 및 팽창될 수 있는 단일의 복합 작동 유체가 생성될때까지 상기 과정들을 계속할 수 있도록 적당한 양을 가진다.
본 발명의 바람직한 예에서, 응축물 흐름은 소비된 복합 작동 유체를 흡수단계에서 흡수하기 위해 상기 소비된 복합 작동 유체의 압력까지 감소된다. 응축물 흐름 및 소비된 복합 작동 유체는 어떤 적당하고 입수가능한 냉각 매체를 이용하여 흡수단계에서 냉각될 수 있다.
흡수단계에서 발생된 초기 복합물 흐름, 또는 증류될 그의 일부분이 어떤 적당하고 입수가능한 가열 매체를 사용한 하나이상의 열교환기들에서의 가열에 의해 증류될 수 있다.
초기 복합물 흐름 또는 그의 일부분을 증류시키는 바람직한 방법은 비교적 낮은 온도의 가열에 의한 것이다. 이것은, 열교환기 시스템에서의 열손실 양이 상당히 적고, 사이클의 다른 점에서는 편리하게 이용될 수 없는 저온의 열이 이 목적을 위해 사용될 수 있다는 이점을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 증류는 초기 복합물 흐름 또는 그의 일부분을 하나이상의 하기 열원과 열 교환 관계를 가지고 통과시킴에 의해 달성될 수 있다.
(1)소비된 복합 작동 유체.
(2) 응축믈 흐름.
(3) 희박한 작동 유체 부분.
(4) 짙은 작동 유체 부분.
(5) 보조 열원.
출원인은, 본 발명 사이클의 많은 적용예들에서 보조 열원이 필요없는 것으로 믿는다. 따라서 출원인은 복합물 흐름의 저비점 성분(들)에 비해 진하게된 농축 증기 부분을 생성하기 위해 초기 복합물 흐름의 일부분을 효과적으로 증류 또는 증발시키도록 충분한 열이 소비된 복합 작동 유체, 응축물 흐름, 희박 및 짙은 작동 유체 부분들로부터 추출될 수 있는 것으로 믿는다.
초기 복합물 흐름이 그러한 증류를 받을때, 저비점 성분(들)은 자연히 증발 또는 증류되어 농축 증기 부분을 생성한다.
짙은 작동 유체 부분과 희박한 작동 유체 부분의 조성들은 그 유체 부분들이 입수 가능한 가열 매체에 의해 제1증발기 단계에서 가장 효과적으로 가열될 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 제1증발기 단계는 일반적으로 증발기의 저온단이다.
그리하여, 예를들어 상기 조성과 상대적 양은, 희박 작동 유체 부분이 제1증발기 단계에서 그의 비점까지 가열되고 반면에 짙은 작동 유체 부분은 그의 포화 증기단까지 가열되도록 선택되어야 한다.
짙은 작동 유체 부분은 그 짙은 작동 유체 부분의 이슬점과 같은 비등점을 가질 수 있는 희박 작동 유체 부분의 사용과 일치하는 저비점 성분(들)로 가능한한 많이 농축되어야 한다.
바람직한 예에서, 조성 및 양은, 희박 작동 유체 부분이 제1증발기 단계에서 그의 비등점 또는 거의 비등점까지 가열되고 짙은 작동 유체 부분은 제1증발기 단계에서 포화증기 형태에 있도록 거의 또는 완전히 증발되도록 선택된다.
희박 작동 유체 부분과 짙은 작동 유체 부분이 제1증발기 단계에서 높은 온도까지 가열될 수 있으나, 이것은 본 발명의 사이클에 어떤 열 역학적 이점을 제공하지 않는 것으로 본 출원인은 믿는다.
그리하여, 짙은 작동 유체 부분 및 희박 작동 유체 부분은, 그들이 제1증발기 단계를 통과한 후, 혼합시 일어날 수 있는 어떤 열역학적 손실을 감소시키기 위해 온도와 압력에서 거의 또는 적어도 대체로 평형상태로 있도록 선택된다.
희박 및 짙은 작동 유체 부분들이 본 발명에 따라 생성된때, 그들은 대개 증기를 함유하고 따라서 그들을 완전히 응축시키도록 냉각되어야 한다. 다음, 그 유체 부분들은 제1증발기 단계에 공급되기전에 투입 고압수준까지 별도로 펌프된다. 희박 작동 유체 부분이 간혹 증기를 함유하지 않을 수 있고 따라서 냉각될 필요가 없으나, 짙은 작동 유체 부분은 대개 증기를 함유하고, 따라서 그 증기를 응축시키고 효과적인 압력 증가를 위해 그 유체 부분이 액체 형태로 되게 하기 위해 냉각되어야 한다.
그 유체 부분들은 어떤 입수가능한 냉각 매체를 사용하여 냉각될 수 있다. 본 발명의 바람직한 예에 따라, 희박 작동 유체 부분은 증류되는 초기 복합물 흐름과의 열교환 관계로 그 유체 부분을 통과시킴에 의해 냉각된다.
유사하게, 바람직한 예에 따라, 짙은 작동 유체 부분은 그를 보조 냉각원과 열교환 관계를 가지고 통과시킴에 의해 냉각된다. 또한, 냉각된 짙은 작동 유체 부분과 보조 냉각원의 냉각 매체에 의해 아직 냉각되지 않는 짙은 작동 유체 부분 사이에 예열기 시스템이 사용될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 적용예에서, 짙은 작동 유체 부분과 희박 작동 유체 부분은 그들의 온도가 제2증발기 단계에 공급되기전에 대체로 같거나 또는 가까웁도록 냉각된다.
희박 및 짙은 작동 유체 부분들이 제1증발기 단계를 통과하고 복합 작동 유체를 이루도록 혼합된 후, 그유체 부분들은 복합 작동 유체를 완전히 또는 적어도 거의 완전히 증발시키도록 제1증발기 단계에서 가열될 수 있다.
본 출원인은, 복합 작동 유체가 제2증발기 단계에서 완전히 증발된 경우 가장 양호한 열역학적 이점들이 제공되고, 복합 작동 유체가 완전히 증발되지 않는 경우에는 덜 유익한 것으로 믿는다.
복합 작동 유체가 부분적으로만 증발된때, 비교적 높은 온도로 가열된 상기 유체의 약간은 에너지를 발생시키는데 이용될 수 없다. 따라서, 이것은 공정의 효율을 감소시킨다. 비교적 고온의 열을 사용하여 제2증발기 단계에서 복합 작동 유체를 완전히 증발시키고, 투입 복합 작동 유체로서, 증발된 복합 작동 유체를 모두 또는 거의 모두 이용함에 의해, 고온 에너지 이용이 가장 효율적이고 효과적으로 되는 것으로 본 출원인은 믿는다.
본 발명의 바람직한 예에서, 제2증발기 단계로부터의 복합 작동 유체는 과열기 단계에서 과열된다.
