KR102083770B1 - Orc 순환에 의해 전기 에너지를 생성하는 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 처리 유체(18)가 실시되는 제 1 순환(16)을 포함하는 ORC 프로세스를 수행하는 장치에 관한 것이며, 이러한 장치는 제 1 처리 유체(18)를 증발시키는 증발기(14), 증발된 제 1 처리 유체(18)를 팽창시키기 위해 증발기(14)의 하류에 위치되고, 전기 에너지를 발생시키는 발전기(26)에 연결 가능한 팽창 기계(22), 팽창된 제 1 처리 유체(18)를 응축하기 위해 팽창 기계(22)의 하류에 위치된 제 1 응축기(28), 및 응축된 제 1 처리 유체(18)의 압력을 증가시키고, 제 1 유체 에너지 기계(34)의 하류에 위치되는 증발기(14)로 제 1 처리 유체(18)를 전달하기 위해 제 1 응축기(28)의 하류에 위치된 제 1 유체 에너지 기계(34)를 갖는다. 장치는 제 2 처리 유체(42)가 제 1 응축기(28)를 통해 실시되고, 여기에서 증발되는 제 2 순환(40)을 더 포함하며, 제 2 순환(40)은 증발된 제 2 처리 유체(42)를 압축하기 위해 제 1 응축기(28)의 하류에 위치된 제 2 유체 에너지 기계(44), 증발된 제 2 처리 유체(42)를 응축하기 위해 제 2 유체 에너지 기계(44)의 하류에 위치된 제 2 응축기(48)로서, 제 1 처리 유체(18)는 제 2 응축기(48)를 통해 흐를 수 있는 제 2 응축기(48), 및 응축된 제 2 처리 유체(42)를 스로틀링하기 위해 제 2 응축기(48)의 하류에 위치된 스로틀(50)을 포함하며, 팽창 기계(22)는 기어 메커니즘 없이 샤프트(30)에 의해 발전기(26)와 연결할 수 있다.
Description
본 발명은 제 1 처리 유체가 실시되는 제 1 순환(circular flow)을 포함하는 ORC 프로세스를 수행하는 장치에 관한 것이며, 이러한 장치는 제 1 처리 유체를 증발시키는 증발기, 증발된 제 1 처리 유체를 팽창시키기 위해 증발기의 하류에 위치되고, 전기 에너지를 생성하는 발전기에 연결 가능한 팽창 기계, 팽창된 제 1 처리 유체를 응축하기 위해 팽창 기계의 하류에 위치된 제 1 응축기, 및 응축된 제 1 처리 유체의 압력을 증가시키고, 제 1 처리 유체를 제 1 유체 에너지 기계의 하류에 위치되는 증발기로 이송하기 위해 제 1 응축기의 하류에 위치된 제 1 유체 에너지 기계를 갖는다. 용어, 유체 에너지 기계는 처리 유체와 기계적 작업을 교환하는 기계를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
ORC 프로세스는 오랫동안 알려져 있고, 열원과 히트 싱크 사이의 이용 가능한 온도 기울기가 수증기에 의해 구동되는 팽창 기계에 비해 너무 작은 경우에 적용된다. ORC 프로세스의 응용 영역은 예를 들어 제조 프로세스, 산업 플랜트, 굴뚝, 바이오 가스 플랜트, 블록 열 및 발전소의 폐열 또는 잔열이 있으며, 여기서 대략 80 내지 250 ℃ 이상의 온도 레벨을 가진 잔열이 제공된다. 알려진 ORC 프로세스는 예를 들어 DE 10 2009 049 338 A1 또는 DE 10 2007 035 058 A1에 개시되어 있다. 팽창 기계는 일반적으로 플랜트에 이용되거나 공공 전력망에 공급되는 전기 에너지를 생성하는 발전기를 구동한다.
10% 이하의 낮은 전기 효율로 인해, ORC 프로세스는 이의 구현에 필요한 투자가 지금까지 달성 가능한 절약된 금액(achievable savings)을 초과함에 따라 대규모 확산을 즐기지 않았다. 따라서, 대부분의 경우에, 이용 가능한 잔열은 경제적 및 생태학적 이유로 최적이 아닌 ORC 프로세스를 수행하지 않고 환경으로 방출된다. 특히, 이용 가능한 에너지의 지속 가능한 관리 측면에서, 최상에서 잔류 헤드에 포함된 에너지를 사용할 필요성이 크다. 알려진 ORC 프로세스는 이용 가능한 열의 지속 가능한 관리 측면에서 조차 상술한 낮은 효율이 결점이 너무 많기 때문에 제한된 범위까지만 이러한 요건을 충족시킨다.
초기에 언급한 제조 프로세스로서, 산업 플랜트, 굴뚝, 바이오 가스 플랜트, 블록 열 및 발전소는 전기 에너지를 제공하기 위해 방출된 폐열 또는 잔열을 사용하기 위한 ORC 프로세스의 응용 영역이다. 대부분의 경우에, 이러한 플랜트는 ORC 장치의 소형화 설계가 중요한 역할을 하도록 ORC 장치로 개조된다. 많은 경우에 알려진 ORC 장치로의 개조는 이용 가능한 공간의 부족으로 인해 실패한다.
따라서, 본 발명의 목적은 잔열에 포함된 에너지의 경제적 이용을 가능하게 하는 정도로 효율이 증가되는 방식으로 초기에 설명된 바와 같이 장치를 더 개발하는 것이다. 더욱이, 장치는 제한된 이용 가능한 공간과 함께 해야 하고, 기존의 플랜트가 가능한 한 쉽게 개조될 수 있도록 소형화 설계를 가져야 한다.
초기에 설명된 장치는 제 2 처리 유체가 제 1 응축기를 통해 실시되고, 그 안에서 증발되는 제 2 순환을 더 포함함으로써 이러한 목적이 달성되며, 제 2 순환은 증발된 제 2 처리 유체를 압축하기 위해 제 1 응축기의 하류에 위치된 제 2 유체 에너지 기계, 증발된 제 2 처리 유체를 응축하기 위해 제 2 유체 에너지 기계의 하류에 위치된 제 2 응축기로서, 제 1 처리 유체는 제 2 응축기를 통해 흐를 수 있는 제 2 응축기, 및 응축된 제 2 처리 유체를 스로틀링(throttling)하기 위해 제 2 응축기의 하류에 위치된 스로틀을 포함하며, 팽창 기계는 기어 메커니즘 없이, 즉 기어리스(gearless)로 샤프트에 의해 발전기와 연결 가능하다.
종래 기술에 알려진 열 ORC 프로세스에서, 환경을 냉각시켜, 예를 들어 에너지 자체를 소비하는 냉각 타워를 이용하여 팽창된 제 1 처리 유체로부터 열이 회수된다. 회수된 열(withdrawn heat)은 사용되지 않고 손실된다. 주변 온도가 더욱 낮은 온도 레벨 및 열원과 히트 싱크 사이의 이용 가능한 온도 기울기를 정의함에 따라 더욱 상당한 부정적 영향이 비교적 높은 주변 온도에서, 예를 들어 적도 근처의 영역에서 발생한다. 결과적으로, 잔열은 그 안에 포함된 에너지를 사용하지 않고 손실된다.