투입 복합 작동 유체는 그의 에너지를 유용한 형태로 변환시키기 위해, 이 목적을 위한 어떤 적당하고 입수가능한 장치를 사용하여, 소비된 저압 수준까지 팽창될 수 있다. 이런 장치는 대개 터어빈 형태이고 본 명세서에서는 총칭적으로 터어빈으로 불린다.
각종 단일 단 및 다단 터어빈들이 사용될 수 있고, 본 발명의 효과적인 이용을 위해 적당한 압력 및 온도 범위를 제공하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서, 다단 터어빈 시스템이 사용될 수 있고, 복합 작동 유체의 적어도 일부분은 터어빈의 고압단을 통과한 후 그리고 터어빈의 저압단을 통과하기 전에 과열기 단계로 재순환될 수 있다.
본 발명의 증류 시스템을 위한 비교적 저온의 열이 환경에 따라 각종 열원으로부터 얻어질 수 있음이 당업자에 의해 쉽게 인식될 수 있을 것이다. 그러한 열은 소비된 비교적 고온의 열 형태로, 열원으로부터의 비교적 고온의 열의 저온 부분 형태로, 비교적 저온의 패열, 또는 상기 및 다른 열원으로부터 입수가능한 다른 열의 형태로, 및/또는 본 발명의 방법에서 발생되고 복합 작동 유체의 증발에 효율적으로 또는 보다 효과적으로 또는 전혀 이용될 수 없는 비교적 저온의 열 형태로 얻어질 수 있다.
각종 타입의 열원이 복합 작동 유체를 증발시키기 위해 본 발명의 사이클의 증발기 단계에서 사용될 수 있다. 각 경우, 입수가능한 열원에 따라 이 사이클은 가장 효과적인 방식으로 그러한 열원을 이용하기 위해 조정될 수 있다. 예를들어, 538℃(1000 ℉) 이상의 높은 열원으로부터, 대양 열경사도(ocean thermal gradient)로부터 얻어진 것과 같은 열원 까지의 열원들이 사용될 수 있다. 예를들어 저급 일차연료(primary fuel), 폐열, 지열(地熱), 태양열, 및 태양 열 에너지 변환 시스템과 같은 열원이 본 발명에 사용될 수 있는 것으로 믿어진다.
본 발명에 사용하기 위한 작동 유체는 2가지 이상의 저비점 및 고비점 유체들의 혼합물로된 어떤 다성분작동 유체일 수 있다. 이 유체들은, 바람직한 열역학적 특성들을 가지며, 적당한 또는 넓은 범위의 용해도를 갖는 다수의 화합물들중 어느것의 혼합물들일 수 있다. 그리하여, 예를들어 작동 유체는 암모니아-물혼합물, 2가지 이상의 탄화수소류, 2가지 이사의 프레온류, 탄화수소류와 프레온류의 혼합물들, 등과 같은 2성분 유체로 이루어 질 수 있다. 바람직한 작동 유체는 물-암모니아 혼합물이다.
암모니아-물의 엔탈피-농도 다이아그램이 쉽게 얻어질 수 있고 대체로 허용된다. 국립 표준국은 프로젝트 758-80으로 국립표준국 리스트에 발생된 자료를 요청시 제공한다. 이 문서는 미국유타주 84601, 프로보, 사우스 500웨스트, 488에 소재하는 ＂윌텍리써어치 컴페니, 인코오포레이티드＂에 의해1983년에 작성되었고, ＂물-암모니아 혼합물들과 넓은 범위의 온도 및 압력에서의 그 혼합물들의 성질에 관한 실험적 연구＂를 다루고 있다.
암모니아-물은 넓은 범위의 비등 온도와 바람직한 열역학적 특성들을 제공한다. 따라서 암모니아-물은 본 발명의 많은 적용예들에서 실제적이고 가능적으로 유용한 작동 유체이다. 그러나, 본 출원인은, 장치의 경제성과 터어빈 구조가 본 발명을 상업적으로 구체화하는데 최고의 고려사항으로될때, 프레온-22와 톨루엔 또는 다른 탄화수소류와의 혼합물, 또는 프레온 혼합물이 더 중요하게 될 수 있는 것으로 믿는다.
일반적으로, 표준 장치가 본 발명의 방법을 실시하는데 이용될 수 있다. 그리하여, 예를들어 랭킨 사이클과 같은 대표적인 열역학 사이클에 사용되는 타입의 열교환기, 탱크, 펌프, 터어빈, 밸브 및 부속품들과 같은 장치가 본 발명의 방법을 실시하는데 이용될 수 있다. 구조물의 재로에 대한 제한이 본 발명에서도 통상의 랭킨 사이클 동력 또는 냉동 시스템에서와 동일한 것이다. 그러나, 본발명의 높은 열 역학적 효율은 회수된 유용한 에너지의 단위당 자본비를 감소시켜, 주로 열교환기 및 보일러 장치의 비용을 절감시킨다. 또한, 본 발명은 생성된 에너지의 단위당 전체 비용을 감소시킨다.
본 발명의 바람직한 구체예들을 첨부도면을 참조하여 이하 상세히 설명한다.
제1도에서, 번호(50.1)은 본 발명에 따른 열역학 시스템 또는 사이클의 일예를 전체적으로 나타낸다.
그 열역학 시스템 또는 사이클(50.1)은 흡수단계(52), 열교환기(54), 복열기(recuperater)(56), 메인 열교환기(58), 분리기 단계(60), 예열기(62), 펌프(64, 66), 제1증발기 단계(68), 제2증발기 단계(70), 과열기 부분(72), 및 고압단(74) 및 저압단(76)을 가진 다단 터어빈을 포함한다.
본 발명의 열역학 시스템 또는 사이클을, 초기 복합물 흐름으로서 암모니아-수 작동 용액을 사용하는 예를 참고로 하여 이하 설명한다.
이것은, 투입 복합 작동 유체가 그의 에너지를 유용한 형태로 변환시키도록 팽창된 다음, 연속적으로 재생되는 연속 시스템이다. 따라서, 시스템의 장기간 사용에서도 사실상 일정하고 균일한 양의 복합 작동 유체가 그 시스템내에서 유지된다.
이 시스템을 분석하는데 있어서, 암모니아와 물의 형태의 고비점 및 저비점 성분들의 초기 조성을 가지는 초기 복합물 흐름을 포함하는 시스템내 지점(1)에서 시작되는 것이 유용하다. 지점(1)에서, 초기 복합물 흐름은 소비된 저압 수준에 있다. 그 흐름은 펌프(51)에 의해 중간 압력 수준까지 펌프된다. 그 압력수준의 압력 파라메터는 펌프(51) 다음의 지점(2)에서의 것이다.
흐름라인에서 지점(2)로부터, 중간 압력의 초기 복합물 흐름은 열교환기(54), 복열기(56) 및 메인 열교환기(58)에서 순차로 가열된다.
그 초기 복합물 흐름은 터어빈 부분(74) 및 (76)에서 나온 소비된 복합 작동 유체와의 열교환에 의해 열교환기(54), 복열기(56) 및 메인 열교환기(58)에서 가열된다. 또한, 열교환기(54)에서 초기 복합물 흐름은 후술되는 바와 같이 응축물 흐름에 의해 가열된다. 복열기(56)에서 상기 초기 복합물 흐름은, 응축물 흐름에 의해 그리고 후술되는 바와 같이 희박(lean) 작동 유체 부분 및 짙은(rich) 작동 유체 부분과의 열교환에 의해 더 가열된다. 메인 열교환기(58)에서의 가열을 터어빈 배출구로부터 나온 흐름의 열에 의해서만 수행되고, 아래 복열을 보상한다.
메인 열교환기(58)과 분리기 단계(60)사이의 지점(5)에서, 초기 복합물 흐름은, 열교환기(54, 58) 및 복열기(56)을 포함하는 증류시스템내에서 중간 압력으로 증류된다. 요구되는 경우, 어떤 적당한 또는 유효한 열원으로부터의 보조 가열 수단이 열교환기들중 어느 하나(54) 또는 (58)에서, 또는 복열기(56)에서 이용될 수 있다. 이것이 예를들어 열교환기(54)에서 점선(59)로 타나내어져 있다.
지점(5)에서, 초기 복합물 흐름은 증류 시스템내에서 부분적으로 증발되고 중력 분리기 단계(60)으로 보내진다. 이 단계(60)에서, 증류 시스템에서 발생되고 저비점 성분, 즉 암모니아로 진하게 된 농축 증기 부분이 초기 복합물 흐름의 나머지로부터 분리되어, 지점(6)에서 농축 증기 부분을, 그리고 지점(7)에서는 농축 증기 부분이 제거된 잔류 액체 부분을 생성한다. 제1도에 도시된 예에서, 지점(6)으로부터의 농축 증기부분은 지점(9) 및 (8)에서 각각 제1 및 제2농축 증기 부분 흐름들로 분할된다.
또한, 제1도 예에서, 지점(7)으로부터의 잔류 액체 부분은 지점(11), (10) 및 (14)에서 각각 제1, 제2, 제3잔류 액체 부분 흐름들로 분할된다.
지점(6)의 농축 증기 부분은, 후술되는 바와 같이 짙은 작동 유체 부분 및 희박 작동 유체 부분에 비하여, 저비점 성분, 즉 암모니아로 진하게 되어 있다.
지점(9)으로부터의 제1농축 증기 부분 흐름은 지점(11)로부터의 제1잔류 액체 부분 흐름과 혼합되어 지점(13)의 짙은 작동 유체 부분을 생성한다. 지점(8)로부터의 제2농축 증기 부분 흐름은 지점(10)로부터의 제2잔류 액체 부분 흐름과 혼합되어 지점(12)의 희박 작동 유체 부분을 생성한다.
짙은 작동 유체 부분은 복합 작동 유체(후술됨)에 비하여, 암모니아를 포함하는 저비점 성분으로 진하게 되어 있다. 다른 한편, 희박 작동 유체 부분은 저비점 성분에 의해 복합 작동 유체(후술됨)에 비하여 희박하게 되어 있다.
지점(14)의 제3잔류 액체 부분은 초기 복합물 흐름의 나머지 부분을 포함하고, 응축믈 흐름을 구성하는데 사용된다. 지점(12)와 (13)의 희박 작동 유체 부분과 짙은 작동 유체 부분의 조성의 차이는, 이들 두 부분들을 형성하는데 있어 각기 다른 비율들의 증기대 액체를 사용함에 의해 달성된다.
희박 작동 유체 부분은 지점(12)와 (15)사이 복열기(56)에서 냉각되어, 완전히 응축되고 지점(15)의 응축된 희박 작동 유체 부분을 제공한다.
지점(13)의 짙은 작동 유체 부분은 지점(16)까지의 사이 복열기(56)에서 부분적으로 응축되고, 그후, 그짙은 작동 유체 부분은 예열기(62)(지점(16)과 (18)사이)에서 더 냉각 및 응축되고, 지점(47)과 (48)사이의 냉각수와의 열 교환에 의해 흡수단계(52)에서 최종적으로 응축된다.
지점(15)의 희박 작동 유체 부분은 펌프(64)에 의해 투입 고압수준까지 펌프되어, 지점(24)에서의 압력파라메터를 그에 제공하도록 한다. 유사하게 짙은 작동 유체 부분은 펌프(66)에 의해 상기와 동일하거나 거의 동일한 투입 고압 수준까지 펌프되고, 그후, 예열기(62)를 통과하여 지점(25)에 도달한다. 그 지점에서, 그 유체 부분은 지점(24)의 희박 작동 유체 부분과 사실상 동일한 압력 및 온도를 가진다.
실제에 있어서, 지점(24, 25)에서의 온도는 증발기 단계(68)내 튜브 표면상의 물침전을 방지하는데 충분히 높아야 한다.
다음, 지점(24)와 (25)의 흐름들은 별도로 제1증발기 단계(68)로 공급된다. 이 증발기 단계는, 짙은 작동 유체 부분과 희박 작동 유체 부분이 고온의 지점(43)에서 공급되고 지점(46)에서 시스템을 떠나는 가열원의 저온 부분에 의해 가열되는 증발기 시스템의 저온단계이다.
제1증발기 단계(68)에서, 짙은 작동 유체 부분은, 완전히 증발되고 지점(27)에서 이슬점의 포화증기 형태로 되도록 지점(25)와 지점(27)사이에서 가열되는 것이 바람직하다. 출원인은, 이것이 제1증발기 단계에서의 가장 효과적인 열 이용으로 된다는 것과, 짙은 작동 유체 부분이 이 단계에서 저온 또는 고온까지 가열 될 수 있으나 이것이 이점을 제공하지 못하고 손실을 야기할 수 있다는 것으로 믿는다.
희박 작동 유체 부분은 지점(24)와 지점(26)사이 제1증발기 단계(68)에서 유사하게 가열된다. 이 유체부분은 희박 작동 유체 부분이 지점(26)에 도달하는 사이에서 그의 비점까지 가열되도록 가열되는 것이 바람직하다. 출원인은 또한, 이것이 제1증발기 단계(68)에서의 희박 작동 유체 부분에 관한 가장 효과적인 열이용으로 된다는 것과, 저온 또는 고온으로의 가열이 사이클의 효율을 감소시킨다는 것으로 믿는다.
다음, 희박 및 짙은 작동 유체 부분(26) 및 (27)은 지점(28)에서 복합 작동 유체를 형성하도록 혼합된다. 그들이 혼합될때, 그들 작동 유체 부분들은 온도 및 압력에 있어서 열역학적 평형을 이룬다, 따라서 혼합시의 열역학적 손실이 매우 낮아야 한다.
지점(28)로부터의 투입 복합 작동 유체는 제2증발기 단계(70)을 통하여 공급되고, 그 증발기 단계에서 그 유체는 기체형태의 투입 복합 작동 유체를 생성하도록 완전히 증발되는 것이 바람직하다. 그러한 기체형태의 유체는 지점(29)에 위치한다. 지점(29)로부터 지점(30)까지에서, 상기 투입 복합 작동 유체는 과열기 단계(72)에서 과열된다.