따라서, 제 1 응축기에서 실시된 열 전달은 제 1 처리 유체의 응축 및 제 2 처리 유체의 가열을 야기한다. 제 2 순환에서, 제 2 처리 유체는 제 1 처리 유체가 흐르는 열 교환기로 이송된다. 이 시점에서, 열은 제 2 처리 유체로부터 회수되고, 제 1 처리 유체를 가열하는데 사용된다. 열 전달을 가능하게 하기 위해, 제 2 처리 유체는 열 교환기에서 제 1 처리 유체의 압력으로 압축되어야 한다. 이를 위해, 제 2 유체 에너지 기계가 사용된다.
발전기에 대한 팽창 기계의 기어리스 연결은 기어 메커니즘에 필요한 공간(room)을 절약할 수 있게 하므로, 본 발명의 장치는 매우 소형이고 작은 가용 공간을 필요로 한다. 따라서, 본 발명의 장치는 폐열 및 잔열이 사용되어야 하는 기존의 플랜트로 더욱 쉽게 통합될 수 있다. 이외에도, 기어 메커니즘은 전력 손실을 야기하나, 기어 메커니즘 없는 구성은 기어 메커니즘를 포함하는 장치에 비해 ORC 프로세스을 수행하는 장치의 효율을 증가시킨다. 기어 메커니즘은 착용하는 경향이 있음에 따라 종종 장애를 야기한다. 따라서, 기어 메커니즘이 없는 구성은 본 발명의 장치의 동작이 보다 신뢰할 수 있다는 추가의 이점을 갖는다.
바람직한 실시예에서, 샤프트의 베어링은 탠덤 롤러 베어링 구성(tandem roller bearing configuration)을 포함한다. 일반적으로, 서로 일정한 거리만큼 떨어져 위치된 2개의 베어링은 샤프트를 베어링하기 위해, 예를 들어 레이디얼 베어링(radial bearing)이 사용된다. 더욱이, 샤프트는 축 방향으로 지지되어야 한다. 기어 메커니즘 없이 터빈과 발전기 사이의 연결에서, 터빈에 의해 제공되는 회전 속도를 발전기의 최적의 회전 속도로 증가시키거나 감소시킬 수 없다. ORC 프로세스에서 사용되는 터빈은 일반적으로 매우 높은 회전 속도로 실행하며, 60000 rpm은 드물지 않다. 발전기의 회전자 다음에, 터빈의 임펠러는 또한 동일한 샤프트 상에 배치되며, 후자는 간단하거나 오버행(overhang) 지지되어 베어링의 높은 기계적 및 열적 부하로 이어진다. 따라서, 알려진 ORC 장치에는 자기 또는 공기 베어링이 장착된다. 자기 베어링은 비싸고, 전력을 더 소비하여 ORC 장치의 전체 효율의 감소로 이어진다. 공기 베어링은 샤프트가 지지되는 공기 쿠션이 비교적 불안정하다는 단점을 갖는다. 공기 쿠션의 실패의 경우에, ORC 장치는 조정될 수 없거나 큰 노력으로만 조정될 수 있는 큰 손상을 받는다. 이러한 단점은 탠덤 롤러 베어링 구성에 의해 상쇄될 수 있다. 탠덤 롤러 베어링 구성은 적어도 하나의 베어링이 복렬 또는 다열(multiple row) 베어링으로 대체되는 베어링 구성이다. 샤프트는 2개의 롤러 베어링 유닛에 의해 반경 방향 및 축 방향으로 지지될 수 있으며, 동시에 특히 자기 베어링에 비해 초기 비용이 상당히 낮고, 효율은 전력 소비에 의해 저하되지 않는다. 종래의 롤러 베어링에 비해, ORC 장치는 탠덤 롤러 베어링 구성이 열적 및 기계적 부하를 더 잘 견딜 수 있음에 따라 더 확실하게 동작될 수 있도록 베어링 손상이 감소될 수 있다. 더욱이, 탠덤 롤러 베어링은 이용 가능한 작은 공간만을 필요로 하여 터빈 및 발전기의 소형화 구성을 진척시키는 이점을 갖는다. 더욱이, 탠덤 롤러 베어링은 윤활 그리스(lubrication grease)가 교체될 필요가 없음에 따라 유지 보수가 없는 베어링을 고려하여 유지 보수 비용을 절감한다.
바람직한 실시예에서, 팽창 기계는 터빈으로 실현되고, 발전기의 발전기 하우징에 연결 가능한 터빈 하우징을 포함한다. 터빈으로서의 팽창 기계의 실시예는 ORC 프로세스를 동작하기 위한 선택의 방법이다. 하나의 물리적 유닛으로 발전기와 터빈의 통합함으로써 필요한 공간이 감소되어 기존 플랜트로 쉽게 통합될 수 있는 상당한 소형의 물리적 유닛으로 이어진다.
바람직하게는, 터빈은 다수의 제 1 임펠러 베인(impeller vane)을 갖는 제 1 임펠러를 포함하며, 제 1 임펠러는 발전기의 회전자가 배치되는 샤프트 상에 배치된다. ORC 프로세스의 동작에서, 임펠러는 샤프트를 회전시키고, 샤프트는 추가의 물리적 유닛을 개재하지 않고 발전기의 회전자를 회전시켜, 전기 에너지를 발생시킨다. 터빈 및 발전기는 바람직하게는 발전기가 발전기의 보통 예상된 회전 속도로 최적으로 동작될 수 있는 방식으로 서로에 대해 조정된다. 따라서, 물리적 유닛의 수는 감소되어, 필요한 공간을 절감하고 장치의 신뢰성을 증가시킨다.
바람직한 실시예에서, 터빈은 다수의 제 1 가이드 휠 베인을 가진 제 1 가이드 휠 및 다수의 제 1 임펠러 베인를 가진 제 1 임펠러를 포함한다. 특히 본 발명의 장치를 가능한 소형으로 제공하기 위한 목적으로 인해, 반경 방향으로 블로우된 터빈(radially blown turbine)이 유리하다. 가이드 휠 베인은 처리 유체가 임펠러 베인을 최적으로 블로우하도록 할 수 있다. 이에 의해 전체적으로 본 발명의 장치가 보다 효율적으로 동작될 수 있도록 효율은 증가된다.
본 발명의 장치의 추가의 실시예는 터빈이 제 2 임펠러와, 다수의 재순환 베인 및 다수의 제 2 임펠러 베인을 갖는 제 2 가이드 휠을 포함한다는 점에서 구별된다. 처리 유체가 반경 방향으로 터빈으로 흐르고, 제 1 임펠러의 제 1 가이드 휠 베인에 의해 제 1 임펠러 베인으로 전환되고, 임펠러 베인에 의해 정의된 채널을 통해 내향 반경 방향으로 흐르는 흐름 프로파일(flow profile)을 생각해 볼 수 있다. 후속하여, 처리 유체는 다시 상류 측에 위치된 재순환 베인에 의해 외향 반경 방향으로 전환되는 제 2 가이드 휠로 축 방향으로 흐른다. 제 2 가이드 휠의 하류 측에서, 처리 유체는 제 2 임펠러의 제 2 임펠러 베인으로 전환되어, 제 2 임펠러를 회전시킨다. 따라서, 이단 터빈이 실현되어, 본 발명의 장치의 효율을 증가시킨다. 물론, 2단 터빈 뿐만 아니라 3단 이상의 터빈이 실현될 수 있다.