지점(30)에서의 파라메터를 가지는 복합 작동 유체는 터어빈의 고압단(74)를 통과하게 되어 그의 에너지를 유용한 형태로 변환시키도록 한다.
터어빈의 고압단(74)와 저압단(76)이 4개의 별개의 단(stage)들을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 다른 적당한 터어빈 시스템의 대신 사용될 수도 있다.
터어빈의 고압단(74)를 통과한 후, 복합 작동 유체는 지점(30)에서의 것보다 낮은 압력과 낮은 온도를 가지는 지점(34)에서의 파라메터들을 가진다. 지점(34)로부터, 상기 복합 작동 유체는 증발기 단계의 과열기부분(72)로 보내지고, 지점(34)로부터 지점(35)까지 사이 그 과열기 부분에서 재가열된 다음, 터어빈의 저압단(76)내로 공급된다. 그 저압단에서 그 유체는 지점(39)의 소비된 저압수준에 도달할때까지 완전히 팽창된다. 지점(39)에서, 복합 작동 유체는 저압을 가져, 그 유체가 그 압력과 주위 온도에서 응축될 수 없도록 하는 것이 바람직하다. 지점(39)로부터, 소비된 복합 작동 유체는 메인 열교환기(58), 복열기(56) 및 열교환기(54)를 통하여 흐른다. 여기서, 그 유체는 부분적으로 응축되고, 방출된 열은 앞에서 설명된 바와 같이 도입 흐름을 예열시키는데 사용된다.
지점(42)의 소비된 복합 작동 유체는 지점(20)에서 응축물 흐름과 혼합된다. 지점(20)의 응축물 흐름은 그의 압력을 지점(42)의 소비된 복합 작동 유체의 낮은 압력 수준까지 감소시키도록 지점(19)로부터 스로틀(throttle)된 것이다. 다음, 형성된 혼합물은 지점(21)로부터 흡수단계(52)로 공급된다. 그 흡수단계에서, 소비된 복합 작동 유체는 지점(1)의 초기 복합물 흐름을 재생하도록 응축물 흐름에 흡수된다.
제2도에서, 번호(50.2)는 본 발명에 따른 에너지 발생 시스템 또는 사이클의 다른 예를 전체적으로 나타낸다.
그 시스템(50.2)는, 제1도의 과열기 단계(72)가 생략되고, 부분적으로 팽창된 복합 작동 유체가 그러한 과열기 단계를 통하여 재순환되는 것이 생략된 것을 제외하고는 모든 점에서 제1도의 시스템(50.1)과 일치한다.
제3도에서, 번호(50.3)은 본 발명에 따른 시스템 또는 사이클의 또다른 예를 나타낸다. 이 시스템(50.3)은 제1도의 시스템(50.1)과 거의 일치하고, 상응하는 부분들이 상응하는 번호들로 나타내어져 있다.
시스템(50.3)에서는, 지점(7)의 잔류 액체 부분이 지점들(11,15,10)에서 각각 제1, 제2, 제3잔류 액체 부분 흐름들로 분할된다. 또한, 이 예에서는, 하나의 농축 증기 부분만이 지점(6)에서 생성된다. 그 증기 부분은 사이클(50.1) 및 (50.2)의 경우에서와 같이 2개의 증기 부분 흐름들로 분할되지 않는다.
지점(9)의 농축 증기 부분은 지점(11)로부터의 제1잔류 액체 부분 흐름과 혼합되어 지점(13)의 짙은 작동 유체 부분을 생성한다.
지점(13)의 짙은 작동 유체 부분은 복열기(56), 예열기(62) 및 흡수단계(52)를 통하여, 제1도를 참조하여 기술된 것과 같은 방식으로 응축 및 냉각된다. 다음, 그 유체 부분은 펌프(66)에 의해 투입 고압수준까지 펌프되고 예열기(62)를 통과하여 지점(25)에 도달한다.
제2잔류 액체 부분 흐름은, 제3잔류 액체 부분 흐름과 함께 복열기(56)을 통과한 후 지점(15)에서 얻어진다. 지점(17) 다음에서, 제2 및 제3잔류 액체 부분 흐름들은 분할되어, 하나는 지점(15)로 이송되어 희박 작동 유체 부분을 이룬다. 지점(10)으로부터의 제3잔류 액체 부분 흐름은 열교환기(54)를 통과하고, 소비된 저압 수준에 도달하도록 지점(19)와 지점(20)사이에서 스로틀되며, 그리하여, 지점(42)로부터의 소비된 복합 작동 유체를 흡수단계(52)에서 흡수하기 위한 응축물 흐름을 이룬다.
지점(15)의 희박한 작동 유체 부분은 펌프(64)에 의해 투입고압수준까지 펌프되고 지점(24)에 도달한다. 그 지점에서 그 유체 부분은 지점(25)의 짙은 작동 유체 부분과 사실상 같은 압력 및 온도 파라메터들을 가진다.
이 과정의 나머지는 제1도를 참조하여 기술된 것과 정확히 동일하다.
제4도에서, 번호(50.4)는 본 발명에 따른 열역학 시스템 또는 사이클의 아직 또 다른 예를 나타낸다.
이 사이클(50.4)는 제2 및 1도에 도시된 사이클(50.2) 및 (50.1)과 대체적으로 일치한다. 따라서, 상응하는 부분들이 상응하는 번호들로 나타내어져 있다.
시스템(50.4)에서는, 앞은 도면들의 예들과 달리, 지점(2)에서 중간압력에 있는 초기 복합물 흐름의 일부분말이 증류단계에서 증류된다.
시스템(50.4)에서, 지점(6)의 농축 증기 부분은 시스템(50.1)의 경우와 같이, 지점(9) 및 (8)의 제1 및 제2농축 증기 부분 흐름들로 분할된다. 이들 흐름들은 복열기(56)을 지나 흐르며, 그곳에서부분 응축을 위해 냉각된다.
지점(7)로부터의 잔류 액체 부분은 응축물 흐름을 포함한다. 그 흐름은 지점(14)로부터 복열기(56)을 지나 지점(17)까지, 그리고 열교환기(54)를 지나 지점(19)까지, 다음 스로틀 밸브를 지나 지점(20)까지 흘러, 흡수단계(52)에서 그 흐름내 소비된 복합 작동 유체를 흡수하며, 그리하여 제1도를 참조하여 기술된 바와 같이 지점(1)의 초기 복합물 흐름을 재생하도록 한다.
지점(2)의 다음에서, 증류 시스템에서 증류되지 않은 초기복합물 흐름의 나머지 부분이 추출되고 제1 및 제2복함물 흐름(11) 및 (10)으로 분할된다.
지점(8)로부터의 제2농축 증기 부분 흐름은 복열기(56)을 통과한 후, 지점(10)으로부터의 제2복합물 흐름과 혼합되어, 지점(15)의 희박한 작동 유체 부분을 이룬다. 다음, 이것은 펌프(64)에 의해 투입 고압 수준까지 펌프되어 지점(24)의 희박 작동 유체 부분을 생성한다.
지점(9)로부터의 제1농축 증기 부분 흐름은 복열기(56) 및 예열기(62)를 지나 공급된다. 그후, 지점(18)로부터 그 흐름은 지점(11)로부터의 제1복합물 흐름과 혼합되고, 다음 이 혼합 흐름은 지점(13)의 짙은 작동 유체 부분을 생성한다. 이 작동 유체 부분은 흡수단계(52), 펌프(66), 예열기(62)를 통과하여 적절한 온도 및 압력 파라메터들을 가지고 지점(25)에 도달한다.
다음, 제1도의 예의 경우와 같이 이들 두 흐름은 제1흡수단계를 통과한 후 지점(28)에서 혼합되고, 제2흡수단계(70)에서 증발된다.
제4도에 도시된 예는 사이클(50.2)와 거의 일치한다. 물론, 이 사이클도 제1도에 도시된 바와 같은 과열기 단계(72) 및 재순환 루으프(34)~(35)을 포함할 수 있다.
본 기술에 통상의 지식을 가진자는 적당한 환경과 조건에서 다수의 희박 작동 유체 부분들 또는 짙은 작동 유체 부분들이 농축 증기 부분들의 양을 0이상으로 선택함에 의해, 그리고 요구될때 잔류 액체 부분들 및/또는 초기 복합물 흐름 부분들을 적당한 양으로 선택함에 의해 발생될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다.
이하, 이론에 의해 구속됨이 없이 제5도의 그래프를 참조하여 본 발명의 이론적 기본원리를 설명한다. 이 그래프에서 본 발명에 따른 대표적인 물-암모니아 시스템에서의 온도와 엔탈피사이의 관계가 나타내어져 있다. 이 그래프상의 점들은 제1도의 사이클(50.1)에서의 각종 파라메터들에 사용된 지점들과 일치한다.
제1증발기 단계(68) 즉 저온 증발기 단계는 2부분으로 분할되는 것으로 고려될 수 있다. 첫 번째 부분에서 짙은 작동 유체 부분과 희박 작동 유체 부분이 지점(25) 및 (24)로부터 (tbr)로 나타낸 지점까지 가열된다. 그들 짙은 작동 유체 부분 및 희박 작동 유체 부분은 그들의 비점 아래에 있다. 제1증발기 단계(68)의 두번째 부분에서, 상기 양 작동 유체 부분들의 온도는 지점(tbr)을 지나 그들의 거품점(bubble point)온도보다 높다.
주어진 압력의 짙은 작동 유체 부분만을 제1증발기 단계에 도입시키면 , 그러한 유체는 지점(tbr)에서 비등하기 시작한다. 이것은 비교적 낮은 온도이고, 유효 열원을 전부 사용할 수 있게 한다. 그러나, 전체 비등과정은 비교적 낮은 온도에서 일어나고, 그리하여 증발기 단계의 대부분에서 큰 온도차이가 발생되며 따라서 비교적 높은 열역학적 손실이 야기된다. 이러한 이론적 과정이 제5도에 지점(25)와 (tbr)사이의 선과, 지점(tbr)로부터 지점(29a)까지의 점선, 및 지점(29a)로부터 지점(29)까지의 점선으로 나타내여져 있다.
열원의 냉각이 지점(43)으로부터 지점(46)까지 일점쇄선으로 나타내여져 있다.
지점(25)의 짙은 작동 유체 부분과 지점(24)의 희박한 작동 유체 부분의 혼합물을 포함하는 동일한 주어진 압력의 복합 작동 유체를 도입시키고 유효열원을 전부 사용할때, 이 유체는 온도(tb)에서 비등하기 시작한다. 이것은 증발기 단계(68)의 상응하는 부분의 열원의 온도보다 높은 온도이다. 따라서 이것은 공정을 불가능하게 한다. 이러한 불가능한 공정이 제5도에서 선 24-tbr-tb-28-29로 나타내어져 있다. 그러한 공정은, 입수가능한 열원이 불완전하게 사용되고 열역학적 손실이 일어날때만 가능하다.
그러나, 짙은 작동 유체 부분과 희박한 작동 유체 부분이 별도로 본 발명에 따라 제1증발기 단계(68)에 도입될때, 짙은 작동 유체 부분은 비교적 낮은 온도(tbr)에서 비등하기 시작하고, 그리하여 ＂핀치 포인트(pinch point)＂문제를 감소시킨다. 동시에, 짙은 작동 유체 부분과 희박한 작동 유체 부분이 지점(28)에서 결합되기 때문에, 그들이 열역학적 상태에 있을때 비등 과정이 비교적 높은 온도에서 일어난다. 따라서, 열역학적 손실이 감소된다. 또한, 이것은 시스템이 증발기 단계에서, 따라서 터어빈 배출구에서 높은 압력에 적응할 수 있게 한다. 이러한 결합된 과정이 제5도에 실선(24)-(29)에 의해 나타내어져 있다.
2가지 시스템들의 그러한 엔탈피 결과에 의하면, 제1증발기 단계(68)을 통해 본 발명의 시스템에 의해 추구되는 곡선을 핀치 포인트 지역의 가열 매체선으로부터 더 멀리있어 핀치 포인트 문제를 감소시키고, 반면에 지점(28)바로 뒤에서는 가열 매체선에 접근하여 열역학적 손실을 감소시키는 것을 알 수 있다.
본 출원인은, 연속적인 증발기 단계들을 통과할때 연속적인 단계들에서 결합된 각종 조성의 2가지 이상의 작동 유체부분들을 사용함에 의해, 그리고 효과적인 수의 단계들에서의 과열을 사용함에 의해, 작동 유체부분의 가열곡선이 가열 유체의 것에 보다 밀접히 접근하여 열역학적 손실을 감소시키도록 평탄하게 될 수 있다는 것으로 믿는다.
복합 작동유체가 매우 높은 압력으로부터 소비된 저압 수준까지 팽창되는 본 발명의 어떤 예들에서는, 작동 유체가 지점(39)에서 너무 낮은 온도를 가질 수 있고, 또한 충분한 함량의 응축된 액체를 가질 수도 있다. 그결과, 그 작동 유체는 터어빈의 최종단(76)의 성능에 불리한 영향을 끼칠 수 있다. 또한 지점(39)뒤에서 그 흐름에 잔유하는 열의 양과 질이 초기 복합물 흐름의 증류와 작동 유체 부분의 재생을 제공하는데 충분하지 않을 수 있다. 출원인은, 이러한 있을 수 있는 단점은 과열기 단계(72)에 의해 그리고 제1 및 3도의 지점(34)와 (35)사이에서 이용되는 것과 같은 재순환 루우프에 의해 극복될 수 있는 것으로 믿는다.