바람직하게는, 발전기 하우징은 발전기 냉각 유닛을 포함한다. 발전기 하우징의 냉각은 복수의 장점을 갖는다는 것이 발견되었다. 가장 중요한 장점은 발전기의 동작에서 회전자 및 고정자의 열적 응력이 감소되어, 발전기의 수명을 증가시킨다는 것이다. 더욱이, 더 나은 효율이 획득되도록 발전기의 회전 속도는 증가될 수 있다. 더욱이, 자기장은 온도에 의존적이고, 온도가 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 발전기의 냉각 유닛은 강한 자기장의 유지 보수를 가능하게 하여, 또한 발전기의 효율을 증가시키거나 높은 레벨에서 효율을 유지시킨다.
또한, 터빈 하우징은 터빈 냉각 유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 이 경우에도, 터빈의 구성 요소의 열 응력은 감소되어, 터빈의 수명을 증가시킨다. 설계에 따라, 냉각 유닛은 특히 베어링 구성을 냉각시켜 터빈의 신뢰성의 결정적 향상으로 이어질 수 있다.
본 발명의 장치의 추가의 실시예는 팽창 탱크가 제 1 처리 유체를 팽창시키기 위한 팽창 기계의 하류에 위치되는 것을 특징으로 한다. ORC 프로세스에서, 처리 유체는 팽창 기계에서 나갈 시에 완전히 또는 부분적으로 액상으로 존재한다. 처리 유체가 비교적 작은 직경을 갖는 제 1 순환의 튜브에 안내되는 경우에, 팽창 기계에서 배압이 생성되어, 팽창 기계의 효율에 부정적인 영향을 미친다. 팽창 기계의 효율이 부정적인 영향을 받지 않도록 팽창 탱크는 배압이 팽창 기계로 다시 도달하지 않고 감소될 수 있는 팽창 부피(expansion volume)를 제공한다.
본 발명의 실시예는 추가로 하나 이상의 추가의 순환에 의해 개발되었으며, 이의 각각에서 추가의 처리 유체가 실시되고, 추가의 처리 유체 또는 유체들은 제 1 처리 유체 또는 유체들이 흐를 수 있는 하나 이상의 제 1 열 교환기에 의해 가열되며, 하나 이상의 추가의 순환은 가열된 추가의 처리 유체 또는 유체들을 압축하기 위해 제 1 열 교환기의 하류에 위치된 추가의 유체 에너지 기계, 압축된 추가의 처리 유체 또는 유체들부터 제 1 처리 유체로 열을 전달하기 위해 추가의 유체 에너지 기계의 하류에 위치된 제 2 열 교환기로서, 제 1 처리 유체는 제 2 열 교환기를 통해 흐를 수 있는 제 2 열 교환기, 및 응축된 추가의 처리 유체 또는 유체들을 스로틀링하기 위해 제 2 열 교환기의 하류에 위치된 추가의 스로틀을 포함한다. 제 1 응축기에서의 제 1 처리 유체의 응축 동안에, 일정 열량만이 제 1 처리 유체로부터 회수될 수 있다. 열량은 특히 제 2 처리 유체의 열역학 특성에 의해 제한된다. 제 1 처리 유체가 여전히 응용에 따라 환경의 온도 레벨 이상일 수 있는 일정량의 열을 포함할 수 있다. 이 열량은 제 3 처리 유체가 증발되는 데에 사용될 수 있으며, 제 3 처리 유체로 전달된 열은 적절한 위치에서 제 1 처리 유체에 부가된다. 열을 방출하는 처리 유체는 적어도 수용하는 처리 유체와 동일한 압력하에 있어야 하는 것이 고려되어야 한다. 결과적으로, 추가의 유체 에너지 기계는 적어도 제 2 열 교환기의 제 1 처리 유체의 압력으로 제 2 열 교환기에 진입하기 전에 제 3 처리 유체를 압축해야 한다. 이에 의해, ORC 프로세스의 효율은 더 증가될 수 있다.
바람직하게는, 제 2 처리 유체 또는 추가의 처리 유체 중 하나는 발전기의 냉각 유닛을 통해 흐를 수 있다. 본 실시예에서, 발전기로부터 회수되는 열은, 회수된 열이 비사용 상태로 남는 것이 아니라 여전히 프로세스에서 이용 가능하도록 적절한 위치에서 제 1 처리 유체에 부가된다. 따라서, 장치의 효율은 더욱 증가된다.
추가의 실시예에서, 장치는 제 1 추가의 처리 유체가 실시되는 제 1 추가의 순환을 포함하며, 제 1 추가의 처리 유체는 발전기의 냉각 유닛을 통해 흐르고, 이에 의해 가열되며, 제 1 추가의 순환은 가열된 제 1 추가의 처리 유체를 압축하기 위해 발전기의 냉각 유닛의 하류에 위치된 추가의 유체 에너지 기계, 압축된 제 1 추가의 처리 유체로부터 제 1 처리 유체로 열을 전달하기 위해 추가의 유체 에너지 기계의 하류에 위치된 제 2 열 교환기로서, 제 1 처리 유체는 제 2 열 교환기를 통해 흐를 수 있는 제 2 열 교환기, 및 응축된 제 1 추가의 처리 유체를 스로틀링하기 위해 제 2 열 교환기의 하류에 위치된 추가의 스로틀을 포함한다.
본 실시예에서, 발전기의 동작 동안에 발생된 열은 발전기로부터 회수되어 제 1 처리 유체로 전달될 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 발전기의 효율은 온도가 증가함에 따라 감소하므로, 냉각이 어쨌든 의미가 있다. 본 실시예에서, 발전기로부터 회수된 열은 ORC 프로세스가 높은 효율로 동작될 수 있도록 제 1 처리 유체를 예열하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 장치의 추가의 실시예는 제 1 추가의 순환을 포함하며, 이의 각각에서 제 1 추가의 처리 유체가 실시되고, 제 1 추가의 처리 유체는 열 전달 유닛을 통해 흐르고, 이에 의해 가열되며, 제 1 추가의 순환은 가열된 제 1 추가의 처리 유체를 압축하기 위해 열 전달 유닛의 하류에 위치된 추가의 유체 에너지 기계, 압축된 제 1 추가의 처리 유체로부터 제 1 처리 유체로 열을 전달하기 위해 추가의 유체 에너지 기계의 하류에 위치된 제 2 열 교환기로서, 제 1 처리 유체는 제 2 열 교환기를 통해 흐를 수 있는 제 2 열 교환기, 응축된 제 1 추가의 처리 유체를 스로틀링하기 위해 제 2 열 교환기의 하류에 위치된 추가의 스로틀, 및 발전기의 냉각 유닛과 열 전달 유닛을 통해 흐를 수 있는 제 2 추가의 처리 유체가 실시되는 제 2 추가의 순환을 포함한다.
일반적으로, 제 2 및 하나 이상의 추가의 처리 유체는 단 하나의 증발기에서 증발되고, 단 하나의 응축기에서 응축되는 것이 유리하다. 그러나, 이것은 어떤 추가의 열 교환기도 각각의 순환에 통합될 수 없기 때문에 필요한 구성 요소 및 튜브를 증가시킨다. 일반적으로, 복수의 열 교환기를 이용하여 동일한 순환 내에서 제 2 또는 하나 이상의 처리 유체에 열을 몇 번 부가하는 것이 유리하다. 증발에 필요한 열은 열이 전달될 수 없는 위치에서 제 1 처리 유체로부터 회수될 때 특히 그러하다. 제 1 열 교환기의 하류에 위치되는 제 2 열 교환기에서, 제 2 또는 추가의 처리 유체 중 하나는 이미 적어도 부분적으로 증발되고, 기체-액체 혼합물이 존재한다는 위험이 있다. 발전기의 냉각 유닛의 설계에 따라, 사용된 처리 유체가 흘러야 하는 작은 채널이 제공될 수 있다. 그러나, 증기는 채널을 차단할 수 있어 흐름이 방해된다. 추가의 순환이 제 1 및 제 2 추가의 순환으로 세분되어, 각각의 추가의 처리 유체가 액체 상태로만 발전기의 냉각 유닛을 통해 흐르도록 선택되는 서로 다른 추가의 처리 유체를 이용할 수 있다는 점에서 이러한 문제는 해결될 수 있다.
제 2 처리 유체 또는 추가의 처리 유체 또는 제 1 추가의 처리 유체는 터빈의 냉각 유닛을 통해 흐를 수 있는 것이 더 바람직하다. 본 실시예에서, 터빈으로부터 회수되는 열은 적당한 위치에서 제 1 처리 유체에 부가되어, 회수된 열이 비사용 상태로 남는 것이 아니라 프로세스에 이용될 수 있다. 따라서, 장치의 효율은 더욱 증가된다.
본 발명의 추가의 개발에서, 제 2 처리 유체 또는 추가의 처리 유체 또는 제 1 추가의 처리 유체는 팽창 탱크의 냉각 유닛을 통해 흐를 수 있다. 이러한 개발에서, 냉각 시에 팽창 탱크로부터 회수되는 열은 적절한 위치에서 제 1 처리 유체에 부가된다. 따라서, 장치의 효율은 더욱 증가된다.
본 발명의 추가의 양태는 터빈 하우징을 가진 터빈과 발전기 하우징을 가진 발전기를 포함하는 ORC 순환에 사용하기 위한 터빈 발전기 구성에 관한 것이며, 발전기 하우징은 기어 메커니즘없이 샤프트에 의해 터빈 하우징에 연결할 수 있다. 따라서, 이러한 양태는 ORC 순환을 수행하기 위한 터빈 발전기의 구성의 용도에 관한 것이다. 이러한 터빈 발전기의 구성의 기술적 효과 및 장점은 장치에 관하여 설명된 것에 대응한다. 특히 그것은 필요한 설치 공간을 감소시키고, 신뢰성을 증가시키는 것을 나타낸다.
바람직하게는, 터빈 발전기의 구성의 샤프트의 베어링은 탠덤 롤러 베어링 구성을 포함한다. 이러한 터빈 발전기 구성의 기술적 효과 및 장점은 장치의 대응하는 실시예에 대하여 설명된 것에 대응한다.
바람직하게는, 터빈은 다수의 제 1 임펠러 베인를 갖는 제 1 임펠러를 포함하고, 이러한 임펠러는 발전기의 회전자가 배치되는 샤프트 상에 배치된다. 이러한 터빈 발전기 구성의 기술적 효과 및 장점은 장치의 대응하는 실시예에 대하여 설명된 것에 대응한다.
터빈 발전기 구성의 추가의 개발에서, 터빈은 다수의 제 1 가이드 휠 베인을 가진 제 1 가이드 휠과 다수의 제 1 임펠러 베인을 가진 제 1 임펠러를 포함한다. 이러한 터빈 발전기 구성의 기술적 효과 및 장점은 장치의 대응하는 실시예에 대하여 설명된 것에 대응한다.
터빈 발전기 구성은 발전기 하우징이 발전기의 냉각 유닛을 포함하고/하거나, 터빈 하우징이 터빈 하우징의 냉각 유닛을 포함한다는 점에서 추가로 개발된다. 이러한 터빈 발전기 구성의 기술적 효과 및 장점은 장치의 대응하는 실시예에 대하여 설명된 것에 대응한다.
다음에는, 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 의해 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 장치의 제 1 실시예를,
도 2는 본 발명의 장치의 제 2 실시예를,
도 3은 본 발명의 장치의 제 3 실시예를 도시하고 있으며, 이들 각각은 개략도이다.
도 4는 단면도를 이용하여 본 발명의 터빈 발전기의 구성을 도시한다.
도 5a)는 평면도를 이용하여 본 발명의 임펠러를 도시한다.
도 5b)는 도 5a)에 정의된 평면에 따른 단면도를 이용하여 도 5a)에 도시된 임펠러를 도시한다.
도 6a)는 사시도를 이용하여 본 발명의 제 1 가이드 휠을 도시한다.
도 6b)는 사시도를 이용하여 도 6a)의 제 1 가이드 휠을 도시한다.
도 6c)는 사시도를 이용하여 도 6a) 및 도 6b)의 제 1 가이드 휠을 도시한다.
도 7a)는 본 발명의 제 2 가이드 휠의 평면도이다.
도 7b)는 측면도를 이용하여 도 7a)에 따른 제 2 가이드 휠을 도시한다.
도 7c)는 사시도를 이용하여 도 7a) 및 도 7b)의 가이드 휠을 도시한다.
도 2는 본 발명의 장치의 제 2 실시예를,
도 3은 본 발명의 장치의 제 3 실시예를 도시하고 있으며, 이들 각각은 개략도이다.
도 4는 단면도를 이용하여 본 발명의 터빈 발전기의 구성을 도시한다.
도 5a)는 평면도를 이용하여 본 발명의 임펠러를 도시한다.
도 5b)는 도 5a)에 정의된 평면에 따른 단면도를 이용하여 도 5a)에 도시된 임펠러를 도시한다.
도 6a)는 사시도를 이용하여 본 발명의 제 1 가이드 휠을 도시한다.
도 6b)는 사시도를 이용하여 도 6a)의 제 1 가이드 휠을 도시한다.
도 6c)는 사시도를 이용하여 도 6a) 및 도 6b)의 제 1 가이드 휠을 도시한다.
도 7a)는 본 발명의 제 2 가이드 휠의 평면도이다.
도 7b)는 측면도를 이용하여 도 7a)에 따른 제 2 가이드 휠을 도시한다.
도 7c)는 사시도를 이용하여 도 7a) 및 도 7b)의 가이드 휠을 도시한다.