Claims (23)

  1. (a) 초기 복합물 흐름의 일부를 증류 또는 증발시켜, 짙은 작동 유체 부분과 희박한 작동 유체 부분에 비해서 저비점 성분으로 진하게된 농축 증기 부분을 생성하도록, 증류 시스템에서, 고비점 성분 및 저비점 성분의 초기 조성을 갖는 초기 적합물 흐름의 적어도 일부분을 중간 압력으로 중류시키고, (b) 상기 농축 증기 부분을 복합물 흐름의 일부와 혼합시키고, 복합 작동 유체에 비하여 저비점 성분으로 진하게된 적어도 하나의 짙은 작동 유체 부분을 생성하도록 상기 농축 증기 부분을 흡수시키고, (c) 상기 복합 작동 유체에 비하여 저비점 성분으로 희박하게된 적어도 하나의 희박한 작동 유체 부분을 상기 복합물 흐름의 일부분으로부터 발생시키고, (d) 초기 복합물 흐름의 나머지 부분을 응축물 흐름으로 사용하고, (e) 짙은 작동유체 부분과 희박한 작동 유체 부분에 함유된 증기를 그가 존재하는 정도까지 응축시키고, (f) 액체 형태의 짙은 작동 유체 부분 및 희박한 작동 유체 부분의 압력들을 투입 고압 수준까지 증가시키고, (g) 희박한 작동 유체 부분을 그의 비등점까지 가열하고 짙은 작동 유체 부분의 적어도 일부를 증발시키도록 짙은 작동유체 부분과 희박한 작동 유체 부분을 별도로 제1증발기 단계에 공급하고, (h) 복합 작동 유체를 생성하도록 희박한 작동 유체 부분과 짙은 작동 유체 부분을 혼합하고, (i) 투입 복합 작동 유체를 생성하도록 제2증발기 단계에서 상기 복합 작동 유체를 증발시키고, (j) 투입 복합 작동 유체의 에너지를 유용한 형태로 변환시키도록 상기 투입 복합 작동 유체를 소비된 저압수준까지 팽창시키고, (k) 소비된 복합 작동 유체를 중간 압력보다 낮은 압력의 응축물 흐름에 냉각 및 흡수시켜 초기 복합물 흐름을 재생시키도록 함에 의해 상기 소비된 복합 작동 유체를 흡수 단계에서 응축시키는 단계들로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  2. 제1항에 있어서, 희박한 작동 유체 부분과 짙은 작동 유체 부분이, 그들의 압력이 투입 고압 수준까지 증가되기전에 그들을 액체 형태로 응축시키도록, 그들이 액체 형태로 되지 않는 정도까지 냉각되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  3. 제1항에 있어서, 전체 초기 복합물 흐름이, 농축 증기 부분을 생성하고, 또한 농축 증기 부분이 제거된 잔류 액체 부분을 생성하도록 증류 시스템내에서 증류되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  4. 제3항에 있어서, 농축 증기 부분이 제1 및 제2농축 증기 부분 흐름들로 분할되고, 상기 잔류 액체 부분이 제1, 제2 및 제3잔류 액체 부분 흐름도로 분할되고, 제1농축 흐름은 짙은 작동 유체 부분을 생성하도록 제1잔류 액체 부분 흐름과 혼합되고, 제2농축 증기 부분 흐름은 희박한 작동 유체 부분을 생성하도록 제2잔류 액체 부분 흐름과 혼합되고, 제3잔류 액체 부분 흐름은 응축믈 흐름으로 사용되는 초기 복합물 흐름의 나머지 부분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 발생 방법.
  5. 제4항에 있어서, 응축물 흐름이 소비된 복합 작동 유체를 흡수 단계에서 흡수하기 위해 상기 소비된 복합 작동 유체의 압력까지 감소되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  6. 제5항에 있어서, 응축물 흐름과 소비된 복합 작동 유체가 입수가능한 냉각매체에 의해 흡수 단계에서 냉각되고, 흡수 단계에서 생성된 초기 복합물 흐름이 하나 이상의 하기 열원들을 사용하여 그 흐름을 열교환기에서 가열함에 의해 증류되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
    (a) 소비된 복합 작동 유체.
    (b) 응축물 흐름.
    (c) 희박한 작동 유체 부분.
    (d) 짙은 작동 유체 부분.
    (e) 보조 열원.
  7. 제6항에 있어서, 보조 열원이 사용시 비교적 저온의 열원인 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  8. 제4항에 있어서, 같은 작동 유체 부분 및 희박한 작동 유체 부분의 조성들이 제1증발기 단계에서의 가열된때 희박한 작동 유체 부분이 거의 그의 비등점에 도달하고 짙은 작동 유체 부분은 거의 포화 증기형태로 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  9. 제4항에 있어서, 희박 및 짙은 작동 유체 부분들이 그들을 완전히 응축시키도록 열교환기에서 냉각된 다음, 제1증발기 단계에 공급되기전에 투입 고압 수준까지 별도로 펌프되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  10. 제9항에 있어서, 희박한 작동 유체 부분이 그를 초기 복합물 흐름과의 열교환 관계로 통과시킴에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  11. 제9항에 있어서, 짙은 작동 유체 부분이 그를 보조 냉각원과의 열교환 관계로 통과시킴에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  12. 제11항에 있어서, 짙은 작동 유체 부분이 그를 하나 이상의 하기 냉각원과의 열교환 관계로 통과시킴에 의해 더 냉각되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
    (a) 초기 복합물 흐름.
    (b) 냉각 응축된 짙은 작동 유체 부분.
  13. 제9항에 있어서, 짙은 및 희박한 작동 유체 부분들이, 그들이 제1증발기 단계에 공급되기전에 그들의 온도가 대체로 같거나 또는 가깝게 되도록 냉각되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  14. 제1항에 있어서, 희박한 작동 유체 부분과 짙은 작동 유체 부분을 혼합함에 의해 생성된 복합 작동유체가 그 복합 작동 유체를 거의 완전히 증발시키도록 제2증발기 단계에서 가열되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  15. 제1항에 있어서, 희박한 작동 유체 부분과 짙은 작동 유체 부분을 혼합함에 의해 생성된 복합 작동유체가 그의 거의 이슬점까지 제2증발기 단계에서 가열되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  16. 제8항에 있어서, 희박한 작동 유체 부분과 짙은 작동 유체 부분을 혼합함에 의해 생성된 복합 작동유체가 그 복합 작동 유체를 거의 완전히 증발시키도록 제2증발기 단계에서 가열되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  17. 제1항에 있어서, 제2증발기 단계로부터의 복합 작동 유체가 과열기 단계에서 과열되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  18. 제17항에 있어서, 과열된 복합 작동 유체가 다만 터어빈 시스템에서 팽창되고, 복합 작동 유체의 적어도 일부가 터어빈의 고압단을 통과한후, 그리고 터어번의 저압단을 통과하기전에 과열기 단계로 재순환되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  19. 제3항에 있어서, 잔류 액체 부분이 제1, 제2 및 제3잔류 액체 부분 흐름들로 분할되고, 농축 증기부분이 농축 작동 유체 부분을 생성하도록 제1잔류 액체 부분 흐름과 혼합되고, 제2잔류 액체 부분 흐름이 희박한 작동 유체 부분으로 이루어진 복합물 흐름의 일부로 사용되고, 제3잔류 액체 부분 흐름이 응축물 흐름을 이루도록 초기 복합물 흐름의 나머지 부분으로 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  20. 제19항에 있어서, 짙은 작동 유체 부분과 희박한 작동 유체 부분의 조성물이, 제1증발기 단계에서 가열된때 희박한 작동 유체 부분이 그의 거의 비등점에 도달하고 짙은 작동 유체 부분은 거의 포화 증기 형태로 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  21. 제1항에 있어서, 초기 복함물 흐름의 일부분만이 농축 증기 부분을 생성하고 또한 농축 증기 부분이 제거된 잔류 액체 부분을 생성하도록 증류 시스템에서 증류되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  22. 제21항에 있어서, 농축 증기 부분이 제1 및 제2농축 증기 부분 흐름들로 분할되고, 잔류 액체 부분이 응축물 흐름으로 이루어지며, 증류되지 않은 초기 복합물 흐름의 나머지 부분이 제1 및 제2복합물 흐름으로 분할되고, 제1 및 제2농축 증기 부분 흐름들이 짙은 작동 유체 부분과 희박한 작동 유체 부분을 생성하도록 각각 제1 및 제2복합물 흐름과 혼합되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
  23. 제22항에 있어서, 짙은 작동 유체 부분 및 희박한 작동 유체 부분의 조성이 제1증발기 단계에서 가열된 때 희박한 작동 유체 부분이 거의 그의 비등점에 도달하고 짙은 작동 유체 부분은 거의 포화 증기 형태로 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 발생방법.
KR1019850005691A 1984-10-26 1985-08-07 에너지 발생 방법 KR920009138B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/665,042 US4548043A (en) 1984-10-26 1984-10-26 Method of generating energy
US665.042 1984-10-26
US665,042 1984-10-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR860003409A KR860003409A (ko) 1986-05-23
KR920009138B1 true KR920009138B1 (ko) 1992-10-13