도 1에서, ORC 프로세스를 수행하기 위한 본 발명의 장치(101)의 제 1 실시예는 개략도를 이용하여 도시된다. 열원(11), 예를 들어, 산업 플랜트는 적절한 캐리어 매체(carrier medium)(12)를 이용하여 증발기(14)로 전달되는 폐열을 제공한다. 증발기(14)는 제 1 처리 유체(18)가 안내되는 제 1 순환(16)의 일부이다. 제 1 처리 유체(18)의 흐름의 방향은 화살표로 표기된다. 용어 "상류" 및 "하류"의 용도는 각각의 순환의 흐름 방향에 관한 것이다. 증발기(14)에서, 제 1 처리 유체(18)는 열원(11)에 의해 전달되는 열에 의해 증발된다. 증발기(14)는 적절한 파이프(20)에 의해 팽창 기계(22)에 연결된다. 증발기(14)에서 증발되는 제 1 처리 유체(18)는 팽창 기계(22)에서 팽창된다. 도시된 실시예에서, 팽창 기계(22)는 터빈 하우징(25)을 갖는 터빈(24)으로서 실현되고, 기어 메커니즘 없이 발전기(26)에 연결된다. 발전기(26)에서, 터빈(24)에서 생성된 기계적 에너지는 전기 에너지로 변환된다. 발전기(26)는 터빈 하우징(25)이 연결 가능한 발전기 하우징(27)을 포함한다.
터빈(24)을 통해 흐른 후, 팽창된 제 1 처리 유체(18)는 팽창된 제 1 처리 유체(18)가 응축되는 제 1 응축기(28)로 안내된다. 이를 위해, 열은 제 2 순환(40)에 의해 행해지는 제 1 처리 유체(18)로부터 회수되어야 하며, 제 2 처리 유체(42)는 다음에 더 설명되는 어떤 화살표의 방향으로 전달된다.
응축기(28)를 통과한 후에, 응축된 제 1 처리 유체(18)는 제 1 순환(16) 내에서 제 1 처리 유체(18)를 전달하고, 제 1 처리 유체(18)의 압력을 증가시키는 제 1 유체 에너지 기계(34)로 안내된다. 보여준 예에서, 제 1 처리 에너지 기계(34)는 특히 액체의 제 1 처리 유체(18)를 이송하는데 적절한 펌프(36)로서 실현된다. 그 후에, 제 1 처리 유체는 증발기(14)로 안내되어, 제 1 순환(16)을 폐쇄한다.
제 2 처리 유체(42)는 제 2 처리 유체(42)가 제 1 처리 유체(18)로 부터 방출된 열에 의해 가열되거나 증발되는 제 1 응축기(28)를 통해 흐른다. 그 다음에, 가열되거나 증발된 제 2 처리 유체(42)는 도시된 실시예에서 압축기(46)로 구현되는 제 2 유체 에너지 기계(44)로 안내된다. 한편, 압축기(46)는 제 2 순환에서 제 2 처리 유체(42)를 실시하고, 다른 한편으로는 가열되거나 증발된 제 2 처리 유체(42)를 압축한다. 그 후, 제 2 처리 유체(42)는 제 1 처리 유체(18)가 흐르는 열 교환기(47)로 전달된다. 제 2 처리 유체(42)가 제 1 응축기(28)에서 증발될 때, 열 교환기(47)는 제 2 처리 유체(42)가 응축되는 제 2 응축기(48)로 구현된다. 두 경우에, 제 2 처리 유체(42)로부터 회수된 열은 제 1 처리 유체로 전달된다.
주어진 예에서, 제 2 응축기(48)는 제 1 처리 유체(18)가 증발기(14)에 진입하기 전에 제 2 응축기(48)에서 예열되도록 증발기(14)의 상류에 위치된다. 이에 의해, 제 1 처리 유체를 증발시키는데 필요한 열량은 ORC 프로세스가 또한 폐열이 비교적 낮은 온도 레벨을 갖는 열원(11)으로 실시될 수 있도록 감소된다. 제 2 응축기(48)를 떠난 후에, 제 2 처리 유체(42)는 그것이 스로틀링되고 이의 압력이 감소되는 스로틀(50)로 안내된다. 나중에 제 2 처리 유체(42) 상에서는 제 1 응축기(28)로 안내되어, 제 2 순환(40)을 폐쇄한다.
더욱이, 장치(101)는 추가의 처리 유체(53), 이 경우에는 제 3 처리 유체(53)가 제 3 순환(52) 내에서 추가의 유체 에너지 기계(56)에 의해 이송되는 추가의 순환(52), 주어진 경우에는 제 3 순환(52)을 포함한다. 제 3 처리 유체(53)는 열이 발전기(26)에서 추가의 처리 유체(53)로 전달되어, 발전기(26)를 냉각시키도록 발전기 하우징(27)에 위치된 발전기의 냉각 유닛(29)을 통해 흐른다. 이에 의해 제 3 처리 유체(53)는 가열되거나 증발된다. 발전기의 냉각 유닛(29)의 하류에는 제 3 처리 유체(53)가 제 2 열 교환기(58)를 통하거나 제 1 처리 유체(18)가 흐를 수 있는 제 4 응축기(62)를 통해 흐른다. 이때에, 열은 제 3 처리 유체(53)에서 제 1 처리 유체(18)로 전달되며, 추가의 유체 에너지 기계(56)는 제 3 처리 유체(53)를 적어도 제 2 열 교환기(58)내의 제 1 처리 유체(18)의 압력으로 압축한다. 제 2 열 교환기(58)는 제 2 응축기(48)의 하류에 배치되고, 열을 제 3 처리 유체(53)에서 제 1 처리 유체(18)로 전달한다. 필요한 경우, 제 3 처리 유체(53)는 후속하여 추가의 스로틀(64)에서 일정한 압력으로 스로틀링된다. 제 3 순환(52)에서 실시되는 열 프로세스로 인해, 제 1 처리 유체(18)는 증발에 필요한 열량이 더욱 감소된다는 사실에 이르는 증발기(14)에 도달하기 전에 예열된다. 결과적으로, 본 발명의 장치(101)의 설계는 ORC 프로세스의 효율을 더욱 개선시킨다.
도 2에서, ORC 프로세스를 실시하거나 수행하기 위한 본 발명의 장치(102)의 제 2 실시예가 도시된다. 본 실시예에서, 장치(102)는 도 1에 따른 제 1 실시예의 모든 구성 요소를 포함하지만, 그것은 제 1 처리 유체(18)가 흐르는 팽창 탱크의 냉각 유닛(57)을 포함하는 팽창 탱크(55)를 더 포함하며, 팽창 탱크(55)는 터빈(24)의 하류에 배치되고, 팽창된 제 1 처리 유체(18)의 배압이 터빈(24)에 다시 도달하지 않게 한다. 제 1 응축기(28)는 팽창 탱크(55)의 하류에 배치된다. 더욱이, 제 1 열 교환기(54)는 응축기(28)의 하류에 위치된 제 1 순환(16)에 배치된다. 제 1 처리 유체(18)는 제 1 열 교환기(54)를 통해 흐를 수 있다.
제 2 처리 유체(42)는 제 1 열 교환기(54) 및 팽창 탱크의 냉각 유닛(57)을 통해 흐를 수 있으며, 제 2 처리 유체(42)는 제 2 순환(40)에 안내된다. 제 1 열 교환기(54) 및 팽창 탱크의 냉각 유닛(57)에서 제 1 처리 유체(18)로부터 회수된 열은 열 교환기(47)에서 제 1 처리 유체(18)로 전달되고, 후자는 또한 이용 가능한 열량 및 사용된 제 2 처리 유체의 타입에 따라 제 2 응축기(48)로서 구현될 수 있다.
제 2 실시예(102)에서, 추가의 처리 유체(531)는 증발기(28)를 통해 흐르고, 추가의 처리 유체(531)는 제 1 추가의 순환(521) 내에서 순환된다. 이것 때문에, 추가의 유체 에너지 기계(56)가 사용된다. 열 전달 유닛(65)은 증발기(28)의 하류에 배치되고, 제 1 추가의 처리 유체(531)는 열 전달 유닛(65)을 통해 흐른다. 동시에, 제 2 추가의 처리 유체(532)는 열 전달 유닛(65)을 통해 흐르고, 제 2 추가의 처리 유체(532)는 제 2 추가의 순환(522) 내에서 순환된다. 명료화를 위해, 제 2 추가의 순환(522) 내에 위치된 각각의 공급 펌프는 도시되지 않는다. 발전기(26)의 냉각 시에 제 2 추가의 처리 유체(532)로 전달되는 열이 열 전달 유닛(65)의 내부에서 제 1 추가의 처리 유체(531)로 전달되도록 제 2 추가의 처리 유체(532)는 또한 발전기의 냉각 유닛(29)을 통해 흐른다. 본 발명의 장치(101)의 제 1 실시예에 관하여 이미 설명된 바와 같이, 이러한 열은 제 2 열 교환기(58)의 내부에서 제 1 처리 유체(18)로 전달된다. 제 2 추가의 처리 유체(532)의 선택 사항은 발전기의 냉각 유닛(29)의 흐름 및 온도 조건으로 조정될 수 있다.
제 1 응축기를 떠난 후에 제 1 처리 유체(18)에 남아 있는 열량이 사용된 제 3 처리 유체(53)를 증발하기에 충분히 큰 지에 따라, 제 1 열 교환기(54)는 제 1 처리 유체(18)가 응축되고, 제 1 추가의 처리 유체(531)가 가열되는 제 3 응축기(60)로 구현된다. 따라서, 제 2 열 교환기(58)는 제 1 추가의 처리 유체(531)가 응축되고, 이에 따라 제 1 처리 유체(18)가 가열되는 제 4 응축기(62)로 구현된다. 제 4 응축기(62)를 떠난 후, 제 1 추가의 처리 유체(531)는 그것이 스로틀링되고 압력이 감소되는 추가의 스로틀(64)로 안내된다.
제 2 실시예에 따른 장치(102)는 총 4개의 순환으로 구성된다. 순환의 수는 더 증가될 수 있다는 것이 언급되어야 한다. 더욱이, 증발기 및 응축기는 처리된 처리 유체의 상태가 변경되는 열 교환기의 특정 타입이다는 것이 언급되어야 한다. 또한, 증발기 및 응축기가 단지 열 교환기로 동작되도록 처리된 처리 유체의 상태를 변경하지 않을 수도 있다.
도 3에서는 본 발명의 장치(103)의 제 3 실시예가 도시된다. 그것은 제 2 실시예와 상당히 동일하지만, 터빈(24)은 터빈(24)을 냉각시키기 위한 터빈의 냉각 유닛(66)을 포함한다. 제 3 실시예에서, 냉매는 터빈의 냉각 유닛(66)을 통해 흘러 터빈(24)이 냉각된다. 그러나, 냉매는 제 2 순환(40) 또는 추가의 순환(52)에서 순환되지는 않는다. 다만, 그와 같은 순환이 또한 가능할 수도 있다. 도시된 실시예에서, 제 1 추가의 처리 유체(53)는 팽창 탱크(55)를 통해 흐르지만, 제 2 처리 유체(42)는 팽창 탱크(55)의 팽창 탱크의 냉각 유닛(57)을 통해 흐르거나, 팽창 탱크의 냉각 유닛(57)이 제 2 순환(40) 또는 추가의 순환(52)으로 통합되지 않는 것이 가능하다. 이는 발전기의 냉각 유닛(29)에 대해서도 마찬가지다.
도 4에서, 터빈 하우징(25)을 포함하는 터빈과 발전기 하우징(27)을 포함하는 발전기(26)를 포함하는 터빈 발전기 구성(70)이 도시된다. 발전기 하우징(27)은 제 2 처리 유체(42), 추가의 처리 유체(53) 또는 냉매(68)이 발전기(26)를 냉각시키기 위해 안내되는 발전기의 냉각 유닛(29)에 속하는 채널(72)을 포함한다. 터빈(24) 및 발전기(26)는 기어리스로 서로 연결되며, 여기서 제 1 임펠러(74), 제 2 임펠러(77) 및 회전자(75)는 샤프트(30) 상에 배치되고, 회전자(75)는 발전기(26)의 고정자(79)와 상호 작용한다. 더욱이, 제 1 가이드 휠(78) 및 중간 부재(interim piece)(80)는 터빈 하우징(25)에 고정된다. 더욱이, 제 2 가이드 휠(82)은 샤프트(30)에 고정된다. 샤프트는 터빈 측 상의 2개의 베어링을 포함하는 탠덤 롤러 베어링 구성(76)을 포함하는 베어링(73)에 의해 지지된다. 따라서, 터빈(24)의 가이드 휠 및 임펠러를 간단하거나 오버행 지지할 수 있다.
도 5a) 및 5b)에서, 총 13개의 제 1 임펠러 베인(84)을 포함하는 본 발명의 제 1 임펠러(74)가 도시된다. 제 2 임펠러(77)는 제 1 임펠러(74)와 거의 동일하게설계되어, 도 5a) 및 5b)는 제 2 임펠러(77)를 설명하는데 이용될 수 있다. 제 1 임펠러 베인(84)의 참조 번호는 제 2 임펠러 베인에도 유효하다.
도 6a) 내지 6c)에서, 총 14개의 제 1 가이드 휠 베인(90)을 포함하는 본 발명의 제 1 가이드 휠(78)이 도시된다.
도 7a) 내지 7c)에서, 도 7a)에서 점선으로 표시되는 총 12개의 재순환 베인(86) 및 14개의 제 2 가이드 휠 베인(88)을 포함하는 본 발명의 제 2 가이드 휠(82)이 도시된다.