Family

ID=24668470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019850005691A KR920009138B1 (ko) 1984-10-26 1985-08-07 에너지 발생 방법

Country Status (16)

Country Link
US (1) US4548043A (ko)
EP (1) EP0180295B1 (ko)
JP (1) JPS61104108A (ko)
KR (1) KR920009138B1 (ko)
CN (1) CN85106253B (ko)
AU (1) AU578961B2 (ko)
BR (1) BR8504116A (ko)
CA (1) CA1216433A (ko)
DE (1) DE3567059D1 (ko)
ES (1) ES8608624A1 (ko)
IL (1) IL75859A (ko)
IN (1) IN165121B (ko)
MX (1) MX159176A (ko)
MY (1) MY100098A (ko)
PT (1) PT80873B (ko)
ZA (1) ZA855491B (ko)

Families Citing this family (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4586340A (en) * 1985-01-22 1986-05-06 Kalina Alexander Ifaevich Method and apparatus for implementing a thermodynamic cycle using a fluid of changing concentration
US4732005A (en) * 1987-02-17 1988-03-22 Kalina Alexander Ifaevich Direct fired power cycle
ES2005135A6 (es) * 1987-04-08 1989-03-01 Carnot Sa Ciclo termico con fluido de trabajo mezcla
US4899545A (en) * 1989-01-11 1990-02-13 Kalina Alexander Ifaevich Method and apparatus for thermodynamic cycle
US4982568A (en) * 1989-01-11 1991-01-08 Kalina Alexander Ifaevich Method and apparatus for converting heat from geothermal fluid to electric power
US5029444A (en) * 1990-08-15 1991-07-09 Kalina Alexander Ifaevich Method and apparatus for converting low temperature heat to electric power
US5095708A (en) * 1991-03-28 1992-03-17 Kalina Alexander Ifaevich Method and apparatus for converting thermal energy into electric power
US5440882A (en) * 1993-11-03 1995-08-15 Exergy, Inc. Method and apparatus for converting heat from geothermal liquid and geothermal steam to electric power
US5572871A (en) * 1994-07-29 1996-11-12 Exergy, Inc. System and apparatus for conversion of thermal energy into mechanical and electrical power
US5649426A (en) * 1995-04-27 1997-07-22 Exergy, Inc. Method and apparatus for implementing a thermodynamic cycle
US5557936A (en) * 1995-07-27 1996-09-24 Praxair Technology, Inc. Thermodynamic power generation system employing a three component working fluid
US5588298A (en) * 1995-10-20 1996-12-31 Exergy, Inc. Supplying heat to an externally fired power system
US5822990A (en) 1996-02-09 1998-10-20 Exergy, Inc. Converting heat into useful energy using separate closed loops
US5950433A (en) * 1996-10-09 1999-09-14 Exergy, Inc. Method and system of converting thermal energy into a useful form
WO2004027221A1 (en) 1997-04-02 2004-04-01 Electric Power Research Institute, Inc. Method and system for a thermodynamic process for producing usable energy
US5842345A (en) * 1997-09-29 1998-12-01 Air Products And Chemicals, Inc. Heat recovery and power generation from industrial process streams
US5953918A (en) 1998-02-05 1999-09-21 Exergy, Inc. Method and apparatus of converting heat to useful energy
US6173563B1 (en) 1998-07-13 2001-01-16 General Electric Company Modified bottoming cycle for cooling inlet air to a gas turbine combined cycle plant
DK1936129T3 (en) 1999-07-23 2019-03-04 Kct Power Ltd Method and apparatus for converting heat into usable energy
LT4813B (lt) 1999-08-04 2001-07-25 Exergy,Inc Šilumos pavertimo naudinga energija būdas ir įrenginys
US6886501B2 (en) * 2001-05-17 2005-05-03 Shell Oil Company Apparatus and process for heating steam
CA2393386A1 (en) * 2002-07-22 2004-01-22 Douglas Wilbert Paul Smith Method of converting energy
US6829895B2 (en) 2002-09-12 2004-12-14 Kalex, Llc Geothermal system
US6820421B2 (en) 2002-09-23 2004-11-23 Kalex, Llc Low temperature geothermal system
US6735948B1 (en) * 2002-12-16 2004-05-18 Icalox, Inc. Dual pressure geothermal system
NZ541501A (en) * 2003-02-03 2008-12-24 Kalex Llc Power cycle and system for utilizing moderate and low temperature heat sources
US6769256B1 (en) 2003-02-03 2004-08-03 Kalex, Inc. Power cycle and system for utilizing moderate and low temperature heat sources
US7305829B2 (en) * 2003-05-09 2007-12-11 Recurrent Engineering, Llc Method and apparatus for acquiring heat from multiple heat sources
CN100385093C (zh) * 2003-05-09 2008-04-30 循环工程公司 从多个热源获取热量的方法和设备
US7264654B2 (en) * 2003-09-23 2007-09-04 Kalex, Llc Process and system for the condensation of multi-component working fluids
US7065967B2 (en) * 2003-09-29 2006-06-27 Kalex Llc Process and apparatus for boiling and vaporizing multi-component fluids
EP1690039A1 (en) * 2003-10-21 2006-08-16 Petroleum Analyzer Company, LP An improved combustion apparatus and methods for making and using same
US8117844B2 (en) * 2004-05-07 2012-02-21 Recurrent Engineering, Llc Method and apparatus for acquiring heat from multiple heat sources
US7458218B2 (en) * 2004-11-08 2008-12-02 Kalex, Llc Cascade power system
US7841179B2 (en) * 2006-08-31 2010-11-30 Kalex, Llc Power system and apparatus utilizing intermediate temperature waste heat
DE102007022950A1 (de) * 2007-05-16 2008-11-20 Weiss, Dieter Verfahren zum Transport von Wärmeenergie und Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens
US8087248B2 (en) * 2008-10-06 2012-01-03 Kalex, Llc Method and apparatus for the utilization of waste heat from gaseous heat sources carrying substantial quantities of dust
US8695344B2 (en) 2008-10-27 2014-04-15 Kalex, Llc Systems, methods and apparatuses for converting thermal energy into mechanical and electrical power
US8176738B2 (en) 2008-11-20 2012-05-15 Kalex Llc Method and system for converting waste heat from cement plant into a usable form of energy
US9086057B2 (en) 2010-01-21 2015-07-21 The Abell Foundation, Inc. Ocean thermal energy conversion cold water pipe
US8899043B2 (en) 2010-01-21 2014-12-02 The Abell Foundation, Inc. Ocean thermal energy conversion plant
KR102052726B1 (ko) 2010-01-21 2019-12-06 더 아벨 파운데이션, 인크. 해양 온도차 발전소
US8474263B2 (en) 2010-04-21 2013-07-02 Kalex, Llc Heat conversion system simultaneously utilizing two separate heat source stream and method for making and using same
WO2012003525A1 (en) * 2010-07-09 2012-01-12 The University Of Western Australia A desalination plant
US8991181B2 (en) * 2011-05-02 2015-03-31 Harris Corporation Hybrid imbedded combined cycle
US9151279B2 (en) 2011-08-15 2015-10-06 The Abell Foundation, Inc. Ocean thermal energy conversion power plant cold water pipe connection
US8833077B2 (en) 2012-05-18 2014-09-16 Kalex, Llc Systems and methods for low temperature heat sources with relatively high temperature cooling media
US9038389B2 (en) 2012-06-26 2015-05-26 Harris Corporation Hybrid thermal cycle with independent refrigeration loop
KR102317701B1 (ko) 2012-10-16 2021-10-25 더 아벨 파운데이션, 인크. 매니폴드를 포함한 열교환기
US9638175B2 (en) * 2012-10-18 2017-05-02 Alexander I. Kalina Power systems utilizing two or more heat source streams and methods for making and using same
US9303514B2 (en) 2013-04-09 2016-04-05 Harris Corporation System and method of utilizing a housing to control wrapping flow in a fluid working apparatus
US9297387B2 (en) 2013-04-09 2016-03-29 Harris Corporation System and method of controlling wrapping flow in a fluid working apparatus
US9574563B2 (en) 2013-04-09 2017-02-21 Harris Corporation System and method of wrapping flow in a fluid working apparatus
FR3004486A1 (fr) * 2013-04-11 2014-10-17 Aqylon Dispositif permettant de transformer l'energie thermique en energie mecanique au moyen d'un cycle de rankine organique a detente fractionnee par des regenerations
US9303533B2 (en) 2013-12-23 2016-04-05 Harris Corporation Mixing assembly and method for combining at least two working fluids
WO2015165477A1 (en) 2014-04-28 2015-11-05 El-Monayer Ahmed El-Sayed Mohamed Abd El-Fatah High efficiency power plants
US9803505B2 (en) 2015-08-24 2017-10-31 Saudi Arabian Oil Company Power generation from waste heat in integrated aromatics and naphtha block facilities
US9803930B2 (en) * 2015-08-24 2017-10-31 Saudi Arabian Oil Company Power generation from waste heat in integrated hydrocracking and diesel hydrotreating facilities
US10718236B2 (en) * 2016-09-19 2020-07-21 Ormat Technologies, Inc. Turbine shaft bearing and turbine apparatus