ORC 순환의 동작에서, 제 1 처리 유체(18)는 터빈 하우징(25) 내로 반경 방향으로 도입되고, 터빈 하우징(25), 중간 부재(80) 및 제 1 가이드 휠(78)에 의해 형성되는 환상 공간(92)(도 4 참조)에 도달한다. 환상 공간(92)으로부터, 제 1 처리 유체가 최적으로 제 1 임펠러 베인(84)으로 흐르고, 이에 의해 제 1 임펠러(74)를 회전시켜 결과적으로 샤프트(30) 및 회전자(75)를 회전시키도록 제 1 처리 유체(18)는 제 1 처리 유체(18)의 경로를 결정하는 제 1 가이드 휠 베인(90)으로 안내된다. 제 1 임펠러 베인(84)을 통해 흐를 때, 제 1 처리 유체(18)는 재순환 베인(86)을 포함하는 제 2 가이드 휠(82)의 측면에 부닥치도록 반경 방향으로 내측으로 흐르고 후속하여 약간 축 방향으로 흐른다. 재순환 베인(86)은 제 1 처리 유체(18)를 반경 방향으로 외측으로 안내하고, 제 2 가이드 휠(82)의 제 2 가이드 휠 베인(88)은 제 1 처리 유체(18)를 내측으로 안내함으로써, 제 2 임펠러(77)의 임펠러 베인(84)은 제 1 처리 유체(18)의 운동 에너지를 회전 에너지로 더 변환한 후에 전기 에너지로 변환하도록 제 1 처리 유체(18)에 의해 최적으로 부닥치도록 한다. 터빈(24)의 2 단 설계를 이용하여, 제 1 처리 유체(18)의 운동 에너지는 1 단 설계에 비해 더 좋은 방식으로 사용되어, 본 발명의 장치(103)의 효율을 더 증가시킨다.
참조 부호
10, 101 내지 103 장치
11 열원
12 캐리어 매체
14 증발기
16 제 1 순환
18 제 1 처리 유체
20 파이프
22 팽창 기계
24 터빈
25 터빈 하우징
26 발전기
27 발전기 하우징
28 제 1 응축기
29 발전기 냉각 유닛
30 샤프트
34 제 1 유체 에너지 기계
36 펌프
40 제 2 순환
42 제 2 처리 유체
44 제 2 유체 에너지 기계
46 압축기
47 열 교환기
48 제 2 응축기
50 스로틀
52, 521, 522 추가의 순환
53, 531, 532 추가의 처리 유체
54 제 1 열 교환기
55 팽창 탱크
56 추가의 유체 에너지 기계
57 팽창 탱크의 냉각 유닛
58 제 2 열 교환기
60 제 3 응축기
62 제 4 응축기
64 추가의 스로틀
65 열 전달 유닛
66 터빈의 냉각 유닛
68 냉매
70 터빈 발전기 구성
72 채널
73 베어링
74 제 1 임펠러
75 회전자
76 탠덤 롤러 베어링 구성
77 제 2 임펠러
78 제 1 가이드 휠
79 고정자
80 중간 부재
82 제 2 가이드 휠
84 제 1 및 제 2 임펠러 베인
86 재순환 베인
88 제 2 가이드 휠 베인
90 제 1 가이드 휠 베인
92 환상 공간
10, 101 내지 103 장치
11 열원
12 캐리어 매체
14 증발기
16 제 1 순환
18 제 1 처리 유체
20 파이프
22 팽창 기계
24 터빈
25 터빈 하우징
26 발전기
27 발전기 하우징
28 제 1 응축기
29 발전기 냉각 유닛
30 샤프트
34 제 1 유체 에너지 기계
36 펌프
40 제 2 순환
42 제 2 처리 유체
44 제 2 유체 에너지 기계
46 압축기
47 열 교환기
48 제 2 응축기
50 스로틀
52, 521, 522 추가의 순환
53, 531, 532 추가의 처리 유체
54 제 1 열 교환기
55 팽창 탱크
56 추가의 유체 에너지 기계
57 팽창 탱크의 냉각 유닛
58 제 2 열 교환기
60 제 3 응축기
62 제 4 응축기
64 추가의 스로틀
65 열 전달 유닛
66 터빈의 냉각 유닛
68 냉매
70 터빈 발전기 구성
72 채널
73 베어링
74 제 1 임펠러
75 회전자
76 탠덤 롤러 베어링 구성
77 제 2 임펠러
78 제 1 가이드 휠
79 고정자
80 중간 부재
82 제 2 가이드 휠
84 제 1 및 제 2 임펠러 베인
86 재순환 베인
88 제 2 가이드 휠 베인
90 제 1 가이드 휠 베인
92 환상 공간
Claims (13)
- 제 1 처리 유체(18)가 실시되는 제 1 순환(a first circular flow; 16)을 포함하되, 상기 제 1 순환(16)은,
- 상기 제 1 처리 유체(18)를 증발시키는 증발기(14),
- 증발된 상기 제 1 처리 유체(18)를 팽창시키기 위해 상기 증발기(14)의 하류에 위치되고, 전기 에너지를 발생시키는 발전기(26)에 연결 가능한 팽창 기계(22),
- 상기 제 1 처리 유체(18)를 팽창시키기 위해 상기 팽창 기계(22)의 하류에 위치된 팽창 탱크(55),
- 팽창된 상기 제 1 처리 유체(18)를 응축하기 위해 상기 팽창 탱크(55)의 하류에 위치된 제 1 응축기(28),
- 응축된 상기 제 1 처리 유체(18)의 압력을 증가시키고, 제 1 유체 에너지 기계(34)의 하류에 위치되는 상기 증발기(14)로 상기 제 1 처리 유체(18)를 전달하기 위해 상기 제 1 응축기(28)의 하류에 위치된 제 1 유체 에너지 기계(34)를 가지며, 그리고
제 2 처리 유체(42)가 실시되고 그 안에서 증발되는 제 2 순환(a second circular flow; 40)을 포함하되, 상기 제 2 순환(40)은,
- 증발된 상기 제 2 처리 유체(42)를 압축하기 위해 상기 팽창 탱크(55)의 하류에 위치된 제 2 유체 에너지 기계(44),
- 증발된 상기 제 2 처리 유체(42)를 응축하기 위해 상기 제 2 유체 에너지 기계(44)의 하류에 위치된 제 2 응축기(48)로서, 상기 제 1 처리 유체(18)는 상기 제 2 응축기(48)를 통해 흐를 수 있는 상기 제 2 응축기(48), 및
- 응축된 상기 제 2 처리 유체(42)를 스로틀링하기 위해 상기 제 2 응축기(48)의 하류에 위치된 스로틀(50)을 포함하는,
ORC 프로세스의 수행 장치에 있어서,
상기 팽창 기계(22)는 기어 메커니즘 없이 샤프트(30)에 의해 상기 발전기(26)와 연결 가능하고, 그리고
상기 팽창 탱크(55)는 팽창 탱크의 냉각 유닛(57)을 포함하고, 상기 제 2 처리 유체(42)는 상기 팽창 탱크의 냉각 유닛(57)을 통해 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 1 처리 유체(18)가 실시되는 제 1 순환(a first circular flow; 16)을 포함하되, 상기 제 1 순환(16)은,
- 상기 제 1 처리 유체(18)를 증발시키는 증발기(14),
- 증발된 상기 제 1 처리 유체(18)를 팽창시키기 위해 상기 증발기(14)의 하류에 위치되고, 전기 에너지를 발생시키는 발전기(26)에 연결 가능한 팽창 기계(22),
- 팽창된 상기 제 1 처리 유체(18)를 응축하기 위해 상기 팽창 기계(22)의 하류에 위치된 제 1 응축기(28),
- 응축된 상기 제 1 처리 유체(18)의 압력을 증가시키고, 제 1 유체 에너지 기계(34)의 하류에 위치되는 상기 증발기(14)로 상기 제 1 처리 유체(18)를 전달하기 위해 상기 제 1 응축기(28)의 하류에 위치된 제 1 유체 에너지 기계(34)를 가지며, 그리고
제 2 처리 유체(42)가 상기 제 1 응축기(28)를 통해 실시되고, 그 안에서 증발되는 제 2 순환(a second circular flow; 40)을 포함하되, 상기 제 2 순환(40)은,
- 증발된 상기 제 2 처리 유체(42)를 압축하기 위해 상기 제 1 응축기(28)의 하류에 위치된 제 2 유체 에너지 기계(44),
- 증발된 상기 제 2 처리 유체(42)를 응축하기 위해 상기 제 2 유체 에너지 기계(44)의 하류에 위치된 제 2 응축기(48)로서, 상기 제 1 처리 유체(18)는 상기 제 2 응축기(48)를 통해 흐를 수 있는 상기 제 2 응축기(48), 및
- 응축된 상기 제 2 처리 유체(42)를 스로틀링하기 위해 상기 제 2 응축기(48)의 하류에 위치된 스로틀(50)을 포함하는,
ORC 프로세스의 수행 장치에 있어서,
상기 팽창 기계(22)는 기어 메커니즘 없이 샤프트(30)에 의해 상기 발전기(26)와 연결 가능하고,
팽창 탱크(55)가 상기 제 1 처리 유체(18)를 팽창시키기 위해 상기 팽창 기계(22)의 하류에 위치하며, 그리고
상기 팽창 탱크(55)는 팽창 탱크의 냉각 유닛(57)을 포함하고, 추가의 처리 유체(53)가 상기 팽창 탱크의 냉각 유닛(57)을 통해 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 샤프트(30)의 베어링(73)은 탠덤 롤러 베어링 구성(76)을 포함하는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 팽창 기계(22)는 터빈(24)으로서 구현되고, 상기 발전기(26)의 발전기 하우징(27)에 연결 가능한 터빈 하우징(25)을 포함되는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 터빈(24)은 다수의 제 1 임펠러 베인(84)을 가진 제 1 임펠러(74)를 포함하고, 상기 제 1 임펠러(74)는 상기 발전기(26)의 회전자(75)가 배치되는 샤프트(30) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 발전기 하우징(27)은 발전기의 냉각 유닛(29)을 포함하는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 팽창 기계(22)는 터빈(24)으로서 구현되고, 상기 발전기(26)의 발전기 하우징(27)에 연결 가능한 터빈 하우징(25)을 포함하며, 상기 터빈 하우징(25)은 터빈의 냉각 유닛(66)을 포함하는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 처리 유체(42) 또는 상기 추가의 처리 유체(53)는 상기 터빈의 냉각 유닛(66)을 통해 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 2 항에 있어서,
하나 이상의 추가의 순환을 포함하는데, 상기 추가의 순환의 각각에서 추가의 처리 유체가 실시되고, 추가의 처리 유체(53)는 상기 제 1 처리 유체(18)가 흐를 수 있는 하나 이상의 제 1 열 교환기(54)에 의해 가열되며, 상기 추가의 순환(52)은
- 가열된 추가의 처리 유체(53)를 압축하기 위해 상기 제 1 열 교환기(54)의 하류에 위치된 추가의 유체 에너지 기계(56),
- 압축된 추가의 처리 유체(53)로부터 상기 제 1 처리 유체(18)로 열을 전달하기 위해 상기 추가의 유체 에너지 기계(56)의 하류에 위치된 제 2 열 교환기(58)로서, 상기 제 1 처리 유체(18)는 상기 제 2 열 교환기(58)를 통해 흐를 수 있는 상기 제 2 열 교환기(58), 및
- 응축된 추가의 처리 유체(53)를 스로틀링하기 위해 상기 제 2 열 교환기(58)의 하류에 위치된 추가의 스로틀(64)을 포함하는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 팽창 기계(22)는 터빈(24)으로서 구현되고, 상기 발전기(26)의 발전기 하우징(27)에 연결 가능한 터빈 하우징(25)을 포함하며,
상기 발전기 하우징(27)은 발전기의 냉각 유닛(29)을 포함하고, 그리고
제 2 추가의 처리 유체(532)가 상기 발전기의 냉각 유닛(29)을 통해 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 팽창 기계(22)는 터빈(24)으로서 구현되고, 상기 발전기(26)의 발전기 하우징(27)에 연결 가능한 터빈 하우징(25)을 포함하며,
상기 발전기 하우징(27)은 발전기의 냉각 유닛(29)을 포함하고,
제 1 추가의 처리 유체(531)가 실시되는 제 1 추가의 순환(521)을 포함하는데, 상기 제 1 추가의 처리 유체(531)는 열 전달 유닛(65)을 통해 흐르고, 이에 의해 가열되며, 상기 제 1 추가의 순환(521)은
- 가열된 상기 제 1 추가의 처리 유체(531)를 압축하기 위해 상기 열 전달 유닛(65)의 하류에 위치된 추가의 유체 에너지 기계(56),
- 압축된 상기 제 1 추가의 처리 유체(531)로부터 상기 제 1 처리 유체(18)로 열을 전달하기 위해 상기 추가의 유체 에너지 기계(56)의 하류에 위치된 제 2 열 교환기(58)로서, 상기 제 1 처리 유체(18)는 상기 제 2 열 교환기(58)를 통해 흐를 수 있는 상기 제 2 열 교환기(58), 및
- 응축된 상기 제 1 추가의 처리 유체(531)를 스로틀링하기 위해 상기 제 2 열 교환기(58)의 하류에 위치된 추가의 스로틀(64)을 포함하며,
상기 발전기의 냉각 유닛(29) 및 상기 열 전달 유닛(65)을 통해 흐를 수 있는 제 2 추가의 처리 유체(532)가 실시되는 제 2 추가의 순환이 제공되는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 팽창 기계(22)는 터빈(24)으로서 구현되고, 상기 발전기(26)의 발전기 하우징(27)에 연결 가능한 터빈 하우징(25)을 포함하며,
상기 터빈 하우징(25)은 터빈의 냉각 유닛(66)을 포함하고,
상기 제 2 처리 유체(42), 상기 추가의 처리 유체(53) 또는 다른 추가의 처리 유체가 상기 터빈의 냉각 유닛(66)을 통해 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 팽창 기계(22)는 터빈(24)으로서 구현되고, 상기 발전기(26)의 발전기 하우징(27)에 연결 가능한 터빈 하우징(25)을 포함하며,
상기 발전기 하우징(27)은 발전기의 냉각 유닛(29)을 포함하고, 그리고
추가의 처리 유체(532)는 상기 발전기의 냉각 유닛(29)을 통해 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 ORC 프로세스의 수행 장치.
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