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR843764A (fr) * 1937-10-16 1939-07-10 Perfectionnements apportés aux procédés pour la production d'éenergie au moyen de mélanges de vapeurs de deux ou plusieurs liquides
DE917252C (de) * 1950-09-12 1954-08-30 Henning Fock Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Mischdaempfen fuer Dampfkraftanlagen fuer Dampfkraftanlagen
FR1546326A (fr) * 1966-12-02 1968-11-15 Générateur d'énergie perfectionné, particulièrement pour créer une énergie enutilisant un réfrigérant
US4009575A (en) * 1975-05-12 1977-03-01 said Thomas L. Hartman, Jr. Multi-use absorption/regeneration power cycle
US4195485A (en) * 1978-03-23 1980-04-01 Brinkerhoff Verdon C Distillation/absorption engine
US4346561A (en) * 1979-11-08 1982-08-31 Kalina Alexander Ifaevich Generation of energy by means of a working fluid, and regeneration of a working fluid
DD161075A3 (de) * 1980-04-08 1984-09-19 Schwermasch Liebknecht Veb K Verfahren zur abwaermenutzung fuer die erzeugung mechanischer energie mit wahlweise gleichzeitiger kaelteerzeugung
US4489563A (en) * 1982-08-06 1984-12-25 Kalina Alexander Ifaevich Generation of energy

Also Published As

Publication number Publication date
IL75859A0 (en) 1985-11-29
CA1216433A (en) 1987-01-13
BR8504116A (pt) 1986-06-17
PT80873B (pt) 1987-08-19
MX159176A (es) 1989-04-27
AU578961B2 (en) 1988-11-10
US4548043A (en) 1985-10-22
AU4518685A (en) 1986-05-01
ES8608624A1 (es) 1986-06-16
CN85106253B (zh) 1988-06-22
JPH0336129B2 (ko) 1991-05-30
EP0180295B1 (en) 1988-12-28
ZA855491B (en) 1986-03-26
JPS61104108A (ja) 1986-05-22
EP0180295A1 (en) 1986-05-07
PT80873A (en) 1985-08-01
IN165121B (ko) 1989-08-19
CN85106253A (zh) 1986-04-10
MY100098A (en) 1989-10-10
ES545732A0 (es) 1986-06-16
KR860003409A (ko) 1986-05-23
IL75859A (en) 1990-01-18
DE3567059D1 (en) 1989-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR920009138B1 (ko) 에너지 발생 방법
EP0188871B1 (en) Method and apparatus for implementing a thermodynamic cycle using a fluid of changing concentration
US4489563A (en) Generation of energy
JP2962751B2 (ja) 地熱流体からの熱を電力に変換する方法及び装置
US4763480A (en) Method and apparatus for implementing a thermodynamic cycle with recuperative preheating
US5572871A (en) System and apparatus for conversion of thermal energy into mechanical and electrical power
US4899545A (en) Method and apparatus for thermodynamic cycle
EP0193184B1 (en) Method and apparatus for implementing a thermodynamic cycle with intercooling
US5440882A (en) Method and apparatus for converting heat from geothermal liquid and geothermal steam to electric power
US4732005A (en) Direct fired power cycle
US4838027A (en) Power cycle having a working fluid comprising a mixture of substances
US5822990A (en) Converting heat into useful energy using separate closed loops
KR20010029710A (ko) 통합 가스화 시스템 내에서 저급열을 냉각 부하로변환하는 방법 및 장치
US4819437A (en) Method of converting thermal energy to work
KR101917430B1 (ko) 발전장치
WO1991007573A2 (en) Heat conversion into mechanical work through absorption-desorption
AU2011225700B2 (en) Improved thermodynamic cycle
KR100355624B1 (ko) 열역학사이클의실시방법및실시장치

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 19850807

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 19880916

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 19850807

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 19910430

Patent event code: PE09021S01D

G160 Decision to publish patent application
PG1605 Publication of application before grant of patent

Comment text: Decision on Publication of Application

Patent event code: PG16051S01I

Patent event date: 19920917

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 19930112

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 19930313

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 19930313

End annual number: 3

Start annual number: 1

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 19951013

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 19961004

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 19970930

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 19981013

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 19981013

Start annual number: 7

End annual number: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee